chap1 晶體與晶體的基本性質(zhì)

1、第一章第一章 晶體與晶體的基本性質(zhì)晶體與晶體的基本性質(zhì) 第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)晶學(xué)的研究對(duì)象及其學(xué)科地位結(jié)晶學(xué)的研究對(duì)象及其學(xué)科地位 第二節(jié)第二節(jié) 晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體的概念晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體的概念 第三節(jié)第三節(jié) 空間格子空間格子 第四節(jié)第四節(jié) 晶體的基本性質(zhì)晶體的基本性質(zhì)第一章第一章 晶體與晶體的基本性質(zhì)晶體與晶體的基本性質(zhì) 本章涉及一些重要的基本概念，這些概念在整個(gè)結(jié)晶學(xué)中都經(jīng)常出現(xiàn), 一定要牢固掌握。第一節(jié)第一節(jié) 結(jié)晶學(xué)研究對(duì)象及結(jié)晶學(xué)研究對(duì)象及其學(xué)科地位其學(xué)科地位 緒論部分第二節(jié)第二節(jié) 晶體與晶體的基本性質(zhì)晶體與晶體的基本性質(zhì) 1 1、晶體與非晶體、晶體與非晶體（1）晶體：）晶體：遠(yuǎn)古年代

2、的定義：遠(yuǎn)古年代的定義：具有幾何多面體外形且具有幾何多面體外形且透明的水晶。透明的水晶。第二章第二章 晶體與晶體的基本性質(zhì)晶體與晶體的基本性質(zhì) 1 1、晶體與非晶體、晶體與非晶體天然產(chǎn)出的具有幾何多面天然產(chǎn)出的具有幾何多面體外形的固體。體外形的固體?，F(xiàn)代定義現(xiàn)代定義晶體：晶體：X-Ray非晶體：不非晶體：不具有格子構(gòu)造的固體具有格子構(gòu)造的固體。內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性平移平移重復(fù)排列重復(fù)排列（格子構(gòu)造）（格子構(gòu)造）的固體。的固體?；颍夯颍壕哂懈褡訕?gòu)造的固體具有格子構(gòu)造的固體。如何理解格子構(gòu)造？如何理解格子構(gòu)造？長(zhǎng)程有序、遠(yuǎn)程規(guī)律：長(zhǎng)程有序、遠(yuǎn)程規(guī)律：晶體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)排

3、列在整個(gè)晶體中貫穿始終。 短程有序、近程規(guī)律：短程有序、近程規(guī)律：晶體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)排列在局部分布的規(guī)律。晶體與非晶體區(qū)別？晶體與非晶體區(qū)別？晶體：晶體：晶體既具短程有序（近程規(guī)律），也具長(zhǎng)程晶體既具短程有序（近程規(guī)律），也具長(zhǎng)程有序（遠(yuǎn)程規(guī)律）。有序（遠(yuǎn)程規(guī)律）。 非晶體：非晶體：只有近程規(guī)律只有近程規(guī)律 ，而無(wú)遠(yuǎn)程規(guī)律。，而無(wú)遠(yuǎn)程規(guī)律。 2、準(zhǔn)晶體、準(zhǔn)晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列符合近程規(guī)律、遠(yuǎn)程規(guī)律符合近程規(guī)律、遠(yuǎn)程規(guī)律，但不體現(xiàn)不體現(xiàn)三維周期平移重復(fù)的（即不具有格子構(gòu)造即不具有格子構(gòu)造）固體固體。非晶體與準(zhǔn)晶體非晶體非晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間不呈規(guī)律性重復(fù)排列的固體非晶質(zhì)體在一定條件下可以自發(fā)轉(zhuǎn)化自發(fā)轉(zhuǎn)

