晶體與非晶體的概念

晶體與非晶體的概念第1頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五§1.1晶體的概念§1.2空間格子§1.3晶體的基本性質(zhì)§1.4晶體學(xué)的主要研究內(nèi)容第一章晶體及晶體學(xué)第2頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五

凡是具有非人工琢磨而成的幾何多面體形態(tài)的固體都稱之為晶體？圖片§1.1晶體的概念3第3頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五石鹽4第4頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五無色水晶5第5頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五水晶晶簇6第6頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五黃鐵礦7第7頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五冰州石8第8頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五石榴石9第9頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五綠柱石10第10頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五金剛石11第11頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五螢石停，玻璃12第12頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五玻璃13第13頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五電氣石(碧璽)14第14頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五15第15頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五石墨16第16頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五人造剛玉

多晶17第17頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五軟玉18第18頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五翡翠19第19頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五

砂石沙子晶體？20第20頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五1912年，X射線晶體衍射實驗成功，對晶體的研究從晶體的外部進入到晶體的內(nèi)部。21第21頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五食鹽現(xiàn)已證明，一切晶體不論其外形如何，它的內(nèi)部質(zhì)點（原子、離子、分子）都在三維空間有規(guī)律地周期性排列。22第22頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五晶體★：晶體是內(nèi)部質(zhì)點（原子、離子或分子）在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。有些固體如玻璃、琥珀、松香等，它們的內(nèi)部質(zhì)點不作規(guī)則排列，稱為非晶體。NaCl晶體結(jié)構(gòu)比較圖23第23頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五古堡液、準24第24頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五準晶準晶是一種介于晶體和非晶體之間的固體，內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有近程和遠程有序，但不體現(xiàn)周期重復(fù)?；拘再|(zhì)25第25頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五基本性質(zhì)26第26頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五伊朗某清真寺的建筑設(shè)計，類似準晶的排列penrose瓷磚27第27頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五以色列人達尼埃爾·謝赫特曼以發(fā)現(xiàn)準晶體贏得2011年度諾貝爾化學(xué)獎。28第28頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五準晶具有晶體所不允許的宏觀對稱性。目前推導(dǎo)的準晶體點群共28種,單形42個,5個晶系。29第29頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五液晶: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)方向排列平移無序或部分平移無序的液晶第30頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五NaNO2§1.2空間格子31第31頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五32

(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、原子團或分子的具體分布情況。1.1.2晶體結(jié)構(gòu)(a)晶體結(jié)構(gòu)

(b)結(jié)構(gòu)單元

(C)空間點陣兩個定義1、空間格子的概念32

+=32第32頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五相當點：是指晶體結(jié)構(gòu)中占據(jù)相同質(zhì)點和具有相同環(huán)境的

一系列幾何點。CsCl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。

33第33頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五以氯化銫（CsCl）的晶體結(jié)構(gòu)為例動畫34第34頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五定義35第35頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五從晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來的一系列在三維空間周期性排列的幾何點稱為空間點陣?？臻g格子是表示晶體內(nèi)部中質(zhì)點重復(fù)規(guī)律的幾何圖形?？臻g格子為無限圖形?？臻g格子的要素：結(jié)點行列面網(wǎng)平行六面體說明和外形的關(guān)系36第36頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五⑴結(jié)點：空間格子中的點，代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當點，只具幾何意義，不代表任何質(zhì)點。但在實際晶體中，結(jié)點的位置可以被同種質(zhì)點所占據(jù)。⑵行列：結(jié)點在直線上的排列即構(gòu)成行列。行列中相鄰結(jié)點間的距離稱為該行列的結(jié)點間距。同一行列或彼此平行的行列上結(jié)點間距相等；不同方向的行列，其結(jié)點間距一般不等。行列2、空間格子要素37第37頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五面網(wǎng)⑶面網(wǎng)：結(jié)點在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點的數(shù)目稱為面網(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)之間垂直距離稱為面網(wǎng)間距。

38第38頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五由由六個兩兩平行而且相等的面組成。在實際晶體結(jié)構(gòu)中所劃分出這樣的相應(yīng)的單位稱為晶胞。整個晶體可以視為晶胞在三維空間平行地、毫無間隙地重復(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。39第39頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五區(qū)別強調(diào)??！40第40頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五注意：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)的周期性和對稱性。由于各陣點的周圍環(huán)境相同，它只能有14種類型。晶體結(jié)構(gòu)是晶體中實際質(zhì)點（原子、離子或分子）的具體排列方式。它們能組成各種類型的排列，因此，實際存在的晶體結(jié)構(gòu)類型是無限的。聯(lián)系：晶體結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)基元與相應(yīng)空間點陣的結(jié)點在空間排列的周期一致看四種晶體41第41頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五點陣點群與點陣點的位置點群晶體結(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

42第42頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五§1.3晶體的基本性質(zhì)一、均一性二、異向性三、自限性四、對稱性五、最小內(nèi)能性六、定熔性43第43頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五四、對稱性：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、冰六、定熔性：指晶體具有固定熔點的性質(zhì)。第44頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五幾何結(jié)晶學(xué)：以幾何或數(shù)學(xué)的理論研究晶體宏觀（晶體外形）和微觀對稱規(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)生機理。晶體生長學(xué)：研究晶體生長機理及控制和影響生長的因素。§1.4晶體學(xué)的主要研究內(nèi)容45第45頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五好好學(xué)習天天向上本節(jié)重點掌握：1、概念：晶體、空間格子2、晶體的基本性質(zhì)46第46頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五本章結(jié)束，謝謝！47第47頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五P211-213

7、8、11本章作業(yè)48第48頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五*49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，給人們帶來無限的遐想。可以說，雪花是人們最熟悉的天然晶體之一，有著變化萬千的美麗的形態(tài)。而雪花作為晶體，則是枝晶的典型例子。雪花49第49頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五*50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50第50頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五晶體的基本性質(zhì)相當點可以簡單的定義為晶體結(jié)構(gòu)中物質(zhì)環(huán)境和幾何環(huán)境完全相同的點，也稱“等同點”。在氯化銫晶體結(jié)構(gòu)中，無論原始點選在Cl－還是Cs＋的中心，或其它任何地方，找出的相當點的分布相同。相當點的分布可體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中所有質(zhì)點的重復(fù)規(guī)律。51第51頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五為研究晶體內(nèi)部質(zhì)點的重復(fù)規(guī)律不受晶體大小限制，設(shè)想空間格子為無限圖形?？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個相當于一個晶胞的小立方體，這樣的圖形，完全可以看成是無限的。相當點在三維空間作規(guī)則排列而成的格子狀幾何圖形稱為空間格子。52第52頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五2、空間格子要素

⑴結(jié)點：空間格子中的點，代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當點，只具幾何意義，不代表任何質(zhì)點。但在實際晶體中，結(jié)點的位置可以被同種質(zhì)點所占據(jù)。⑵行列：結(jié)點在直線上的排列即構(gòu)成行列。行列中相鄰結(jié)點間的距離稱為該行列的結(jié)點間距。同一行列或彼此平行的行列上結(jié)點間距相等；不同方向的行列，其結(jié)點間距一般不等。行列晶體的基本性質(zhì)53第53頁，共55頁，2023年，2月20日，星期五面網(wǎng)晶體的基本性質(zhì)⑶面網(wǎng)：結(jié)點在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點的數(shù)目稱為面網(wǎng)