晶體及晶體學(xué)

晶體學(xué)Crystallography第一章晶體及晶體學(xué)第二章晶體的面角恒等與投影第三章晶體的宏觀(guān)對(duì)稱(chēng)第四章晶體定向與結(jié)晶符號(hào)第五章晶體的理想形態(tài)--單形和聚形第六章晶體的實(shí)際形態(tài)和規(guī)則連生第七章晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微觀(guān)對(duì)稱(chēng)第八章晶體生長(zhǎng)簡(jiǎn)介1§1.1晶體的概念§1.2空間點(diǎn)陣§1.3晶體的基本性質(zhì)§1.4晶體學(xué)及其發(fā)展歷史第一章晶體及晶體學(xué)2

凡是具有非人工琢磨而成的幾何多面體形態(tài)的固體都稱(chēng)之為晶體？圖片§1.1晶體的概念3石鹽4無(wú)色水晶5水晶晶簇6方鉛礦7冰州石8石榴石9綠柱石10金剛石11螢石停，玻璃12玻璃13電氣石(碧璽)1415石墨16人造剛玉

多晶17軟玉18翡翠19砂石沙子晶體？小201912年，X射線(xiàn)晶體衍射實(shí)驗(yàn)成功，對(duì)晶體的研究從晶體的外部進(jìn)入到晶體的內(nèi)部。21食鹽現(xiàn)已證明，一切晶體不論其外形如何，它的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子）都在三維空間有規(guī)律地周期性排列。22晶體★：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。非晶體：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不作規(guī)則排列的固體。

NaCl晶體結(jié)構(gòu)比較圖強(qiáng)調(diào)23古堡液、準(zhǔn)石英玻璃石英24準(zhǔn)晶準(zhǔn)晶：是一種介于晶體和非晶體之間的固體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有近程和遠(yuǎn)程有序，但不體現(xiàn)周期重復(fù)。具有遠(yuǎn)程規(guī)律但不具有周期重復(fù)的二維準(zhǔn)晶圖形位置序25準(zhǔn)晶具有晶體所不允許的宏觀(guān)對(duì)稱(chēng)性。目前推導(dǎo)的準(zhǔn)晶體點(diǎn)群共28種,單形42個(gè),5個(gè)晶系。26penrose瓷磚27伊朗某清真寺的建筑設(shè)計(jì)，類(lèi)似準(zhǔn)晶的排列28以色列人達(dá)尼埃爾·謝赫特曼以發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體贏(yíng)得2011年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。29液晶:介于固態(tài)和液態(tài)之間的各向異性的流體。性質(zhì)上：既具有液體的可流動(dòng)性、粘滯性，又具有晶體的各向異性結(jié)構(gòu)上，具有一維或二維近似有序晶，即分子按某一從優(yōu)方向排列平移無(wú)序或部分平移無(wú)序的液晶30NaNO2§1.2空間格子+圖案=基本重復(fù)單元+點(diǎn)陣3132

(a)體心立方結(jié)構(gòu)晶胞(C)六方密堆結(jié)構(gòu)晶胞(b)面心立方結(jié)構(gòu)晶胞金屬中最常見(jiàn)的三種晶體結(jié)構(gòu)的晶胞:

體心立方結(jié)構(gòu)

面心立方結(jié)構(gòu)

六方密堆結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)是指晶體中原子、原子團(tuán)或分子的具體分布情況。1.1.2晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)單元

空間點(diǎn)陣兩個(gè)定義1、空間格子的概念+=32相當(dāng)點(diǎn)是指晶體結(jié)構(gòu)中占據(jù)相同質(zhì)點(diǎn)和具有相同環(huán)境的一系列幾何點(diǎn)。空間點(diǎn)陣從晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來(lái)的一系列在三維空間周期性排列的幾何點(diǎn)稱(chēng)為。結(jié)構(gòu)基元：是指晶體結(jié)構(gòu)中重復(fù)排列的基本單位。CsCl33定義34以石英（SiO2）的晶體結(jié)構(gòu)為例35以氯化銫（CsCl）的晶體結(jié)構(gòu)為例動(dòng)畫(huà)36空間格子是表示晶體內(nèi)部中質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的幾何圖形?？臻g格子為無(wú)限圖形?？臻g格子的要素：結(jié)點(diǎn)行列面網(wǎng)平行六面體說(shuō)明和外形的關(guān)系37代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)，只具幾何意義，不代表任何質(zhì)點(diǎn)。在實(shí)際晶體中，結(jié)點(diǎn)的位置可以被同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。行列2、空間格子要素行列中相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離稱(chēng)為該行列的結(jié)點(diǎn)間距。同一行列或彼此平行的行列上結(jié)點(diǎn)間距相等；不同方向的行列，其結(jié)點(diǎn)間距一般不等。⑵行列：結(jié)點(diǎn)在直線(xiàn)上的排列即構(gòu)成行列。⑴結(jié)點(diǎn)：空間格子中的點(diǎn)。結(jié)點(diǎn)38面網(wǎng)面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的數(shù)目稱(chēng)為面網(wǎng)密度?；ハ嗥叫械拿婢W(wǎng)，面網(wǎng)密度相同；不平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度一般不等。相互平行的相鄰兩面網(wǎng)之間垂直距離稱(chēng)為面網(wǎng)間距。

