丙烯腈的晶体结构（精选12篇）
丙烯腈的晶体结构 第1篇
1实验部分
1.1实验试剂与仪器
实验试剂:牌号为T30S的iPP,熔体流动指数为3 g/10 min(230 ℃,21.6 N),重均分子量(Mw)为39.9× 104 g/mol, Mw/Mn 为 4.6;庚二酸,分析纯;玻璃纤维;N,N’-二环己基碳二亚胺(DCC),分析纯;硬脂酸钙,分析纯。
实验仪器:带热台的偏光显微镜;DSC;哈克
转矩流变仪;超薄切片机等。
1.2试样的制备
取若干GF在马弗炉中400 ℃下灼烧30 min,冷却到室温后再用蒸馏水浸泡0.5 h,烘干后装入三口烧瓶中,加入若干庚二酸、DCC和适量的甲苯,在60 ℃下冷凝回流搅拌4 h,然后静置过夜,接下来用甲苯洗涤若干次后加入若干硬脂酸钙和适量的乙醇,在50 ℃下搅拌1 h,洗涤干燥待用。
混合方式是在哈克转矩流变仪中190 ℃、50 r/min下混合5 min,为了简便起见,上述处理过的GF与iPP熔融混合的试样命名为GF-iPP;在GF-iPP试样熔融混合的过程中额外添加微量的庚二酸和硬脂酸钙的试样分别命名为P-GF-iPP和 S-GF-iPP。
1.3测试方法
DSC:在氮气氛围中以10℃/min的升温速率升温到200 ℃,等温5 min以消除热历史,然后以相同的速率降温到40 ℃,试样的重量在5～10 mg。
偏光显微镜:以30℃/min的升温速率加热到200 ℃保持5 min以消除热历史,接下来以30℃/min的冷却速率冷却到140 ℃等温结晶20 min,在等温结晶的过程采集图像数据,显微镜的
放大倍数为200倍。
2结果与讨论
2.1 β-GF与iPP界面处的晶体形态
Varga等[8]研究表明未经处理的GF表面不能诱导形成横晶。而纤维表面生成横晶的条件是纤维表面要有足够多的成核点,这些成核点将在侧面方向相互阻碍并朝着一个方向生长,从而诱导形成横晶[9]。β-GF/iPP复合材料等温结晶偏光图见图1。
从图1中看到,在GF表面接枝β成核剂的GF只能在其表面生成少量的晶核,没有观察到横晶,这说明GF表面的成核点太少而不足以诱导生
成横晶;而在混合过程中额外添加少量的硬脂酸钙或庚二酸能够有效的诱导生成横晶,即在S-GF-iPP和P-GF-iPP两试样中,等温结晶6 min后观察到明显的横晶层,这可能是由于添加少量的硬脂酸钙或庚二酸使得GF表面接枝的β成核剂网络变得更加完善,完善的β成核剂网络能够有效的诱导形成横晶。
2.2 β-GF/iPP复合材料的熔融结晶行为
图2显示了β-GF/iPP复合材料的熔融结晶行为,从图2a中看到,GF-iPP和S-GF-iPP两试样在150 ℃左右有一个小的熔融峰,即β晶的熔融峰[10];而P-GF-iPP试样在此位置有一个很大的熔融峰。这说明前两种试样中含有少量的β晶,P-GF-iPP中含有大量的β晶。
从β-GF/iPP复合材料的结晶行为(图2b)来看,GF-iPP和S-GF-iPP两试样的起始结晶温度和结晶峰值温度与纯iPP相比,几乎没有发生变化;而P-GF-iPP试样的起始结晶温度提高了大概7 ℃左右。结合试样的熔融行为分析,能够得出GF-iPP和S-GF-iPP两试样中β晶的小熔融峰可能来自于GF表面诱导形成的β晶熔融吸热产生的;而对于P-GF-iPP,β晶的熔融峰面积很大和结晶温度的明显提高说明复合材料中含有大量的β晶,这些β晶不仅包含GF表面诱导形成的β横晶,还包括iPP基体中的β晶,而且基体中的β晶所占比重很大。iPP基体中的β晶是如何形成的将在接下来的部分讨论。
图3所显示的是S-GF-iPP试样在140 ℃下等温结晶20 min后以5 ℃/min的升温速率升温的偏光图。从图3看出,GF表面的横晶在升温到158 ℃的时候就消失了,而剩下的晶体(α晶)在170 ℃的时候才完全熔融,这进一步说明成功的在GF表面接枝上了β成核剂,而且在GF与iPP的界面诱导形成β横晶且使iPP基体的晶型基本保持不变。
a、b、c依次表示升温到156 ℃、158℃、170℃
2.3 β横晶的形成机理
Li等[11]通过在iPP中添加庚二酸钙诱导iPP生成β晶,并指出庚二酸钙在iPP中的成核机理。通过上述的分析,认为庚二酸钙成功的接枝到GF表面,而且在熔融混合过程中加入少量的硬脂酸钙能够更加完善GF表面所接枝的庚二酸钙网络结构,从而有效的在iPP与GF的界面处诱导形成β横晶,形成β横晶的机理如图4所示。在熔融混合过程中添加少量的庚二酸同样也能诱导形成β横晶,但庚二酸也夺取了GF表面层少量的硬脂酸钙从而生成庚二酸钙,少量的β成核剂就能有效的诱导形成大量的β晶[12],所以在P-GF-iPP基体中存在大量的β晶,这不是所期望得到的。
3结论
本实验拟在GF表面接枝β成核剂庚二酸钙,研究其与iPP在界面处的晶体形态。结果表明:
①以DCC作为脱水剂,能够成功的将庚二酸钙接枝到GF表面;
②在表面接枝β成核剂的GF与iPP熔融混合的过程中,添加少量的硬脂酸钙能够更加完善GF表面接枝的庚二酸钙网络,并使其稳定存在,从而有效的诱导iPP在GF与iPP的界面处形成β横晶且几乎不改变iPP的主体晶型;
③添加少量的庚二酸虽然能够在GF与iPP的界面处诱导形成β横晶,但在iPP基体中也同时形成了大量的β晶,这并不是所期望得到的。
参考文献
[1]赵文聘,黄海清,潘永,等.高性能玻纤增强聚丙烯的研究[J].工程塑料应用,2001,29(9):10-12.
[2]Amitay-Sadovsky E,Cohen S R,Wagner H D.Nanoscale shear and indentation measurement in tran-scrystallineα-isotacitc polypropylene[J].Macro-molecules,2001,34,1252-1257.
[3]Cho K,Kim D,Yoon S.Effect of substrate surfaceenergy ontranscrystalline growth and its effect on inter-facial adhesion of semicrystalline polymers[J].Mac-romolecules,2003,36:7652-7660.
[4]Varga J.β-modification of isotactic polypropylene:preparation,structure,processing,properties,andapplication[J].J.Macromol.Sci.,Phys.,2002,41:1121-1171.
[5]Chen H B,Karger-Kocsis J,Wu J S,et al.Fracturetoughness of α-and β-phase polypropylene homopoly-mers and random-and block-copolymers[J].Polymer,2002,43:6505-6514.
[6]Varga J,Menyhárd A.Effect of Solubility and Nuclea-ting Duality of N,N’-Dicyclohexyl-2,6-naphthalenedi-carboxamide on the Supermolecular Structure of Isotac-tic Polypropylene[J].Macromolecules,2007,40:2422-2431.
[7]Zhang S J,Minus M L,Zhu L B,et al.Polymer tran-scrystallinity induced by carbon nanotubes[J].Poly-mer,2008,49:1356-1364.
[8]Varga J,Karger-Kocsis J.Direct evidence of row-nucleated cylindritic crystallization in glass fiber-rein-forced polypropylene composites[J].Polym.Bull.,1993,30:105-110.
[9]Quan H,Li Z M,Yang M B,et al.Review On transcrys-tallinity in semi-crystalline polymer composites[J].Com-pos.Sci.Technol.,2005,65:999-1021.
[10]Chen Y H,Mao Y M,Li Z M,et al.CompetitiveGrowth of α-and β-Crystals in β-Nucleated IsotacticPolypropylene under Shear Flow[J].Macromole-cules,2010,43:6760-6771.
[11]Li X J,Hu K L,Ji M R,et al.Calcium Dicarboxy-lates Nucleation ofβ-Polypropylene[J].J.Appl.Polym.Sci.,2002,86:633-638.
