第一章：晶体及结晶学

第一章：晶体及结晶学晶体及结晶学一、晶体的概念1、晶体的定义：人们最早把具有规则几何多面体形态的水晶（即石英）称为为晶体。后来把能自发生长成规则几何多面体外形的固体称为晶体。现代定义：是内部质点（原子、离子或分子）在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。这种质点在三维空间周期性的重复排列也称格子构造，所以晶体是具有格子构造的固体。食盐的晶体形状晶体与结晶学2、非晶体：不具有格子构造物质晶体与非晶体的区别：注：非晶体的内部结构在很小的范围内也具有某些有序性（如一个小黑点周围分布着三个小圆圈），这种有序性与晶体结构中的一样。我们将这种局部的有序成为近程规律，而在整个结构范围的有序称为远程规律。晶体具有格子构造既有进程规律，又有远程规律非晶体不具有格子构造只有近程规律（无定形体）晶体与结晶学晶体非晶体晶体与结晶学3、晶体与非晶体之间的转化非晶态晶态（自发进行）晶体非晶体（需要外能）例子：1、加热融化的硫倒入冷水中，过段时间会转化成晶体硫（晶化）2、石英晶体高温熔化，变成非晶体（非晶化）结论：晶体比非晶体稳定，所以晶体的分布十分广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。如石头、沙子、金属器材、食盐、糖等晶化非晶化晶体与结晶学4、准晶体：一种新的物态，其内部质点排列具有远程规律，但没有平移周期，既不具有格子构造。这种物质介于晶体与非晶体之间，人们称之为准晶态。晶体与结晶学二、空间格子1、概念：表示晶体内部结构中质点周期性重复排列规律的几何图形。█空间格子的导出：晶体平面结构图相当点空间格子晶体与结晶学相当点：指质点种类相同，周围环境也一样的几何点。空间格子导出：首先在晶体结构中找出相当点，再将相当点按一定规则相连，就形成了空间格子。晶体平面结构中的多套相当点及空间格子晶体与结晶学空间格子与具体的晶体结构是什么关系？可以认为具体的晶体结构是多套空间格子组成的，见图注：具体的晶体结构是多种原子、离子组成的，使得其重复规律不容易看出来，而空间格子就是使其重复规律突出表现出来。空间格子仅仅是一个体现晶体结构中周期重复规律的几何图形，比具体晶体结构简单得多。晶体与结晶学三、空间格子要素1、结点：又称格点，是空间格子中的点，它们代表晶体结构中的相当点。结点结点结点结点晶体与结晶学2、行列：结点在直线上的排列即构成行列。结点间距：行列中相邻结点间的距离注：同一行列中结点间距是相等的，在平行的行列上结点间距也是相等的，不同方向的行列，其结点间距一般是不等的。红线部分为行列结点间距晶体与结晶学3、面网：结点在平面上的分布即构成面网。注：面网上单位面积内结点的密度称为面网密度。任意两相邻面网间的垂直距离成为面网间距。晶体与结晶学面网特点：相互平行的面网，面网密度必相同，面网间距也必定相等。互不平行的面网，面网密度与面网间距一般不等。结论：A=B≠CABC晶体与结晶学4、平行六面体：空间格子划分的最小重复单位，在实际晶体结构中所划分出的这样相应单位成为晶胞。由6个两两平行且相等的面组成整个晶体结构可视为晶胞在三维空间平行的、毫无间隙的重复垒叠而成。晶胞的形状与大小取决于它的3条彼此相交的棱的长度和他们之间的夹角。晶胞空间格子晶体与结晶学三、晶体的基本性质1、自限性：晶体在适当条件下可以自发的形成几何多面体外形的性质。注：（1）晶体为平的晶面包围，晶面相交成直的晶棱，晶棱会聚成尖的角顶。（2）晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的直接反映。晶体与结晶学2、均一性：因为晶体是具有格子构造的固体，在同一晶体的各个不同部分，质点的分布是一样的，所以在晶体的各个部分的物理性质与化学性质也是相同的，这就是晶体的均一性。注：非晶质体也具有均一性，如玻璃的不同部分折射率、膨胀系数、热导率都是相同的。但非晶质不具有格子构造，所以其均一性是统计的、平均近似的均一，称为统计均一性。天然玻璃水晶晶体与结晶学3、异向性：同一格子构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。1、钻石切割钻石举例：钻石切割技术。2、激光切割钻石晶体与结晶学4、对称性：相同的性质在不同的方向上，也有相等的晶面、晶棱和角顶重复出现。这种相同的性质在不同的方向或位置上有规律的重复就是对称性。5、最小内能性：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。6、稳定性：晶体具有最小内能性的必然结果。晶体与结晶学四、结晶学研究的主要内容1、几何结晶学：研究晶体外形的几何规律。2、晶体结构学：研究晶体内部结构中质点的排布规律以及结构缺陷。3、晶体化学：研究晶体的化学成分与晶体结构，以及晶体的物理、化学性质间的关系。4、晶体生长学：研究晶体的生长机理以及控制和影响生长的因素5、晶体物理学：研究晶体的各种物理性质及其产生的机理。本节重点1、晶体的定义是什么？2、晶体与非晶体的区别是什么？3、空间格子、相当点的概念？4、空间格子要素包括哪些？5、晶体的基本性质有哪些？