第一章 晶體及結(jié)晶學(xué)

第一章晶體及結(jié)晶學(xué)第1頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月課程簡介：結(jié)晶學(xué)：以晶體為研究對象，主要研究晶體的對稱規(guī)律。研究的是晶體的共同規(guī)律，不涉及到具體的晶體種類。

特點(diǎn)：空間性、抽象性、邏輯性、共性。與后續(xù)礦物學(xué)形成明顯的對比：礦物學(xué)：以礦物晶體為研究對象，主要研究各具體礦物晶體的成分、物理性質(zhì)、成因特點(diǎn)等。

特點(diǎn)：經(jīng)驗(yàn)性、感性、具體性、歸納分類性、個性.第2頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第一部分結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第一章晶體及結(jié)晶學(xué)第二章晶體的形成第三章

晶體的宏觀對稱第四章

晶體的定向和晶面符號第五章晶體的理想形態(tài)第六章晶體的規(guī)則連生第七章晶體結(jié)構(gòu)的幾何理論第八章晶體化學(xué)第3頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月第一章

晶體及結(jié)晶學(xué)晶體的概念空間格子晶體的基本性質(zhì)結(jié)晶學(xué)及其主要研究內(nèi)容第4頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

本章涉及一些重要的基本概念，這些概念在整個結(jié)晶學(xué)中都經(jīng)常出現(xiàn)，一定要牢固掌握。第5頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月一、晶體的基本概念1.晶體的定義：

人類最早把具有天然規(guī)則幾何多面體形態(tài)的固體叫晶體。

現(xiàn)代對晶體的定義是：晶體（crystal)是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在三維空間周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。這種質(zhì)點(diǎn)在三維空間周期性地重復(fù)排列也稱格子構(gòu)造，所以晶體是具有格子構(gòu)造的固體。第6頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月石鹽的晶體結(jié)構(gòu)第7頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.不具格子構(gòu)造的物質(zhì)稱為非晶體或非晶態(tài)3.晶體與非晶體在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化非晶態(tài)晶態(tài)(晶化，自發(fā)進(jìn)行)晶態(tài)非晶態(tài)(非晶化，需要外能)晶體具有格子構(gòu)造既有近程規(guī)律也有遠(yuǎn)程規(guī)律非晶體不具格子構(gòu)造只有近程規(guī)律（無定形體）第8頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

所以,晶體比非晶體穩(wěn)定。自然界的固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)是晶體。4.準(zhǔn)晶體（quasicrysatl)：

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，但沒有平移周期，即不具格子構(gòu)造。這種物態(tài)是介于晶體與非晶體之間的一種狀態(tài)。第9頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月二、空間格子1.概念：空間格子就是表示晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)周期性重復(fù)排列規(guī)律的幾何圖形。

◆空間格子的導(dǎo)出：（a）晶體平面結(jié)構(gòu)圖（b）相當(dāng)點(diǎn)(空間點(diǎn)陣)（c）空間格子相當(dāng)點(diǎn)：是指質(zhì)點(diǎn)種類相同，周圍環(huán)境（分布種類相同和取向相同的其他質(zhì)點(diǎn)）也一樣的幾何點(diǎn)。第10頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

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)律連接起來就形成了空間格子。

相當(dāng)點(diǎn)（兩個條件：1、性質(zhì)相同，2、周圍環(huán)境相同。）第11頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月空間格子與具體的晶體結(jié)構(gòu)是什么關(guān)系？可以認(rèn)為具體的晶體結(jié)構(gòu)是多套空間格子組成的，見圖。

