第二章晶质与非晶质空间格子PPT讲稿.ppt

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1、第二章晶质与非晶质空间格子第1页，共69页，编辑于2022年，星期二第二章第二章 晶体与非晶体晶体与非晶体一、一、晶体的概念晶体的概念要理解什么是晶体，我们先从晶体概念的形成来理解：要理解什么是晶体，我们先从晶体概念的形成来理解：1一般人对晶体的理解，请几个学生讲自己所认为的晶体是什一般人对晶体的理解，请几个学生讲自己所认为的晶体是什么。么。2古代人对晶体的理解：古人将凡是天然具有（非人工琢磨古代人对晶体的理解：古人将凡是天然具有（非人工琢磨而成）几何多面体形态的固体称为晶体。如水晶、石盐。而成）几何多面体形态的固体称为晶体。如水晶、石盐。相传相传古罗马人在阿尔卑斯山中初得水晶时，以为它是由冰

2、所变，甚为惊奇。英文的古罗马人在阿尔卑斯山中初得水晶时，以为它是由冰所变，甚为惊奇。英文的“crystal（水晶）（水晶）”一词即源于希腊语的一词即源于希腊语的“Krystallos”，亦即，亦即“透明的水透明的水”。中国古人更。中国古人更是认定水晶乃是认定水晶乃“多年老冰多年老冰”，所以又赋予其，所以又赋予其“水精水精”、“水玉水玉”、“玉晶玉晶”、“千年冰千年冰”等惹人遐等惹人遐思的名称。思的名称。“此冰凝水晶，后世犹如此，则其说之深入人心也久矣此冰凝水晶，后世犹如此，则其说之深入人心也久矣”（语见章鸿钊石雅）。（语见章鸿钊石雅）。3认识的进步：在现实生活中，我们会发现这样一种现象：相认识

3、的进步：在现实生活中，我们会发现这样一种现象：相同的物质，其所有性质都相同，但外形不同，如晶体味精与粉状同的物质，其所有性质都相同，但外形不同，如晶体味精与粉状味精，粗盐与精盐，前者具有几何多面体，后者则不具备。除此味精，粗盐与精盐，前者具有几何多面体，后者则不具备。除此而外，其它性质均相同，我们就不能把前者称为晶体而将后者视而外，其它性质均相同，我们就不能把前者称为晶体而将后者视为非晶体。由此说明，仅仅利用有无规则的几何多面体外形来定为非晶体。由此说明，仅仅利用有无规则的几何多面体外形来定义晶体是不恰当的。义晶体是不恰当的。第2页，共69页，编辑于2022年，星期二自自1784年诞生年诞生结

4、晶学。结晶学。1895年年X射线。射线。1912年年X射线结构研究应用射线结构研究应用。本质：本质：在一切晶体中，组成它们的质点（原子、离子、离在一切晶体中，组成它们的质点（原子、离子、离子子团、分子等）在空间都是按格子构造的规律来分布的团、分子等）在空间都是按格子构造的规律来分布的。例如，石墨、石英。例如，石墨、石英。结论：结论：一定化学成分的矿物，大部分都具有由原子规则排列的一定化学成分的矿物，大部分都具有由原子规则排列的内部结构内部结构。第3页，共69页，编辑于2022年，星期二4晶体的概念晶体的概念近代应用近代应用X射线分析的方法，射线分析的方法，揭示了大量晶体的内部结构，揭示了大量晶

5、体的内部结构，结果表明：结果表明：一切晶体，不论其外一切晶体，不论其外形如何，化学组成如何，它的内部形如何，化学组成如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是作质点（原子、离子或分子）都是作规律性排列的。规律性排列的。也就是说，也就是说，只要是只要是晶体，其内部质点都是有规律排晶体，其内部质点都是有规律排列的列的。前例提到的粗盐（具立方体。前例提到的粗盐（具立方体外形）与精盐（粉状），尽管其外外形）与精盐（粉状），尽管其外形不同，但它们内部质点形不同，但它们内部质点Na与与Cl的排列规律都是一样的（以的排列规律都是一样的（以NaCl晶晶体模型举例说明）。体模型举例说明）。第4页，共69页，编辑

6、于2022年，星期二氯化钠晶体结构的氯化钠晶体结构的本质本质：氯化钠晶体立方体的外形。氯化钠晶体立方体的外形。X衍射分析：衍射分析：每个小立方体中质点排列的方式是完全相同每个小立方体中质点排列的方式是完全相同的。的。Cl-离子离子 Na+离子离子 氯化钠晶体结构氯化钠晶体结构第5页，共69页，编辑于2022年，星期二晶体内部质点这种规律排布，目前已可借助于高分辨透射电子显微镜直接观察到。晶体内部质点这种规律排布，目前已可借助于高分辨透射电子显微镜直接观察到。由由NaCl结构模型的观察我们会发现，结构模型的观察我们会发现，晶体内部质点的规则排列表现为质点的周期重复（举（举Na与与Cl的周期重复排

