chap2-晶體生長的基本規(guī)律

上次課內(nèi)容緒論晶體的概念*空間格子的概念及組成要素*晶體的根本性質(zhì)第二章晶體生長的根本規(guī)律主要教學(xué)內(nèi)容晶體生長的根本規(guī)律*晶面發(fā)育的根本理論*影響晶體生長的外部因素晶體的人工合成技術(shù)簡介2.1晶體的形成方式1.氣-固結(jié)晶作用條件：氣態(tài)物質(zhì)具有足夠低的蒸汽壓、處于較低的溫度下。夏威夷勞厄火山裂縫噴氣孔附近的自然硫沉積自然硫晶體2.液-固結(jié)晶作用

⑴從溶液中結(jié)晶

條件：溶液過飽和。

青海察爾汗鹽湖

青海察爾汗鹽湖中鹽花結(jié)晶體青海察爾汗鹽湖中鹽花結(jié)晶體

鐘乳石Heatsomesolventtoboiling.PlacethesolidtoberecrystallizedinanErlenmeyerflask.

鹽溶液的結(jié)晶實(shí)驗(yàn)PourasmallamountofthehotsolventIntotheflaskcontainingthesolid.Swirltheflasktodissolvethesolid.Placetheflaskonthesteambathtokeepthesolutionwarm.Ifthesolidisstillnotdissolved,addatinyamountmoresolventandswirlagain.Whenthesolidisallinsolution,setitonthebenchtop.Donotdisturbit!Afterawhile,crystalsshouldappearintheflask.

YoucannowplacetheflaskinanicebathtofinishthecrystallizationprocessHereisthefilterpaperwithcrystalsonit.Carefullyscrapethecrystalsontothewatchglass.Letthecrystalfinishdryingonthewatchglass.Close-upofpicturesforminginaflask⑵從熔體中結(jié)晶條件：熔體過冷卻。天然熔體：巖漿。人工熔體：金屬熔體、玻璃熔體等。天然熔體：巖漿天然熔體：巖漿天然熔體：巖漿金剛石晶體⑶固-固結(jié)晶作用同質(zhì)多像轉(zhuǎn)變固相反響結(jié)晶重結(jié)晶脫?；?.晶體的形成階段介質(zhì)的過飽和或過冷卻階段；成核階段；生長階段。2.2晶體的生長⑴層生長理論

假設(shè)晶核為一單原子構(gòu)成的立方格子,相鄰質(zhì)點(diǎn)間距為a。2.關(guān)于晶體生長的根本理論

晶核上的三種位置

①晶核上的三種位置三面凹角二面凹角一般位置123②三種位置上最鄰近的質(zhì)點(diǎn)數(shù)

位置距離a1.414a1.732a1-三面凹角3642-二面凹角2643-一般位置144③質(zhì)點(diǎn)的堆積順序三面凹角→二面凹角→一般位置④晶體的理想生長過程在晶核的根底上先長滿一個(gè)行列，再長相鄰的行列；直到長滿一層面網(wǎng)；長滿一層面網(wǎng)以后，再長相鄰的面網(wǎng)，如此逐層向外推移；生長停止后，最外層的面網(wǎng)就是實(shí)際晶面，相鄰面網(wǎng)的交棱就是實(shí)際晶棱。整個(gè)晶體就成為被晶面包圍的幾何多面體。⑤層生長理論可以解釋的現(xiàn)象晶體的幾何多面體形態(tài)。晶體中的環(huán)帶構(gòu)造。同種晶體的不同個(gè)體，對(duì)應(yīng)晶面間的夾角不變。某些晶體內(nèi)部的沙鐘構(gòu)造。

電氣石晶體及橫截面上的環(huán)帶

普通輝石的砂鐘構(gòu)造斯里蘭卡藍(lán)寶石中的環(huán)帶及蛛網(wǎng)狀的晶紅石針包裹體澳大利亞藍(lán)寶石中的六方環(huán)狀生長紋晶體階梯狀生長的示意剖面圖⑵晶體的階梯狀生長階梯狀生長在晶面上留下生長紋

