晶体概念、空间格子、晶体的基本性质.ppt

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1、岩石与矿石的区别:矿石（ore）：含有用矿物并有开采价值的岩石，如方铅矿、黄铁矿等。宝石（Gem）：顾名思义应是“宝贵的石头”.宝石绝大多数都是某种矿物的单晶体，如钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、猫眼石、碧玺、紫牙乌等。玉石（Jade）：是多晶集合体，可以是矿物也可以是岩石，相对宝石而言透明度较低，体积较大，如翡翠。,第一章 结晶学基础,第一节 晶体的概念第二节 晶体的空间格子第三节 晶体的基本性质第四节 晶体的形成,第一章 结晶学基础,第一节 晶体的概念第二节 晶体的空间格子第三节 晶体的基本性质第四节 晶体的形成,第一节 晶体的概念,一、晶体的初步概念二、格子构造的概念三、晶体的现代概念,一

2、、晶体（Crystal)的初步概念,只要具备规则的几何多面体外形的固体就称为晶体。,二、格子构造的概念 1912年，德国物理学家劳厄（Laue)提出了重要的科学预见：晶体与X射线相遇时发生衍射现象，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，其它方向上减弱，分析照相底片上的衍射花样，便可确定晶体结构；1913年，英国物理学家布拉格父子（Bragg)在Laue的基础上，成功测定了石盐(NaCl)、钾石盐（KCI)等矿物的晶体结构。,二、格子构造的概念 3.布拉格发现，晶体内部的质点（原子、离子、分子或者离子团）在三维空间作周期性重复排列，这种重复排列构成了格子构造。,以NaCl为例，来解释什么

3、叫做质点的周期性重复排列。历史上，人们测定的第一个晶体就是NaCl结构.,NaCl 的晶体结构,为了看清质点的分布，分别用黑点和白圈代表氯离子和钠离子，并用直线把它们连接起来，就构成了下图所示的格子状图形,图中质点仅表示其中心的位置，不表示质点间的相对大小。从这个图中我们可以看出，每个小立方体中，质点的排列方式完全相同。沿立方体棱的方向上，Na离子和Cl离子总是相间排列，且两个Na离子或者两个Cl离子的距离都是0.5628nm;沿立方体面的的对角线上，它们则各自连续排列，并且它们的间距都是0.3978nm.假如，我们从任意一个Cl离子出发，在平行于立方体棱的方向上，每隔0.5628nm就会遇到

4、另外一个Cl离子。选择 Na离子出发，也是如此。所以，质点总是在某一个方向上以相等的距离重复排列，这就是质点的重复排列，也即格子构造。,目前已弄清了数以千计的不同种类的晶体结构，尽管各种晶体结构互不相同，但都具有格子构造这一点是所有晶体共同属性。晶体的这一共性反映了晶体与其它物体之间的根本区别，因此：,三、现代晶体的概念 晶体是具有格子构造的固体。是否具有格子构造是晶体与非晶体、准晶体及气体和液体的本质区别。,补充黑云母、石英、斜长石、石榴石、方解石等矿物晶体的晶体结构，展示格子构造,非晶体与准晶体：,非晶体(Non-crystal)：内部不具格子构造的固体，称为非晶体。例如：玻璃、琥珀、珍珠

5、等。,石英,玻璃,准晶体(quasi-crystal):：质点排列长程有序，但不体现周期重复，即不存在格子构造的固体，是一种特殊的非周期性晶体。它的实际应用处于起步阶段，但潜在的重要性及可能的前景将是难以估量。,第二节 晶体的空间格子,一、空间格子的定义二、相当点的概念和条件三、空间格子的导出四、空间格子的要素五、十四种空间格子,一、空间格子的定义 又称为空间点称，表示晶体内部质点在三维空间做周期性重复排列的几何图形。它是从晶体结构的相当点中抽取出来的一个几何图形,二、相当点的条件和概念 仍以NaCl 晶体结构为例来说明。,晶体结构,每个Na 离子的上下、前后、左右都是Cl 离子，每个Cl离子

