晶體概念空間格子晶體的基本性質(zhì)第1頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一章結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)

晶體的概念第二節(jié)

晶體的空間格子第三節(jié)

晶體的基本性質(zhì)第四節(jié)

晶體的形成第2頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一章結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第一節(jié)

晶體的概念第二節(jié)

晶體的空間格子第三節(jié)

晶體的基本性質(zhì)第四節(jié)晶體的形成第3頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)晶體的概念一、晶體的初步概念二、格子構(gòu)造的概念三、晶體的現(xiàn)代概念第4頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、晶體（Crystal)的初步概念只要具備規(guī)則的幾何多面體外形的固體就稱為晶體。第5頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、格子構(gòu)造的概念

1912年，德國(guó)物理學(xué)家勞厄（Laue)提出了重要的科學(xué)預(yù)見(jiàn)：晶體與X射線相遇時(shí)發(fā)生衍射現(xiàn)象，衍射波疊加的結(jié)果使射線的強(qiáng)度在某些方向上加強(qiáng)，其它方向上減弱，分析照相底片上的衍射花樣，便可確定晶體結(jié)構(gòu)；1913年，英國(guó)物理學(xué)家布拉格父子（Bragg)在Laue的基礎(chǔ)上，成功測(cè)定了石鹽(NaCl)、鉀石鹽（KCI)等礦物的晶體結(jié)構(gòu)。第6頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、格子構(gòu)造的概念

3.布拉格發(fā)現(xiàn)，晶體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、分子或者離子團(tuán)）在三維空間作周期性重復(fù)排列，這種重復(fù)排列構(gòu)成了格子構(gòu)造。第7頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五以NaCl為例，來(lái)解釋什么叫做質(zhì)點(diǎn)的周期性重復(fù)排列。歷史上，人們測(cè)定的第一個(gè)晶體就是NaCl結(jié)構(gòu).NaCl的晶體結(jié)構(gòu)大球－Cl－小球－Na＋為了看清質(zhì)點(diǎn)的分布，分別用黑點(diǎn)和白圈代表氯離子和鈉離子，并用直線把它們連接起來(lái)，就構(gòu)成了下圖所示的格子狀圖形第8頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五圖中質(zhì)點(diǎn)僅表示其中心的位置，不表示質(zhì)點(diǎn)間的相對(duì)大小。從這個(gè)圖中我們可以看出，每個(gè)小立方體中，質(zhì)點(diǎn)的排列方式完全相同。沿立方體棱的方向上，Na離子和Cl離子總是相間排列，且兩個(gè)Na離子或者兩個(gè)Cl離子的距離都是0.5628nm;沿立方體面的的對(duì)角線上，它們則各自連續(xù)排列，并且它們的間距都是0.3978nm.假如，我們從任意一個(gè)Cl離子出發(fā)，在平行于立方體棱的方向上，每隔0.5628nm就會(huì)遇到另外一個(gè)Cl離子。選擇Na離子出發(fā)，也是如此。所以，質(zhì)點(diǎn)總是在某一個(gè)方向上以相等的距離重復(fù)排列，這就是質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)排列，也即格子構(gòu)造。0.5628nm0.3978nm第9頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五目前已弄清了數(shù)以千計(jì)的不同種類的晶體結(jié)構(gòu)，盡管各種晶體結(jié)構(gòu)互不相同，但都具有格子構(gòu)造這一點(diǎn)是所有晶體共同屬性。晶體的這一共性反映了晶體與其它物體之間的根本區(qū)別，因此：三、現(xiàn)代晶體的概念

晶體是具有格子構(gòu)造的固體。

是否具有格子構(gòu)造是晶體與非晶體、準(zhǔn)晶體及氣體和液體的本質(zhì)區(qū)別。第10頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五補(bǔ)充黑云母、石英、斜長(zhǎng)石、石榴石、方解石等礦物晶體的晶體結(jié)構(gòu)，展示格子構(gòu)造第11頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五非晶體與準(zhǔn)晶體：非晶體(Non-crystal)：內(nèi)部不具格子構(gòu)造的固體，稱為非晶體。例如：玻璃、琥珀、珍珠等。石英玻璃第12頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五準(zhǔn)晶體(quasi-crystal):：質(zhì)點(diǎn)排列長(zhǎng)程有序，但不體現(xiàn)周期重復(fù)，即不存在格子構(gòu)造的固體，是一種特殊的非周期性晶體。它的實(shí)際應(yīng)用處于起步階段，但潛在的重要性及可能的前景將是難以估量。第13頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)晶體的空間格子一、空間格子的定義二、相當(dāng)點(diǎn)的概念和條件三、空間格子的導(dǎo)出四、空間格子的要素五、十四種空間格子第14頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、空間格子的定義

又稱為空間點(diǎn)稱，表示晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間做周期性重復(fù)排列的幾何圖形。它是從晶體結(jié)構(gòu)的相當(dāng)點(diǎn)中抽取出來(lái)的一個(gè)幾何圖形晶體結(jié)構(gòu)空間格子第15頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、相當(dāng)點(diǎn)的條件和概念仍以NaCl晶體結(jié)構(gòu)為例來(lái)說(shuō)明。晶體結(jié)構(gòu)每個(gè)Na離子的上下、前后、左右都是Cl離子，每個(gè)Cl離子的上下、前后、左右都是Na離子。也就是說(shuō)，所有Na離子中心點(diǎn)周圍的物質(zhì)環(huán)境（也即周圍質(zhì)點(diǎn)種類）和幾何環(huán)境（周圍質(zhì)點(diǎn)對(duì)Na離子的分布方位和距離）都是相同的。那么所有Cl離周圍的物質(zhì)環(huán)境、幾何環(huán)境也是如此。第16頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、相當(dāng)點(diǎn)的條件和概念

