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1、晶体概念空间格子晶体的基本性质现在学习的是第1页，共37页第一章 结晶学基础v第一节第一节 晶体的概念晶体的概念v第二节第二节 晶体的空间格子晶体的空间格子v第三节第三节 晶体的基本性质晶体的基本性质v第四节第四节 晶体的形成晶体的形成现在学习的是第2页，共37页第一章 结晶学基础v第一节第一节 晶体的概念晶体的概念v第二节第二节 晶体的空间格子晶体的空间格子v第三节第三节 晶体的基本性质晶体的基本性质v第四节第四节 晶体的形成晶体的形成现在学习的是第3页，共37页第一节第一节 晶体的概念晶体的概念一、一、晶体的初步概念晶体的初步概念二、二、格子构造的概念格子构造的概念三、三、晶体的现代概念晶
2、体的现代概念现在学习的是第4页，共37页一、晶体（一、晶体（Crystal)的初步概念的初步概念只要具备规则的几何多面体外形的固体就称为晶体。现在学习的是第5页，共37页二、格子构造的概念 1.1912年，德国物理学家劳厄（Laue)提出了重要的科学预见：晶体与X射线相遇时发生衍射现象，衍射波叠加的结果使射线的强度在某些方向上加强，其它方向上减弱，分析照相底片上的衍射花样，便可确定晶体结构；2.1913年，英国物理学家布拉格父子（Bragg)在Laue的基础上，成功测定了石盐(NaCl)、钾石盐（KCI)等矿物的晶体结构。现在学习的是第6页，共37页二、格子构造的概念 3.布拉格发现，晶体内部
3、的质点（原子、离子、分子或者离子团）在三维空间作周期性重复排列，这种重复排列构成了格子构造格子构造。现在学习的是第7页，共37页以NaCl为例，来解释什么叫做质点的周期性重复排列。历史上，人们测定的第一个晶体就是NaCl结构.NaCl 的晶体结构的晶体结构大球大球Cl小球小球Na为了看清质点的分布，分别用黑点和白圈代表氯离子和钠离子，并用直线把它们连接起来，就构成了下图所示的格子状图形现在学习的是第8页，共37页图中质点仅表示其中心的位置，不表示质点间的相对大小。从这个图中我们可以看出，每个小立方体中，质点的排列方式完全相同。沿立方体棱的方向上，Na离子和Cl离子总是相间排列，且两个Na离子或
4、者两个Cl离子的距离都是0.5628nm;沿立方体面的的对角线上，它们则各自连续排列，并且它们的间距都是0.3978nm.假如，我们从任意一个Cl离子出发，在平行于立方体棱的方向上，每隔0.5628nm就会遇到另外一个Cl离子。选择 Na离子出发，也是如此。所以，质点总是在某一个方向上以相等的距离重复排列，这就是质点的重复排列，也即格子构造。0.5628nm0.3978nm现在学习的是第9页，共37页目前已弄清了数以千计的不同种类的晶体结构，尽管各种晶体结构互不相同，但都具有格子构造这一点是所有晶体共同属性。晶体的这一共性反映了晶体与其它物体之间的根本区别，因此：三、现代晶体的概念 晶体是具有
5、晶体是具有格子构造格子构造的固体的固体。是否具有格子构造是晶体与非晶体、准晶体及气体和液体的本质区别。现在学习的是第10页，共37页补充黑云母、石英、斜长石、石榴石、方解石等矿物晶体的晶体结构，展示格子构造现在学习的是第11页，共37页v非晶体与准晶体：v非晶体(Non-crystal)：内部不具格子构造的固体，称为非晶体。例如：玻璃、琥珀、珍珠等。石英玻璃现在学习的是第12页，共37页v准晶体(quasi-crystal):：质点排列长程有序，但不体现周期重复，即不存在格子构造的固体，是一种特殊的非周期性晶体。它的实际应用处于起步阶段，但潜在的重要性及可能的前景将是难以估量。现在学习的是第1
6、3页，共37页第二节第二节 晶体的空间格子晶体的空间格子一、空间格子的定义二、相当点的概念和条件三、空间格子的导出四、空间格子的要素五、十四种空间格子现在学习的是第14页，共37页一、空间格子的定义 又称为空间点称，表示晶体内部质点在表示晶体内部质点在三维三维空间空间做做周期性重复排列周期性重复排列的几何图形。的几何图形。v 它是从晶体结构的它是从晶体结构的相当点相当点中抽取出来的一个几何中抽取出来的一个几何图形图形晶体结构空间格子现在学习的是第15页，共37页二、相当点的条件和概念 仍以仍以NaCl NaCl 晶体结构为例来说明。晶体结构为例来说明。晶体结构每个Na 离子的上下、前后、左右都
7、是Cl 离子，每个Cl离子的上下、前后、左右都是Na离子。也就是说，所有Na离子中心点周围的物质环境（也即周围质点种类）和几何环境（周围质点对Na 离子的分布方位和距离）都是相同的。那么所有Cl 离周围的物质环境、几何环境也是如此。现在学习的是第16页，共37页二、相当点的条件和概念 1.1.相当点相当点：晶体结构中，晶体结构中，性质、环境和方位性质、环境和方位上相同的点称为相当点上相同的点称为相当点。晶体结构2.相当点必具备两个条件：相当点必具备两个条件：（1）质点的种类相同质点的种类相同石盐晶石盐晶体结构中，起始点选在所有体结构中，起始点选在所有Cl离子离子的中心，其他点也要选在的中心，其