4、化為晶體。準(zhǔn)晶體準(zhǔn)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)由多級(jí)呈自相似的配位多面體，在三維空間作長(zhǎng)程定向有序分布的固體晶體的區(qū)別晶體非晶體準(zhǔn)準(zhǔn)晶體與非晶體的區(qū)別 準(zhǔn)晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間的排列是有規(guī)律的準(zhǔn)晶體與晶體的區(qū)別 準(zhǔn)晶體的規(guī)律性是配位多面體呈自相似的定向有序排列,而非周期性重復(fù)排列。第三節(jié)第三節(jié) 空間格子空間格子 空間格子空間格子 晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作在三維空間作周期性周期性重復(fù)排列規(guī)重復(fù)排列規(guī)律律的幾何圖形的幾何圖形。1、空間格子的導(dǎo)出、空間格子的導(dǎo)出 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 幾何點(diǎn)幾何點(diǎn) 空間格子空間格子 等同點(diǎn)（相當(dāng)點(diǎn)）等同點(diǎn)（相當(dāng)點(diǎn)）第三節(jié)第三節(jié) 空間格子空間格子1、空間格子的導(dǎo)出、空間格子的

5、導(dǎo)出 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu) 選幾何點(diǎn)選幾何點(diǎn) 空間格子空間格子 等同點(diǎn)（相當(dāng)點(diǎn)）等同點(diǎn)（相當(dāng)點(diǎn)）等同點(diǎn)：占據(jù)相同位置，且等同點(diǎn)：占據(jù)相同位置，且晶體結(jié)構(gòu)中晶體結(jié)構(gòu)中物質(zhì)環(huán)境物質(zhì)環(huán)境（周圍質(zhì)點(diǎn)（周圍質(zhì)點(diǎn)的種類）和的種類）和幾何環(huán)境幾何環(huán)境（周圍質(zhì)點(diǎn)的分布方位和距離）（周圍質(zhì)點(diǎn)的分布方位和距離）都相同都相同的點(diǎn)。的點(diǎn)。等同點(diǎn)等同點(diǎn)的分布可以體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中所有質(zhì)點(diǎn)的平移重復(fù)規(guī)律，的分布可以體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中所有質(zhì)點(diǎn)的平移重復(fù)規(guī)律，連接三維連接三維空間的相當(dāng)點(diǎn)，即可獲得空間格子?？臻g的相當(dāng)點(diǎn)，即可獲得空間格子。2 2 空間格子的定義空間格子的定義空間格子：空間格子：晶體晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作周期性平

6、移在三維空間作周期性平移重復(fù)排列所構(gòu)成的幾何圖形。重復(fù)排列所構(gòu)成的幾何圖形。說(shuō)明：同說(shuō)明：同一種晶體結(jié)構(gòu)一種晶體結(jié)構(gòu)中的所有質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的空間中的所有質(zhì)點(diǎn)所構(gòu)成的空間格子類型是相同的格子類型是相同的( (只有一種只有一種) )，只是在組成晶體結(jié)，只是在組成晶體結(jié)構(gòu)時(shí)有所平移，構(gòu)時(shí)有所平移，但等同點(diǎn)可以有很多種但等同點(diǎn)可以有很多種。3、空間格子要素及其基本規(guī)律、空間格子要素及其基本規(guī)律（1 1）結(jié)點(diǎn)）結(jié)點(diǎn)a構(gòu)成空間格子的構(gòu)成空間格子的幾何點(diǎn)幾何點(diǎn)，代表晶體結(jié)構(gòu)中同一類等同點(diǎn)的位置。，代表晶體結(jié)構(gòu)中同一類等同點(diǎn)的位置。 圖 I-1-5 空間格子3、空間格子要素及其基本規(guī)律、空間格子要素及其基本規(guī)律（

7、2 2）行列）行列：分布在同一直線上的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)行列，有分布在同一直線上的結(jié)點(diǎn)構(gòu)成一個(gè)行列，有無(wú)數(shù)個(gè)行列。無(wú)數(shù)個(gè)行列。結(jié)點(diǎn)間距結(jié)點(diǎn)間距：同一個(gè)行列上任意兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離同一個(gè)行列上任意兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離。aa規(guī)律：規(guī)律： 同一行列上結(jié)點(diǎn)間距同一行列上結(jié)點(diǎn)間距相等；相等； 平行的平行的各個(gè)行列上結(jié)點(diǎn)間距各個(gè)行列上結(jié)點(diǎn)間距相等；相等； 不平行的不平行的行列，其上的結(jié)點(diǎn)間距一般行列，其上的結(jié)點(diǎn)間距一般不等。不等。 （3 3）面網(wǎng)面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的分布結(jié)點(diǎn)在平面上的分布, ,即構(gòu)成面網(wǎng)即構(gòu)成面網(wǎng)面網(wǎng)間距面網(wǎng)間距：兩個(gè)相鄰面網(wǎng)之間的垂直距離兩個(gè)相鄰面網(wǎng)之間的垂直距離面網(wǎng)密度面網(wǎng)密度：?jiǎn)挝幻娣e內(nèi)