7、列的例子）。的周期重复排列的例子）。可以看出：三方向，可以看出：三方向，Cl-与与Na+是每隔是每隔0.563nm的距离重复一次。的距离重复一次。内部结构：内部结构：Cl-离子和离子和Na+离子在三维空间均成周期性重复的规则排列而构成一种格子状的构造。离子在三维空间均成周期性重复的规则排列而构成一种格子状的构造。其他晶体也如此其他晶体也如此。（长石：架状硅酸盐）（长石：架状硅酸盐）第6页，共69页，编辑于2022年，星期二综上所述，我们对晶体作出如下定义：综上所述，我们对晶体作出如下定义：晶体是内晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体；或者说，晶部质点在三维空间成周期性重复排列的固体；

8、或者说，晶体是具有格子构造的固体。体是具有格子构造的固体。我们将我们将质点的这种周期性重复排列称为格子构造质点的这种周期性重复排列称为格子构造。具体地说，具体地说，一切晶体，不论其外形如何，它的内部质点一切晶体，不论其外形如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是作规律排列的。这种规律表现为（原子、离子或分子）都是作规律排列的。这种规律表现为质点质点在三维空间作周期性的平移重复在三维空间作周期性的平移重复，从而构成了格子构造。因此，从而构成了格子构造。因此，按照现代的概念，按照现代的概念，凡是质点作规律排列具有格子构造的物质凡是质点作规律排列具有格子构造的物质即称为结晶质即称为结晶质，结晶质在

9、空间的有限部分即为晶体。，结晶质在空间的有限部分即为晶体。第7页，共69页，编辑于2022年，星期二晶体内部质点在三维空间的周期性要重复排列，就体现了晶体结构的平移有序性。那么，什么是晶体结构的平移有序性呢？重要！重要！晶体内部结构的平移有序性晶体内部结构的平移有序性对照NaCl结构模型讲解：该模型是从NaCl晶体内部结构中割取出来的最小的一部分，而NaCl结构就是由若干这样的部分沿三度空间碓砌而成，所以这一小部分的周期性重复排列就构成了NaCl的晶体结构。在1mm3的NaCl晶体内，就包含1立方纳米大的立方体小块达到71017个。若在NaCl晶体结构中，将一立方体小块按一定的规律移动一段距离

10、后，便会与另一立方体小块重合，这就体现了晶体内部结构的平移有序性。晶体内部结构具有三维平移有序性。（以NaCl模型演示）以上从NaCl的晶体结构说明了晶体内部结构的平移有序性，对于其它任何晶体，不管是原子种类有多少，也不管这些质点在空间排列的具体形式上有多么复杂，但所有这些质点在三维空间都是成周期性平移重复规则排列的。只不过不同的晶体，其周期性重复排列的规则不同而已。所以，晶体内部结构的这种三维平移有序性是一切晶体的共同特征。第8页，共69页，编辑于2022年，星期二二、晶体的空间格子构造规律（一）空间格子（二）空间格子要素1.结点2.行列3.面网4.平行六面体（三）14种空间格子第9页，共6

11、9页，编辑于2022年，星期二（一）空间格子（一）空间格子 晶体的本质在于内部质点在三维空间作平移周期重复。空间格子是表示这种重复规律的几何图形。如氯化钠（NaCI）的晶体结构。先在结构中选出任一几何点，然后在结构中找出与此点相当的几何点（相当点）。连结三维空间的相当点，即获得空间格子，其一般形式如图所示。为了研究晶体内部质点的重复规律而不受晶体大小的限制，我们假定空间格子为无限图形。第10页，共69页，编辑于2022年，星期二晶体的空间格子规律晶体的空间格子规律晶体的空间格子规律晶体的空间格子规律晶体的格子构造决定晶体各项性质。晶体的格子构造决定晶体各项性质。晶体结构的格子构造规律（氯化钠）