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，而空間格子就是使其重復(fù)規(guī)律突出表現(xiàn)出來。空間格子僅僅是一個體現(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)要簡單的多。第12頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月2.空間格子的要素：（1）結(jié)點(diǎn)：是空間格子中的點(diǎn)，它們代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)。在實(shí)際晶體中,結(jié)點(diǎn)的位置一定由同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。在空間格子中，它們只有幾何意義，為幾何點(diǎn)。第13頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）行列：結(jié)點(diǎn)在直線上的排列構(gòu)成行列?？臻g格子中任意兩個結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來就是一條行列的方向。在同一行列中結(jié)點(diǎn)間距是相等的，在平行的行列上結(jié)點(diǎn)間距也是相等的；不同方向的行列，其結(jié)點(diǎn)間距一般是不等的。空間格子中的行列第14頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)?？臻g格子中不在同一行列上的任意三個結(jié)點(diǎn)就可以聯(lián)結(jié)成一個面網(wǎng)，即任意兩個相交的行列就可以決定一個面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)密度稱為面網(wǎng)密度。相互平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度相同，面網(wǎng)間距（兩相鄰面網(wǎng)間的垂直距）也必定相等；互不平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度及面網(wǎng)間距一般不同。

空間格子中的面網(wǎng)第15頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距之間關(guān)系的示意圖βββ123β4結(jié)論：面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)其面網(wǎng)間距也大，反之，密度小，間距也小。第16頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）平行六面體：是空間格子中所劃分出的最小重復(fù)單位。它由六個兩兩平行而且相等的面組成。實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中所劃分出的這種最小重復(fù)單位,稱為晶胞。整個晶體結(jié)構(gòu)可視為晶胞在三維空間平行地、毫無間隙地重復(fù)累疊而成。晶胞的形態(tài)和大小取決于晶胞參數(shù)（a、b、c；α、β、γ，也稱為軸長和軸角）。第17頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月平行六面體空間格子返回第18頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月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)怎么樣？我們以后將會看到，平行六面體的形狀一共有7種，對應(yīng)有7套晶胞參數(shù)的形式，也對應(yīng)7個晶系。第19頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月三、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)地形成幾何多面體外形的性質(zhì)。其表現(xiàn)在晶體為平的晶面所包圍,是格子構(gòu)造在外形上的直接反映。晶面(晶體表面自發(fā)形成的平面)～面網(wǎng)

晶棱(兩個晶面的交棱）～行列角頂(晶棱會聚成尖的角頂)～結(jié)點(diǎn)

晶面、晶棱、角頂與面網(wǎng)、行列、結(jié)點(diǎn)的關(guān)系示意圖第20頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體的幾何多面體形態(tài)受格子構(gòu)造制約，它服從于一定的結(jié)晶學(xué)規(guī)律。2、均一性：

是指同一晶體的各個不同部分都具有相同的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。因?yàn)榫w是具有格子構(gòu)造的固體,在一個晶體的各個不同部分都具有完全相同的格子構(gòu)造，所以它們所表現(xiàn)出的各項(xiàng)性質(zhì)也必定完全相同——結(jié)晶均一性。第21頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

非晶質(zhì)體具有統(tǒng)計(jì)均一性。因?yàn)榉蔷з|(zhì)體不具有格子構(gòu)造（質(zhì)點(diǎn)排列不具遠(yuǎn)程規(guī)律），非晶質(zhì)體的各個不同部分，沒有任何兩部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是完全相同的，它們所以它們所表現(xiàn)出的各項(xiàng)性質(zhì)也只是在統(tǒng)計(jì)意義上才是均一的。如玻璃的不同部分折射率等也是相同的。

第22頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月3、異向性（各向異性）：

是指晶體的性質(zhì)隨方向不同而有所差異。因?yàn)橥桓褡訕?gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)排列一般是不一樣的，因此沿不同方向觀察時，晶體的各項(xiàng)性質(zhì)將表現(xiàn)出差異來。如藍(lán)晶石（二硬石）的硬度，隨方向的不同而有顯著的差別。平行晶體的延長方向AA可用小刀刻動，而垂直晶體的延長方向BB小刀不能刻動。