晶体结构、晶胞教案 第2篇
一、选择题 1．下列关于晶体的判断，正确的是()A．不具有规则外形的固体，如固体粉末，一定不是晶体 B．玻璃块有规则的几何形状，所以它是晶体 C．实验室得到的沉淀如CaCO3、AgCl、BaSO4等都是晶体 D．自然界的水晶和玛瑙都属于晶体 答案：D 点拨：晶体与非晶体的本质区别是内部粒子的周期性有序排列，有规则的多面体外形是内部结构的体现。但外形不能判定是否是晶体，如粉末状物质可能是晶体。2．下列途径不能得到晶体的是()A．熔融态物质快速冷却 B．熔融态物质凝固 C．气态物质凝华 D．溶质从溶液中析出 答案：A 点拨：得到晶体的三个途径是：①溶质从溶液中析出，②气态物质凝华，③熔融态物质凝固。所以B、C、D选项中的措施可以得到晶体。晶体表现自范性是需要一定条件的，即晶体生成的速率要适当，因此熔融态物质快速冷却时不能得到晶体，所以选择A项。3．(2013·黄石质检)(双选)晶体是一类非常重要的材料，在很多领域都有广泛的应用。我国现已能够拉制出直径为300毫米、重量达81公斤的大直径硅单晶，晶体硅大量用于电子产业。下列对晶体硅的叙述正确的是()A．形成晶体硅的速率越快越好 B．晶体硅有固定的熔、沸点 C．可用X－射线衍射实验来鉴别晶体硅和玻璃 D．晶体硅的形成与晶体的自范性有关，而与各向异性无关 答案：BC 点拨：A选项，晶体的形成都要有一定的形成条件，如温度、压强、结晶速率等，但并不是说结晶速率越快越好，速率太快可能导致晶体质量下降。B选项，晶体有固定熔点，正确。C选项，X－射线衍射实验能够测出物质的内部结构，根据微粒是否有规则的排列就能区分出晶体与非晶体。D选项，晶体的形成与晶体的自范性和各向异性都有密切关系。4．下列物质有固定熔沸点的是()A．CuSO4溶液 C．玻璃 答案：D 点拨：A是混合物，B和C都是非晶体，均没有固定的熔沸点。5．下列现象表现为晶体的自范性的是()A．NaCl溶于水 B．KMnO4受热分解 C．不规则的晶体能生长成规则的 D．碘升华 答案：C 点拨：晶体的自范性指的是能自发地呈现多面体外形的性质。6．下列物质中前者为晶体，后者为非晶体的是()A．白磷、蓝矾 C．碘、橡胶 B．陶瓷、塑料 D．食盐、蔗糖 B．石蜡 D．白磷 答案：C 点拨：A中白磷和蓝矾都是晶体；B中二者均为非晶体，C中碘为晶体，橡胶为非晶体；D中二者均为晶体。7．水的状态除了气态、液态和固态外，还有玻璃态。它是由气态水急速冷却到165 K时形成的，玻璃态水无固定形态，不存在晶体结构，且密度与普通液态水的密度相同。下列有关玻璃态水的说法中正确的是()A．水由液态变为玻璃态，体积缩小 B．水由液态变为玻璃态，体积膨胀 C．玻璃态是水的一种特殊状态 D．玻璃态水属于晶体 答案：C 点拨：题干中已经非常明确地说明“玻璃态水无固定形态，不存在晶体结构”，故不属于晶体，故D项不对。玻璃态水的密度与普通液态水的密度相同，根据ρ＝m/V，可知水由液态变为玻璃态体积没有发生变化，所以A、B选项不符合题意。8．(2013·东莞高二检测)白磷分子如图所示：则31 g白磷分子中存在的共价键数目为()A．4NA C．1.5NA 答案：C B．NA D．0.25NA 点拨：31 g白磷(P4)为0.25 mol，每个白磷分子中含有6 mol P－P键，故31 g白磷中所含P－P键的物质的量为0.25 mol×6＝1.5 mol。9．(2013·经典习题选萃)某晶体的一部分为正三棱锥，如右图所示，该晶体的化学式可能是()A．A2B9C4 B．A3B9C4 C．AB4C2 D．A3B8C4 答案：C 点拨：由晶体结构可以看出，以某一A粒子为中心可以形成12个相同的正三棱柱，故一个A为12个正三棱柱所共用，即一个正三棱柱中拥有A11的数目为6×＝。同理，正三角形边上的一个B为4个三棱柱所共用，122而竖棱上的一个B为6个三棱柱所共用，故一个正三棱柱中拥有B的数目11为6×＋3×＝2。C位于正三棱柱的内部，故一个正三棱柱中拥有1个C。46因此，该晶体中A、B、C三种粒子数之比为。10．(2013·黄冈调研)纳米材料的表面微粒占总微粒数的比例极大，这是它有许多特殊性质的原因。假设某氯化钠纳米颗粒的大小和开头恰好与氯化钠晶胞的大小和形状相同(如右图所示)，则这种纳米颗粒的表面微粒数与总微粒数的比值为()A．7:8 C．24:25 答案：D 点拨：表面微粒数＝8＋6＋12＝26，总微粒数＝表面微粒数＋中心粒子数＝26＋1＝27。易出现的错误是用均摊法求各粒子数。11.B．13:14 D．26:27 如图是CsCl晶体的一个晶胞，相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，NA为阿伏加德罗常数，CsCl的相对分子质量用M表示，则CsCl晶体的密度为()8MA.NA·a36MB.NA·a34MC.NA·a3答案：D MD.NA·a3点拨：由均摊法求得CsCl晶胞含有1个CsCl微粒，其质量是M/NA，再由相邻的两个Cs＋的核间距为a cm，求出该晶胞的体积是a3，所以晶胞M的密度是，晶体的密度和晶胞的密度是一样的。NA·a3 12．石墨与熔融的钾相互作用，形成某种青铜色的物质(其中的钾原子用·表示)，原子分布如图所示，该化合物的化学式为()A．KC2 B．KC6 C．KC8 D．KC12 答案：C 点拨：K原子周围有6个C原子属于K原子所有，再向外的6个C原子为3个K原子共用，每个K原子占2个，所以1个K结合8个C，化学式为KC8。
二、非选择题 13．在一个小烧杯里加入少量碘，用一个表面皿盖在小烧杯上，并在表面皿上加少量冷水。把小烧杯放在石棉网上加热，观察实验现象。(1)在表面皿上加少量冷水的作用是________________________。(2)观察到的实验现象是_______________________________________ ________________________________________________________________。(3)在表面皿上碘是________。(填“晶体”或“非晶体”)(4)这种方法是________，制取晶体的方法还有________、________。答案：(1)冷却碘蒸气(2)烧杯中充满紫色的蒸气，在表面皿上有紫黑色的晶体(3)晶体(4)凝华 熔融态物质的凝固 结晶 点拨：获得晶体有3个途径：熔融态物质凝固；气态物质冷却不经液态直接凝固(物理上称为凝华)；溶质从溶液中析出。14.石墨晶体结构如图所示，每一层由许多个正六边形构成，则：(1)平均每一个正六边形占有碳原子数为________；(2)每一层内碳原子数目与C－C化学键数目的比是________。答案：(1)2(2)2:3 点拨：(1)在同一层上，每个碳原子为3个正六边形共有，平均每个正六边形占有该碳原子的1/3。一个正六边形有这样的碳原子6个，则一个正六边形共占有6×1/3＝2(个)碳原子。(2)因为一个C－C键为两个正六边形共有，所以每个正六边形占有C－C键的1/2，一个正六边形共占有C－C键6×1/2＝3(个)。因此，每一层上碳原子数与C－C键数目之比为2:3。还可以根据每条C－C键为2个碳原子共有，每个碳原子分占C－C键的1/2，因此，碳原子数目与C－C键数目之比为1:3×1/2＝2:3。15．(2013·经典习题选萃)某离子晶体的晶胞结构如下图所示。试回答下列问题：(1)晶体中每个Y同时吸引着__________个X，每个X同时吸引着__________个Y，该晶体的化学式是__________。(2)晶体中在每个X周围与它最近且距离相等的X共有__________个。(3)设该晶体的摩尔质量为M g·mol－1，晶胞的密度为ρ g·cm－3，阿伏加德罗常数为NA，则晶体中两个最近的X间的距离为__________cm。3答案：(1)4 8 XY2(或Y2X)(2)12(3)2M NAρ点拨：此晶胞初看比较复杂，若将X、Y分开来看，X在晶胞中的位臵类似NaCl中的Na＋或Cl－，如下图(a)。体内8个Y分别位于每个小立方体的中心，如下图(b)。(1)从上图(b)知，每个Y同时吸引着4个X，为方便观察，根据晶胞与晶体的关系，不难想象出图(a)与图(c)是等效的，所以由图(c)中心的X与图(b)中Y的关系知，每个X同时吸引着8个Y。所以此离子化合物的化学式为XY2(或Y2X)；(2)从图(c)中心的X来看，与它最近且距离相等的X处于11平面四边形的对角线上，共有12个；(3)因晶胞内X占8×＋6×＝4个，8244MY占8个，即有4个XY2(或Y2X)。故其物质的量为 mol，质量为 g。NANA1设晶胞长为a cm，晶体中最近的两个X间的距离为l cm；由m＝ρa和l＝233m134M32M1×2a得：l＝×2×ρ＝×2×＝(cm)。22NAρNAρ16．在高温超导领域中，有一种化合物叫钙钛矿，其晶体结构中有代表性的最小单位结构如图所示。试回答：(1)在该晶体中每个钛离子周围与它最近且相等距离的钛离子有多少个？(2)在该晶体中氧、钙、钛的粒子个数比是多少？ 答案：(1)6(2)3:1:1 点拨：由图看出，在每个钛离子的同层、左右与前后、上下各层中都紧密排列着完全相同的钛离子，共有晶胞边长的6个钛离子。至于同一晶胞中独占三元素粒子个数比，则从每种元素粒子在晶胞中的位臵考虑。Ca2＋位于立方体的中央为一个晶胞所独占；钛离子位于晶胞的顶点上，为相邻两层8个晶胞所共有(左右、前后、上中下、左右前后4个而上下中相同重复共8个)，而每个晶胞独占有8×1/8＝1个。氧离子位于棱上，在同一晶胞中，每个氧离子为同层的4个晶胞所共有，一个晶胞独占12×1/4＝3个。故氧、钙、钛的粒子数之比为3:1:1。对晶体结构的认识 人们最初对晶体的认识完全是理性思考的结果。可以说，结晶化学开始于丹麦科学家斯丹诺(N.Steno)的晶体构造理论。斯丹诺通过研究石英晶体断面，于1669年提出晶面交角守恒定律，即晶体在生长过程中各晶面大小虽然都在变化，但晶面的交角恒定不变(图1)。由此，人们可以从外形上鉴别不同的矿物和晶体。法国的结晶学家阿羽衣(R.J.Haüy)依据晶体具有沿一定晶面碎裂的性质，对晶体的微观结构做了合理而大胆的设想，于1784年提出晶体是由具有多面体形状的晶胞平行而无间隙地堆积而成的。阿羽衣的思想被法国科学家布拉维(A.Bravais)发展为空间点阵学说，即构成晶体的粒子按一定规则排列为空间点阵结构(图2)。俄国的费多罗夫、德国的熊富利斯(A.M.Schönflies)和英国的巴洛(W.Barlow)三位科学家分别于1890年、1891年和1894年以晶体结构周期重复单位为基础，推导出描述晶体空间排列的对称性——230个空间群。这些思考完全是在不能探测晶体内部结构的情况下产生的，科学和技术的发展后来完全证实了上述理性思考的正确性。今天，230个空间群仍然是晶体结构的最完备的理论。
化学键与晶体结构 第3篇
例1 下列各组物质的晶体中,化学键类型相同、晶体类型也相同的是（ ）
A. SO2和SiO2 B. CO2和H2
C. NaCl和HCl D. CCl4和KCl
解析 根据化学键、晶体结构等判断出晶体的各自类型。A项，都是极性共价键，但晶体类型不同，SO2为分子晶体，SiO2为原子晶体；B项，均是含共价键的分子晶体，符合题意；C项，NaCl为离子晶体，HCl为分子晶体；D项，CCl4是极性共价键，KCl是离子键，两者的晶体类型也不同。
答案 B
点拨 （1）含离子键的化合物可形成离子晶体，但离子晶体不一定不含共价健，如NH4Cl。（2）含共价键的单质、化合物多数形成分子晶体，少数形成原子晶体。如金刚石、晶体硅、二氧化硅等。（3）金属一般形成金属晶体。
考点2 成键原子最外层8电子结构判断，离子化合物、共价化合物电子式书写判断
例2 下列分子中所有原子都满足最外层8电子结构的是（ ）
A. 光气（COCl2）B. 六氟化硫
C. 二氟化氙D. 三氟化硼
解析 光气从结构式可看出各原子最外层都是8电子结构，硫最外层6个电子，形成元氟化物超过8个电子；氙最外层已有8个电子形成二氟化物、六氟化物最外层电子数必超过8；硼最外层3个电子，分别与氟形成3个共价单键后，最外层只有6个电子。
答案 A
例3 下列电子式书写正确的是（ ）
解析 A项，氯离子的电子式书写错误；D项，氯离子应该用方括号括起来，钙离子不括。
答案 BC
点拨 （1）分子中各元素均满足8电子稳定结构的判断方法：每种元素的化合价的绝对值与其原子最外层电子数之和均等于8的分子的各原子都满足8电子稳定结构。例如CO2分子中，C元素：|+4|+4=8，O元素: |-2|+6=8，故CO2分子中各原子都满足8电子稳定结构；XeF6分子中Xe元素|+6|+8=14，不满足8电子结构。