晶體的螺旋位錯(cuò)⑶晶體的螺旋狀生長石墨底面上的生長螺紋石墨底面上的生長螺紋1.布拉維法那么⑴晶面生長速度晶面在單位時(shí)間內(nèi)沿其法線方向向外推移的距離。2.3晶面的發(fā)育網(wǎng)面密度與晶面生長速度關(guān)系圖AB-面網(wǎng)密度最大，生長速度最慢；CD-面網(wǎng)密度次之；生長速度中等；BC-面網(wǎng)密度最小，生長速度最快。⑵布拉維法那么實(shí)際晶體往往為面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)所包圍。布拉維法那么圖解布拉維法那么以簡化環(huán)境條件為前提，未考慮溫度、壓力、組分濃度、渦流等對(duì)晶面生長速度的影響。實(shí)際上，由于環(huán)境因素的影響，會(huì)出現(xiàn)許多偏離布拉維法那么的現(xiàn)象。因此，某種晶體雖然有其習(xí)見形態(tài)，但也可以出現(xiàn)其他形態(tài)。例如螢石，可以是立方體，也可以是八面體。這說明在不同環(huán)境下，立方體面網(wǎng)和八面體面網(wǎng)的生長速度發(fā)生了變化。不過，就總的定性趨勢而言，布拉維法那么還是有一定意義的。2.居理—吳里夫原理居里：晶體生長的平衡態(tài)外表能最小。吳里夫：生長速度快的晶面外表能大。PBC(PeriodicBondChain)理論中的三種晶面：F面：又稱平坦面。S面：又稱階梯面。K面：又稱扭折面。晶體上F面長發(fā)育成較大的面，K面罕見或缺失。

A、B、C指PBC鍵鏈方向3.周期鍵鏈〔PBC〕理論1.渦流由于溶質(zhì)的析出和結(jié)晶潛熱的釋放，在生長晶體周圍，溶液的密度相對(duì)下降，導(dǎo)致溶液上向移動(dòng)，稍遠(yuǎn)處的溶液補(bǔ)充進(jìn)來，由此形成了渦流。渦流使生長晶體的物質(zhì)供給不均勻。2.4影響晶體生長的外部因素在不同位置生長的晶體形態(tài)和渦流

2.溫度

介質(zhì)溫度的變化，導(dǎo)致過飽和度及過冷卻度的變化，不同晶面的相對(duì)生長速度也因此改變，使晶體具有不同形態(tài)。例如，方解石〔CaCO3〕晶體在溫度較高時(shí)，呈扁平形態(tài)；地表常溫下那么長成細(xì)長晶體。片狀輕質(zhì)碳酸鈣3.雜質(zhì)雜質(zhì)的吸附將改變晶面的比外表自由能，結(jié)果使晶面的生長速度發(fā)生變化。例如，在純潔水中結(jié)晶的食鹽為立方體，在溶液中含有少量硼酸時(shí)，那么出現(xiàn)立方體與八面體的聚形。

純水中含有少量硼酸的溶液中

雜質(zhì)對(duì)石鹽晶形的影響4.介質(zhì)粘度介質(zhì)粘度大，會(huì)影響物質(zhì)的運(yùn)移和供給。由于晶體的棱和角頂處較易于接受溶質(zhì)，因此生長較快；晶面中心生長較慢，甚至不生長，結(jié)果形成骸晶。

石鹽的骸晶５.各組分的相對(duì)濃度對(duì)于化合物晶體，當(dāng)介質(zhì)中各組分的相對(duì)濃度發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致晶面生長速度的相對(duì)變化，從而影響晶形。例如，釔鋁榴石〔Y3Al2[AlO4]3〕的晶形，當(dāng)介質(zhì)的成分富含Al2O3時(shí)，只出現(xiàn)菱形十二面體；富含Y2O3時(shí)，那么同時(shí)還出現(xiàn)四角三八面體的小晶面。介質(zhì)富Al2O3介質(zhì)富Y2O3釔鋁榴石〔Y3Al5O12〕的晶形明礬石在不同濃度溶液中的晶形變化1.晶體的溶解晶體如果處于不飽和溶液中，即發(fā)生溶解。由于晶棱和角頂處的質(zhì)點(diǎn)具有相對(duì)大的自由能，且與溶液接觸的時(shí)機(jī)較多，最先溶解，晶體呈渾圓狀。