题目
纯铁在912℃由bcc,结构转变为fcc结构,体积减少1.06%,根据fcc结构的京子半径计算bcc:结构的原子半径。它们的相对变化为多少?如果假定转变前后原子半径不变,计算转变后的体积变化。这些结果说明了什么?
纯铁在912℃由bcc,结构转变为fcc结构,体积减少1.06%,根据fcc结构的京子半径计算bcc:结构的原子半径。它们的相对变化为多少?如果假定转变前后原子半径不变,计算转变后的体积变化。这些结果说明了什么?
题目解答
答案


解析
步骤 1:确定体积变化与晶胞体积的关系
纯铁在912℃由bcc结构转变为fcc结构,体积减少1.06%。由于bcc结构的晶胞含有2个原子,而fcc结构的晶胞含有4个原子,因此2个bcc晶胞转变为1个fcc晶胞。体积变化可以表示为:
$$\frac{a_f^3 - 2a_b^3}{2a_b^3} = \frac{1.06}{100}$$
其中,$a_f$是fcc结构的晶胞常数,$a_b$是bcc结构的晶胞常数。
步骤 2:计算bcc结构的原子半径
根据bcc结构的晶胞常数和原子半径的关系,有:
$$r_b = \frac{\sqrt{3}a_b}{4}$$
根据fcc结构的晶胞常数和原子半径的关系,有:
$$r_f = \frac{\sqrt{2}a_f}{4}$$
将$a_f = 1.264a_b$代入上式,得到:
$$r_b = \frac{\sqrt{3}a_b}{4} = \frac{\sqrt{3}a_f}{4 \times 1.264} = \frac{\sqrt{3} \times 4r_f}{4 \times 1.264 \times \sqrt{2}} = 0.9689r_f$$
原子半径相对变化为:
$$\frac{r_f - r_b}{r_b} = \frac{1}{0.9689} - 1 = 0.032 = 3.2\%$$
步骤 3:计算假定转变前后原子半径不变时的体积变化
假定转变前后原子半径不变,体积变化为:
$$\frac{a_f^3 - 2a_b^3}{2a_b^3} = \frac{(4\sqrt{2})^3 - 2(4\sqrt{3})^3}{2(4\sqrt{3})^3} = \frac{(4\sqrt{2})^3 - 2(4\sqrt{3})^3}{2(4\sqrt{3})^3}$$
计算结果表明,如果转变前后原子半径不变,转变后的体积变化很大,与实测不符,也和金属键的性质不符。因此,同一种金属,不同结构的原子半径会改变,尽量使体积变化最少。
纯铁在912℃由bcc结构转变为fcc结构,体积减少1.06%。由于bcc结构的晶胞含有2个原子,而fcc结构的晶胞含有4个原子,因此2个bcc晶胞转变为1个fcc晶胞。体积变化可以表示为:
$$\frac{a_f^3 - 2a_b^3}{2a_b^3} = \frac{1.06}{100}$$
其中,$a_f$是fcc结构的晶胞常数,$a_b$是bcc结构的晶胞常数。
步骤 2:计算bcc结构的原子半径
根据bcc结构的晶胞常数和原子半径的关系,有:
$$r_b = \frac{\sqrt{3}a_b}{4}$$
根据fcc结构的晶胞常数和原子半径的关系,有:
$$r_f = \frac{\sqrt{2}a_f}{4}$$
将$a_f = 1.264a_b$代入上式,得到:
$$r_b = \frac{\sqrt{3}a_b}{4} = \frac{\sqrt{3}a_f}{4 \times 1.264} = \frac{\sqrt{3} \times 4r_f}{4 \times 1.264 \times \sqrt{2}} = 0.9689r_f$$
原子半径相对变化为:
$$\frac{r_f - r_b}{r_b} = \frac{1}{0.9689} - 1 = 0.032 = 3.2\%$$
步骤 3:计算假定转变前后原子半径不变时的体积变化
假定转变前后原子半径不变,体积变化为:
$$\frac{a_f^3 - 2a_b^3}{2a_b^3} = \frac{(4\sqrt{2})^3 - 2(4\sqrt{3})^3}{2(4\sqrt{3})^3} = \frac{(4\sqrt{2})^3 - 2(4\sqrt{3})^3}{2(4\sqrt{3})^3}$$
计算结果表明,如果转变前后原子半径不变,转变后的体积变化很大,与实测不符,也和金属键的性质不符。因此,同一种金属,不同结构的原子半径会改变,尽量使体积变化最少。