12、：晶体结构的格子构造规律（氯化钠）：选择一个选择一个几何点几何点等同点等同点空间点阵空间点阵石盐中的点阵图（白点表示等同点）石盐中的点阵图（白点表示等同点）第11页，共69页，编辑于2022年，星期二发现发现等同点等同点的图形：的图形：同一晶体，得出的同一晶体，得出的等同点等同点的空间分布，是一致的。的空间分布，是一致的。等同点则称为阵点或结点等同点则称为阵点或结点，点阵点阵中各个中各个结点结点在空间的分布规律，体现在空间的分布规律，体现了相应结构中了相应结构中质点质点排列的重复规律。排列的重复规律。等同点等同点（结点）（结点）石盐晶体结构的空间格子石盐晶体结构的空间格子第12页，共69页，编

13、辑于2022年，星期二结点在三维空间周期性重复这一性质，体现了一切晶体所共有的结点在三维空间周期性重复这一性质，体现了一切晶体所共有的基本特性。基本特性。空间格子：空间格子：由结点在三维空间做周期性重复排列构成的由结点在三维空间做周期性重复排列构成的无限图形无限图形。晶体中的原子、离子或分子有规律的排列，形成在三维空间呈周期性重复排列的几何点（即结点），这些几何点的连结成无限的立体几何图形，称为空间格子。它是从具体的晶体结构中抽象出来的。单位平行六面体：一个空间格子总是可以被三组相交的面网划分成一系单位平行六面体：一个空间格子总是可以被三组相交的面网划分成一系列相互平行叠置的一个最小重复单位，

14、那就是单位平行六面体。列相互平行叠置的一个最小重复单位，那就是单位平行六面体。空间格子类型：根据结点在单位平行六面体中的分布情况，将其划空间格子类型：根据结点在单位平行六面体中的分布情况，将其划分为原始格子、底心格子、体心格子和面心格子等分为原始格子、底心格子、体心格子和面心格子等4种可能的形式。种可能的形式。晶体中共有晶体中共有14种不同的空间格子类型。种不同的空间格子类型。第13页，共69页，编辑于2022年，星期二（二）空间格子的要素空间格子的要素1.结点 结点是空间格子中的点，并不代表任何质点，它们只有几何意义，为几何点。2.行列 结点在直线上的排列即构成行列。3.面网 结点在平面上的

15、分布即构成面网。4.平行六面体 空间格子可以划出一个最小重复 单位，那就是平行六面体。它由六个两两平行而且相等的面组成。第14页，共69页，编辑于2022年，星期二实际晶体结构中所划分出的这样的相应的单位，称为晶胞。整个晶体结构可视为晶胞在三维空间平行地、毫无间隙地重复累叠。晶胞的形状与大小，则取决于它的三个彼此相交的棱的长度（a、bc）和它们之间的夹角（、）。第15页，共69页，编辑于2022年，星期二第16页，共69页，编辑于2022年，星期二平行六面体平行六面体由三条不共面的行列及与此三行列相应地平行行列便将由三条不共面的行列及与此三行列相应地平行行列便将整个空间格子划分成一系列平行叠置

16、的六面体。整个空间格子划分成一系列平行叠置的六面体。平行六面体即是空间格子的最小单位，称为单位平行六面体。在单位平平行六面体即是空间格子的最小单位，称为单位平行六面体。在单位平行六面体划分出来的相应单位，称为晶胞行六面体划分出来的相应单位，称为晶胞第17页，共69页，编辑于2022年，星期二 （三）（三）（三）（三）十四种空间格子十四种空间格子十四种空间格子十四种空间格子同一个空间点阵，划分平行六面体的方式是多种多样的。同一个空间点阵，划分平行六面体的方式是多种多样的。选择平行六面体的选择平行六面体的原则原则：所选平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性。所选平行六面体的对称性应符合整个空

17、间点阵的对称性。第18页，共69页，编辑于2022年，星期二选择棱与棱之间直角关系为最多的平行六面体选择棱与棱之间直角关系为最多的平行六面体所选平行六面体之体积应最小。所选平行六面体之体积应最小。当对称性规定棱间的交角不能为直角关系时，应选择结点间距小的当对称性规定棱间的交角不能为直角关系时，应选择结点间距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间的交角接近于直角的平行六面体。行列作为平行六面体的棱，且棱间的交角接近于直角的平行六面体。单位平行六面体，单位平行六面体，a、b、c、是表征它本身形状、大是表征它本身形状、大小的一组参数，称为小的一组参数，称为格子参数或点阵参数格子参数或点阵参数。cab 单

18、位平行六面体参数单位平行六面体参数第19页，共69页，编辑于2022年，星期二单位平行六面体与坐标轴的关系：棱交角单位平行六面体与坐标轴的关系：棱交角坐标轴之间坐标轴之间交角交角。a、b、c轴单位轴单位。a、b、c、关系有关系有七种情况七种情况，与单位平行六面体，与单位平行六面体七种格子七种格子相对相对应应。3.2.13.2.1立方格子立方格子立方格子立方格子a=b=c=90o第20页，共69页，编辑于2022年，星期二3.2.23.2.2三方格子三方格子三方格子三方格子a=bc=90o 90o第21页，共69页，编辑于2022年，星期二3.2.33.2.3四方格子四方格子四方格子四方格子a=