8、的結(jié)點(diǎn)數(shù)單位面積內(nèi)的結(jié)點(diǎn)數(shù)A1A2A3A4OB1B2B3B4ab規(guī)律：規(guī)律：相互平行的相互平行的面網(wǎng)，其面網(wǎng)密度面網(wǎng)，其面網(wǎng)密度和面網(wǎng)間距都和面網(wǎng)間距都相等；相等；ABCDABCDd1d2d3d4規(guī)律：規(guī)律：不平行的不平行的面網(wǎng)，其面網(wǎng)密度和面網(wǎng)，其面網(wǎng)密度和面網(wǎng)間距一般面網(wǎng)間距一般不等；不等；ABCDABCDd1d2d3d4規(guī)律：規(guī)律：面網(wǎng)面網(wǎng)密度大密度大的面網(wǎng)之間，其面網(wǎng)的面網(wǎng)之間，其面網(wǎng)間距大間距大面網(wǎng)面網(wǎng)密度小密度小的面網(wǎng)之間，其面網(wǎng)的面網(wǎng)之間，其面網(wǎng)間距小間距小ABCDABCDd1d2d3d4面網(wǎng)面網(wǎng)AA間距間距d1面網(wǎng)面網(wǎng)BB間距間距d2面網(wǎng)面網(wǎng)CC間距間距d3面網(wǎng)面網(wǎng)DD間距間距

9、d4面網(wǎng)間距依次減小，面網(wǎng)密度也是面網(wǎng)間距依次減小，面網(wǎng)密度也是依次減小的。依次減小的。所以所以: 面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距成正比。面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距成正比。ABCDABCDd1d2d3d4（4 4）平行六面體平行六面體結(jié)點(diǎn)在三維空間形成的最小重復(fù)單位。結(jié)點(diǎn)在三維空間形成的最小重復(fù)單位。abc 空間格子可視為由平行六面體在三維空間平行地、空間格子可視為由平行六面體在三維空間平行地、毫無(wú)間隙地重復(fù)堆砌而成的。毫無(wú)間隙地重復(fù)堆砌而成的。平行六面體可具有各種不同的形狀，各種形狀的平行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軸長(zhǎng)與軸角（晶胞參數(shù)）怎么樣？六面體的軸長(zhǎng)與軸角（晶胞參數(shù)）怎么樣？

10、我們以后將會(huì)看到，平行六面體的形狀一共有我們以后將會(huì)看到，平行六面體的形狀一共有7 7種種，對(duì)應(yīng)有，對(duì)應(yīng)有7 7套晶胞參數(shù)的形式，也對(duì)應(yīng)套晶胞參數(shù)的形式，也對(duì)應(yīng)7 7個(gè)晶系。個(gè)晶系。六方格子六方格子a=ba=b c, c, = = =90=90 ， =120=120 單斜格子單斜格子a a b b c, c, = = =90=90 ，9090 之一之一7 7種格子形狀種格子形狀立方格子立方格子 a=b=c a=b=c = = = = =90=90 四方格子四方格子a=ba=b c, c, = = = = = =9090 斜方格子斜方格子a a b b c, c, = = = = =90=90

11、之之 二二三方格子三方格子a=b=c, a=b=c, = = = =9090 三斜格子三斜格子a a b b c, c, 9090 之三之三面心格子面心格子（F）原始格子原始格子（P）底心格底心格子子（C）體心格子體心格子（I）4 4種類型的格子種類型的格子14 Why not 28 (4 7) ?重復(fù)重復(fù)C=PF=P與對(duì)稱不符與對(duì)稱不符14種布拉維格子種布拉維格子之一三斜原始格子三斜原始格子單斜原始格子單斜原始格子單斜底心格子單斜底心格子十四種布拉維格子十四種布拉維格子之二斜方原始格子斜方原始格子斜方底心格子斜方底心格子斜方體心格子斜方體心格子斜方面心格子斜方面心格子十四種布拉維格子十四種布