⑶面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)。39由由六個(gè)兩兩平行而且相等的面組成。在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中所劃分出這樣的相應(yīng)的單位稱(chēng)為晶胞。整個(gè)晶體可以視為晶胞在三維空間平行地、毫無(wú)間隙地重復(fù)堆砌而成。平行六面體⑷平行六面體：是空間格子在三維空間上可劃出的最小重復(fù)單位。40區(qū)別強(qiáng)調(diào)??！41注意：晶體結(jié)構(gòu)和空間格子的區(qū)別（了解）空間格子是晶體中質(zhì)點(diǎn)排列的幾何學(xué)抽象，用以描述和分析晶體結(jié)構(gòu)的周期性和對(duì)稱(chēng)性。由于各陣點(diǎn)的周?chē)h(huán)境相同，它只能有14種類(lèi)型。晶體結(jié)構(gòu)是晶體中實(shí)際質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）的具體排列方式。它們能組成各種類(lèi)型的排列，因此，實(shí)際存在的晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型是無(wú)限的。聯(lián)系：晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)基元與相應(yīng)空間點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)在空間排列的周期一致看四種晶體42點(diǎn)陣點(diǎn)群與點(diǎn)陣點(diǎn)的位置點(diǎn)群晶體結(jié)構(gòu)空間格子+結(jié)構(gòu)基元單胞金屬晶體分子晶體原子晶體離子晶體

43§1.3晶體的基本性質(zhì)一、均一性二、異向性三、自限性四、對(duì)稱(chēng)性五、最小內(nèi)能性六、定熔性44四、對(duì)稱(chēng)性：是指同一晶體中的相同部分或某種相同的性質(zhì)在不同的方向或位置上作有規(guī)律地重復(fù)。五、最小內(nèi)能性：在相同的熱力學(xué)條件下晶體與同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體相比較，其內(nèi)能最小。藍(lán)晶石晶體的硬度4～4.56～7晶體學(xué)？一、均一性：同一晶體的各部分的物理化學(xué)性質(zhì)相同。二、異向性：同一晶體在不同方向上性質(zhì)有所差異三、自限性：是指晶體在適當(dāng)條件下可以自發(fā)地形成封閉的凸幾何多面體的性質(zhì)。云母、排隊(duì)、冰45§1.4

晶體學(xué)及其發(fā)展歷史晶體學(xué)：以晶體為研究對(duì)象，以晶體的對(duì)稱(chēng)規(guī)律為主要研究

內(nèi)容的一門(mén)基礎(chǔ)性的自然科學(xué)。

*研究晶體的共同規(guī)律，不涉及到具體的晶體種類(lèi)。特點(diǎn)：空間性、抽象性、邏輯性、理性、共性27.菱面體29.復(fù)三方偏三角面體L33L23PcL33L23Pc一、晶體學(xué)46返回27.菱面體29.復(fù)三方偏三角面體L33L23PcL33L23Pc礦物學(xué)：以礦物晶體為研究對(duì)象，主要研究各具體礦物晶體的成分、

形態(tài)、物理性質(zhì)、成因特點(diǎn)等。特點(diǎn)：經(jīng)驗(yàn)性、具體性、歸納分類(lèi)性、感性、個(gè)性方解石47幾何結(jié)晶學(xué)：以幾何或數(shù)學(xué)的理論研究晶體宏觀(guān)（晶體外形）和微觀(guān)對(duì)稱(chēng)規(guī)律的科學(xué)。晶體結(jié)構(gòu)學(xué)：研究晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排布規(guī)律及結(jié)構(gòu)缺陷。晶體化學(xué)：主要研究晶體的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并進(jìn)而探討成分、結(jié)構(gòu)與其性能和生成條件的關(guān)系。晶體物理學(xué)：研究晶體的物理性質(zhì)及其產(chǎn)生機(jī)理。晶體生長(zhǎng)學(xué)：研究晶體生長(zhǎng)機(jī)理及控制和影響生長(zhǎng)的因素。晶體學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容48螢石49成分：CaF2，含一些稀土元素；結(jié)構(gòu)：空間群Fm3m，立方面心格子Ca2+位于立方面心的結(jié)點(diǎn)上，F(xiàn)-位于立方體內(nèi)八個(gè)1/8小立方體的中心Ca2＋呈立方最緊密堆積，F(xiàn)－占據(jù)所有四面體空隙。形態(tài)：有標(biāo)型性：八面體（酸性）、立方體（堿性）、菱形十二面體（中性）；特殊穿插雙晶；物理性質(zhì)：顏色多變，主要為色心呈色，玻璃光澤，{111}完全解理，為同號(hào)離子相鄰面網(wǎng)；硬度4，D3.2

。具發(fā)光性。成因：熱液型，沉積型；5017～18世紀(jì)：以研究晶體形態(tài)為主，也初步推測(cè)研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何規(guī)律；這一階段主要以數(shù)學(xué)為工具。