19、bc=90o第22页，共69页，编辑于2022年，星期二3.2.43.2.4六方格子六方格子六方格子六方格子a=bc=90o=120o第23页，共69页，编辑于2022年，星期二3.2.53.2.5斜方（正交）格子斜方（正交）格子斜方（正交）格子斜方（正交）格子abc=90o第24页，共69页，编辑于2022年，星期二3.2.63.2.6单斜格子单斜格子单斜格子单斜格子abc=90o 90o第25页，共69页，编辑于2022年，星期二3.2.73.2.7三斜格子三斜格子三斜格子三斜格子abc 90o第26页，共69页，编辑于2022年，星期二结构中代表各类等同点的结点在空间的排列方式来说，结构

20、中代表各类等同点的结点在空间的排列方式来说，格子的格子的种类有、且只有上述十四种。种类有、且只有上述十四种。按结点位置，可有按结点位置，可有四种四种不同的类型：不同的类型：P原始格子原始格子（角顶角顶）C底心格子底心格子（角顶、顶底面角顶、顶底面）I体心格子体心格子（角顶、体心角顶、体心）F面心格子面心格子（角顶、每个面角顶、每个面）十四种形式的空间格子十四种形式的空间格子布拉维布拉维(Bravais)格子格子第27页，共69页，编辑于2022年，星期二第28页，共69页，编辑于2022年，星期二第29页，共69页，编辑于2022年，星期二第30页，共69页，编辑于2022年，星期二第31页，

21、共69页，编辑于2022年，星期二第32页，共69页，编辑于2022年，星期二（四）晶体的基本性质（四）晶体的基本性质我们将一切晶体所共有的，并且是由晶体的格子构造所决定的性质，称为晶体的我们将一切晶体所共有的，并且是由晶体的格子构造所决定的性质，称为晶体的基本性质，简述如下：基本性质，简述如下：1自限性：即晶体具有自发地形成几何多面体形态的性质。我们知道，格子构自限性：即晶体具有自发地形成几何多面体形态的性质。我们知道，格子构造本身就是几何多面体形态的，而晶体具格子构造，所以晶体能按照自己的格子构造造本身就是几何多面体形态的，而晶体具格子构造，所以晶体能按照自己的格子构造形态，自发地形成该种

22、形态的晶体。如石盐的格子构造是立方体形态，它的晶体形态形态，自发地形成该种形态的晶体。如石盐的格子构造是立方体形态，它的晶体形态就是立方体。石墨的格子构造是层状的、形态为片状。就是立方体。石墨的格子构造是层状的、形态为片状。2均一性和异向性均一性和异向性均一性：晶体是具格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点的分布是相同的，所以同一晶体的均一性：晶体是具格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点的分布是相同的，所以同一晶体的各个部分的性质是一样的，这就是晶体的均一性。例如将一块纯将的水晶打碎，每一块的成分都各个部分的性质是一样的，这就是晶体的均一性。例如将一块纯将的水晶打碎，每一块的成分都是是SiO

23、2，比重都是，比重都是2.65，这就是晶体均一性的表现。，这就是晶体均一性的表现。异向性：同一格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不同的（举异向性：同一格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不同的（举NaCl格架例）格架例），因而晶体的性质也随方向的不同而有所差异，这就是晶体的异向性。如矿物蓝晶石，在，因而晶体的性质也随方向的不同而有所差异，这就是晶体的异向性。如矿物蓝晶石，在不同方向上硬度不同，沿晶体延长方向用小刀可刻动，而沿垂直晶体延长方向小刀刻不动。不同方向上硬度不同，沿晶体延长方向用小刀可刻动，而沿垂直晶体延长方向小刀刻不动。不同方向性质不同。不同方向性质不同。注意均一性与异向性概念

24、的区别：均一性指的是同一晶体的不同部分性质相同；异向性指注意均一性与异向性概念的区别：均一性指的是同一晶体的不同部分性质相同；异向性指的是同一晶体不同方向性质不同。的是同一晶体不同方向性质不同。第33页，共69页，编辑于2022年，星期二3最小内能与稳定性最小内能与稳定性在所有物质中，晶体具有最小的内能。在所有物质中，晶体具有最小的内能。物体的内能包括动能与位能。而位能的大小则决定于质点间的距离与排列。晶体物体的内能包括动能与位能。而位能的大小则决定于质点间的距离与排列。晶体是具有格子构造的固体，其内部质点的排列是质点间引力和斥力达到平衡的结果，是具有格子构造的固体，其内部质点的排列是质点间引

