晶體和非晶質(zhì)體

晶體和非晶質(zhì)體第一頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日參考資料：《結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)》潘兆櫓地質(zhì)出版社《結(jié)晶化學(xué)導(dǎo)論》錢逸泰中科大出版社第二頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日緒論一、結(jié)晶學(xué)與結(jié)晶化學(xué)

以晶體為研究對(duì)象的一門自然科學(xué)研究：晶體發(fā)生、生成、物化性質(zhì)、外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、制備、結(jié)構(gòu)、化學(xué)組成及性質(zhì)之間的關(guān)系

第三頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日研究對(duì)象－晶體食鹽冰糖雪花鉆石紅寶石藍(lán)寶石第四頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日二、研究?jī)?nèi)容幾何結(jié)晶學(xué)研究晶體外形的幾何規(guī)律晶體生長(zhǎng)學(xué)研究晶體發(fā)生、成長(zhǎng)機(jī)理、控制和影響生長(zhǎng)的因素及晶體的人工合成晶體結(jié)構(gòu)學(xué)研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)的排布規(guī)律及結(jié)構(gòu)缺陷晶體化學(xué)研究晶體的化學(xué)成分與結(jié)構(gòu)及性質(zhì)

(物理化學(xué)性質(zhì))之間的關(guān)系晶體物理學(xué)研究晶體的物理性質(zhì)及產(chǎn)生機(jī)制第五頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日三、結(jié)晶學(xué)與其它學(xué)科關(guān)系1、與礦物學(xué)的關(guān)系2、與基礎(chǔ)學(xué)科－數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)的關(guān)系3、與應(yīng)用技術(shù)科學(xué)部門－有的直接以晶體為研究對(duì)象：選礦學(xué)、陶瓷工藝學(xué)、水泥工藝學(xué)、玻璃工藝學(xué)；－有的直接應(yīng)用晶體作為核心部件，如半導(dǎo)體、超聲波、激光技術(shù)等技術(shù)領(lǐng)域。第六頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）材料制品大多是晶體或由結(jié)晶體所組成的。

4、結(jié)晶學(xué)是材料學(xué)科的理論基礎(chǔ)

①金屬材料：純金屬、合金、金屬化合物、金屬鑄件基本都是晶體集合體②無(wú)機(jī)非金屬材料：除玻璃制品外，可分為兩類單晶材料：?jiǎn)尉Ч?、水晶、金剛石、紅寶石等多晶材料：陶瓷、水泥熟料、耐火材料等第七頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日（2）工業(yè)原料主要組成是晶體。①天然礦石原料：無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)的所用天然礦石原料也都以結(jié)晶相為主要成分。

水泥工業(yè)常用石灰?guī)r、大理巖、鋁礬土、石英、螢石等作原料。玻璃工業(yè)常用長(zhǎng)石、石英、芒硝、純堿、大理巖、石灰石等作原料．耐火材料工業(yè)常用菱鎂礦、白云巖、粘土巖、鋁土礦等作為原料。陶瓷工業(yè)上，石英、長(zhǎng)石、粘土礦物等作為原料第八頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日

②化工原料：天然礦石經(jīng)加工或提取獲得，主要用來(lái)制造新型無(wú)機(jī)材料，或作為硅酸鹽制品得輔助原料。如：電子陶瓷主要應(yīng)用的化工原料，如鈦白粉(TiO2)、氧化鉛(PbO)等，它們都是晶體。③工業(yè)廢渣和工業(yè)尾礦：可作為無(wú)機(jī)非金屬材料工業(yè)的原料。如：水泥工業(yè)大量使用的礦渣、粉煤灰、煤渣等。這些也主要由晶體組成。第九頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日（3）指導(dǎo)材料制品的研制和開(kāi)發(fā)應(yīng)用

A、金剛石，石墨

B、Al2O3+Cr硬度、耐磨

C、微晶玻璃第十頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日四、課程特點(diǎn)及性質(zhì)性質(zhì)：非金屬專業(yè)重要專業(yè)基礎(chǔ)課。學(xué)習(xí)材料學(xué)、硅酸鹽工藝學(xué)及材料現(xiàn)代分析測(cè)試方法等課程提供必需的晶體學(xué)基礎(chǔ)應(yīng)用于材料的生產(chǎn)及研制利用.所以又具有專業(yè)課的性質(zhì)。特點(diǎn)：抽象性、空間性、共性第十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日五、課程教學(xué)內(nèi)容一、晶體及非晶體二、晶體的宏觀對(duì)稱三、晶體定向與結(jié)晶符號(hào)四、單形和聚形五、晶體生長(zhǎng)六、晶體的規(guī)則連生七、晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微觀特征八、晶體化學(xué)本課程以晶體形態(tài)對(duì)稱規(guī)律及晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)稱規(guī)律為主，簡(jiǎn)介晶體化學(xué)與晶體生長(zhǎng)。第十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日第一章