（2）书写电子式时要注意分清键型，对称排列，阴离子和复杂阳离子（如NH4+）要加“[ ]”括起来，并在右上角注明该离子所带的电荷数，相同的离子不能合并。
考点3 各类晶体的物理性质（如熔沸点、硬度）比较
例4 下列排序不正确的是（ ）
A. 晶体熔点：CF4＜CCl4＜CBr4＜CI4
B. 硬度：金刚石＞碳化硅＞晶体硅
C. 熔点：Na＞Mg＞Al
D. 晶格能：NaF＞NaCl＞NaBr＞NaI
解析 晶体熔点与分子间作用力有关，相对分子质量越大，分子间作用力越大，A项正确；硬度与共价键的键能有关，键长越长，键能越小，而Si—Si键的键长＞C—Si键的键长＞C—C键的键长，B项正确；熔点与金属键的强弱有关，金属性越强，金属键越弱，正确的顺序应为Al＞Mg＞Na，C项错误；晶格能的大小与离子半径和离子所带电荷有关，D项正确。
答案 C
点拨 物质熔、沸点的高低：（1）由晶体结构来确定。首先分析物质所属的晶体类型，其次抓住决定同一类晶体熔、沸点高低的决定因素。（2）根据物质在同条件下的状态不同。一般熔、沸点：固>液>气。如果常温下即为气态或液态的物质，其晶体应属分子晶体(Hg除外)。如惰性气体，虽然构成物质的微粒为原子，但应看作为单原子分子。因为相互间的作用力范德华力，而并非共价键。
考点4 根据粒子、晶体的空间结构推断化学式
例5 如图所示的晶体结构是一种具有优良的压电、电光等功能的晶体材料的最小结构单元(晶胞)。晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数和这种晶体材料的化学式分别是(各元素所带电荷均已略去)( )
O]
A．8 BaTi8O12 B．8 BaTi4O9
C．6 BaTiO3 D．3 BaTi2O3
解析 由图可知，晶体中钛原子位于立方体的顶点，被8个晶胞共用，每个晶胞中与钛原子紧邻的氧原子数为6，且每个氧原子位于晶胞的棱上，被4个晶胞共用，故晶体内与每个“Ti”紧邻的氧原子数为：3×8×[14]＝6；再据均摊法可计算出每个晶胞中各元素原子的数目：“Ba”为1，“Ti”为8×[18]＝1，“O”为12×[14]＝3。故此晶体材料的化学式为BaTiO3。
答案 C
点拨 晶胞是描述晶体微观结构的基本单元，一般都呈平行六面体形，无数晶胞通过无隙并置的方式“堆积”构成晶体。晶胞中粒子数的计算方法如下：位于晶胞顶点的微粒，实际提供给晶胞的只有[18]；位于晶胞棱边的微粒，实际提供给晶胞的只有[14]；位于晶胞面心的微粒，实际提供给晶胞的只有[12]；位于晶胞中心的微粒，实际提供给晶胞的为1。
【练习】
1. 下列性质递变规律正确的是（ ）
A. O、S、Na原子半径依次增大
B. LiOH、NaOH、KOH碱性依次减弱
C. HF、NH3、SH4热稳定性依次增强
D. 还原性S2-、I-、Na依次增强
2. 在通常条件下，下列各组物质的性质排列不正确的是（ ）
A. 熔点：CO2＜KCl＜SiO2
B. 沸点：乙烷＞戊烷＞2-甲基丁烷
C. 密度：苯＜水＜1,1,2,2-四溴乙烷
D. 硬度：镁＜铝＜镁铝合金
3. 根据物质的溶解性“相似相溶”的一般规律，能说明溴、碘单质在四氯化碳中比在水中溶解度大的是（ ）
A. 溴、碘单质和四氯化碳中都含有卤素
B. 溴、碘单质和四氯化碳都是化合物
C. Br2、I2是非极性分子，CCl4也是非极性分子
D. 以上都不对
4. 下列结构式从成键情况来看，不合理的是（ ）
A. [H—C=N—H][—][H] B. [H—C—O—H][—][—][Se]
C. [H—C—S—H][—][H][—][H] D. [H—C—Si—H][—][H][—][H]
5．某晶体中含有A、B、C三种元素，其排列方式如图所示，晶体中A、B、C的原子个数之比依次为( )
表示
表示B
表示C]
A．1∶3∶1 B．2∶3∶1 C．8∶6∶1 D．4∶3∶1
6. 有下列八种晶体：A.水晶，B.冰醋酸， C.氧化镁， D.白磷， E.晶体氩， F.氯化铵， G.铝， H.金刚石。用序号回答下列问题：
（1）属于原子晶体的化合物是 ；直接由原子构成的晶体是 ；直接由原子构成的分子晶体是 ；
（2）由极性分子构成的晶体是 ，含有共价键的离子晶体是 ，属于分子晶体的单质是 ；
（3）在一定条件下能导电而不发生化学变化的是 ；受热熔化后化学键不发生化学变化的是 ；需克服共价键的是 。
【参考答案】
1. A 2. B 3. C 4. D 5. A
6. （1）A A、E、H E
（2）B F D、E
白杨素晶体的波谱特征与结构确定 第4篇
1 试剂、仪器
1. 1 主要试剂
白杨素原料药、无水乙醇和丙酮均购于天津市科密欧化学试剂有限公司 ( AR) 。所用药品及试剂均为分析纯或化学纯且未进一步纯化。
1. 2 主要仪器
电子天平FA2004 ( 上海恒平电子天平有限公司) ; HJ - 3 数显恒温磁力搅拌器 ( 巩义市予华仪器有限公司) ; VERTEX - 70 傅立叶变换红外光谱仪 ( 德国Bruker公司) ; D8 粉末X - 射线衍射仪 ( 德国Bruker公司) ; PE2400 SERIES - II型元素分析仪 ( 美国铂金- 艾尔默公司) AVANCE - III 500MHz型核磁共振仪 ( 德国Bruker公司) ; KQ - 250DE型数控超神波清洗器 ( 昆山市超声仪器有限公司) 。
2 实验方法
2. 1 白杨素晶体的制备
白杨素 ( 13mg) 溶于8. 0m L乙醇和2. 0m L的丙酮混合溶剂中, 室温下搅拌3h, 过滤, 保留滤液, 于室温避光处缓慢挥发, 17d后可见黄色块状透明晶体析出。元素分析结果表明, 晶体中C、H、O的含量分别为70. 38% ( 理论值70. 87% ) 、4. 11% ( 理论值3. 94% ) 和25. 51% ( 理论值25. 19% ) 。
2. 2 XRD测试
取等量白杨素及试验合成的样品 ( 约30mg) , 研成细粉状, 测试条件为: Cu靶, 电压30k V, 电40m A, 室温下扫描速度10° ·min- 1, 测试角度范围在0 ~ 50 °。
2. 3 红外测试
红外测试采用KBr压片法对白杨素晶体进行红外光谱分析。取样品 ( 约10mg) , 研细, 测试波数范围在400 ~ 4000cm- 1。
2. 4 核磁测试
取约5mg样品溶于DMSO - d6 溶剂中, 以四甲基硅烷 ( TMS) 为内标, 在室温下对样品进行核磁共振谱测定。
3 结果与分析
3. 1 XRD分析
白杨素晶体的XRD如图2 所示。由图可知, 白杨素晶体的特征峰位为 ( 2θ) : 5. 04°、11. 31°、13. 48°、17. 38°、20. 85°、22. 02°、24. 36° 和28. 51°, 与白杨素对照品的X - 射线粉末衍射角度大致相同, 但峰型较为尖锐, 表明形成的化合物为晶体。
3. 2 红外分析
对样品进行红外分析, 所得谱图见图3, 产物在3599、3517、3118、2099、2011、1907、1836、1719、1654、1517、1251、1099、864、692 和598cm- 1等处有吸收峰。其红外图的峰位归属分别如下: 位于3000~ 3600- 1处的宽吸收峰归属为O - H伸缩振动峰, 位于1654cm- 1处的尖锐峰归属为- C = O伸缩振动峰, 位于1517- 1处的吸收峰归属为苯环C = C伸缩振动峰, 位于1251 和1099cm- 1处的吸收峰归属为- C - O - C伸缩振动峰, 位于864、692 和598 cm -1 处的吸收峰归属为芳香环上 δ ( Ar - H) 。白杨素晶体红外谱图与对照品的红外图谱峰型及峰位基本一致。
3. 3 核磁分析
如图4 所示, 白杨素晶体的1H - NMR ( 500M, DMSO - d6) 的 δH ( ppm) 归属: 12. 470 ( 1H, s, 5 -OH) , 10. 767 ( 1H, s, 7 - OH) , 8. 044 ( 2H, m, H - 2', H - 6 ') , 7. 554 ( 2H, m, H - 3 ', H - 5 ') , 7. 587 ( 1H, m, H - 4') , 6. 906 ( 1H, s, H - 3) 6. 427 ( 1H, d, J = 2. 5Hz, H - 8) 和6. 180 ( 1H, d, J = 2. 5Hz, H- 6) 。如图5 所示, 白杨素晶体的13C - NMR的 δC ( ppm) 归属: 93. 9 ( C - 3) , 96. 4 ( C - 8) , 98. 2 ( C -6) , 104. 0 ( C - 10) , 126. 7 ( C - 2 ', 6 ') , 127. 2 ( C - 4') , 129. 5 ( C - 3', 5') , 136. 7 ( C - 1 ') , 146. 8 ( C - 2) , 159. 2 ( C - 9) , 160. 8 ( C - 5 ) , 163. 8 ( C - 7 ) , 173. 9 ( C = O) 。
4 讨论
本文利用溶剂挥发法制备了白杨素晶体, 合成条件为白杨素13mg, 溶于8. 0m L乙醇和2. 0m L的丙酮混合溶剂中, 室温下搅拌3h后缓慢挥发, 反应时间为17d。通过元素分析、XRD、IR、1H - NMR和13C - NMR等手段对所得产物进行了晶体鉴定和图谱解析。结果表明白杨素晶体与白杨素对照品的元素分析数据、XRD、IR、1H - NMR和13C - NMR谱图基本一致, 表明所得产物为高纯度的白杨素晶体, 试验所得谱图及数据可为高纯度的白杨素及其衍生物的鉴定及开发提供科学依据。
参考文献
[1]伍石华, 罗招阳, 张坚松.白杨素的抗肿瘤作用及机理研究[J].湖南师范大学学报 (医学版) , 2006, (04) :78-81
[2]姜金生, 韦英杰, 贾晓斌, 等.白杨素及其衍生物的药理作用和构效关系研究进展[J].中草药, 2011, 42 (11) :2345-2350
[3]曾倩, 纪晖, 唐慧慧, 等.白杨素-羟丙基-β-环糊精包合物的制备与表征[J].药学实践杂志, 2014, (06) :456-459
[4]李欣, 王剑宁, 熊习昆, 等.白杨素提高肿瘤坏死因子-α诱导肝癌细胞Hep G2凋亡能力的研究[J].中草药, 2010, (11) :1828-1834
[5]任杰, 程虹, 王炜, 等.白杨素衍生物的合成及其抗肿瘤活性[J].中国药科大学学报, 2011, (03) :206-212
丙烯腈的晶体结构 第5篇
钨酸铅晶体及其熔体结构的高温拉曼光谱研究
摘要：测量了升温条件下(298～1473 K)钨铅矿型钨酸铅(PbWO4)晶体及其熔体的拉曼光谱,确定了各振动模的归属,其中波数902.7 cm-1叫的.最强拉曼峰为[WO4]四面体的内振动光学模式v1(Ag),属于对称伸缩振动.同时,随温度上升,谱峰展宽并伴随强度减弱,体系内无序化程度增加.至1398 K晶体初步熔化,并且在1473 K完全熔融,高温熔体谱中自由[WO4]2-结构单元的内振动模式显现,同时发生了由晶体同定晶胞的S4型对称性向熔体中[WO4]2-结构单元的Td型对称性的结构转化,表明PbWO4的熔体中存在相对孤立的[WO4]2-结构单元. 作者： 周凤羽尤静林王媛媛王威 Author： ZHOU Feng-yuYOU Jing-linWANG Yuan-yuanWANG Wei 作者单位： 上海大学材料科学与工程学院,上海,200072 期 刊： 光谱学与光谱分析 ISTICEISCIPKU Journal： SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS 年，卷(期)： 2010,30(6) 分类号： P583 O657 关键词： PbWO4晶体 振动模式 高温拉曼光谱 熔体 机标分类号： O65 TM9 机标关键词： 钨酸铅晶体熔体结构高温熔体拉曼光谱研究StudyStructureRaman Spectra结构单元振动模式对称性温度上升同时发生伸缩振动结构转化光学模式无序化四面体峰展宽自由条件 基金项目： 国家自然科学基金，上海市教育委员会科研创新项目 钨酸铅晶体及其熔体结构的高温拉曼光谱研究[期刊论文]光谱学与光谱分析 --2010,30(6)周凤羽尤静林王媛媛王威测量了升温条件下(298～1473 K)钨铅矿型钨酸铅(PbWO4)晶体及其熔体的拉曼光谱,确定了各振动模的归属,其中波数902.7 cm-1叫的最强拉曼峰为[WO4]四面体的内振动光学模式v1(Ag),属于对称伸缩振动.同时,随温度上升,谱峰展宽...