12、拉維格子之三四方原始格子四方原始格子四方體心格子四方體心格子六方原始格子六方原始格子三方原始格子三方原始格子十四種布拉維格子十四種布拉維格子之四立方原始格子立方原始格子立方體心格子立方體心格子立方面心格子立方面心格子十四種布拉維格子十四種布拉維格子第四節(jié) 晶體的基本性質(zhì)一切晶體所一切晶體所共有共有、并能以此與其他狀態(tài)、并能以此與其他狀態(tài)的物體相的物體相區(qū)別區(qū)別的性質(zhì)的性質(zhì) 自限性自限性 對(duì)稱性對(duì)稱性 異向性異向性 均一性均一性 內(nèi)能最小性內(nèi)能最小性 穩(wěn)定性穩(wěn)定性1、自限性晶體在自由空間中生長(zhǎng)時(shí)晶體在自由空間中生長(zhǎng)時(shí) ，能自發(fā)地形成封，能自發(fā)地形成封閉的凸幾何多面體外形的性質(zhì)。閉的凸幾何多面體外

13、形的性質(zhì)。 晶面晶面 晶棱晶棱 角頂角頂2、均一性 同一晶體的任一部位任一部位的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)性質(zhì)都是相同相同的。 結(jié)晶均一性結(jié)晶均一性 統(tǒng)計(jì)均一性統(tǒng)計(jì)均一性3、異向性晶體的性質(zhì)隨方向的不同而有所差異。晶體的性質(zhì)隨方向的不同而有所差異。 注意注意 均一性和異向性矛盾嗎？均一性和異向性矛盾嗎？abc4、對(duì)稱性晶體的相同部分相同部分（如外形上的相同晶面晶面、晶棱晶棱或角角頂頂，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的相同面網(wǎng)面網(wǎng)、行列行列或質(zhì)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)等）或性性 質(zhì)，質(zhì)，能夠在不同不同的方向方向或位置位置上有規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)規(guī)律地重復(fù)出現(xiàn)上上面的晶體形態(tài)是對(duì)稱的面的晶體形態(tài)是對(duì)稱的，晶體的對(duì)稱受格子構(gòu)晶體

14、的對(duì)稱受格子構(gòu)造規(guī)律的制約。造規(guī)律的制約。5、最小內(nèi)能性在相同的熱力學(xué)條件相同的熱力學(xué)條件下，與同種化學(xué)成分同種化學(xué)成分的非晶質(zhì)體、液體及氣體相比，晶體晶體的內(nèi)能最小內(nèi)能最小。內(nèi)能內(nèi)能動(dòng)能動(dòng)能勢(shì)能勢(shì)能，動(dòng)能動(dòng)能的大小與溫度溫度有關(guān)，而勢(shì)能勢(shì)能的大小僅取決于質(zhì)點(diǎn)間的距離與排列距離與排列。 物質(zhì)結(jié)晶時(shí)結(jié)晶時(shí)發(fā)生放熱放熱反應(yīng) ，而破壞晶格時(shí)破壞晶格時(shí)則發(fā)生吸熱吸熱反應(yīng) 。 6、穩(wěn)定性在相同的熱力學(xué)條件相同的熱力學(xué)條件下，對(duì)于化學(xué)成分相同化學(xué)成分相同的物質(zhì)，以不同的物理狀態(tài)存在時(shí)，其中以結(jié)晶狀態(tài)最為穩(wěn)定結(jié)晶狀態(tài)最為穩(wěn)定 晶體晶體的穩(wěn)定性穩(wěn)定性是晶體具有最小內(nèi)能性最小內(nèi)能性的必然結(jié)果。 非晶質(zhì)體不穩(wěn)定非晶質(zhì)體不穩(wěn)定，有自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榫w自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的必然趨勢(shì)。晶體有固定的熔點(diǎn)晶體有固定的熔點(diǎn)本章重點(diǎn)總結(jié)：本章重點(diǎn)總結(jié)：本章包括本章包括3 3組重要的基本概念組重要的基本概念: :（1 1）晶體、格子構(gòu)造、空間格子、相當(dāng)點(diǎn)；