晶体及晶体学

晶体学Crystallography第一章晶体及晶体学第二章晶体的面角恒等与投影第三章晶体的宏观对称第四章晶体定向与结晶符号第五章晶体的理想形态--单形和聚形第六章晶体的实际形态和规则连生第七章晶体内部结构的微观对称第八章晶体生长简介1§1.1晶体的概念§1.2空间点阵§1.3晶体的基本性质§1.4晶体学及其发展历史第一章晶体及晶体学2

凡是具有非人工琢磨而成的几何多面体形态的固体都称之为晶体？图片§1.1晶体的概念3石盐4无色水晶5水晶晶簇6方铅矿7冰州石8石榴石9绿柱石10金刚石11萤石停，玻璃12玻璃13电气石(碧玺)1415石墨16人造刚玉

多晶17软玉18翡翠19砂石沙子晶体？小201912年，X射线晶体衍射实验成功，对晶体的研究从晶体的外部进入到晶体的内部。21食盐现已证明，一切晶体不论其外形如何，它的内部质点（原子、离子、分子）都在三维空间有规律地周期性排列。22晶体★：内部质点（原子、离子或分子）在三维空间呈周期性重复排列的固体。非晶体：内部质点不作规则排列的固体。

NaCl晶体结构比较图强调23古堡液、准石英玻璃石英24准晶准晶：是一种介于晶体和非晶体之间的固体，内部结构具有近程和远程有序，但不体现周期重复。具有远程规律但不具有周期重复的二维准晶图形位置序25准晶具有晶体所不允许的宏观对称性。目前推导的准晶体点群共28种,单形42个,5个晶系。26penrose瓷砖27伊朗某清真寺的建筑设计，类似准晶的排列28以色列人达尼埃尔·谢赫特曼以发现准晶体赢得2011年度诺贝尔化学奖。29液晶:介于固态和液态之间的各向异性的流体。性质上：既具有液体的可流动性、粘滞性，又具有晶体的各向异性结构上，具有一维或二维近似有序晶，即分子按某一从优方向排列平移无序或部分平移无序的液晶30NaNO2§1.2空间格子+图案=基本重复单元+点阵3132

(a)体心立方结构晶胞(C)六方密堆结构晶胞(b)面心立方结构晶胞金属中最常见的三种晶体结构的晶胞:

体心立方结构

面心立方结构

六方密堆结构晶体结构是指晶体中原子、原子团或分子的具体分布情况。1.1.2晶体结构晶体结构

结构单元

空间点阵两个定义1、空间格子的概念+=32相当点是指晶体结构中占据相同质点和具有相同环境的一系列几何点。空间点阵从晶体结构中抽象出来的一系列在三维空间周期性排列的几何点称为。结构基元：是指晶体结构中重复排列的基本单位。CsCl33定义34以石英（SiO2）的晶体结构为例35以氯化铯（CsCl）的晶体结构为例动画36空间格子是表示晶体内部中质点重复规律的几何图形。空间格子为无限图形。空间格子的要素：结点行列面网平行六面体说明和外形的关系37代表晶体结构中的相当点，只具几何意义，不代表任何质点。在实际晶体中，结点的位置可以被同种质点所占据。行列2、空间格子要素行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距。同一行列或彼此平行的行列上结点间距相等；不同方向的行列，其结点间距一般不等。⑵行列：结点在直线上的排列即构成行列。⑴结点：空间格子中的点。结点38面网面网上单位面积内结点的数目称为面网密度。互相平行的面网，面网密度相同；不平行的面网，面网密度一般不等。相互平行的相邻两面网之间垂直距离称为面网间距。

⑶面网：结点在平面上的分布构成面网。39由由六个两两平行而且相等的面组成。在实际晶体结构中所划分出这样的相应的单位称为晶胞。整个晶体可以视为晶胞在三维空间平行地、毫无间隙地重复堆砌而成。平行六面体⑷平行六面体：是空间格子在三维空间上可划出的最小重复单位。40区别强调！！41注意：晶体结构和空间格子的区别（了解）空间格子是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和分析晶体结构的周期性和对称性。由于各阵点的周围环境相同，它只能有14种类型。晶体结构是晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具体排列方式。它们能组成各种类型的排列，因此，实际存在的晶体结构类型是无限的。联系：晶体结构的结构基元与相应空间点阵的结点在空间排列的周期一致看四种晶体42点阵点群与点阵点的位置点群晶体结构空间格子+结构基元单胞金属晶体分子晶体原子晶体离子晶体

43§1.3晶体的基本性质一、均一性二、异向性三、自限性四、对称性五、最小内能性六、定熔性44四、对称性：是指同一晶体中的相同部分或某种相同的性质在不同的方向或位置上作有规律地重复。五、最小内能性：在相同的热力学条件下晶体与同种物质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。蓝晶石晶体的硬度4～4.56～7晶体学？一、均一性：同一晶体的各部分的物理化学性质相同。二、异向性：同一晶体在不同方向上性质有所差异三、自限性：是指晶体在适当条件下可以自发地形成封闭的凸几何多面体的性质。云母、排队、冰45§1.4