丙烯腈的晶体结构 第6篇
晶体从宏观上来看是一种有规则几何外形的固体。如果从其微观结构来看，他的宏观的规则几何外形来自于其晶体内部的微粒的规则排列所致。不管形成晶体的元素种类是一种、两种还是更多种，不管是离子还是原子，他们必然是每隔一定数目的原子或离子就会重复出现，我们称之为周期，而在这种周期性的指导下，就可以找出形成一个晶体的最小重复结构单元，这种结构单元称为晶胞。那么，把一个晶体按晶胞进行切割就可以形成无数个相同的结构单元，从而只需要研究好晶胞中粒子数和粒子构成就可以得到整个晶体的组成与结构。这就是切割法成立的原理。
在常见的晶体中有面心立方、体心立方及六方晶胞等，他们的晶体中都存在着一定的粒子间排布规则。如图1所示即为一个采取六方密堆积的晶体中粒子排列的特征，在它的结构中存在着两种排列方式，从上到下可以表示为ABA……，它采取的是六方最密堆积，从串起线上可以看出以上层中心球为例，它的配位数（也就是每一个球都会有与它距离相等且最近的球的数目）为12。我们可以将其演化为质点模型，如图2。如果要计算该晶体中的粒子组成，就可以把整个晶体进行切割而形成如图3所示的图形，从而就可以得到了他的组成，构成该晶胞的粒子数为：
（1/6）×12+（1/2）×2+3=6。
图1图2图3
再如，石墨能与熔融金属钾作用，形成石墨间隙化合物，
钾原子填充在石墨层间。比较常见的石墨间隙化合物是青铜色的化合物，其化学式可写作CxK，其平面图形如图4所示，那么由图中可得该化合物的
图4
化学式应该是怎样的呢？由图可知，晶体中沿连接三个钾原子的线“切割”出一个三角形，它是晶体中重复的最小的结构单元，从切割出来的三角形中可以看出，每个钾原子被6个三角形所共有，而每个三角形内有4个碳原子，所以在晶体中的钾原子与碳原子数之比为（3×16）∶4=1∶8，即该化合物的化学式为C8K。
其他类型的晶体这里就不一一赘述。
二、例解切割法在问题解决中的应用
例1元素X位于第四周期，其基态原子的
了自身离子增加的水解效果，从而有效地增加了溶液中的H+数量，从而在pH的变化上，不会有大幅度的变化。而强酸溶液则不会出现这种问题，所以导致了这一情况的出现。同时在进行中和的过程中，对强碱溶液的消耗上，弱酸溶液需要的强碱溶液更多。
4.强碱溶液和弱碱溶液同pH的稀释问题
强碱和弱碱溶液的稀释过程中所出现的相关问题
和强酸弱酸溶液的问题极为类似，只是在计算的过程中仍存在一定的差异，这和上面提及的计算方式类似，就不做细说。
5.溶液中的沉淀问题
在进行溶液的混合过程中，某些酸碱物质是不易溶解的物质，所以在混合的过程中，若进行混合，
就可能导致沉淀，这样对于整体的酸碱结构上，都会产生很大的影响，所以在进行这一类溶液的混合过程中，还需要结合实际情况进行分析。只不过这一类问题只是极个别的特例，在进行混合的时候，并不常见。
三、溶液的pH计算中的常见问题分析
在进行溶液的pH计算过程中我们主要的运用形式就是通过对溶液中的H+离子摩尔浓度的计算进行的相应的计算，而主要遵从的性质则是通过pH+pOH=-LgKW=14，而这个公式的先决条件则是在常温25℃的情况下。
当常温的条件下，同体积的强酸强碱溶液的pH之和等于14的情况下，那么进行中和则最终的溶液呈现中性。而同时当同样的先决条件下若pH之和大于14那么其混合溶液则呈现碱性，反之混合溶液就是酸性。
而发成这样的主观原因就是我们在进行计算的过程中，对酸碱性的定义上主要还是通过对pH的定义来完成的这一类计算。所以不论是哪种情况在进行计算的过程中，都需要遵循最初的原则问题，这样能够很好的完成其中的各类数据问题，对于学生更好的掌握高中化学方面都能够提供相应的帮助。
总之我们在进行高中化学的教学实践过程中，就需要针对其所存在的内在问题进行相应的归纳总结，在促进教学的改革进展过程中，通过不断的进行相应的体例解析方面进行相应的模型分析，这样不论是提高学生的自学能力方面，还是提高学生对这一类问题的理解上，都能够很好的分析出其中的问题所在。而这样对于提高学生在化学方面的成长上，都是具有良好的效益的。
（收稿日期：2015-03-20）
丙烯腈的晶体结构 第7篇
关键词：光子晶体光纤,光子晶体光纤光栅,多极法,耦合模理论,反射谱
0 引言
光纤光栅(Fiber Grating,FG)作为一种重要的无源器件,具有制作简单、体积小、插入损耗低及易于和光纤系统集成等诸多优点,在光纤通信、光纤传感和光信息处理等领域均有着广阔的应用前景[1,2,3]。
光子晶体光纤(Photonic Crystal Fiber,PCF)是由次序排列的微结构空气孔沿纵向延伸构成的,其奇异的光学特性,如无截止单模传输、高双折射、高非线性、可控的色散特性、极小的弯曲半径和超大模场面积等[4],这些传统光纤无法比拟的特性激发了研究者在PCF上制作光子晶体光纤光栅(Photonic Crystal Fiber Grating,PCFG)的兴趣。但是PCF结构复杂性和空气孔对光的散射作用会使目前广泛采用的紫外曝光等技术在PCF中写入光栅变得非常困难,更为重要的是紫外曝光法制作的PCFG稳定性较差,即使在室温条件下也会随着时间的推移出现光栅衰退现象。近年来研究者正在积极探索利用电弧技术、CO2激光加热的热激成栅法或其他机械压力法使PCF产生形变来制作光栅[5,6]。这种基于永久性结构改变的PCFG,无需纤芯掺杂或载氢处理,具有很好的热稳定性和长期稳定性,在光纤通信和传感等领域均有很大的潜在应用价值。
1 理论基础
目前国内外所有对于在非光敏纤芯光纤上基于结构性改变的成栅技术研究,基本都停留在对实验方法和实验结果的描述上,而对其成栅机理很少涉及,对于所成光栅性能与结构参数之间关系没有建立明确的数学定义。本文首次提出利用多极法结合耦合模理论对基于结构性改变的PCFG成栅原理进行分析,建立基于结构性改变的PCFG仿真模型,研究了其传输特性,得出谐振波长和带宽与结构改变参数之间的关系。
1.1 多极法
多极法理论适合研究圆柱形空气孔构成的PCF[7,8],计算其模式传播常数及有效折射率,还可以利用有效折射率的虚部和实部分别计算出有限包层空气孔情况下的损耗和色散。图1是PCF截面,实线大圆是光纤的边界,小圆为包层内排布的空气孔,虚线代表场分布,O是光纤的中心,Q和S分别是两个空气孔的中心。
利用多极法分析PCF过程如下:以第l个空气孔为例,在空气孔的内部,其纵向电场Ez可以在圆柱坐标系下展开成Bessel函数形式[9]:
在第l个空气孔邻近的介质中,其纵向电场Ez可以展开成[9]:
其中:mla、mlb和mlc为展开式系数,k⊥i=(k02ni2-β2)12,k⊥e=(k02ne2-β2)12,in=1为空气孔的折射率,en是石英的折射率,k0=2πλ为自由空间波数。
定义向量Al和Bl表示系数矩阵Aml和Bml。同样,也可以把包层上的场分布展开,其系数矩阵用向量A0和B0表示。在空气孔和基质边界上,有Bl=RlAl,Rl代表空气孔边界面的反射矩阵,把所有空气孔的边界条件结合起来,组成一个全局矩阵B=RA;包层的边界条件A0=R0B0。通过Wijngaard推导的方法将场展开,将各点场方程系数联系起来可以得到[9]:
式中:矩阵Hlj和Γl0为系数变换矩阵。将边界条件运用到所有的空气孔,同时扩展矩阵可以得到A=HB+ΓB0A0,再联立方程(1)~(3),得到[9]:
式中:I是单位矩阵。式(4)如果存在非零解,必须使得det[I-R(H+ΓB0R0Γ0B)]=0。在空气孔的界面上利用电磁场的边界条件,即可以得到aml、bml、cml和传播常数β,进而求得有效折射率neff=β/k0。
1.2 耦合模理论
耦合模理论是分析光纤光栅的基础,光纤光栅中前、后向光场的耦合作用可以用耦合模方程来描述。根据耦合模理论,在折射率引导型PCFG中,基模的谐振波长表达式为[10]
式中:ncore为基模有效折射率,PFBG为Bragg光纤光栅的周期。
当基模与反向传输的第i阶包层模满足βcore+βclad,i=2πPFBG,式中βcore为纤芯基模的传播常数,βclad,i为第i阶包层模的传播常数,则反向传输的第i阶包层模被激发,谐振波长表达式为[10]
式中nclad,i为第i阶包层模的有效折射率。
在前面的研究中,我们已经利用多极法求出不同离散波长下的nclad值,得到nclad与波长的关系nclad(λ),代入式(6),即可得到PCFG的谐振波长,然后将其代入耦合模方程求解,即可得到PCFG反射谱:
需要注意的是,与常规FG不同,在求PCFG反射谱时,直流自耦合系数σˆ,交流耦合系数k,包层模有效折射率nclad都是波长的函数。
2 数值仿真结果及分析
本文研究中,首先建立了结构性改变的PCFG模型,利用多极法分析包层空气孔塌缩对有效折射率的影响,最后利用耦合模理论得到PCFG传输谱特性。分析了具有七层三角形空气孔对称排布的折射率引导型PCFG,其截面和纵向结构模型图2,空气孔排布层数由内至外依次为1,2,…,7,空气孔直径d=2.16μm,空气孔间距Λ=7.2μm,光纤外直径D=125μm,光栅长度L=20 mm,光纤芯径d0=2Λ-d=12.24μm,光栅周期为P=0.535μm,光纤材料为Si O2,折射率nSi O2=1.446 6。外径塌陷最大深度m=5μm,包层空气孔根据位置不同塌缩程度不同,由外至内塌缩深度在1.6~0.4μm之间,塌缩周期即为光栅周期。
图3是空气孔包层有效折射率与波长之间的变化情况,可以看出,随着波长的增加,有效折射率降低。图4为以上参数PCFG的反射谱,可以看出,结构性改变的PCFG出现明显的光栅效应,谐振波长在1.55μm左右,反射峰强度接近1,带宽可以达到100 nm以上。
PCFG包层中空气孔层数、空气孔占空比d/Λ、空气孔塌缩层数和塌缩程度等参数都可以对包层有效折射率产生影响,进而改变PCFG性能,我们对以上参数也进行了分析。
2.1 空气孔层数与谐振波长和带宽关系
PCF本身结构尤其是包层中空气孔排布层数对PCFG的传输特性有显著影响。表1是当空气孔层数变化时谐振波长、带宽和反射峰强度的数据,图5为谐振波长和带宽随空气孔层数变化的曲线。
我们发现,当包层中没有空气孔排布时,得到的只是结构性改变的FG,这种情况下也可成栅,但是带宽很窄,不到1 nm,反射峰强度只有1.5%。当有1层空气孔时,带宽稍有增加,反射峰强度即可达到60%,可见空气孔包层可以很好地把光限制在纤芯区域。从图5中可以观察到,随着包层空气孔层数增加,谐振波长向短波长方向移动,反射带宽增加。根据式(6),谐振波长取决于纤芯和包层等效折射率之和,当包层中空气孔层数增加时,光栅包层等效折射率下降,导致纤芯和包层等效折射率之和减小,所以出现谐振波长蓝移现象。包层等效折射率降低,对光的束缚能力增强,光栅纤芯区域满足相位匹配条件的模式变多,因而带宽增加。
2.2 空气孔占空比与谐振波长和带宽关系
