chap2-晶体生长的基本规律

上次课内容绪论晶体的概念*空间格子的概念及组成要素*晶体的根本性质第二章晶体生长的根本规律主要教学内容晶体生长的根本规律*晶面发育的根本理论*影响晶体生长的外部因素晶体的人工合成技术简介2.1晶体的形成方式1.气-固结晶作用条件：气态物质具有足够低的蒸汽压、处于较低的温度下。夏威夷劳厄火山裂缝喷气孔附近的自然硫沉积自然硫晶体2.液-固结晶作用

⑴从溶液中结晶

条件：溶液过饱和。

青海察尔汗盐湖

青海察尔汗盐湖中盐花结晶体青海察尔汗盐湖中盐花结晶体

钟乳石Heatsomesolventtoboiling.PlacethesolidtoberecrystallizedinanErlenmeyerflask.

盐溶液的结晶实验PourasmallamountofthehotsolventIntotheflaskcontainingthesolid.Swirltheflasktodissolvethesolid.Placetheflaskonthesteambathtokeepthesolutionwarm.Ifthesolidisstillnotdissolved,addatinyamountmoresolventandswirlagain.Whenthesolidisallinsolution,setitonthebenchtop.Donotdisturbit!Afterawhile,crystalsshouldappearintheflask.

YoucannowplacetheflaskinanicebathtofinishthecrystallizationprocessHereisthefilterpaperwithcrystalsonit.Carefullyscrapethecrystalsontothewatchglass.Letthecrystalfinishdryingonthewatchglass.Close-upofpicturesforminginaflask⑵从熔体中结晶条件：熔体过冷却。天然熔体：岩浆。人工熔体：金属熔体、玻璃熔体等。天然熔体：岩浆天然熔体：岩浆天然熔体：岩浆金刚石晶体⑶固-固结晶作用同质多像转变固相反响结晶重结晶脱玻化1.晶体的形成阶段介质的过饱和或过冷却阶段；成核阶段；生长阶段。2.2晶体的生长⑴层生长理论

假设晶核为一单原子构成的立方格子,相邻质点间距为a。2.关于晶体生长的根本理论

晶核上的三种位置

①晶核上的三种位置三面凹角二面凹角一般位置123②三种位置上最邻近的质点数

位置距离a1.414a1.732a1-三面凹角3642-二面凹角2643-一般位置144③质点的堆积顺序三面凹角→二面凹角→一般位置④晶体的理想生长过程在晶核的根底上先长满一个行列，再长相邻的行列；直到长满一层面网；长满一层面网以后，再长相邻的面网，如此逐层向外推移；生长停止后，最外层的面网就是实际晶面，相邻面网的交棱就是实际晶棱。整个晶体就成为被晶面包围的几何多面体。⑤层生长理论可以解释的现象晶体的几何多面体形态。晶体中的环带构造。同种晶体的不同个体，对应晶面间的夹角不变。某些晶体内部的沙钟构造。

电气石晶体及横截面上的环带

普通辉石的砂钟构造斯里兰卡蓝宝石中的环带及蛛网状的晶红石针包裹体澳大利亚蓝宝石中的六方环状生长纹晶体阶梯状生长的示意剖面图⑵晶体的阶梯状生长阶梯状生长在晶面上留下生长纹

晶体的螺旋位错⑶晶体的螺旋状生长石墨底面上的生长螺纹石墨底面上的生长螺纹1.布拉维法那么⑴晶面生长速度晶面在单位时间内沿其法线方向向外推移的距离。2.3晶面的发育网面密度与晶面生长速度关系图AB-面网密度最大，生长速度最慢；CD-面网密度次之；生长速度中等；BC-面网密度最小，生长速度最快。⑵布拉维法那么实际晶体往往为面网密度大的面网所包围。布拉维法那么图解布拉维法那么以简化环境条件为前提，未考虑温度、压力、组分浓度、涡流等对晶面生长速度的影响。实际上，由于环境因素的影响，会出现许多偏离布拉维法那么的现象。因此，某种晶体虽然有其习见形态，但也可以出现其他形态。例如萤石，可以是立方体，也可以是八面体。这说明在不同环境下，立方体面网和八面体面网的生长速度发生了变化。不过，就总的定性趋势而言，布拉维法那么还是有一定意义的。2.居理—吴里夫原理居里：晶体生长的平衡态外表能最小。吴里夫：生长速度快的晶面外表能大。PBC(PeriodicBondChain)理论中的三种晶面：F面：又称平坦面。S面：又称阶梯面。K面：又称扭折面。晶体上F面长发育成较大的面，K面罕见或缺失。

A、B、C指PBC键链方向3.周期键链〔PBC〕理论1.涡流由于溶质的析出和结晶潜热的释放，在生长晶体周围，溶液的密度相对下降，导致溶液上向移动，稍远处的溶液补充进来，由此形成了涡流。涡流使生长晶体的物质供给不均匀。2.4影响晶体生长的外部因素在不同位置生长的晶体形态和涡流

2.温度

介质温度的变化，导致过饱和度及过冷却度的变化，不同晶面的相对生长速度也因此改变，使晶体具有不同形态。例如，方解石〔CaCO3〕晶体在温度较高时，呈扁平形态；地表常温下那么长成细长晶体。片状轻质碳酸钙3.杂质杂质的吸附将改变晶面的比外表自由能，结果使晶面的生长速度发生变化。例如，在纯洁水中结晶的食盐为立方体，在溶液中含有少量硼酸时，那么出现立方体与八面体的聚形。

纯水中含有少量硼酸的溶液中

杂质对石盐晶形的影响4.介质粘度介质粘度大，会影响物质的运移和供给。由于晶体的棱和角顶处较易于接受溶质，因此生长较快；晶面中心生长较慢，甚至不生长，结果形成骸晶。

石盐的骸晶５.各组分的相对浓度对于化合物晶体，当介质中各组分的相对浓度发生变化时，会导致晶面生长速度的相对变化，从而影响晶形。例如，钇铝榴石〔Y3Al2[AlO4]3〕的晶形，当介质的成分富含Al2O3时，只出现菱形十二面体；富含Y2O3时，那么同时还出现四角三八面体的小晶面。介质富Al2O3介质富Y2O3钇铝榴石〔Y3Al5O12〕的晶形明矾石在不同浓度溶液中的晶形变化1.晶体的溶解晶体如果处于不饱和溶液中，即发生溶解。由于晶棱和角顶处的质点具有相对大的自由能，且与溶液接触的时机较多，最先溶解，晶体呈浑圆状。