晶体学及其发展历史晶体学：以晶体为研究对象，以晶体的对称规律为主要研究

内容的一门基础性的自然科学。

*研究晶体的共同规律，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27.菱面体29.复三方偏三角面体L33L23PcL33L23Pc一、晶体学46返回27.菱面体29.复三方偏三角面体L33L23PcL33L23Pc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、个性方解石47几何结晶学：以几何或数学的理论研究晶体宏观（晶体外形）和微观对称规律的科学。晶体结构学：研究晶体内部质点排布规律及结构缺陷。晶体化学：主要研究晶体的化学成分和结构的关系，并进而探讨成分、结构与其性能和生成条件的关系。晶体物理学：研究晶体的物理性质及其产生机理。晶体生长学：研究晶体生长机理及控制和影响生长的因素。晶体学的主要研究内容48萤石49成分：CaF2，含一些稀土元素；结构：空间群Fm3m，立方面心格子Ca2+位于立方面心的结点上，F-位于立方体内八个1/8小立方体的中心Ca2＋呈立方最紧密堆积，F－占据所有四面体空隙。形态：有标型性：八面体（酸性）、立方体（碱性）、菱形十二面体（中性）；特殊穿插双晶；物理性质：颜色多变，主要为色心呈色，玻璃光泽，{111}完全解理，为同号离子相邻面网；硬度4，D3.2

。具发光性。成因：热液型，沉积型；5017～18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。二、晶体学的发展历史51好好学习天天向上本节要求：1、概念：晶体、空间格子2、晶体的基本性质52本章结束，谢谢！53P211-213

7、8、11本章作业5419:1255晶莹的雪花天然晶体，是在大自然中自发结晶形成的，一提起天然晶体，您是否会想到雪花？雪花晶体就像是“仙女散花”般地从天而落，给人们带来无限的遐想。可以说，雪花是人们最熟悉的天然晶体之一，有着变化万千的美丽的形态。而雪花作为晶体，则是枝晶的典型例子。雪花5519:1256不像晶体的晶体我们身边天然存在的非生物固体物质中，绝大多数属于晶体的范畴，其中，既有像食盐那样方方正正的外表的单晶体，也有貌不惊人的多晶体。砂石沙子泥土56晶体的基本性质相当点可以简单的定义为晶体结构中物质环境和几何环境完全相同的点，也称“等同点”。在氯化铯晶体结构中，无论原始点选在Cl－还是Cs＋的中心，或其它任何地方，找出的相当点的分布相同。相当点的分布可体现晶体结构中所有质点的重复规律。57为研究晶体内部质点的重复规律不受晶体大小限制，设想空间格子为无限图形。空间格子晶体的基本性质例如：1mm3的NaCl晶体结构中包含大约7×1017个相当于一个晶胞的小立方体，这样的图形，完全可以看成是无限的。相当点在三维空间作规则排列而成的格子状几何图形称为空间格子。582、空间格子要素

⑴结点：空间格子中的点，代表晶体结构中的相当点，只具几何意义，不代表任何质点。但在实际晶体中，结点的位置可以被同种质点所占据。⑵行列：结点在直线上的排列即构成行列。行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距。同一行列或彼此平行的行列上结点间距相等；不同方向的行列，其结点间距一般不等。行列晶体的基本性质59面网晶体的基本性质⑶面网：结点在平面上的分布构成面网。面网上单位面积内结点的数目称为面网密度。互相平行的面网，面网密度相同；不平行的面网，面网密度一般不等。相互平行的相邻两面网之间垂直距离称为面网间距。

60由八个结点、六个两两平行而且相等的面组成。在实际晶体结构中所划分出这样的相应的单位称为晶胞。整个晶体可以视为晶胞在三维空间平行地、毫无间隙地重复堆砌而成。平行六面体晶体的基本性质⑷单位平行六面体：是空间格子在三维空间上可划出的最小重复单位。61二、晶体的基本性质

晶体通常被平的晶面所包围，晶面相交成直的晶棱，晶棱汇聚成尖的角顶。晶体多面体形态，是其格子构造在外形上的直接反映。晶面、晶棱与角顶分别与格子构造中面网、行列及结点相对应。一切晶体所共有的，并且是由晶体的格子构造所决定的性质，称为晶体的基本性质。晶体的基本性质1、自限性：是指晶体在适当条件下可以自发地形成规则几何多面体的性质。623、异向性：同一晶体的格子构造中，在不同方向上质点的排列一般不同，晶体的性质也就随着方向的不同而有所差异。如蓝晶石的硬度、云母的解理、石英折射率等。4～4.56～7蓝晶石晶体的硬度晶体的基本性质2、均一性：由于晶体是具有格子构造的固体，在同一晶体的各个不同部分，质点的分布一样，故晶体的各部分的物理化学性质相同。非晶体也具均一性，因不具格子构造，其均一性是统计的、平均近似的均一，称为统计均一性；而晶体均一性取决于格子构造，称为结晶均一性。两者有本质区别。636、定熔性