1.相當(dāng)點(diǎn)：晶體結(jié)構(gòu)中，性質(zhì)、環(huán)境和方位上相同的點(diǎn)稱為相當(dāng)點(diǎn)。晶體結(jié)構(gòu)2.相當(dāng)點(diǎn)必具備兩個(gè)條件：（1）質(zhì)點(diǎn)的種類相同－石鹽晶體結(jié)構(gòu)中，起始點(diǎn)選在所有Cl離子的中心，其他點(diǎn)也要選在Cl離子的中心。（2）周圍的環(huán)境相同－同一類質(zhì)點(diǎn)的同一矢量方向上，相等的距離內(nèi)處，有相同的質(zhì)點(diǎn)分布。第17頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三、空間格子的導(dǎo)出兩步：首先選出一套相當(dāng)點(diǎn)，然后從結(jié)構(gòu)中抽取出來(lái)，就形成了空間格子。晶體結(jié)構(gòu)空間格子第18頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五強(qiáng)調(diào)指出：

相當(dāng)點(diǎn)只是幾何點(diǎn)，不等同于實(shí)際的質(zhì)點(diǎn)；空間格子只是一個(gè)幾何圖形，不等于晶體內(nèi)部包含了質(zhì)點(diǎn)的格子構(gòu)造。第19頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五能找出相當(dāng)點(diǎn)嗎？第20頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五補(bǔ)充黑云母、石英、斜長(zhǎng)石、石榴石、方解石等礦物晶體的空間格子第21頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五四、空間格子的要素1.結(jié)點(diǎn)(node)

：組成空間格子的點(diǎn)，即晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)；2.行列(row)

：結(jié)點(diǎn)在直線上的排列（結(jié)點(diǎn)間距）；

第22頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.面網(wǎng)(net):

結(jié)點(diǎn)在平面上的排列就構(gòu)成了面網(wǎng).（引出:面網(wǎng)間距、面網(wǎng)密度，它們之間的關(guān)系,見(jiàn)下圖）第23頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五面網(wǎng)AA’間距d1面網(wǎng)BB’間距d2面網(wǎng)CC’間距d3面網(wǎng)DD’間距d4面網(wǎng)間距依次減小,面網(wǎng)密度也是依次減小的.所以:面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距成正比.面網(wǎng)密度和面網(wǎng)間距之間的關(guān)系：減小123第24頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4.平行六面體（晶胞）

（unitparallelepipedon）

每個(gè)平行六面體的棱長(zhǎng)恰好是三條相應(yīng)行列的結(jié)點(diǎn)間距，這樣的平行六面體就是空間格子的最小單位。晶胞（Cell)：在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中按平行六面體劃分出的最小重復(fù)單位。平行六面體是對(duì)應(yīng)于晶胞抽象出來(lái)的一種幾何圖形，僅有數(shù)學(xué)意義。

整個(gè)空間格子可以看作是單位平行六面體在三維空間平行地、毫無(wú)間隙地重復(fù)累疊而成。第25頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五平行六面體的幾何特征包括：大小、形態(tài)及結(jié)點(diǎn)分布。平行六面體是幾何圖形，僅有數(shù)學(xué)意義，那么它的大小和形態(tài)就可以用數(shù)字－格子參數(shù)（晶胞參數(shù)）來(lái)描述。abc格子參數(shù)：棱長(zhǎng)：a、b、c、棱之間的夾角α,β,γ格子參數(shù)的關(guān)系只有7種確定了7種平行六面體。第26頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五五、十四種空間格子1.從格子的對(duì)稱性－七種原始格子－僅考慮了平行六面體的大小和形態(tài)。立方格子、四方格子、六方格子、三方格子、斜方格子、單斜格子和三斜格子。第27頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五立方格子：a=b=c，α=β=γ=90o[等軸晶系]四方格子：a=b≠cα=β=γ=90o[四方晶系]六方格子：a=b≠c，α=β=90oγ=120o六方晶系三方格子：a=b=c，α=β=γ≠90o[三方]斜方格子：a≠b≠c，α=β=γ=90o[斜方晶系]單斜格子：a≠b≠c，α=γ=90oβ>90o[單斜晶系]三斜格子：a≠b≠c，α≠β≠γ≠90o[三斜晶系第28頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五原始格子(P)底心格子(C)體心格子(I)面心格子(F)Primitiveend-centeredbody-centeredface-centered2.從結(jié)點(diǎn)的分布情況－四種類型abcd第29頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五3.十四種空間格子

－考慮對(duì)稱和結(jié)點(diǎn)分布網(wǎng)上下載一個(gè)十四種空間格子的圖第30頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)晶體的基本性質(zhì)一．自限性(selfconfinement)

晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中，如果環(huán)境適宜，并有足夠的生長(zhǎng)空間，晶體就能夠自發(fā)地形成規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的性質(zhì)。第31頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二．均一性和異向性

均一性(homogeneity）：同一晶體的任意兩個(gè)部分化學(xué)組成和物理性質(zhì)相同。例如：密度、導(dǎo)熱性、膨脹等。異向性(heterogeneity):

同一晶體的不同方向上性質(zhì)差異。例如：硬度、解理。第32頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五

思考：

均一性與異向性有矛盾嗎？第33頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三．對(duì)稱性(symmetry)

同一晶體中，相同的部分重復(fù)出現(xiàn)（相同的晶面、晶棱和晶角有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)），這種性質(zhì)稱為晶體的對(duì)稱性。第34頁(yè)，共37頁(yè)，2023年，2月20日，星期五4．一定的熔點(diǎn)