chap1 晶体与晶体的基本性质

1、第一章第一章 晶体与晶体的基本性质晶体与晶体的基本性质 第一节第一节 结晶学的研究对象及其学科地位结晶学的研究对象及其学科地位 第二节第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念晶体、非晶体与准晶体的概念 第三节第三节 空间格子空间格子 第四节第四节 晶体的基本性质晶体的基本性质第一章第一章 晶体与晶体的基本性质晶体与晶体的基本性质 本章涉及一些重要的基本概念，这些概念在整个结晶学中都经常出现, 一定要牢固掌握。第一节第一节 结晶学研究对象及结晶学研究对象及其学科地位其学科地位 绪论部分第二节第二节 晶体与晶体的基本性质晶体与晶体的基本性质 1 1、晶体与非晶体、晶体与非晶体（1）晶体：）晶体：远古年代

2、的定义：远古年代的定义：具有几何多面体外形且具有几何多面体外形且透明的水晶。透明的水晶。第二章第二章 晶体与晶体的基本性质晶体与晶体的基本性质 1 1、晶体与非晶体、晶体与非晶体天然产出的具有几何多面天然产出的具有几何多面体外形的固体。体外形的固体。现代定义现代定义晶体：晶体：X-Ray非晶体：不非晶体：不具有格子构造的固体具有格子构造的固体。内部质点在三维空间呈周期性内部质点在三维空间呈周期性平移平移重复排列重复排列（格子构造）（格子构造）的固体。的固体。或：或：具有格子构造的固体具有格子构造的固体。如何理解格子构造？如何理解格子构造？长程有序、远程规律：长程有序、远程规律：晶体内部的质点排

3、列在整个晶体中贯穿始终。 短程有序、近程规律：短程有序、近程规律：晶体内部的质点排列在局部分布的规律。晶体与非晶体区别？晶体与非晶体区别？晶体：晶体：晶体既具短程有序（近程规律），也具长程晶体既具短程有序（近程规律），也具长程有序（远程规律）。有序（远程规律）。 非晶体：非晶体：只有近程规律只有近程规律 ，而无远程规律。，而无远程规律。 2、准晶体、准晶体内部质点排列符合近程规律、远程规律符合近程规律、远程规律，但不体现不体现三维周期平移重复的（即不具有格子构造即不具有格子构造）固体固体。非晶体与准晶体非晶体非晶体内部质点在三维空间不呈规律性重复排列的固体非晶质体在一定条件下可以自发转化自发转

4、化为晶体。准晶体准晶体内部结构由多级呈自相似的配位多面体，在三维空间作长程定向有序分布的固体晶体的区别晶体非晶体准准晶体与非晶体的区别 准晶体内部质点在三维空间的排列是有规律的准晶体与晶体的区别 准晶体的规律性是配位多面体呈自相似的定向有序排列,而非周期性重复排列。第三节第三节 空间格子空间格子 空间格子空间格子 晶体内部质点晶体内部质点在三维空间作在三维空间作周期性周期性重复排列规重复排列规律律的几何图形的几何图形。1、空间格子的导出、空间格子的导出 晶体结构晶体结构 几何点几何点 空间格子空间格子 等同点（相当点）等同点（相当点）第三节第三节 空间格子空间格子1、空间格子的导出、空间格子的

5、导出 晶体结构晶体结构 选几何点选几何点 空间格子空间格子 等同点（相当点）等同点（相当点）等同点：占据相同位置，且等同点：占据相同位置，且晶体结构中晶体结构中物质环境物质环境（周围质点（周围质点的种类）和的种类）和几何环境几何环境（周围质点的分布方位和距离）（周围质点的分布方位和距离）都相同都相同的点。的点。等同点等同点的分布可以体现晶体结构中所有质点的平移重复规律，的分布可以体现晶体结构中所有质点的平移重复规律，连接三维连接三维空间的相当点，即可获得空间格子。空间的相当点，即可获得空间格子。2 2 空间格子的定义空间格子的定义空间格子：空间格子：晶体晶体内部质点内部质点在三维空间作周期性平

6、移在三维空间作周期性平移重复排列所构成的几何图形。重复排列所构成的几何图形。说明：同说明：同一种晶体结构一种晶体结构中的所有质点所构成的空间中的所有质点所构成的空间格子类型是相同的格子类型是相同的( (只有一种只有一种) )，只是在组成晶体结，只是在组成晶体结构时有所平移，构时有所平移，但等同点可以有很多种但等同点可以有很多种。3、空间格子要素及其基本规律、空间格子要素及其基本规律（1 1）结点）结点a构成空间格子的构成空间格子的几何点几何点，代表晶体结构中同一类等同点的位置。，代表晶体结构中同一类等同点的位置。 图 I-1-5 空间格子3、空间格子要素及其基本规律、空间格子要素及其基本规律（

7、2 2）行列）行列：分布在同一直线上的结点构成一个行列，有分布在同一直线上的结点构成一个行列，有无数个行列。无数个行列。结点间距结点间距：同一个行列上任意两个相邻结点间的距离同一个行列上任意两个相邻结点间的距离。aa规律：规律： 同一行列上结点间距同一行列上结点间距相等；相等； 平行的平行的各个行列上结点间距各个行列上结点间距相等；相等； 不平行的不平行的行列，其上的结点间距一般行列，其上的结点间距一般不等。不等。 （3 3）面网面网：结点在平面上的分布结点在平面上的分布, ,即构成面网即构成面网面网间距面网间距：两个相邻面网之间的垂直距离两个相邻面网之间的垂直距离面网密度面网密度：单位面积内

