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第 1 章 晶体与非晶体

第 1 章 晶体与非晶体. 主要教学内容. 晶体的概念与特点* 空间格子的概念及组成要素* 晶体的基本性质. 1. 1 晶体的概念. 晶体：是内部质点在三维空间周期性重复排列的固体。. 早期对晶体的认识. 黄铁矿 (FeS 2 ). 石盐（ NaCl). 石英 (SiO 2 ). 人类最初从天然矿物开始认识晶体，认为 晶体是天然形成的具有几何多面体外形的固体。. 实验引起的思考 将任意形态的 NaCl 颗粒放在过饱和 NaCl 溶液中，最后总能形成立方体形态的晶体。立方体形态的 NaCl 和任意形态的 NaCl ，具有完全相同的成分和物理、化学性质。

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第 1 章 晶体与非晶体

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  1. 第1章 晶体与非晶体

  2. 主要教学内容 • 晶体的概念与特点* • 空间格子的概念及组成要素* • 晶体的基本性质

  3. 1.1 晶体的概念

  4. 晶体：是内部质点在三维空间周期性重复排列的固体。晶体：是内部质点在三维空间周期性重复排列的固体。 • 早期对晶体的认识 黄铁矿(FeS2) 石盐（NaCl) 石英(SiO2) 人类最初从天然矿物开始认识晶体，认为晶体是天然形成的具有几何多面体外形的固体。

  5. 实验引起的思考 将任意形态的NaCl颗粒放在过饱和NaCl溶液中，最后总能形成立方体形态的晶体。立方体形态的NaCl和任意形态的 NaCl，具有完全相同的成分和物理、化学性质。 规则几何多面体外形是晶体的表象,晶体的本质是什么呢？人类对晶体的认识经历了由外形到结构的漫长发展过程。 • 晶体概念的发展

  6. 惠更斯 晶体是由一定形状、有序排列的质点垒叠而成(1648年)。 这一观点是晶体构造思想的最早萌芽。

  7. 几何多面体形态的“分子” • 阿羽衣（R.J.Hauy，法国晶体学家） 晶体是由多面体外形的“组成单位（分子）”构成(1784年)。

  8. 阿羽衣遇到的困难主要有三方面： ①有的晶体，打碎后的碎块不能堆砌成完整晶体。 ②许多晶体，如石英，不能破碎成几何多面体。 ③最小的平行六面体并不是“分子”。 萤石的八面体解理块

  9. 布拉维（A.Bravais） 推导出14种空间格子，提出晶体结构的空间格子理论(1848年)。

  10. 劳埃(Max Von Laue)，德国科学家。 用X射线研究晶体结构， 于1912年发现了晶体的X射线衍射现象，研究结果表明：所有的晶体，其内部质点都是在三维空间周期性重复排列，形成格子构造。 晶体：是内部质点在三维空间周期性重复排列的固体。

  11. 近代，高分辨率的电子显微镜，可以观察到晶体结构中原子的排列情况。近代，高分辨率的电子显微镜，可以观察到晶体结构中原子的排列情况。 自然金（111）面上金原子的分布 （原子力扫描隧道显微镜）