8、他点也要选在Cl离子的离子的中心。中心。（2）周围的环境相同周围的环境相同同一类同一类质点的同一矢量方向上，相等的距质点的同一矢量方向上，相等的距离内处，有相同的质点分布。离内处，有相同的质点分布。现在学习的是第17页，共37页三、空间格子的导出 两步：两步：首先选出一套首先选出一套相当点相当点，然后从结构，然后从结构中抽取出来，就形成了空间格子。中抽取出来，就形成了空间格子。晶体结构空间格子现在学习的是第18页，共37页v强调指出：相当点只是几何点，不等同于实际的质点；空间格子只是一个几何图形，不等于晶体内部包含了质点的格子构造。现在学习的是第19页，共37页能找出相当点吗？现在学习的是第2
9、0页，共37页补充黑云母、石英、斜长石、石榴石、方解石等矿物晶体的空间格子现在学习的是第21页，共37页四、空间格子的要素1.结点结点(node)：组成空间格子的点，即晶体结构中的相当点；2.行列行列(row)：结点在直线上的排列（结点间距）；现在学习的是第22页，共37页 3.3.面网面网(net):结点在平面上的排列就结点在平面上的排列就构成了面网构成了面网.（引出（引出:面网间距、面网间距、面网面网密度，它们之间的关系密度，它们之间的关系,见下图）见下图）现在学习的是第23页，共37页面网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
10、.所以:面网密度与面网间距成正比.v面网密度和面网间距之间的关系：减小123现在学习的是第24页，共37页4.平行六面体（晶胞）平行六面体（晶胞）（unit parallelepipedonunit parallelepipedon）每个平行六面体的棱长恰好是三条相应行列的结点间距，这样的平行六面体就是空间格子的最小单位。晶胞（Cell)：在实际晶体结构中按平行六面体划分出的最小重复单位。平行六面体是对应于晶胞抽象出来的一种几何图形，仅有数学意义。v 整个空间格子可以看作是单位平行六面体在三维空间平行地、毫无间隙地重复累叠而成。现在学习的是第25页，共37页v平行六面体的几何特征包括：大小、形
11、态及结点分布。v平行六面体是几何图形，仅有数学意义，那么它的大小和形态就可以用数字格子参数（晶胞参数）来描述。abc格子参数：棱长：a、b、c、棱之间的夹角,格子参数的关系只有7种确定了7种平行六面体。现在学习的是第26页，共37页五、十四种空间格子1.1.从格子的对称性从格子的对称性七种原始格子七种原始格子 仅考虑了平行六面体的仅考虑了平行六面体的大小和形大小和形态态。立方格子、四方格子、六方格子、立方格子、四方格子、六方格子、三方格子、斜方格子、单斜格子和三三方格子、斜方格子、单斜格子和三斜格子。斜格子。现在学习的是第27页，共37页立方格子：a=b=c，=90 等轴晶系四方格子：a=bc
12、 =90四方晶系六方格子：a=bc，=90=120六方晶系三方格子：a=b=c，=90 三方斜方格子：abc，=90斜方晶系单斜格子：abc，=90 90单斜晶系三斜格子：abc，90 三斜晶系现在学习的是第28页，共37页原始格子(P)底心格子(C)体心格子(I)面心格子(F)Primitive end-centered body-centered face-centered2.从结点的分布情况四种类型 a b c d现在学习的是第29页，共37页3.十四种空 间格子 考虑对称和结点分布网上下载一个十四种空间格子的图现在学习的是第30页，共37页第三节第三节 晶体的基本性质晶体的基本性质一一
13、自限性自限性(self confinement)(self confinement)晶体在生长过程中，如果环境适宜，并有足够的生长空间，晶体就能够自发地形成规则的几何多面体形态的性质。现在学习的是第31页，共37页二二均一性和异向性均一性和异向性 v 均一性(homogeneity(homogeneity）：同一晶体的任意两个部分化学组成和物理性质相同。例如：密度、导热性、膨胀等。异向性(heterogeneity):(heterogeneity):同一晶体的不同方向上性质差异。例如：硬度、解理。现在学习的是第32页，共37页 思考：思考：均一性与异向性有矛盾吗？均一性与异向性有矛盾吗？现在学习的是第33页，共37页三三对称性对称性(symmetry)(symmetry)同一晶体中，相同的部分重复出现（相同的晶面、晶棱和晶角有规律地重复出现），这种性质称为晶体的对称性。现在学习的是第34页，共37页4一定的熔点一定的熔点 晶体具有一定的熔点，而非晶体则不具有固定熔点。5最小内能和稳定性最小内能和稳定性(stability)(stability)晶体的加热曲线（冰）非晶体的加热曲线（玻璃）现在学习的是第35页，共37页预习：v第四节 晶体的生长v第二章 晶体的几何特征及表述 第1、2节晶体的对称要素/对称操作现在学习的是第36页，共37页现在学习的是第37页，共37页