25、力和斥力达到平衡的结果，故晶体有最小的位能，也即晶体具有最小内能。故晶体有最小的位能，也即晶体具有最小内能。晶体的内能最小是由于它具有格子构造的结果。由于晶体具有最小晶体的内能最小是由于它具有格子构造的结果。由于晶体具有最小的内能，所以处于相对稳定状态，这就是晶体的稳定性。的内能，所以处于相对稳定状态，这就是晶体的稳定性。只有内能最小的物体才最稳定。就像人站在陡坡上就没有站在平地上稳定一只有内能最小的物体才最稳定。就像人站在陡坡上就没有站在平地上稳定一样。样。4对称性：是晶体最重要的性质，后章专门介绍。对称性：是晶体最重要的性质，后章专门介绍。第34页，共69页，编辑于2022年，星期二 参考

26、知识：参考知识：参考知识：参考知识：非晶质体非晶质体非晶质体：非晶质体：质点在空间的排列是无序的。质点在空间的排列是无序的。“硬化了的液体硬化了的液体”在外形上在外形上：无定形体无定形体内部结构：内部结构：无规律可寻无规律可寻具有特点：具有特点：不具有结晶结构，原子排列无规则不具有结晶结构，原子排列无规则 无固定外表形态无固定外表形态无固定熔点无固定熔点不能用射线法测定其内部结构不能用射线法测定其内部结构各方向上的物理性质相同各方向上的物理性质相同具有晶质化的趋势具有晶质化的趋势第35页，共69页，编辑于2022年，星期二（三）非晶质体的概念（三）非晶质体的概念指内部原子或离子在三维空间不呈规

27、律性重复排列的固体。指内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体。非晶质体不具格子构造，它不是真正意义上的固体，而是一种呈凝固态的过非晶质体不具格子构造，它不是真正意义上的固体，而是一种呈凝固态的过冷凝体。非晶质体如玻璃、琥珀、松香等，这些物质的内部质点的分布类似冷凝体。非晶质体如玻璃、琥珀、松香等，这些物质的内部质点的分布类似于液体，在非晶质体的各个部位上，没有任何两部分的内部结构是完全相同于液体，在非晶质体的各个部位上，没有任何两部分的内部结构是完全相同的，它们只是统计意义上才是均一的。因此，非晶质体不具有晶体那样的性的，它们只是统计意义上才是均一的。因此，非晶质体不具有晶体那样的性

28、质。质。（四）非晶质体与晶体间的转化（四）非晶质体与晶体间的转化1实例：岩浆迅速冷凝而形成非晶质的火山玻璃，经漫长的地质年代，实例：岩浆迅速冷凝而形成非晶质的火山玻璃，经漫长的地质年代，其内部原子进行很缓慢的扩散和调整，趋向于形成规则排列，由非晶质的火其内部原子进行很缓慢的扩散和调整，趋向于形成规则排列，由非晶质的火山玻璃逐渐地向着法晶态转变，最终成为晶体。我们在古老的火山岩中常见山玻璃逐渐地向着法晶态转变，最终成为晶体。我们在古老的火山岩中常见到这种情况。这种非晶态转变为晶态的作用过程被称为晶化或脱玻化。到这种情况。这种非晶态转变为晶态的作用过程被称为晶化或脱玻化。与此相反，当晶体因内部质点

29、的规则排列遭到破坏而向非晶质体转与此相反，当晶体因内部质点的规则排列遭到破坏而向非晶质体转变的作用，则称为非晶化或玻璃化。例如一些含放射性元素的矿物，变的作用，则称为非晶化或玻璃化。例如一些含放射性元素的矿物，则称为非晶化或玻璃化。例如一些含放射性元素的矿物，其晶格受则称为非晶化或玻璃化。例如一些含放射性元素的矿物，其晶格受放射性蜕变时所发出的放射性蜕变时所发出的 射线的作用破坏而转变为非晶质体，这种射线的作用破坏而转变为非晶质体，这种作用特别称为变质非晶化作用。作用特别称为变质非晶化作用。第36页，共69页，编辑于2022年，星期二2解释：晶化与非晶化有着本质的不同。解释：晶化与非晶化有着本