  12. 1.2 晶体结构的空间格子规律

  13. (1) 空间格子概念 空间格子是表示晶体结构中质点重复规律的立体几何图形。 空间格子 NaC1的晶体结构模型

  14. ⑵空间格子的选定 • 首先，在结构中任选一几何点。 • 以此点为标准，把结构中这样的点全找出来－相当点。 • 用直线连接相当点，即构成空间格子。

  15. 相当点条件 ①同质点 如果选在质点中心，则质点的种类要相同。 ②同环境 质点周围的环境要相同。 相当点由晶体结构中种类和环境都相同的质点抽象出来。

  16. C1- Na+ A B C 一维图形 A：NaC1结构中沿Y轴Na+和C1-的排列情况 B： C1-的直线排列 C：相当点在直线上的分布，构成直线点阵

  17. C1- Na+ C1- Na+ 二维图形 a a NaC1结构中{100}平面上Na+和C1-的排列情况 相当点在平面上的分布 构成平面点阵

  18. C1- Na+ C1- Na+ 二维图形 b a {100}面网的结点分布 a，b为结点间距 NaC1{100}平面相当点选定 相当点在平面上的分布构成平面点阵。

  19. 三维图形 抽象为空间格子 NaCl-的结构 • 相当点在三维空间分布，构成空间点阵。 • 相当点的分布，能反映晶体结构中所有质点的重复规律。

  20. (3)空间格子要素 ①结点 • 空间格子中的点 • 代表从晶体结构中选取的相当点 • 晶体结构中，结点位置可以是同环境同成分的质点； • 空间格子中，结点本身只有几何意义，为几何点。

  21. ②行列 • 连接分布在同一直线上的结点构成一个行列； • 一个空间点阵中有无穷多不同方向的行列； • 相互平行的行列，结点间距相同； • 不同方向的行列，结点间距一般不同。 结点间距：行列中相邻两结点间的距离。

  22. ③面网 • 联接分布在同一平面内的结点则构成一个面网； • 一个空间点阵有无穷多不同方向的面网； • 相互平行的面网，面网密度相同； • 互不平行的面网，面网密度一般不同。 面网密度：面网上单位面积的结点数。

  23. c α β b a γ ④单位平行六面体 • 空间格子在三维空间划分出的最小重复单位。 • 由六个两两平行且相等的面组成。 • 大小和形状由三条棱长和交角决定。 a、b、c和α、β、γ称为单位平行六面体参数

  24. 在1mm3大小的NaCl晶体中，这样的结构单元为7×1017个。在1mm3大小的NaCl晶体中，这样的结构单元为7×1017个。 • 空间格子被看成是无限图形。 • 单位平行六面体三维空间叠置堆垛构成空间格子。 a=b=c=0.5628nm α=β=γ=90°

  25. 1.3 晶体的基本性质

  26. ⑴自限性（自范性） 晶体在合适条件下，能自发长成规则几何多面体外形。

  27. ⑵异向性 晶体的物理性质等常随方向不同表现 出量的差异。 晶体结构的不同方向， 质点的种类和排列方式不同 NaC1晶体抗拉强度的异向性 （单位：g/mm2）

  28. ⑶均一性 同一种晶体，物理性质和化学组成相同。 异向性：同种晶体不同结晶方向的性质差异。 均一性：同种晶体局部与整体的性质相同。

  29. 570 570 570 ⑷对称性 • 所有的晶体都是对称的； • 晶体的对称是有限的； • 晶体的对称不但表现在外形上，其内部构造和物理性质也是对称的。 NaC1晶体结构、形态、抗拉强度（g/mm2）的对称性

  30. 熔点 T t (6)定熔性 指晶体具有固定熔点的性质。 非晶质体的加热曲线 晶体的加热曲线

  31. ⑸稳定性 在相同的热力学条件下，晶体与同种成分的非晶质体、液体、气体相比，以晶体最为稳定。

  32. 1.4 非晶质体

  33. 无定形固体； • 不具格子构造； • 各向同性； • 没有固定的熔点。 石英晶体（左）和石英玻璃（右）

  34. 针状辉锑矿晶体(antimonite, Sb2S3) 纤维状蛇纹石石棉晶体

  35. 片状云母晶体 金刚石晶体1 x 1 x 1 cm 天河石晶体Amazonite 电气石晶体(Tourmaline)

  36. 铁铝榴石almandine 铬钒钙铝榴石 Grossulars

  37. 。 透石膏中的自然铜晶体 高岭土 高岭石晶体(Kaolinite)

  38. 蒙脱石晶Montmorillonite 膨润土 碳酸钙晶体

  39. LiTaO3晶体 YAG LASER ROD (Y3AL5O12）

  40. 复习与思考 1.晶体的概念与基本性质。 2.空间格子概念和组成要素。 3.如何理解晶体的异向性与均一性的统一？

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