空气孔占空比d/Λ对光栅性能也有明显影响。表2是当d/Λ变化时谐振波长和带宽的数据,图6为谐振波长和带宽随d/Λ变化的曲线。从图中可以看出,d/Λ从0.25到0.65的变化过程中,谐振波长和带宽都呈现下降趋势,原因是在d/Λ增加的过程中,包层有效折射率下降,根据式(6),谐振波长向短波长方向移动。带宽变窄是因为我们在仿真中设定的纤芯直径与空气孔间距和空气孔直径之间的函数关系是d0=2Λ-d。式中,如果d不变,d/Λ增加意味着Λ减小,所以d0减小;如果Λ不变,d/Λ增加意味着d增加,仍然得出d0减小的结论。芯径d0减小,即基模与高阶包层模的耦合区域变小,满足相位匹配条件的模式减少,因而带宽变窄。从图中还可以观察出当d/Λ=0.32时,带宽达到最大值,约为140 nm。
2.3 气孔塌缩程度与谐振波长和带宽关系
我们对空气孔塌缩层数和塌缩程度对PCFG传输特性的影响也进行了研究。仿真时设定包层空气孔周期性塌缩,塌缩层数逐渐增加,并且每一层塌缩程度由轻到重划分为2个等级。图7是谐振波长和带宽随空气孔塌缩变化曲线。
从图中可以看出,随着空气孔塌缩层数和塌缩程度的增加,谐振波长向长波长方向移动。这是因为空气孔塌缩层数越多,塌缩程度越严重,包层有效折射率就越大,谐振波长出现红移现象,与式(6)吻合。另外,包层有效折射率增加,光栅纤芯区域束缚光能力变弱,满足相位匹配条件的模式减少,所以带宽变窄。由图还可以看到,在每一层的空气孔塌缩中,谐振波长基本不受塌缩程度影响,这是因为我们仿真时设定的空气孔直径较小,所以在塌缩层数相同而塌缩程度不同时有效折射率变化不大,如果空气孔直径较大,那么谐振波长变化会比较显著。
3 结论
利用电弧放电或CO2激光加热的热激成栅法或其他机械压力法写制的具有永久性周期结构改变的PCFG,空气孔塌缩会改变光纤包层的有效折射率,类似于利用紫外曝光法在光纤中引入的折射率微扰,使满足相位匹配条件的两个模式之间发生耦合从而形成光栅。我们利用多极法和耦合模理论对基于结构性改变的PCFG成栅原理进行了分析,建立了基于结构性改变的PCFG仿真模型,重点研究了包层中空气孔层数、空气孔占空比、空气孔塌缩对PCFG传输特性的影响,得出了谐振波长和带宽与这些结构参数之间的变化关系,仿真结果与理论分析吻合一致。
参考文献
[1]LI Kang,WANG Yi-shan,ZHAO Wei,et al.High-power double-clad large-mode-area photonic crystal fibre laser[J].Proc.of SPIE(S0277-786X),2005,6028:1441-1443.
[2]赵敏福,张桂菊,马狄峰.金属涂层SPR的单端面LPFG折射率传感器[J].光电工程,2009,36(7):144-150.ZHAO Min-fu,ZHANG Gui-ju,MA Di-feng.Single-ended LPFG Refractive Index Sensor Based on Metal-coated Surface Plasma Resonance[J].Opto-Electronic Engineering,2009,36(7):144-150.
[3]Kivist S,Herda R,Okhotnikov O G.All-fiber supercontinuum source based on a mode-locked ytterbium laser with dispersion compensation by linearly chirped Bragg grating[J].Optics Express(S1094-4087),2008,16(1):265-270.
[4]刘德明.光纤光学:第二版[M].北京:科学出版社,2008.LIU De-ming.Fiber Optics:The second edition[M].Beijing:Science Press,2008.
[5]ZhuYinian,Shum Ping,Chong Hin-Joo,et al.Strong resonance and a highly compact long-period grating in a large-mode-area photonic crystal fiber[J].Optics Express(S1094-4087),2003,11(16):1900-1905.
[6]涂勤昌,张伟刚,金龙,等.光子晶体光纤光栅制备方法最新进展[J].激光与光电子学进展,2005,42(4):42-47.TU Qing-chang,ZHANG Wei-gang,JIN Long,et al.Recent progress on imprinting technologies of photonic crystal fiber grating[J].Laser&Optoelectronics Progress,2005,42(4):42-47.
[7]Kuhlmey B T,White T P,Renversez G,et al.Multipole Method for Microstructured Optical Fibers.II.Implementation and results[J].Journal of the Optical Society of America B(S0740-3224),2002,19(10):2331-2340.
[8]Nikitov Sergey A,Popov Roman S,Lisenkov Ivan V,et al.Elastic wave propagation in a microstructured acoustic fiber[J].IEEE Transactions on Ultrasonics,Ferroelectrics,and Frequency Control(S0885-3010),2008,55(8):1831-1839.
[9]White T P,Kuhlmey B T,McPhedran R C,et al.Multipole Method for Microstructured Optical Fibers.I.Formulation[J].Journal of the Optical Society of America B(S0740-3224),2002,19(10):2322-2330.
丙烯腈的晶体结构 第8篇
问题导出: 关于推算晶体结构中密度、微粒间的距离、化学式等问题是考查学生综合素养的较好问题, 该类试题能够较好的将物理学、数学、化学等知识点相联系, 该类题型最早在上世纪80 年代的全国高考物理试题中常常会涉及到.
例1 ( 1987 全国高考物理试题) 如图1 所示, 食盐 ( Na Cl) 的晶体是由钠离子 ( 图中○) 和氯离子 ( 图中●) 组成的. 这两种离子在空间中三个互相垂直的方向上, 都是等距离地交错排列的. 已知食盐的摩尔质量是58. 5 g·mol- 1, 食盐的密度是2. 2 g·cm- 3. 阿伏伽德罗常数为6. 0 × 1023mol- 1. 在食盐晶体中两个距离最近的钠离子中心间的距离的数值最接近于 ( 就下面四个数值相比) ( )
(A) 3.0×10-8cm (B) 3.5×10-8cm
(C) 4.0×10-8cm (D) 5.0×10-8cm
答案: ( C)
解答该类试题时, 一般借助物理学中密度的基本公式, 根据立体几何知识和化学中晶胞的知识点, 逐步推算, 得出答案.随着认识该问题的深化, 也会总结出, 涉及晶体计算时的一个“万能公式”:M:摩尔质量 (g·mol-1) ;ρ:密度 (g·cm-3) ;体积 (cm-3) ;NA: (阿伏加德罗常数) ;z:一个晶胞中微粒的个数.
为使大家更好地了解该类试题的解题思路, 合理使用物理、化学、数学知识进行解答, 下面再通过近两年的高考化学试题做一分析说明.
例2 ( 2015 年新课标Ⅱ37 题节选) A、B、C、D为原子序数依次增大的四种元素, A2 -和B+具有相同的电子构型; C、D为同周期元素, C核外电子总数是最外层电子数的3 倍; D元素最外层有一个未成对电子.回答下列问题:
( 1) 到 ( 4) 题略.
(5) A和B能够形成化合物F, 其晶胞结构如图2所示, 晶胞参数a=0.566 nm, F的化学式为____:晶胞中A原子的配位数为____;列式计算晶体F的密度 (g·cm-3) _______.
解析: 该试题较好的将物理、数学、化学知识相结合. 根据试题提供的信息, 可以推断出A、B、C、D四种元素分别是O、Na 、P、Cl. 根据试题提供的晶胞结构图, 可以得出, O原子个数为: 8 × 1 /8 + 6 × 1 /2 = 4, Na原子在晶胞内部, 共有8 个, 该晶胞的组成为Na8O4, 故A和B形成化合物F的化学式为Na2O; 根据晶胞结构示意图, 可以得出, 与O原子距离最近的Na原子数为8, 即晶胞中A原子的配位数为8; 根据物理学密度的计算公式及立体几何中体积的计算方法, 可以得出
例3 (2015年海南高考试题19节选) 钒 (23V) 是我国的丰产元素, 广泛用于催化及钢铁工业.
(2) 钒的某种氧化物的晶胞结构如图3 (1) 所示.晶胞中实际拥有的阴、阳离子个数分别为______、____.
(4) V2O5溶解在Na OH溶液中, 可得到钒酸钠 (Na3VO4) , 该盐阴离子的立体构型为_____;也可以得到偏钒酸钠, 其阴离子呈如图3 (3) 所示的无限链状结构, 则偏钒酸钠的化学式为____.
解析: (2) 根据试题提供的晶胞结构信息, 晶胞中实际拥有的阴离子数目为4×1/2+2=4, 阳离子个数为8×1/8+1=2; (4) 钒酸钠 (Na3VO4) 中阴离子 (VO3-4) 中, V形成4个δ键, 孤电子对数为, 为正四面体结构, 由链状结构可知每个V与3个O形成阴离子, 且V的化合价为+5价, 则形成的化合物化学式为Na VO3.
答案: (2) 4, 2; (4) 正四面体形;Na VO3.
例4 (2014年新课标I卷) (4) 铝单质为面心立方晶体, 其晶胞参数a=0.405 nm, 晶胞中铝原子的配位数为_____;列式表示铝单质的密度____g·cm-3 (不必计算出结果) .
解析:晶胞中, 与铝原子距离相等且最近的铝原子共有3×4=12个, 所以在晶胞中铝原子的配位数为12, 一个晶胞中含有铝原子的个数是, 晶体的密度为.
例5 (2014年海南高考试题19节选) 碳元素的单质有多种形式, 图4依次是C60、石墨和金刚石的结构图:
回答下列问题:
(5) 金刚石晶胞含有_____个碳原子.若碳原子半径为r, 金刚石晶胞的边长为a, 根据硬球接触模型, 则r=_____a, 列式表示碳原子在晶胞中的空间占有率_____ (不要求计算结果) .
解析:根据试题提供的金刚石晶胞的结构特点, 可以得出:金刚石晶胞中各个顶点、面上和体内的原子数目依次为8、6、4, 碳原子数目为n=8×1/8+6×1/2+4=8;根据硬球接触模型可以确定, 晶胞中体对角线长度与四个碳原子直径相同, 即, 所以;碳原子的体积为:;晶胞的体积为a3, 所以碳原子的空间利用率为:
摘要：本文针对近年来高考理综化学试题中关于晶体结构知识考查点做了分析, 通过物理学中的密度、数学中的立体几何、化学中的晶胞等知识的结合, 并通过实例, 分析了现在高考中借助晶体结构考查学生的综合能力的方法.