30、质的不同。晶体具有最小内能，其内部质点间引力和斥力是平衡的，若使质点晶体具有最小内能，其内部质点间引力和斥力是平衡的，若使质点间的距离增大或减小，都将导致质点的相对位能增加。而非晶体内间的距离增大或减小，都将导致质点的相对位能增加。而非晶体内部质点不作规则排列，质点间的距离不是平衡距离，因而其位能较部质点不作规则排列，质点间的距离不是平衡距离，因而其位能较晶体大。晶体大。晶体中的质点只在其平衡位置振动而不脱离其平衡位置，是一个稳定体系，晶体中的质点只在其平衡位置振动而不脱离其平衡位置，是一个稳定体系，要使其质点脱离其平衡位置而向非晶质转化，就必须从外界传入能量。因此，要使其质点脱离其平衡位置而

31、向非晶质转化，就必须从外界传入能量。因此，在没有外来能量的作用下，晶体是稳定的，不可能自发地转变为非晶体。实在没有外来能量的作用下，晶体是稳定的，不可能自发地转变为非晶体。实验证明，晶体变为非晶体是一个吸热反应，如石英晶体加热到验证明，晶体变为非晶体是一个吸热反应，如石英晶体加热到1713变为变为石英玻璃，其所吸收的热量用于破坏晶体的格子构造。石英玻璃，其所吸收的热量用于破坏晶体的格子构造。非晶质体中的质点位能较大，故总是趋向于达到最小内能，以便稳非晶质体中的质点位能较大，故总是趋向于达到最小内能，以便稳定焉，故非晶质体有自发地转化为晶体的趋向。实验证明，当物体定焉，故非晶质体有自发地转化为晶

32、体的趋向。实验证明，当物体由非晶态过渡到结晶状态时，都是放热，这些析出的热能，即为质由非晶态过渡到结晶状态时，都是放热，这些析出的热能，即为质点多出的位能。点多出的位能。3结论：结论：对同成分的晶体和非晶体而言，晶体是稳定的而非晶体是不稳定的，对同成分的晶体和非晶体而言，晶体是稳定的而非晶体是不稳定的，非晶质体有自发地向晶体转化的必然趋势，但晶体决不会自发地向非晶质体非晶质体有自发地向晶体转化的必然趋势，但晶体决不会自发地向非晶质体转变。转变。第37页，共69页，编辑于2022年，星期二复习基本概念 1.晶体：晶体：质点作规律排列,具有格子构造的即称为结晶质,结晶质在空间的有限部分即为晶体。即

33、晶体是具有格子构造的固体。晶体的内部对称导致其外部具有规则的几何外形，凡是天然具有几何多面体形态的固体都称为矿物晶体，如水晶、碧玺等。各类晶体形态复杂多样，大小悬殊，如有的矿物晶体可重达百吨。直径数十米；有的则需要借助显微镜，甚至电子显微镜或X射线分析方能识别。第38页，共69页，编辑于2022年，星期二第39页，共69页，编辑于2022年，星期二 2.非晶质体：非晶质体：有些状似固体的物质如玻璃、欧泊、琥珀等，它们的内部质点不作规则排列，不具格子构造称为非晶质或非晶质体。内部质点的不规则排列使其不具有规则的几何外形。（1）内部质点不作规则排列，不存在周期性重复，即不具有格子构造；（2）不具有

34、规则的外形。第40页，共69页，编辑于2022年，星期二4.多晶质体：多晶质体：由多个小晶体组合在一起形成的岩石或者玉石，称为多晶质体。按单体的结晶习性及集合方式的不同可分为粒状、片状、板状、针状、柱状、棒状、放射状、纤维状、晶簇状等 如：翡翠、石英岩孔雀石软玉等。5.隐晶质体：隐晶质体：由无数个非常小的晶体组合在一起形成的岩石或者玉石，这些微晶小到在光学显微镜下也不易分辨出晶体的个体，称为隐晶质体，如蛇纹石玉、玛瑙等。第41页，共69页，编辑于2022年，星期二必记内容：表示晶体在三维空间周期性重复排列的几何图形叫：空间格子最小单位是：平行六面体（晶胞）的六个参数是：；_种形状_种类型的格子

35、分别为：_;按不同晶体结构中各类等同点的结点在空间的排列方式，一共有_种空间格子。7种形态格子中6个参数的关系分别为：第42页，共69页，编辑于2022年，星期二第43页，共69页，编辑于2022年，星期二第44页，共69页，编辑于2022年，星期二三、晶体的形成（一）晶体形成的方式1.由气相转变为晶体2.由液体转变为晶体3.由固体转变为晶体（二）晶核的形成和晶体生长理论第45页，共69页，编辑于2022年，星期二1。科塞尔理论。科塞尔理论 质点是一个一个向晶核上粘附的，先长完一条行列，然后长相邻的行列，长完一层面网，再长下一步一层面网。晶面是晶面是平行向外推移的。平行向外推移的。第46页，共

