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第1章结晶学与矿物学

结晶学与矿物学
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crystal
晶體,是內部质点(分子、原子、离子)在三维空间作有规律的周期性重复排列所形成的物质;即晶體是具有格子構造的固體。
non-crystal
非晶體、非晶態,非晶体的内部组成是原子无规则的均匀排列,可局部有序(近程規律),没有一个方向比另一个方向特殊,如同液体内的分子排列一样,形不成空间点阵,故表现为各向同性。
crystallizing/devitrification
晶化/脫玻化,非晶體轉化為晶體,因為非晶體熱力學能高、不穩定,而晶體內能小,穩定。
non-crystallizing
非晶化,晶體轉化為非晶體,一般需要外能,如放射能
quasicrystal
準晶體/準晶態,內部質點有近程規律和遠程規律,但沒有平移周期(平移對稱性)。
equivalent point
相當點,為畫出晶體構造中的空間格子的要素,需要滿足兩個條件
1.點的內容(種類)相同 2.點的周圍環境相同。
幾何晶體學
研究晶體內部構造,空間格子及其對稱規律。
node/lattice point
結點/格點,空間格子中的點,代表晶體結構中的相當點,但本身不代表任何質點,僅具有幾何意義,為幾何點。
row
行列,結點在直線上的排列,行列中相鄰兩結點之距離為結點距離。同一行列的間距是相等的,和其平行的其他行列的間距也是相等的。
net
面網,空間格子中任意兩個相交的行列即可決定一個面網,一個面網的結點分布,可以連接成一個一個的四邊形。
reticular density
面網密度,面網上單位面積內的結點密度。相互平行的面網,面網密度必定相同,且任意兩相鄰的面往間的垂直間距必定相等
unit cell
晶胞:实际晶体结构中划分出的最小组成单位。
与空间格子中单位平行六面体同形等大的最小体积单位,称为单位晶胞。它能反映实际晶体的化学组成、质点分布规律及相互结合关系和对称性质的最小单位。
不仅具几何意义,还是反映晶体内部构造内容的几何实体,是晶体构造的具体研究对象。
晶体的基本性质 <六項>
由格子構造決定的性質
1.自限性
2.均一性
3.异向性(各向异性)
4.对称性
5.最小内能
6.稳定性
自限性
晶体在自由空间中生长时 ,能自发地形成封闭的凸几何多面体外形。
晶面、晶棱与角顶分别与格子构造中的面网、行列和结点相对应。从而导致了晶体在适当的条件下往往自发地形成几何多面体外形的性质
均一性
同一晶体的任一部位的相同方向的性质都是相同的 。
1)晶体的均一性是由其格子构造决定的,称为结晶均一性 。
2)非晶质体也具均一性 ,但它是宏观统计 、 平均近似的 ,称为统计均一性 。液体和气体也具有统计均一性
异向性
晶体的性质也随方向的不同有所差异,同一晶体中,由于内部质点在不同方向上的排布一般是不同的。

★ 注意:
1)晶体是一种均一的各向异性体。
2)晶体具异向性,并不排斥在某些特定的方向上的性质相同。
3)非晶质体一般表现为等向性,其性质 一般不随方向而改变。

非晶质体在内部性质上是统计均一的各向同性体
对称性
晶体的相同部分(如外形上的相同晶面 、晶棱或角顶 ,内部结构中的相同面网 、行列或质点等)或性质,能够在不同的方向或位置上有规律地重复出现 。

晶体的格子构造本身就是质点周期性重复排列,这本身就是一种对称性;体现在宏观上就是晶体相同的外形和物理性质在不同的方向上能够有规律地重复出现。
最小内能性
在相同的热力学条件下,与同种化学成分的非晶质体、液体及气体相比,以晶体的内能为最小。

★晶体内部质点作规律排布 ,是质点间的引力与斥力达到平衡 ,使晶体各部分处于势能最低的结果。

★物质结晶时发生放热反应 ,而破坏晶格时则发生吸热反应 。
稳定性
稳定性:在相同的热力学条件下 ,对于化学成分相同的物质 ,以不同的物理状态存在时,其中以结晶状态最为稳定。

★晶体的稳定性是晶体具有最小内能性的必
然结果 。
★非晶质体不稳定,或仅是准稳定的 ,有
自发地转变为晶体的必然趋势。
空间格子的要素
是由结点、行列、面网和平行六面体四个构成
空间格子要素在空间点阵中分别称为
阵点、直线点阵、平面点阵和空间点阵。
晶胞的形状和大小決定因素
晶胞的形状和大小,取决于其三个彼此相交的行列(X、Y、Z)上的结点间距(a0、b0、c0)及其夹角(α、β、γ)
其中α=Y∧Z β= Z∧X γ=X∧Y
★α、β、γ和a0、b0、c0合称为晶胞参数。
晶胞参数: 表示晶胞形状和大小的一组参数。其数值与对应的单位平行六面体参数完全一致。
即: a0、b0 、c0 ;α、β、γ
仅根据晶体的对称特点不能确定晶胞参数,只能确定
晶体常数特点(a、b、c;α、β、γ之间的相对关系)。
各晶系对称性不同,晶体常数特点各异,因而平行六面体
形状各异。
晶体的概念与空间格子的导出
晶体 →格子构造→空间格子→相当点
古代的定义: 自发形成规则形态的物体;现代的定义:内部结构具有周期重复性,即具有格子构造的物体。 →(晶体结构的周期重复规律,这种规律是可以用格子状的图形-空间格子表示的。)→(表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形。要画出空间格子,就一定要找出相当点。) →(两个条件:1、性质相同,2、周围环境相同。)
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