丙烯腈的晶体结构 第9篇
1 MS软件介绍[12]
MS Modeling软件是由Accelrys®公司开发的一款具有灵活操作环境的材料科学领域专业软件, 拥有世界上最先进的材料学模拟和构型技术, 可以轻松构建出分子结构、晶体结构和各种复杂原子构型, 通过高分辨的精细图像技术显示出来, 并通过标准计算机工具箱进行控制操作和人机互动。Accelrys®公司开发了MS软件, 涵盖了包括量子力学、分子力学、介观模拟、分析仪器仿真和统计相关等多个领域的理论知识, 并将它们综合在一个简单易用的模拟环境下, 通过构造结构构型和可视化等处理, 对相关科学数据加以描述和表达。
笔者采用MS可视化共享软件Materials Studio Visualizer (version 4.0) 对晶体结构进行模拟和重构, 此软件允许研究者对分子模型、晶体结构、表面、高分子和介观结构进行修改、重建和多角度观察。Materials Studio Visualizer同时包含一系列计算工具, 如量子化、原子化、介观化和统计化等, 可以实现对材料进行不同粒子尺寸和时间范围内的评估计算。另外, 还包括对晶体结构和晶体生长方面的计算和评估。
2 原子构型建立过程
在已知晶体结构信息条件下, 在MS中可以采用多种方法建立原子的构型。晶体结构的信息可以通过查找文献 (如Acta Crystallographica) 获得, 也可以通过晶体结构数据库 (如Inorganic Crystal Structure Database, ICSD) 软件进行查询。通过这些文献或数据库软件, 可以得到相关的晶体结构数据文件 (如.cif文件) , 并直接导入MS软件中获得原子结构图。另外一种方法则是直接在MS中调用已知的一些原子结构, 但往往这些结构的种类比较少, 很难达到我们的要求。因此, 一般情况下, 需要工作人员手工查询相关的结构参数信息, 然后根据MS命令构建原子构型和晶体结构。
MS中构建晶体结构一般需要如下信息:
晶格常数, 如a, b, c, α, β, γ;
晶体结构所属空间群, 或者空间群号;
晶胞中的原子占位, 如原子类型及相关的坐标x, y, z。
选用碳的同素异构体作为研究对象, 研究MS构型建立的过程, 主要包括金刚石、石墨、碳纳米管和富勒烯几种结构类型。笔者以金刚石晶体结构建立过程为实例, 其构型建立过程如下:
首先, 获取金刚石的相关结构参数信息 (见表1) 。打开MS软件, 在菜单栏中找到Build命令, 通过Build Crystal命令打开一个相关的晶胞构建对话框, 手工将结构参数输入相应的位置, 如通过空间群号获得相应的空间群类型, 并输入晶格常数, 最后得到一个相应的不包含原子的空间图框。建立空间图框后就可以在空间中添加相应的原子。在本例中, 仅需要添加一种原子类型 (碳原子) 即可, 但对于多原子种类的合金来说, 需要添加不同类型的原子, 但基本操作过程是一样的, 所以本文不再赘述。添加原子时, 需要根据对称条件, 对不同对称位置上的原子进行多次添加, 如果仅有一种原子占位类型, 则添加一次原子即可, 如所选示例的金刚石结构。在添加原子的对话框中需要添加原子的位置 (x, y, z) 和占位比例 (SOF) 。完成添加后即可得到相应的晶体结构示意图, 如图1所示, 展示了一个完美的金刚石球棍模型图。采用相同的构建方法, 可以获得其他碳的同素异构体的相关原子结构, 甚至很复杂的结构也可以得到完整的描述, 如富勒烯和碳纳米管的结构 (如图2所示) 。对于富勒烯, 通常只是了解其类似于足球的一种结构特征, 但一般情况下很难想象其在空间中的其他分布规律, 但通过构建原子模型, 可以很容易地看到, 这些足球状的富勒烯原子团, 又在空间上形成了一个大的面心立方结构, 如图2a所示, 大大提高了结构特征的表述能力。因此, 通过结构模型重建可以简单易懂地对相关结构特征和规律进行描述, 能够极大地提高学生对晶体结构学习的兴趣和热情。
除了构建原子模型之外, MS还可以对原子构型进行多视角观察和改变原子表现形式等操作, 如图3所示。图3a给出了石墨原子构型的侧视图, 可以看出原子呈层状排列, 每一层原子以六边形的形式密排在一起 (可以用不同颜色进行标识) 。而图3b则展示了石墨原子结构的俯视图 (沿c轴) , 可以清晰地看到每一个原子层的原子排列规律以及原子层的堆垛顺序类型等信息。由此看出, 可以通过改变模型视角来分析不同结构原子面的原子分布规律和堆垛类型等深层次的结构信息, 而且简单明了、清晰易懂, 有利于学生深入理解晶体结构的取向、对称性等方面的基础理论信息。
3 结束语
通过以上分析可知, 可以在MS中直接构建晶体结构模型, 包括复杂的晶体结构。对这些重建的晶胞结构可以很简单的进行编辑和优化, 并在三维空间中进行多视角观察和分析, 在很大程度上再现了晶体结构的真实图像, 大大提高了学生对晶体结构的理解和对相关结构信息与规律的有效掌握, 优化了晶体结构的教学效果。
摘要：采用Materials Studio (MS) 软件对材料的结构进行模拟和重构, 把抽象的晶体结构 (晶胞或者原子构型) 以简单的可视三维原子球棍模型表示出来, 促进学生更直观地理解复杂晶体结构, 提高晶体结构教学的效果。通过建立晶胞和原子构型, 形象描述晶体结构几何对称理论体系, 并通过一些结构实例, 如金刚石、石墨、碳纳米管和其他碳的同素异构体来阐述MS在材料化学和材料科学教程中的应用过程。根据这些原子模拟构型, 可以使得晶体结构特征更清晰更简单地表示出来, 通过这种方式, 大大促进了学生对晶体结构相关参数和对称特征等抽象概念的理解和掌握, 同时也引发学生对晶体结构学习的兴趣和积极性。
丙烯腈的晶体结构 第10篇
在磷化生产过程中, 由于磷化工件与在弱酸性的磷化处理剂充分接触, 导致了磷化工件的不断氧化、溶解, 反应溶解产生的金属离子将与磷酸根离子产生磷化沉渣, 这种化学还消耗磷化槽液中大量的有效成膜成分, 极大地缩短了磷化液的使用寿命, 增加了磷化处理成本;此外磷化沉渣粘附于钢铁工件的表面, 使得工件表面难于清洗干净, 影响磷化膜的质量和工件的涂装性能。沉渣还会引起喷淋型磷化设备的管道和喷嘴堵塞, 严重时会影响磷化生产的正常进行;增加了清除沉渣的工作量。寻找减少磷化沉渣量的方法是减小劳动强度提高工作效率和磷化生产质量的关键。
目前, 通过加入适量的络合剂与金属离子形成稳定的络合物[2,3], 能有效控制磷化过程沉渣的生成量, 一方面可以避免在磷化过程中起主要作用的磷酸根离子的损失, 提高磷化处理剂的使用效率, 使磷化膜质量得以提高。柠檬酸是最常用的减少磷化沉渣的络合剂, 柠檬酸通过它的多基配位体与基体金属及溶液中的金属离子的配位作用, 促进钢铁工件的溶解同时, 由于其能够与金属离子形成稳定的络合物而减少磷化沉渣的形成[4]。但目前对柠檬酸的添加量缺乏比较系统的研究, 因为若添加量过多, 会使成膜金属离子减少, 阻碍正常成膜, 导致溶液游离酸度升高, 影响磷化成膜质量;若用量过少, 则又达不到络合目的。因此本文利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪, 对不同柠檬酸浓度下, 磷化膜的微观结构和组织成分进行了定量的分析研究。
1 磷化膜形成的基本机理
磷化膜的形成主要包括电离、水解、氧化、结晶等四个步骤, 磷化处理之前, 磷化处理液中的各个组分处于电离与水解的动态平衡状态, 当待磷化处理的金属工件浸入磷化液与磷化液接触后, 在金属表面与磷化液之间发生了在局部阳极和阴极进行的磷化反应, 在微阳极区发生了金属溶解过程的氧化反应:undefined;在微阴极区主要发生析氢过程反应:undefined;同时磷化液中的 H2PO-4离子产生了多级离解:undefined和H2POundefined的离解:undefinedundefined过程。期间反应生成 Me3 (PO4) 2、Me2Fe (PO4) 2、FeHPO4等一些难溶解的磷酸盐, 并在金属表面沉积和长大;这种反应进行十几分钟后金属表面完全被这些磷酸盐构成的磷化膜完全覆盖[5,6], 大多数情况下磷化膜的成分主要是Zn3 (PO4) 2和Zn2Fe (PO4) 2。
2 试验工具及方法
2.1 试样的制备
试样采用宝钢产45#冷轧钢板, 厚度为1.0 mm, 试样剪裁尺寸:100 mm×100 mm。
2.2 试验设备
仪器:超级恒温槽、磁力搅拌器、FA1104电子天平、Philips XL30ESEM型扫描电子显微镜, 飞利浦 X'Pert Pro MPD X射线衍射仪。1 000 mL烧杯2个;500 mL量筒2个。
2.3 试验方法
首先使用脱脂剂对试样表面进行脱脂除油处理, 以保证试样表面水膜完整, 紧接着通过采用20%的稀硫酸进行酸洗, 去除试样表面的锈斑及氧化, 并提高试样表面的活化能以便于磷化处理过程磷化膜的生成, 随后的磷化处理, 将试样浸入磷化液进行15 min的磷化处理。
2.4 磷化处理剂的配制及其柠檬酸络合剂的加入
磷化处理剂的配制参照文献[7]的配制方法进行配制, 称取4 g的氧化锌, 加入少量的去离子水, 充分搅拌, 直至成糊状, 然后缓慢加入10 mL磷酸, 磷酸边加入时边快速搅拌, 待氧化锌完全溶解后, 依次加入7 g硝酸钠、1 g五水硝酸镍、0.5 g氯酸钾、1 g亚硝酸钠复合促进剂, 加水至1 L充分搅拌得到含有一定浓度柠檬酸的磷化处理剂。
试验观察在磷化液溶液中分别加入4.0 g/L、5.0 g/L和6.0 g/L不同量的分析纯柠檬酸。
3 柠檬酸对磷化膜的组织成分的影响
试验工件表面脱脂[ (10～15) min]→清水清洗 (1 min) →试验工件表面除锈[ (10～15) min]→清水清洗 (1 min) →试验工件表面磷化处理 (15 min) →清水清洗 (1 min) →试验工件干燥形成磷化膜。
试样经磷化处理剂处理形成磷化膜后, 首先对成膜试样进行X射线衍射仪 (Philips X'pert—MPD, CuKα, 40 kV) 的组织成分分析, 结果表明所形成磷化膜由Zn3 (PO4) 2和Zn2Fe (PO4) 2按一定的比例组成。图中曲线1为在磷化处理剂中柠檬酸添加量为4 g/L所形成磷化膜的XRD图谱;曲线2和曲线3分别为在磷化处理剂中柠檬酸添加量为5 g/L和6 g/L所形成磷化膜的XRD图谱, 从图1中可以看出:随着在磷化处理剂中柠檬酸添加量的增加, 对应所形成磷化膜的XRD图谱中的谱峰的高度不断上升, 表明所形成磷化膜中的Zn3 (PO4) 2和Zn2Fe (PO4) 2成分比例发生着相应的变化。采用X射线衍射仪系统的Rietveld Quantification半定量分析软件计算磷化膜中晶相的含量。结果显示当柠檬酸添加量由4 g/L增加到6 g/L, 磷化膜中Zn2Fe (PO4) 2·2H2O晶体的含量由53.07%上升到63.8%, 而Zn3 (PO4) 2·3H2O的含量则由46.16%下降到35.81%。
3 柠檬酸对磷化膜的微观结构的影响