19世紀(jì)末～20世紀(jì)初：X－射線(xiàn)的發(fā)現(xiàn)及其對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)量，進(jìn)入晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究階段；

20世紀(jì)70年代以來(lái)：透射電鏡研究晶體內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)；

20世紀(jì)80年代，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體，開(kāi)辟了晶體對(duì)稱(chēng)理論新領(lǐng)域。二、晶體學(xué)的發(fā)展歷史51好好學(xué)習(xí)天天向上本節(jié)要求：1、概念：晶體、空間格子2、晶體的基本性質(zhì)52本章結(jié)束，謝謝！53P211-213

7、8、11本章作業(yè)5419:1255晶瑩的雪花天然晶體，是在大自然中自發(fā)結(jié)晶形成的，一提起天然晶體，您是否會(huì)想到雪花？雪花晶體就像是“仙女散花”般地從天而落，給人們帶來(lái)無(wú)限的遐想。可以說(shuō)，雪花是人們最熟悉的天然晶體之一，有著變化萬(wàn)千的美麗的形態(tài)。而雪花作為晶體，則是枝晶的典型例子。雪花5519:1256不像晶體的晶體我們身邊天然存在的非生物固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)屬于晶體的范疇，其中，既有像食鹽那樣方方正正的外表的單晶體，也有貌不驚人的多晶體。砂石沙子泥土56晶體的基本性質(zhì)相當(dāng)點(diǎn)可以簡(jiǎn)單的定義為晶體結(jié)構(gòu)中物質(zhì)環(huán)境和幾何環(huán)境完全相同的點(diǎn)，也稱(chēng)“等同點(diǎn)”。在氯化銫晶體結(jié)構(gòu)中，無(wú)論原始點(diǎn)選在Cl－還是Cs＋的中心，或其它任何地方，找出的相當(dāng)點(diǎn)的分布相同。相當(dāng)點(diǎn)的分布可體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中所有質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)規(guī)律。57為研究晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)規(guī)律不受晶體大小限制，設(shè)想空間格子為無(wú)限圖形?？臻g格子晶體的基本性質(zhì)例如：1mm3的NaCl晶體結(jié)構(gòu)中包含大約7×1017個(gè)相當(dāng)于一個(gè)晶胞的小立方體，這樣的圖形，完全可以看成是無(wú)限的。相當(dāng)點(diǎn)在三維空間作規(guī)則排列而成的格子狀幾何圖形稱(chēng)為空間格子。582、空間格子要素

⑴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)，只具幾何意義，不代表任何質(zhì)點(diǎn)。但在實(shí)際晶體中，結(jié)點(diǎn)的位置可以被同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。⑵行列：結(jié)點(diǎn)在直線(xiàn)上的排列即構(gòu)成行列。行列中相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離稱(chēng)為該行列的結(jié)點(diǎn)間距。同一行列或彼此平行的行列上結(jié)點(diǎn)間距相等；不同方向的行列，其結(jié)點(diǎn)間距一般不等。行列晶體的基本性質(zhì)59面網(wǎng)晶體的基本性質(zhì)⑶面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的數(shù)目稱(chēng)為面網(wǎng)密度。互相平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度相同；不平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度一般不等。相互平行的相鄰兩面網(wǎng)之間垂直距離稱(chēng)為面網(wǎng)間距。

60由八個(gè)結(jié)點(diǎn)、六個(gè)兩兩平行而且相等的面組成。在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中所劃分出這樣的相應(yīng)的單位稱(chēng)為晶胞。整個(gè)晶體可以視為晶胞在三維空間平行地、毫無(wú)間隙地重復(fù)堆砌而成。平行六面體晶體的基本性質(zhì)⑷單位平行六面體：是空間格子在三維空間上可劃出的最小重復(fù)單位。61二、晶體的基本性質(zhì)

晶體通常被平的晶面所包圍，晶面相交成直的晶棱，晶棱匯聚成尖的角頂。晶體多面體形態(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)造中面網(wǎng)、行列及結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。一切晶體所共有的，并且是由晶體的格子構(gòu)造所決定的性質(zhì)，稱(chēng)為晶體的基本性質(zhì)。晶體的基本性質(zhì)1、自限性：是指晶體在適當(dāng)條件下可以自發(fā)地形成規(guī)則幾何多面體的性質(zhì)。623、異向性：同一晶體的格子構(gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)的排列一般不同，晶體的性質(zhì)也就隨著方向的不同而有所差異。如藍(lán)晶石的硬度、云母的解理、石英折射率等。4～4.56～7藍(lán)晶石晶體的硬度晶體的基本性質(zhì)2、均一性：由于晶體是具有格子構(gòu)造的固體，在同一晶體的各個(gè)不同部分，質(zhì)點(diǎn)的分布一樣，故晶體的各部分的物理化學(xué)性質(zhì)相同。非晶體也具均一性，因不具格子構(gòu)造，其均一性是統(tǒng)計(jì)的、平均近似的均一，稱(chēng)為統(tǒng)計(jì)均一性；而晶體均一性取決于格子構(gòu)造，稱(chēng)為結(jié)晶均一性。兩者有本質(zhì)區(qū)別。636、定熔性