8、的结点数单位面积内的结点数A1A2A3A4OB1B2B3B4ab规律：规律：相互平行的相互平行的面网，其面网密度面网，其面网密度和面网间距都和面网间距都相等；相等；ABCDABCDd1d2d3d4规律：规律：不平行的不平行的面网，其面网密度和面网，其面网密度和面网间距一般面网间距一般不等；不等；ABCDABCDd1d2d3d4规律：规律：面网面网密度大密度大的面网之间，其面网的面网之间，其面网间距大间距大面网面网密度小密度小的面网之间，其面网的面网之间，其面网间距小间距小ABCDABCDd1d2d3d4面网面网AA间距间距d1面网面网BB间距间距d2面网面网CC间距间距d3面网面网DD间距间距

9、d4面网间距依次减小，面网密度也是面网间距依次减小，面网密度也是依次减小的。依次减小的。所以所以: 面网密度与面网间距成正比。面网密度与面网间距成正比。ABCDABCDd1d2d3d4（4 4）平行六面体平行六面体结点在三维空间形成的最小重复单位。结点在三维空间形成的最小重复单位。abc 空间格子可视为由平行六面体在三维空间平行地、空间格子可视为由平行六面体在三维空间平行地、毫无间隙地重复堆砌而成的。毫无间隙地重复堆砌而成的。平行六面体可具有各种不同的形状，各种形状的平行平行六面体可具有各种不同的形状，各种形状的平行六面体的轴长与轴角（晶胞参数）怎么样？六面体的轴长与轴角（晶胞参数）怎么样？

10、我们以后将会看到，平行六面体的形状一共有我们以后将会看到，平行六面体的形状一共有7 7种种，对应有，对应有7 7套晶胞参数的形式，也对应套晶胞参数的形式，也对应7 7个晶系。个晶系。六方格子六方格子a=ba=b c, c, = = =90=90 ， =120=120 单斜格子单斜格子a a b b c, c, = = =90=90 ，9090 之一之一7 7种格子形状种格子形状立方格子立方格子 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）体心格子体心格子（I）4 4种类型的格子种类型的格子14 Why not 28 (4 7) ?重复重复C=PF=P与对称不符与对称不符14种布拉维格子种布拉维格子之一三斜原始格子三斜原始格子单斜原始格子单斜原始格子单斜底心格子单斜底心格子十四种布拉维格子十四种布拉维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体心格子斜方体心格子斜方面心格子斜方面心格子十四种布拉维格子十四种布

12、拉维格子之三四方原始格子四方原始格子四方体心格子四方体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种布拉维格子十四种布拉维格子之四立方原始格子立方原始格子立方体心格子立方体心格子立方面心格子立方面心格子十四种布拉维格子十四种布拉维格子第四节 晶体的基本性质一切晶体所一切晶体所共有共有、并能以此与其他状态、并能以此与其他状态的物体相的物体相区别区别的性质的性质 自限性自限性 对称性对称性 异向性异向性 均一性均一性 内能最小性内能最小性 稳定性稳定性1、自限性晶体在自由空间中生长时晶体在自由空间中生长时 ，能自发地形成封，能自发地形成封闭的凸几何多面体外形的性质。闭的凸几何多面体外

13、形的性质。 晶面晶面 晶棱晶棱 角顶角顶2、均一性 同一晶体的任一部位任一部位的物理性质和化学性质性质物理性质和化学性质性质都是相同相同的。 结晶均一性结晶均一性 统计均一性统计均一性3、异向性晶体的性质随方向的不同而有所差异。晶体的性质随方向的不同而有所差异。 注意注意 均一性和异向性矛盾吗？均一性和异向性矛盾吗？abc4、对称性晶体的相同部分相同部分（如外形上的相同晶面晶面、晶棱晶棱或角角顶顶，内部结构中的相同面网面网、行列行列或质点质点等）或性性 质，质，能够在不同不同的方向方向或位置位置上有规律地重复出现规律地重复出现上上面的晶体形态是对称的面的晶体形态是对称的，晶体的对称受格子构晶体

14、的对称受格子构造规律的制约。造规律的制约。5、最小内能性在相同的热力学条件相同的热力学条件下，与同种化学成分同种化学成分的非晶质体、液体及气体相比，晶体晶体的内能最小内能最小。内能内能动能动能势能势能，动能动能的大小与温度温度有关，而势能势能的大小仅取决于质点间的距离与排列距离与排列。 物质结晶时结晶时发生放热放热反应 ，而破坏晶格时破坏晶格时则发生吸热吸热反应 。 6、稳定性在相同的热力学条件相同的热力学条件下，对于化学成分相同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结晶状态最为稳定 晶体晶体的稳定性稳定性是晶体具有最小内能性最小内能性的必然结果。 非晶质体不稳定非晶质体不稳定，有自发地转变为晶体自发地转变为晶体的必然趋势。晶体有固定的熔点晶体有固定的熔点本章重点总结：本章重点总结：本章包括本章包括3 3组重要的基本概念组重要的基本概念: :（1 1）晶体、格子构造、空间格子、相当点；