6、的上下、前后、左右都是Na离子。也就是说，所有Na离子中心点周围的物质环境（也即周围质点种类）和几何环境（周围质点对Na 离子的分布方位和距离）都是相同的。那么所有Cl 离周围的物质环境、几何环境也是如此。,二、相当点的条件和概念 1.相当点：晶体结构中，性质、环境和方位上相同的点称为相当点。,晶体结构,2.相当点必具备两个条件：（1）质点的种类相同石盐晶体结构中，起始点选在所有Cl离子的中心，其他点也要选在Cl离子的中心。（2）周围的环境相同同一类质点的同一矢量方向上，相等的距离内处，有相同的质点分布。,三、空间格子的导出 两步：首先选出一套相当点，然后从结构中抽取出来，就形成了空间格子。,

7、晶体结构,空间格子,强调指出：相当点只是几何点，不等同于实际的质点；空间格子只是一个几何图形，不等于晶体内部包含了质点的格子构造。,能找出相当点吗？,补充黑云母、石英、斜长石、石榴石、方解石等矿物晶体的空间格子,四、空间格子的要素,1.结点(node)：组成空间格子的点，即晶体结构中的相当点；2.行列(row)：结点在直线上的排列（结点间距）；,3.面网(net):结点在平面上的排列就构成了面网.（引出:面网间距、面网密度，它们之间的关系,见下图）,面网AA间距d1面网BB间距d2面网CC间距d3面网DD间距d4,面网间距依次减小,面网密度也是依次减小的.所以:面网密度与面网间距成正比.,面网

8、密度和面网间距之间的关系：,1,2,3,4.平行六面体（晶胞）（unit parallelepipedon）每个平行六面体的棱长恰好是三条相应行列的结点间距，这样的平行六面体就是空间格子的最小单位。晶胞（Cell)：在实际晶体结构中按平行六面体划分出的最小重复单位。平行六面体是对应于晶胞抽象出来的一种几何图形，仅有数学意义。整个空间格子可以看作是单位平行六面体在三维空间平行地、毫无间隙地重复累叠而成。,平行六面体的几何特征包括：大小、形态及结点分布。平行六面体是几何图形，仅有数学意义，那么它的大小和形态就可以用数字格子参数（晶胞参数）来描述。,格子参数：棱长：a、b、c、棱之间的夹角,格子参数

9、的关系只有7种确定了7种平行六面体。,五、十四种空间格子,1.从格子的对称性七种原始格子 仅考虑了平行六面体的大小和形态。立方格子、四方格子、六方格子、三方格子、斜方格子、单斜格子和三斜格子。,立方格子：a=b=c，=90 等轴晶系,四方格子：a=bc=90四方晶系,六方格子：a=bc，=90=120六方晶系,三方格子：a=b=c，=90 三方,斜方格子：abc，=90斜方晶系,单斜格子：abc，=90 90单斜晶系,三斜格子：abc，90 三斜晶系,原始格子(P)底心格子(C)体心格子(I)面心格子(F)Primitive end-centered body-centered face-ce

10、ntered,2.从结点的分布情况四种类型,a b c d,3.十四种空 间格子 考虑对称和结点分布,网上下载一个十四种空间格子的图,第三节 晶体的基本性质,一自限性(self confinement)晶体在生长过程中，如果环境适宜，并有足够的生长空间，晶体就能够自发地形成规则的几何多面体形态的性质。,二均一性和异向性 均一性(homogeneity）：同一晶体的任意两个部分化学组成和物理性质相同。例如：密度、导热性、膨胀等。异向性(heterogeneity):同一晶体的不同方向上性质差异。例如：硬度、解理。,思考：均一性与异向性有矛盾吗？,三对称性(symmetry)同一晶体中，相同的部分重复出现（相同的晶面、晶棱和晶角有规律地重复出现），这种性质称为晶体的对称性。,4一定的熔点 晶体具有一定的熔点，而非晶体则不具有固定熔点。5最小内能和稳定性(stability),晶体的加热曲线（冰）非晶体的加热曲线（玻璃）,预习：,第四节 晶体的生长第二章 晶体的几何特征及表述 第1、2节晶体的对称要素/对称操作,谢谢大家！,