对5.0 g/L和6.0 g/L, 所形成的磷化膜在Philips XL30ESEM型扫描电子显微镜下进行微观观察。
当磷化处理剂中柠檬酸的添加量为4.0 g/L时, 在电子显微镜的500倍放大观察下, 可以看到磷化膜中Zn3 (PO4) 2·3H2O的发射状晶体的存在如图2, 当柠檬酸的添加量为5.0 g/L时, 由于Zn2Fe (PO4) 2·2H2O的比例开始增加, Zn3 (PO4) 2·3H2O的发射状晶体的体积明显缩小如图3所示, 柠檬酸的添加量达到6.0 g/L时, Zn2Fe (PO4) 2·2H2O的大量存在, 严重挤压了Zn3 (PO4) 2·3H2O晶体的生长空间, Zn3 (PO4) 2·3H2O晶体自由发射生长的形态已经不复存在, 而成为点状晶体形态。上述微观观察结果与文献报道基本相同[8]。
4 柠檬酸对磷化沉渣量和磷化膜的抗腐蚀能力的影响
磷化膜的抗腐蚀能力按国家标准GB/T 6807—2001方法进行, 该方法也称为硫酸铜点滴抗腐蚀性能试验。磷化膜抗腐蚀性能硫酸铜点滴溶液的配制过程为: 将分析纯CuSO4·5H2O 制成浓度为0.2 mol/L的溶液取其中40 mL;并将分析纯NaCl制成浓度为10%的溶液取出其中20 mL;再将HCl制成浓度为0.1 mol/L的溶液取出其中0.8 mL, 将取出的三者混和成为磷化膜抗腐蚀性能硫酸铜点滴溶液。在室温下将此溶液在工件的磷酸膜表面上点滴, 观察并记录磷化膜成分参与化学反应, 反应结果将点滴溶液中的铜离子置换而使磷酸膜表面变为玫瑰红的时间, 这个化学反应时间的长短得到了磷化膜抗腐蚀能力的定量依据。
取1升磷化处理剂分别在添加柠檬酸4.0 g/L、5.0 g/L和6.0 g/L后, 对1m2相同的宝钢产45#冷轧钢板进行15min的磷化处理, 随后对相应的磷化处理剂进行300目滤纸过虑, 将过虑后磷化沉渣进行烘干、称重。表3为每组五个试样磷化处理沉渣的平均结果。
5 结果分析
通过试验在磷化液溶液中加入三种不同量的柠檬酸, 由所得到磷化膜的X射线衍射谱图 (图1) , 以及磷化膜的SEM微观形貌 (图2) , 分析了相应的磷化膜的抗腐蚀性能定量值及其磷化过程的沉渣量。结果表明:当磷化液中柠檬酸含量为4.0 g/L时, 磷化膜中的Zn3 (PO4) 2·3H2O晶粒粗大, 平均粒径为45.0 μm, 磷化膜的抗腐蚀性能较差, 磷化处理过程的沉渣量高。当柠檬酸添加量为5.0 g/L时, 磷化膜中Zn3 (PO4) 2·3H2O的平均粒径降为25.0 μm, 磷化膜的整体抗腐蚀能力提高, 磷化处理过程的沉渣量下降。当柠檬酸添加量为6.0 g/L时, 磷化膜中Zn3 (PO4) 2·3H2O的平均粒径进一步降为为10.0 μm, 磷化膜的整体抗腐蚀能力比5.0 g/L的添加量只有小幅提高, 磷化处理过程的沉渣量也有所下降。
在磷化膜主要由Zn3 (PO4) 2·3H2O、 Zn2Fe (PO4) 2·2H2O晶体组成, Zn3 (PO4) 2·3H2O晶体的微观形态为放射状结构, 而Zn2Fe (PO4) 2·2H2O晶体则为板状结构, 比例相对较高的Zn3 (PO4) 2·3H2O放射状结构磷化膜, 由于发射状结构容易造成大量的交叉孔隙, 结果使磷化膜疏松、抗腐蚀能力下降。随着柠檬酸添加量的增加, 放射状Zn3 (PO4) 2·3H2O晶体减少, 板状结构的Zn2Fe (PO4) 2·2H2O晶体开始增加, Zn3 (PO4) 2·3H2O晶体生长空间受到压缩, 使得Zn3 (PO4) 2·3H2O晶体粒径变小, 磷化膜整体晶粒细化抗腐蚀性能增强。
柠檬酸在磷化处理剂中起到了两方面的作用, 一方面随着柠檬酸的添加, 磷化处理剂的酸度相应上升, 钢铁工件在磷化处理剂中的溶解加大, 为Zn2Fe (PO4) 2·2H2O晶体形成提供了条件, 结构使磷化膜中板状的Zn2Fe (PO4) 2·2H2O晶体比例上升;另一方面柠檬酸能够络合钢铁工件磷化处理过程溶解出来的铁离子, 使其不能完全与磷化剂中的磷酸根离子结合, 而形成磷酸铁成为沉渣沉淀下来, 从而使磷化处理的沉渣减少。
参考文献
[1]张丕俭, 胡玉才, 殷平, 等.混晶型磷化膜的制备及其耐蚀性能.材料保护, 2008;41 (12) :57—59
[2]邝钜炽.锌系磷化的稀土促进成膜机理研究.稀土, 2006;27 (1) :26—29
[3]隋永强, 梁成浩.低温锌系磷化液的研究.表面技术, 2004;33 (5) :37—39
[4]叶菁.磷化过程沉渣产生原因分析研究.福建分析测试, 2008;17 (4) :67—69
[5]吴纯素.化学转化膜.北京:化学工业出版社, 1988:3—29
[6]肖友军.低温高效钢铁磷化及其成膜机理的研究.电镀与涂饰, 2000;19 (4) :32—34
[7]叶菁.金属磷化处理剂中的磷酸根离子的测定.福建分析测试, 2000;9 (4) :1328—1330
丙烯腈的晶体结构 第11篇
【关键词】实验；晶体；结构；晶习
【中图分类号】R978.11 【文献标识码】B【文章编号】1004-4949（2015）02-0230-02
前言：头孢曲松钠距离至今已经生产了14年之久，其产生给医药事业带来了新的领域，开拓了新的市场；其在国际上的地位极为重要，名列世界前两百名。并且在我国国内市场上，占领巨大的市场领域，是国内中抗感染药物中，销售量最好的药物。目前，对于头孢曲松钠的合成成分以及药理的分析成为社会研究的主要目标，通过对头孢曲松钠的研究，在测试中，通过X2射线进行结构分解后将结晶进行优质的设计，为头孢曲松钠的研发提供最合理的设计；本文通过试验，过程中存在的问题以及试验结果加以分析，来达到头孢曲松钠晶体结构与晶习 预测的研究。从而加深人们对于头孢曲松钠的了解并且更大范围的应用。
1 实验部分
1.1 实验原料头孢曲松钠粗品由山东瑞阳制药有限公司提供，实验室精制后产品纯度经高压液相色谱（HPLC）检测不小于9915%。试样再经研磨、筛分，选取粒度范围在38～45Λm之间的细晶用于X2射线粉末衍射测试。
1.2 DSC分析差示扫描量热仪（NETZSCHThermalAnalysisDSC204）：样品置于封口的Al2O3坩锅中，参比物为空的Α2Al2O3坩锅；升温速率为5℃/min，升温范围从室温到330℃；载气为N2，流量50ml/min。仪器的热焓采用铟作为标准物校正。
1.3 TG分析本文采用NETZSCHTG209热重分析仪测试头孢曲松钠的TG曲线，升温速率为10℃/min，载气为N2，流量为18ml/min。样品用量为5108mg，升温范围从室温到200℃。
1.4 红外分析本文采用KBr压片法在NICOLET560型傅立叶变换红外光谱仪（FT2IR）上对头孢曲松钠进行红外光谱分析。
1.5 扫描电镜（SEM）本文采用HitachiX650扫描电镜（SEM）表征实验样品的晶习，操作电压15kV，样品放在黏着双面胶的金属片上，在观察前需在氩气保护下间歇喷金。
1.6 X2射线粉末衍射分析头孢曲松钠的X2射线粉末衍射数据在日本理学（Rigaku）Dmax22500型单色X2射线衍射仪上收集，CuKΑ射线（Κ=115405～），石墨单色器，扫描速率1s/step，工作电压40kV，工作电流100mA，测试温度（25±1）℃。为保证样品表面与测角仪轴心平行共面，装样采用铝板背压法。
2 实验结果与讨论
2.1 DSC曲线头孢曲松钠的DSC谱，样品在260℃附近存在一个尖锐的放热峰，在放热峰前还存在两个小的吸热峰。头孢曲松钠DSC曲线260℃附近的放热峰是样品热分解放热所致，实验测定的热分解峰顶温度TP为262130℃，接近文献值240～265℃。与其他大多数头孢菌素一样，头孢曲松钠的DSC曲线也没有熔点峰，表明头孢曲松钠在熔化前已发生热分解，故无法用量热法来测定其纯度。
2.2 TG2DTG分析头孢曲松钠的TG2DTG。虽然TG曲线没有表现出明显的直角台阶状，但DTG曲线的双峰却说明了头孢曲松钠在室温至200℃之间的失重是分两步完成的。根据TG线的失重百分率计算结果可知，第一步失重约6130%，第二步失重约3131%。头孢曲松钠分子中结晶水的理论百分含量是9153%，头孢曲松钠水分含量为915%，而实验测得TG失重为9161%，与理论结晶水含量基本相符。因此可推断头孢曲松钠在室温至200℃之间的TG失重是脱除结晶水所致， DSC曲线热降解放热峰前出现的两个小峰正是头孢曲松钠分两步脱水而产生的吸热峰。
2.3 红外分析实验室制备的头孢曲松钠与市售国外产品的红外。Β2内酰胺与杂环并接产生的特征峰出现在1740cm-1处，在3440～3260cm-1处出现的强而宽的峰是2OH和2NH伸缩振动引起的谱带，2OH和2NH的伸缩振动频率在此区域相互重叠而不易区分，由于分子内氢键，吸收频率向低频方向还存在一定的平移。1610cm-1附近处的强峰是芳核骨架振动的特征峰，1000cm-1附近的特征峰是芳环C2H面向弯曲振动引起的强吸收峰，但Ar2H在3030cm-1附近的特征峰由于2OH和2NH的存在而不明显。
2.4 X2射线粉末衍射分析测试中发现当2Η>50°后，头孢曲松钠的XPRD谱不再出现明显的衍射峰，因此在RigakuD/max22500X射线衍射仪上收集5°<2Η<50°的数据，再利用衍射仪随机软件进行衍射图的平滑、KΑ2剥离及其背景扣除后得到的头孢曲松钠X2射线粉末衍射，衍射数据表明实验室制备的头孢曲松钠与标准品具有相同的特征峰位置与强度。精修后头孢曲松钠X2射线粉末衍射数据的指标化，属于单斜晶系，P21/c空间群，晶胞参数为a=912493～，b=151779～，c=201619～，Α=Χ=90°，Β=121134°，单胞内分子数Z=4。通过晶胞参数可计算出头孢曲松钠晶体密度Dx=1171g/cm3，与实验测出的晶体密度Θc=1173g/cm3基本吻合。
2.5对于头孢曲松钠的晶体结构进行分析，确定晶体结构及分子的结构，能够帮助晶体的研究；通过对于晶体结构的确认，就能够将其所属空间极其位置进行确认，能够更好的进行区分。所以在试验之前要将分子结构进行深入了解。分子的空间结构一般可以由两种方法得到：一是通过实验的方法，另一个是通过计算机辅助分子设计的理论计算方法。在固态结构中，单晶体结构分析的方法是最常见的一种，也是分析数据最多的一种方法；单晶结构分析法，在化学、物理等相关学科中得到广泛的应用，是研究过程中不可缺少的手段。
2.6生长环境对头孢曲松钠晶习的影响
晶体的内部结构以及外在环境都会影响到晶习。实验中通过不同的操作及环境观察晶体的不同变化，通过不同的条件，比如含钠离子的物质对于晶习的影响；头孢曲松钠具有较好的溶解、分解特点，能够在高温或者溶解的情况下快速分解；对于其分解方法一般采用溶析结晶以及提纯的方法。试验过程中发现，溶析剂对于头孢曲松钠晶习没有明显的影响；同时，将实验温度升高，头孢曲松钠晶习也没有明显的改变。
3 结论