36、69页，编辑于2022年，星期二第47页，共69页，编辑于2022年，星期二在晶核形成以后，结晶物质的质点继续向晶核上粘附，在晶核形成以后，结晶物质的质点继续向晶核上粘附，晶体则得以生长。质点粘附就是按晶体格子构造规律晶体则得以生长。质点粘附就是按晶体格子构造规律排列在晶体上。质点向晶核上粘附时，在晶体不同部排列在晶体上。质点向晶核上粘附时，在晶体不同部位的晶体格子构造对质点的引力是不同的。也就是说，位的晶体格子构造对质点的引力是不同的。也就是说，质点粘附在晶体不同部位所释放出的能量是不一样的。质点粘附在晶体不同部位所释放出的能量是不一样的。由于晶体总是趋向于具有最小的内能，所以，质点在由于晶

37、体总是趋向于具有最小的内能，所以，质点在粘附时，首先粘附在引力最大、可释放能量最大的部粘附时，首先粘附在引力最大、可释放能量最大的部位，使之最稳定。位，使之最稳定。第48页，共69页，编辑于2022年，星期二在理想的条件下，结晶物质的质点向晶体上粘附有三种不同的部位（图）在理想的条件下，结晶物质的质点向晶体上粘附有三种不同的部位（图）：质点粘附在晶体表面三面凹角的：质点粘附在晶体表面三面凹角的1处，此时质点受三个最近质点的吸引，处，此时质点受三个最近质点的吸引，若质点粘附在晶体表面两面凹角的若质点粘附在晶体表面两面凹角的2处，则受到两个最近质点的吸引，此处处，则受到两个最近质点的吸引，此处质点

38、所受到的吸引力不如质点所受到的吸引力不如1处大，若质点在一层面网之上的一般位置处大，若质点在一层面网之上的一般位置3处，处，所受到的吸引力最小。由此可见，质点粘附在晶体的不同部位，所受到的所受到的吸引力最小。由此可见，质点粘附在晶体的不同部位，所受到的引力或所释放出的能量是不同的。而且，它首先会粘附在三面凹角引力或所释放出的能量是不同的。而且，它首先会粘附在三面凹角1处，其处，其次于两面凹角次于两面凹角2处，最后才是粘附在一层新的面网上处，最后才是粘附在一层新的面网上(即即3处处)。由此得出晶体生长过程应该是：先长一条行列，再长相邻的行列，长满一层面网，然由此得出晶体生长过程应该是：先长一条行

39、列，再长相邻的行列，长满一层面网，然后开始长第二层面网，晶面后开始长第二层面网，晶面(晶体上最外层面网晶体上最外层面网)是逐层向外平行推移的。这便是科塞尔一是逐层向外平行推移的。这便是科塞尔一斯特兰斯基所得出的晶体生长理论。斯特兰斯基所得出的晶体生长理论。用这一理论可以很好地解释晶体的自限性，并论证晶体的面角恒等定律。但是这一理用这一理论可以很好地解释晶体的自限性，并论证晶体的面角恒等定律。但是这一理论是对处于绝对理想条件下进行的结晶作用而言的，实际情况要复杂得多。例如，向正论是对处于绝对理想条件下进行的结晶作用而言的，实际情况要复杂得多。例如，向正在生长着的晶体上粘附的常常不是一个简单的质点

40、，而是线晶、面晶甚至晶芽。同时在在生长着的晶体上粘附的常常不是一个简单的质点，而是线晶、面晶甚至晶芽。同时在高温条件下，它们向晶体上粘附的顺序也可不完全遵循上述规律。由于质点具有剧烈热高温条件下，它们向晶体上粘附的顺序也可不完全遵循上述规律。由于质点具有剧烈热运动的动能，常常粘附在某些偶然的位置上。尽管如此，晶面平行向外推移生长的结论，运动的动能，常常粘附在某些偶然的位置上。尽管如此，晶面平行向外推移生长的结论，还是为许多实例所证实。例如，有些蓝宝石晶体中可以看到六方环状色带，这是因为晶还是为许多实例所证实。例如，有些蓝宝石晶体中可以看到六方环状色带，这是因为晶体在生长过程中，介质发生变化使在