晶體及非晶體主要內(nèi)容

晶體概念

空間格子的概念、空間格子的要素

非晶體概念、準(zhǔn)晶態(tài)的含義晶體的基本性質(zhì)第十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日石英最早發(fā)現(xiàn)石英晶體有這樣一些特征：是一種固體，有棱有角，有規(guī)則的幾何外形遠(yuǎn)古年代的定義：天然具有規(guī)則幾何外形的固體§1.1晶體的概念

第十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)有序性的證明：1912年德國(guó)科學(xué)家勞厄用晶體作光柵，使X射線產(chǎn)生衍射，證明晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是有序排列的1914年英國(guó)科學(xué)家布拉格父子用各種各樣的晶體作大量的衍射實(shí)驗(yàn)三位科學(xué)家研究成果揭示了一切晶體皆具有格子構(gòu)造的秘密氯化鈉內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列第十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日

晶體的定義：晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（分子、原子或離子）在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體?；蛘哒f(shuō)，晶體是具有格子構(gòu)造的固體。氯化鈉氯化鈉內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列第十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日晶體分單晶和多晶兩類單晶指的是單晶體，主要是天然的礦物晶體和人造的晶體材料，如：天然的水晶、長(zhǎng)石、螢石和人造的云母、單晶硅、金剛石、紅寶石等；多晶則是由無(wú)數(shù)顆細(xì)小的單晶體聚合而成的，如金屬，土壤，粉末試劑等。第十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日單晶和多晶冰糖單晶冰糖多晶石英單晶石英晶簇第十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.2空間格子1、空間格子的定義表示晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)重復(fù)排列規(guī)律的幾何圖形NaCl第十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日相當(dāng)點(diǎn)(等同點(diǎn))：在晶體結(jié)構(gòu)中的種類相同，分布位置或周圍環(huán)境也相同的一類點(diǎn)相當(dāng)點(diǎn)必須具備的兩個(gè)條件點(diǎn)的內(nèi)容（或種類)相同點(diǎn)周圍環(huán)境相同第二十頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日(a)晶體平面結(jié)構(gòu)(b)相當(dāng)點(diǎn)(c)空間格子導(dǎo)出空間格子的方法：

首先在晶體結(jié)構(gòu)中找出相當(dāng)點(diǎn)，再將相當(dāng)點(diǎn)按照一定的規(guī)律連接起來(lái)就形成了空間格子。例1第二十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日空間格子推導(dǎo)晶體平面結(jié)構(gòu)中多套相當(dāng)點(diǎn)及空間格子

第二十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日晶體結(jié)構(gòu)中等同點(diǎn)的分布（A）空間格子推導(dǎo)例2相當(dāng)點(diǎn)（B）第二十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日氯化鈉的晶體結(jié)構(gòu)(a)(b)與空間格子(c)(a)(b)(c)第二十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日CsCl的晶體結(jié)構(gòu)與空間格子第二十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日注意：空間格子與具體的晶體結(jié)構(gòu)的區(qū)別具體的晶體結(jié)構(gòu)是多種原子、離子組成的，使得其重復(fù)規(guī)律不容易看出來(lái)，而空間格子就是使其重復(fù)規(guī)律突出表現(xiàn)出來(lái)?？臻g格子僅僅是一個(gè)體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中的周期重復(fù)規(guī)律的幾何圖形，比具體晶體結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單的多。第二十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日注意:實(shí)際晶體中，結(jié)點(diǎn)的位置由同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)，但同種質(zhì)點(diǎn)卻并不一定只占據(jù)同一套結(jié)點(diǎn)金紅石晶體結(jié)構(gòu)平面示意圖性質(zhì)：不代表任何質(zhì)點(diǎn),它只具有幾何意義，為幾何點(diǎn)(1)結(jié)點(diǎn)：空間格子中的點(diǎn),代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)。2、空間格子要素第二十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日

(2)行列:結(jié)點(diǎn)在直線上的排列稱為行列?？臻g格子中任何兩結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來(lái)就是一條行列的方向

空間格子中的行列

第二十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日結(jié)點(diǎn)間距:行列中相鄰兩結(jié)點(diǎn)之間的距離

性質(zhì):

同一行列中結(jié)點(diǎn)間距相等，

平行行列中結(jié)點(diǎn)間距不變第二十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日(3)面網(wǎng):結(jié)點(diǎn)在平面上的分布

空間格子中不在同一行列上的三個(gè)結(jié)點(diǎn)可構(gòu)成一面網(wǎng)。任意兩相交行列決定一個(gè)面網(wǎng)。空間格子中的面網(wǎng)

第三十頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日面網(wǎng)密度：面網(wǎng)單位面積內(nèi)的結(jié)點(diǎn)數(shù)。面網(wǎng)間距：一個(gè)空間格子中任意兩相鄰平行面網(wǎng)之間的垂直距離。在一個(gè)空間格子中平行面網(wǎng)的面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距相等。而不平行的面網(wǎng)之間，面網(wǎng)間距和面網(wǎng)密度一般不等。面網(wǎng)間距較大者面網(wǎng)密度也較大。？第三十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日ABCB’A’C’b0d1d2d3面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距關(guān)系β1β2β3面網(wǎng)間距較大者面網(wǎng)密度也較大第三十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日(4)平行六面體:空間格子的最小單位。