（1）头孢曲松钠晶体具有相同的晶体结构。（2）属于单斜晶系，空间群为P21c。（3）在Cerius2工作站SGIIRIX上应用能量最小化法确定了头孢曲松钠的晶体结构；基于BFDH、AE模型预测了头孢曲松钠晶体的晶习，其中AE模型预测的晶习与实际生长晶习相近，呈薄片狀。（4）不同的外界环境变化对于晶习变化影响较小。通过运用溶析剂、环境温度、钠离子物质等对头孢曲松钠溶析结晶构造进行实验，结果表明上述物质并没有对头孢曲松钠溶析结晶过程产品的晶习的变化产生很大的影响；
参考文献
[1]张春桃，王静康，王永莉.头孢曲松钠结晶工艺研究进展[J].中国抗生素杂志.2006（07）
丙烯腈的晶体结构 第12篇
作为一种惯性器件,加速度计在自控、车辆、振动测试和航空航天等领域有着广泛的应用,目前已开发了压阻式、压电式、电容式、隧道式等多种类型的硅微加速度计[1]。加速度计的结构设计总体上是沿着提高灵敏度和提高带宽的方向发展的[2]。众所周知,灵敏度和测量带宽又是一对不可调和的矛盾,如何才能探索出新结构、新原理、新功能的加速度计已经成为世界各国研究的热点之一[1]。
光子晶体是一种介电常数(或折射率)呈现周期性变化、具有一定光子能带结构的人工晶体。根据构成人工晶体材料的折射率呈周期性变化的空间维数,可将光子晶体分为一维光子晶体、二维光子晶体和三维光子晶体[3]。对光子晶体的研究表明,电磁波在光子晶体中传播时,由于多层布拉格散射而出现光子带隙,落在禁带区域的光子将被抑制而不能传播。利用掺杂技术,可以在理想光子晶体中产生缺陷模,光子便可以在缺陷模中传播[4]。由于掺杂技术的局限性,直接导致了在光子晶体中不可能形成理想的缺陷模。在异质双周期结构的光子晶体中,不需要引入缺陷便可以在光子带隙中产生多条缺陷模,并且在实际的应用范围内,缺陷模中传输的电磁波的透射率与光子晶体所受的轴向应力呈简单的线性关系,这一效应称为介观压光效应[5,6]。
本研究所设计的加速度计是基于异质双周期结构光子晶体的新型加速度传感器,可以完成万分之一的透射光强改变量条件下的0.01gn的加速度测量,测量量程可达100gn的范围,并且可以通过选择不用的透射谱来改变测量精度和量程。本研究工作对多量程超敏感的加速度计的设计具有一定的参考价值。
1 异质双周期光子晶体光学特性
构造了一种由两种不同光学厚度的光子晶体A、B沿Z轴方向交替生长而成的一维异质双周期结构的光子晶体AmBnAmBn……,总周期数为N,A、B是光学厚度晶体单元,A由折射率分别为n1和n2、厚度分别为d1和d2的两种介质构成,B由折射率分别也为n1和n2、但厚度分别为d3和d4的两种介质构成,A、B的周期数分别为m,n。
不考虑材料的色散,取n1=2,n2=1.5,光子晶体A、B的光学厚度分别满足n1d1=n2d2=λ1/4和n1d3=n2d4=λ2/4。λ1和λ2为禁带中心波长,取λ1=600 nm,λ2=800 nm。m=n=5,N=2。根据传输矩阵理论,计算此光子晶体的的透射系数和透射率,用Matlab仿真的结果如图1所示。
从图1可以看出,这种异质双周期结构的光子晶体在垂直入射时具有512～960 nm的光子带隙,并且在带隙中出现了5条较窄的透射峰。由此可见,这种结构的光子晶体不需要掺杂就可以产生5条透射峰。
对此结构的光子晶体施加轴向应力,可以得到图2所示的透射峰随应变的变化关系。从图2可知,透射峰随着应变的增加而呈现出近似U型的变化规律。考虑到实际的应用价值,仅针对应变比较小的区间进行研究,结果发现应变比很小时,透射峰与应变比呈近似直线关系,这就是介观压光效应[5,6]。
将图2(b)的近似直线斜率定义为介观压光系数ρ。利用直线拟合的方法,得到透射率T与应变比ξ的关系式:
T=ρξ+b (1)
由式(1)得到,对应于图2中5条透射谱线波长的介观压光系数分别为-0.0012、-0.0011、-0.0010、-0.0002、0,即波长越长透射峰变化越缓慢。因此,对透射光强的检测越精确,可以得到的光子晶体发生的应变比就越细微,进而可检测出更加微小的加速度变化量。
2 加速度计的结构设计及参数计算
加速度传感器一般都采用“弹性梁-质量块”结构作为加速度敏感元件,采用不同的微机械加工技术可以制成悬臂梁、固支梁和梁岛等形式,其中悬臂梁结构的传感器敏感度最高。本研究所述的传感器采用的是单悬臂梁结构的加速度计,具体结构如图3所示。
在图3中,a1、b1、h1和a2、b2、h2分别对应于悬臂梁和质量块的长、宽、高。质量块的质量为m,当传感器在垂直于悬臂梁方向上以加速度az运动时,受到的惯性力为maz。在本模型中,悬臂梁相对于质量块的质量可忽略不计,把质量块视为刚体,可认为由加速度产生的惯性力作用在质量块的质心位置上[1]。
当传感器以加速度az运动时,由于惯性质量块将向相反方向运动,由此产生的惯性力施加于悬臂梁上,悬臂梁将发生弹性应变。根据材料力学理论,悬臂梁上距梁根部x位置上的点所受的应力为[1]:
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显然,当x=0时,即位于梁根部的点所受到的应力最大,即:
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对应于梁根部产生的最大应变量为:
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式中:E为材料的杨氏模量。在本设计中选用GaAs材料,其杨氏模量E=85.5 GPa,泊松比为0.31,密度为5.32 g/cm3。对于此结构的加速度计,其刚度系数为:
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此结构的固有频率为:
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综合考虑加速度传感器的灵敏度、固有频率、阻尼等因素的影响,设计加速度计的结构参数为:悬臂梁和质量块的长、宽、高尺寸分别为300 μm×20 μm×10 μm和1500 μm×1500 μm×500 μm,经计算质量块的质量m=5.985×10-3 g,f0=50.05 Hz。
3 加速度传感器结构仿真
仿真分析是结构设计中不可缺少的部分,根据传感器的性能要求,对其进行ANSYS仿真计算,有限元仿真模型如图4所示。
加速度计检测垂直于悬臂梁方向上的加速度定义为Z方向。当传感器受到一个Z方向的加速度作用时,由于惯性力的作用,传感器的质量块会向着与加速度计相反的方向运动。在传感器敏感元件正常工作方向上施加满量程加速度100gn进行求解,得到结构单元等效应力和Z向位移分布,如图5、图6所示,可知该加速度计均可满足检测需求。
继续对该加速度计进行模态分析,通过软件仿真可知,该加速度计在垂直、横摆以及扭摆方向上均可以正常工作,避免共振现象的产生,确保了该加速度计的工作稳定性。仿真结果如图7所示。
4 加速度传感器模型分析
利用介观压光原理替代压阻原理来检测加速度,将弹性梁根部上的压敏电阻换成异质双周期结构光子晶体。由于弹性梁的梁长远远大于梁宽和梁高,因此当有惯性力maz产生时,近似地认为弹性梁在梁长度上产生了应变量,忽略其梁宽度和梁高度上的应变量,即:
εmax=ξ·a1 (7)
利用式(1)、(4)、(7),整理出加速度与透射率的关系式:
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对于构造的异质双周期结构光子晶体,在其禁带内有5条透射峰,对其施加轴向应力时,在实际应用范围内透射峰与应变比成线性关系,且波长越长透射峰变化越缓慢。
先选取λ=551 nm的透射峰进行研究,其介观压光系数ρ=-0.0012,b=0.9525,计算此加速度计的检测精度和量程范围。
通过光强分析仪检测发现透射率T=0.9524,即透射光强发生0.01%的变化时,由式(8)得到将产生的加速度:
undefinedm/s2≈0.01gn
当透过率T=0,即没有光强透过该光子晶体时,对应于该加速度计测量量程为:
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再次选取λ=742 nm的透射峰进行研究,其介观压光系数ρ=-0.0002,b=1,再次检测当光强发生0.01%变化和透射率T=0的情况时,计算得到该加速度计的检测精度和量程范围为:
azmin≈0.06gn
azmax≈600gn
也就是说,选择不同的透射波长进行研究,即可得到不同精确度和量程的加速度检测。
5 结论
不需要掺杂,一维异质双周期结构的光子晶体(AmBnAmBn……)即可在光子禁带中产生5条透射谱,并且在实际应用范围内,5条透射谱线的透射率与光子晶体所受的单轴应力呈简单的线性关系。用异质双周期结构的光子晶体作为敏感元件,设计了单悬臂梁加速度传感器。这种加速度计可以感知万分之一透射光强改变量条件下的0.01gn的加速度测量,测量量程可达100gn,具有多量程选择、超灵敏和测量频带宽的特性,可为多量程超灵敏加速度计的设计研究提供思路。随着微机电加工工艺(MEMS)的发展,加速度计尺寸不断减小且光强检测精度也在断提升,相信在不久的将来这种加速度计将会为传感器家族输入新鲜的血液。
参考文献
[1] Wu Rui,Wen Tingdun.Silicon micro-accelerometers basedon meso-piezoresistance[J].Chin J Sensors Actuators,2007,20(8):1771吴瑞,温廷敦.基于介观压阻效应的硅微加速度计研究[J].传感技术学报,2007,20(8):1771
[2] Guo Tao,Lin Dawei,Xiang Ting.Design of MEMS lowrange micro-accelerometer[J].Microelectronics,2011,41(3):416郭涛,林大伟,向婷.MEMS低量程微加速度计的设计[J].微电子学,2011,41(3):416
[3] Qian Daxing,Wang Chenyi.Characteristics,preparation me-thods and application vistas of photon crystal[J].J BuildMater,2005,6(8):268钱达兴,汪晨怿.光子晶体的性质、制备方法及应用前景[J].建筑材料学报,2005,6(8):268
[4] Fu Xiaoqin,Guo Ming,et al.Recent development of pho-tonic crystals sensors[J].Mater Rev:Rev,2011,25(2):57傅小勤,郭明,等.光子晶体传感器的研究进展[J].材料导报:综述篇,2011,25(2):57
[5] Li Jiao,Wen Tingdun,Xu Liping.Optical characteristics ofdual-periodical photonic crystal heterostructures[J].Chin JLuminescence,2012,33(3):305李娇,温廷敦,许丽萍.异质双周期结构光子晶体光学特性[J].发光学报,2012,33(3):305