非晶質(zhì)體一般具各向同性，而無異向性。第23頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月4、對稱性：是指在晶體的外形上,相等的晶面、晶棱和角頂重復(fù)出現(xiàn)的性質(zhì)。晶體的格子構(gòu)造本身就是質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的體現(xiàn)。所以一切晶體都是對稱的。對稱性是晶體極其重要的性質(zhì),是晶體分類的基礎(chǔ)。第24頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月5、最小內(nèi)能：

是指在相同的熱力學(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.內(nèi)能動能（與物質(zhì)所處的熱力學(xué)條件有關(guān)，溫度越高，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動越強(qiáng)，動能也越大，不能用來比較內(nèi)能的大小。）勢能（位能，取決于質(zhì)點(diǎn)間的距離與排列。勢能越大，內(nèi)能也越大。)第25頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月

因?yàn)椋w是具有格子構(gòu)造的固體，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是有規(guī)律排列的，這種規(guī)律的排列是質(zhì)點(diǎn)間的引力與斥力達(dá)到平衡的結(jié)果。所以，晶體具有最小內(nèi)能。

對比加熱曲線：

熔點(diǎn)時間

溫度晶體溫度時間非晶質(zhì)體第26頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體有固定的熔點(diǎn)，而非晶質(zhì)體沒有固定的熔點(diǎn)。6、穩(wěn)定性：

是指在相同的熱力學(xué)條件下，晶體比具有相同化學(xué)成分的非晶質(zhì)體穩(wěn)定。因?yàn)?，非晶質(zhì)體有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的必然趨勢，而晶體決不會自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷з|(zhì)體。

非晶質(zhì)體外界能量晶體自發(fā)地

晶體的穩(wěn)定性是晶體具有最小內(nèi)能的必然結(jié)果。晶體第27頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月“結(jié)晶學(xué)”

發(fā)展歷史及分支學(xué)科簡介：

始于17世紀(jì)中葉人類的礦業(yè)活動，與天文學(xué)一起成為人類自然科學(xué)發(fā)展最早的兩門科學(xué)。17～18世紀(jì)：以研究晶體形態(tài)為主，也初步推測研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何規(guī)律；19世紀(jì)末～20世紀(jì)初：X－射線的發(fā)現(xiàn)及其對晶體結(jié)構(gòu)的測量，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：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，開辟了晶體對稱理論新領(lǐng)域。第28頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月分支學(xué)科：幾何結(jié)晶學(xué)－研究晶體宏觀形態(tài)幾何規(guī)律，主要是對稱規(guī)律。晶體結(jié)構(gòu)學(xué)－研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾何規(guī)律及缺陷。晶體化學(xué)－研究晶體成分與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。晶體生長學(xué)－研究晶體生長機(jī)理及其影響因素。晶體物理學(xué)－研究晶體物理性質(zhì)及其產(chǎn)生機(jī)理。

本課程以晶體形態(tài)對稱規(guī)律及晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對稱規(guī)律為主，簡介晶體化學(xué)與晶體生長。第29頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月本章重點(diǎn)（3組重要的基本概念）晶體的概念（著重理解晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的排列規(guī)律——格子構(gòu)造）空間格子（理解和熟記名詞、術(shù)語，如空間格子、相當(dāng)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、行列、面網(wǎng)、面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距的關(guān)系、結(jié)點(diǎn)間距、平行六面體；理解空間格子≠晶體結(jié)構(gòu)）晶體的基本性質(zhì)：自限性、均一性、異向性、對稱性、最小內(nèi)能、穩(wěn)定性，并解釋為什么。第30頁，課件共37頁，創(chuàng)作于2023年2月思考題1.什么是晶體？晶體和非晶體有何本質(zhì)區(qū)別？2.現(xiàn)代結(jié)晶學(xué)有哪幾個分支?3.判斷下列物質(zhì)中哪些是晶體，哪些是非晶體？

冰糖金剛石瀝青水晶玻璃水空氣方解石4.面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)，其面網(wǎng)間距也大，這種說明對不對？試畫簡圖加以定性的說明。5.晶體和非晶體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)上的主要區(qū)別是什么？6.為什么晶體具有均一性