41、不同时间内生长的晶体在颜色色调上的差异造成的。体在生长过程中，介质发生变化使在不同时间内生长的晶体在颜色色调上的差异造成的。第49页，共69页，编辑于2022年，星期二2。位错理论位错理论第50页，共69页，编辑于2022年，星期二第51页，共69页，编辑于2022年，星期二此模型又称为螺旋生长理论模型，或BCF理论模型。该模型于1949年由弗朗克首先提出，后由弗朗克等人（Buston、Cabresa、Frank）进一步发展并提出一系列与此相关的动力学规律，总称BCF理论模型。该理论模型认为，晶面上存在的螺旋位错露头点可以作为晶体生长的台阶源，促进光滑界面的生长。这种台阶源永不消失，因此不需要

42、形成二维核。这一理论成功的解释了晶体在很低的饱和度下仍能生长，而且生长出光滑的晶体界面的现象。螺旋错位形成的台阶源，围绕螺旋位错线形成螺旋状阶梯层层上升，按1、2、3、4、5（见图）的顺序，依次生长，1高于2，2高于3，最后形成一螺旋线的锥形。由于螺旋位错的存在，晶体生长速率大大加快。在许多实际晶体表面，利用电子显微镜或干涉显微镜很容易观察到晶面中间有螺旋位错露头点的生长。这一理论可以解释许多实际晶体的生长。第52页，共69页，编辑于2022年，星期二第53页，共69页，编辑于2022年，星期二螺旋生长理论解释了层生长理论所不能解释的现象，即晶体在很低温的过饱和度下能够生长的实际现象。位错的出

43、现，在晶体的界面上提供了一个永不消失的台阶源。晶体将围绕螺旋位错露头点旋转生长。螺旋式的台阶并不随着原子面网一层层生长而消失，从而使螺旋式生长持续下去。螺旋状生长与层状生长不同的是台阶并不直线式地等速前进扫过晶面，而是围绕着螺旋位错的轴线螺旋状前进。随着晶体的不断长大，最终表现在晶面上形成能提供生长条件信息的各种各样的螺旋纹。下图所示为螺旋生长理论模型。下图所示为螺旋生长理论模型。第54页，共69页，编辑于2022年，星期二第55页，共69页，编辑于2022年，星期二第56页，共69页，编辑于2022年，星期二第57页，共69页，编辑于2022年，星期二第58页，共69页，编辑于2022年，星

44、期二绿柱石表面由于螺旋位错造成的生长丘（干涉显微镜下）第59页，共69页，编辑于2022年，星期二第60页，共69页，编辑于2022年，星期二第61页，共69页，编辑于2022年，星期二2。位错理论（。位错理论（P.15）第62页，共69页，编辑于2022年，星期二3.布拉维法则布拉维法则晶体总是被面网密度晶体总是被面网密度较大的面网所包围较大的面网所包围生长速度大的晶面趋于消失，生长速度越慢的晶面越大。生长速度大的晶面趋于消失，生长速度越慢的晶面越大。生长速度：CBA第63页，共69页，编辑于2022年，星期二（三）面角恒等定律：（三）面角恒等定律：同成份结构的同成份结构的晶体，其对应的面角

45、相等。晶体，其对应的面角相等。面角守恒定律面角守恒定律 所谓所谓面角面角指指晶面晶面法线法线间的间的夹角夹角。它在数值上等于相应晶面实际夹。它在数值上等于相应晶面实际夹角的补角（即角的补角（即180减去晶面实际夹角）。减去晶面实际夹角）。晶体在生长过程中，往往由于外界客观晶体在生长过程中，往往由于外界客观环境的影响，造成形态上发生不同程度环境的影响，造成形态上发生不同程度的畸变，从而形成歪晶。但是，无论晶的畸变，从而形成歪晶。但是，无论晶体形态上如何变化，同种晶体间，对应体形态上如何变化，同种晶体间，对应晶面夹角恒等。这就是面角守恒定律。晶面夹角恒等。这就是面角守恒定律。第64页，共69页，编辑于2022年，星期二第65页，共69页，编辑于2022年，星期二（四）影响晶体生长的外部因素涡流温度杂质粘度结晶速度第66页，共69页，编辑于2022年，星期二（五）非晶质体（P.18）第67页，共69页，编辑于2022年，星期二（六）准晶体（P.19）第68页，共69页，编辑于2022年，星期二实验：1。辨认玻璃与宝石晶体；2。观察各种水晶晶形（歪晶）；3。观察7种空间格子模型；熟悉各种格子的晶棱和角度关系；4。观察基本地质矿物岩石标本；5。观察脱玻化玻璃仿冒翡翠特征；6。观察石榴石中的分层生长特征和合成红宝石的阶状生长丘。第69页，共69页，编辑于2022年，星期二