结晶学部分第1章晶体

1、结晶学Crystallography课程简介：结晶学：以晶体为研究对象，主要研究晶体的对称规律。研究的是晶体的共同规律，不涉及到具体的晶体种类。 特点：空间性、抽象性、逻辑性、理性、共性与后续矿物学形成明显的对比：矿物学：以矿物晶体为研究对象，主要研究各具体矿物晶体的成分、形态、物理性质、成因特点等。 特点：经验性、具体性、归纳分类性、感性、个性结晶学（晶体学）发展历史及分支学科简介： 结晶学始于17世纪中叶人类的矿业活动，与天文学一起成为人类认识物质世界发展最早的两门自然科学。1718世纪：以研究晶体形态为主，也初步推测研究晶体内部结构的几何规律；这一阶段主要以数学为工具。19世纪末20世纪

2、初：X射线的发现及其对晶体结构的测量，进入晶体内部结构研究阶段；20世纪70年代以来：透射电镜研究晶体内部超微结构细节；20世纪80年代，发现准晶体，开辟了晶体对称理论新领域。经典的结晶学是以几何或数学的理论研究晶体宏观形态中晶面分布规律、内部结构中质点分布规律，主要是对称规律。分支学科：（X射线）晶体结构学 研究各原子离子占位及成键的具体规律、结构缺陷，X射线测试晶体结构的原理与方法 。晶体化学研究晶体成分、化学键及其与晶体结构的关系。晶体生长学研究晶体生长机理及其影响因素。晶体物理学研究晶体的光、电、磁等物理性质受晶体对称影响产生的各向异性规律。本课程以经典结晶学（几何结晶学）为主，即主要

3、介绍晶体形态对称规律及晶体内部结构对称规律；简介晶体化学与晶体生长。晶体物理学在“矿物学”部分的第14章（矿物物理性质）有初步介绍。第一章 晶 体 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。晶体 （远古年代的定义：自发形成规则多面体形态的物体；(图片) 现代的定义：内部质点周期重复排列的物体，这 种周期重复排列叫 格子构造 。所以，晶体 是具有格子构造的固体） 格子构造（晶体内部质点排列周期重复规律，意指可以 用格子状的图形来表征。具体的格子状图形叫 空间格子） 空间格子 （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。）

4、相当点 （两个条件：1、点的性质（种类）相同，2、点的 周围环境相同。）导出空间格子的方法： 首先在晶体结构中找出相当点，再将相当点按照一定的规律连接起来就形成了空间格子。（相当点的两个条件：1、点的性质（种类）相同，2、点的周围环境相同。）导出空间格子举例1：空间格子与具体的晶体结构是什么关系？可以认为具体的晶体结构是多套空间相同形状、大小的格子组成的，见图。导出空间格子举例2：金红石（TiO2）结构平面示意图 这个例子说明，晶体结构中的同种质点并不一定都是相当点，不一定在画格子的时候都能用到。 请思考：氧离子有几套相当点？导出空间格子举例2：具体的晶体结构是多种原子、离子组成的，使得其重复

5、规律不容易看出来，而空间格子就是使其重复规律突出表现出来。空间格子仅仅是一个体现晶体结构中的周期重复规律的几何图形，比具体晶体结构要简单的多。空间格子的要素： 结点: 空间格子中的点,代表具体晶体结构中的相当点. 行列: 结点在直线上的排列.（引出: 结点间距 ）同一行列上的结点间距怎样?相互平行的行列上的结点间距怎样? 面网: 结点在平面上的分布. （引出: 面网间距、 面网密度）相互平行的面网的面网间距、面网密度怎样? 面网的形状一定是平行四边形！面网AA间距d1面网BB间距d2面网CC间距d3面网DD间距d4面网间距依次减小,面网密度也是依次减小的.所以: 面网密度与面网间距成正比.面网

6、间距与 面网密度的关系： 首先要将右图看成一个立体图的投影，即：点代表一个行列的投影，点之间的连线代表面网的投影。平行六面体: 结点在三维空间形成的最小重复单位 (引出: a, b, c; , ,称为轴长与轴角,也称晶胞参数 ）abc平行六面体对应的实际晶体中相应的范围叫晶胞。NaCl晶胞金红石晶胞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？我们以后将会看到，平行六面体的形状一共有7种，对应有7套晶胞参数的形式，也对应7个晶系。即：平行六面体的形状决定了晶体的所属晶系，也决定了晶体不同的对称性质。 由晶体的格子构造会导致晶体的基本性质。晶体的基本性质：

7、自限性: 晶体能够自发地生长成规则的几何多面体形态。 均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。晶体是绝对均一性，非晶体是统计的、平均近似均一性。 异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。例如： 蓝晶石的不同方向上硬度不同。 思考： 均一性与异向性有矛盾吗？ 异向性与自限性有什么联系？对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个部分（或物理性质相同的几个部分）有规律地重复出现。例如下面的晶体形态是对称的：思考：对称性与异向性有什么联系？最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比，内能最小。 另外，晶体具有固定的熔点：稳定性：晶体比非晶体稳定。 要学会用格子构造规律解释这些基本性质！ 请同学们自己解释。（重点解释：异向性、最小内能性、稳定性。）熔点时间时间温度温度下面的问题请同学们思考并讨论：1) 非晶体（玻璃）的定义及特点？ （引出远程规律与近程规律）2) 液体、气体的结构具有什么规律？3) 晶体与非晶体的转化？4) 准晶体的发现及定义：1984年发现的新现象，具有近程、远程规律但没有重复周期。这是什么意思呢？5) 准晶体与晶体、非晶体的关系？请大家将教材上图12（a）的平面晶体结构的空间格子画出来。 (答案)本章重点总结：本章包括3组重要的基本概念: 1) 晶体、格