平行六面體由六個(gè)兩兩平行的面網(wǎng)組成，結(jié)點(diǎn)分布于角頂上，平行六面體的三個(gè)棱長(zhǎng)，是三條相應(yīng)行列的結(jié)點(diǎn)間距。空間格子可看作是無(wú)數(shù)個(gè)平行六面體在三維空間毫無(wú)間隙地重復(fù)堆疊而成。

第三十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日空間格子中平行六面體對(duì)應(yīng)晶體結(jié)構(gòu)中的晶胞平行六面體可具有各種不同的形狀，各種形狀的平行六面體的晶胞參數(shù)不同我們以后將會(huì)看到，平行六面體的形狀一共有7種，對(duì)應(yīng)有7套晶胞參數(shù)的形式，也對(duì)應(yīng)7個(gè)晶系。第三十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日第三十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日

(a)晶體（b）玻璃（非晶體）定義：物質(zhì)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間無(wú)規(guī)律排列，即不具格子構(gòu)造的固體稱為非晶體。§1.3非晶體近程規(guī)律，遠(yuǎn)程規(guī)律近程規(guī)律第三十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日晶體與非晶質(zhì)體的區(qū)別可從形態(tài)和物性等方面考慮：比如：1)非晶體沒(méi)有一定的外形

2）非晶體各向同性

3）非晶質(zhì)體加熱時(shí)逐漸軟化，無(wú)定熔點(diǎn)。

第三十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日晶體與非晶體在一定條件下是可以互相轉(zhuǎn)化的晶化（crystallizing）內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)進(jìn)行著很緩慢的擴(kuò)散、調(diào)整，趨于規(guī)則排列，即由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)。這一過(guò)程可以自發(fā)進(jìn)行。非晶化（noncrystallizing）晶體也可因內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的規(guī)則排列遭到破壞而轉(zhuǎn)化為非晶態(tài)。這個(gè)過(guò)程稱為非晶化一般需要外能。第三十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日非晶體實(shí)例松香瀝青橡膠塑料第三十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日準(zhǔn)晶態(tài)或準(zhǔn)晶體

1984年在電子顯微鏡研究中，發(fā)現(xiàn)了一種新的物態(tài)，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列具有遠(yuǎn)程規(guī)律，但沒(méi)有平移周期，即不具格子構(gòu)造。右圖就是一種具有遠(yuǎn)程規(guī)律，但沒(méi)有平移周期的圖形，這種物態(tài)是介于晶體與非晶體之間的一種狀態(tài)，人們稱之為準(zhǔn)晶態(tài)或準(zhǔn)晶體（quasicrystal

具有遠(yuǎn)程規(guī)律但沒(méi)有平移周期的圖形

第四十頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日§1.4晶體的基本性質(zhì)1、自限性（自范性）晶體在適當(dāng)條件（能自由生長(zhǎng)）下，可以自發(fā)形成規(guī)則幾何多面體。釩鉛礦六方柱晶體磁鐵礦八面體晶體第四十一頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日晶體的多面體形態(tài)，是其格子構(gòu)造在外形上的直接反映。晶面、晶棱與角頂分別與格子構(gòu)造中的面網(wǎng)、行列及結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。第四十二頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日2、（結(jié)晶）均一性同一晶體的各個(gè)不同部分具有相同的性質(zhì)因?yàn)榫w的具有格子構(gòu)造的固體，在晶體的各個(gè)不同部分質(zhì)點(diǎn)的分布與排列都是一樣的注意:非晶體也具有均一性(統(tǒng)計(jì)均一性)第四十三頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日3、異向性（各向異性）

晶體的性質(zhì)因觀測(cè)方向不同而有差異。黑云母－解理石墨-解理第四十四頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日AB

晶體為什么具有異向性

這是因?yàn)榫w在不同的方向上質(zhì)點(diǎn)的排列方式不同而決定的。第四十五頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日氯化鈉晶體結(jié)構(gòu)

氯化鈉思考：均一性與異向性有矛盾嗎？異向性與自限性有什么聯(lián)系?第四十六頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日4、對(duì)稱性晶體中相同部分（晶面、晶棱、角頂）或性質(zhì)（物理化學(xué)性質(zhì)）在不同方向或位置上有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)。

晶體的宏觀對(duì)稱是由晶體內(nèi)部格子構(gòu)造的對(duì)稱性所決定

第四十七頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日5、最小內(nèi)能性

在相同的熱力學(xué)條件下，與同種化學(xué)成分的非晶體、液體、氣體比較，其內(nèi)能最小

晶體加熱曲線第四十八頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日6、穩(wěn)定性

在相同的熱力學(xué)條件下，具有相同的化學(xué)成分的晶體與非晶體比較，晶體是最穩(wěn)定的。這是因?yàn)榫w的內(nèi)能最小，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在一定位置上振動(dòng)保持格子的平衡，晶體總是處于最穩(wěn)定狀態(tài)。第四十九頁(yè)，共五十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日本章重點(diǎn)