第二章 晶质与非晶质(空间格子)

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1、结晶学基础一、结晶学学习的重点1.晶体与非晶质的区别；2.晶体对称的特点及对称要素（对称轴、对称面、对称中心的概念）；3.晶体的分类：七大晶系；4.单形、聚形的概念；5.类质同象与同质多象概念及意义；6.解理与裂理的概念和区别；7.硬度的概念及摩氏硬度计；二、结晶学学习的难点1.晶体对称的概念和空间想象；2.晶体的定向和分类；3.空间格子的概念；4.类质同象的概念；5.解理与裂理的区别；第二章晶体与非晶体一、晶体的概念要理解什么是晶体，我们先从晶体概念的形成来理解：1．一般人对晶体的理解，请几个学

2、生讲自己所认为的晶体是什么。2．古代人对晶体的理解：古人将凡是天然具有（非人工琢磨而成）几何多面体形态的固体称为晶体。如水晶、石盐。相传古罗马人在阿尔卑斯山中初得水晶时，以为它是由冰所变，甚为惊奇。英文的“crystal（水晶）”一词即源于希腊语的“Krystallos”，亦即“透明的水”。中国古人更是认定水晶乃“多年老冰”，所以又赋予其“水精”、“水玉”、“玉晶”、“千年冰”等惹人遐思的名称。“此冰凝水晶，后世犹如此，则其说之深入人心也久矣”（语见章鸿钊《石雅》）。3．认识的进步：在现实生活中，

3、我们会发现这样一种现象：相同的物质，其所有性质都相同，但外形不同，如晶体味精与粉状味精，粗盐与精盐，前者具有几何多面体，后者则不具备。除此而外，其它性质均相同，我们就不能把前者称为晶体而将后者视为非晶体。由此说明，仅仅利用有无规则的几何多面体外形来定义晶体是不恰当的。自1784年诞生—结晶学。1895年X—射线。1912年X—射线结构研究应用。本质：在一切晶体中，组成它们的质点（原子、离子、离子团、分子等）在空间都是按格子构造的规律来分布的。例如，石墨、石英。结论：一定化学成分的矿物，大部分都具有

4、由原子规则排列的内部结构。4．晶体的概念近代应用X射线分析的方法，揭示了大量晶体的内部结构，结果表明：一切晶体，不论其外形如何，化学组成如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是作规律性排列的。也就是说，只要是晶体，其内部质点都是有规律排列的。前例提到的粗盐（具立方体外形）与精盐（粉状），尽管其外形不同，但它们内部质点Na与Cl的排列规律都是一样的（以NaCl晶体模型举例说明）。氯化钠晶体结构的本质：氯化钠晶体－－－－立方体的外形。X—衍射分析：每个小立方体中质点排列的方式是完全相同的。Cl-离子

5、Na+离子氯化钠晶体结构晶体内部质点这种规律排布，目前已可借助于高分辨透射电子显微镜直接观察到。由NaCl结构模型的观察我们会发现，晶体内部质点的规则排列表现为质点的周期重复（举Na与Cl的周期重复排列的例子）。可以看出：三方向，Cl-与Na+是每隔0.563nm的距离重复一次。内部结构：Cl-离子和Na+离子在三维空间均成周期性重复的规则排列而构成一种格子状的构造。其他晶体也如此。（长石：架状硅酸盐）综上所述，我们对晶体作出如下定义：晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体；或者说，晶体是

6、具有格子构造的固体。我们将质点的这种周期性重复排列称为格子构造。具体地说，一切晶体，不论其外形如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是作规律排列的。这种规律表现为质点在三维空间作周期性的平移重复，从而构成了格子构造。因此，按照现代的概念，凡是质点作规律排列具有格子构造的物质即称为结晶质，结晶质在空间的有限部分即为晶体。晶体内部质点在三维空间的周期性要重复排列，就体现了晶体结构的平移有序性。那么，什么是晶体结构的平移有序性呢？重要！晶体内部结构的平移有序性对照NaCl结构模型讲解：该模型是从NaC

7、l晶体内部结构中割取出来的最小的一部分，而NaCl结构就是由若干这样的部分沿三度空间碓砌而成，所以这一小部分的周期性重复排列就构成了NaCl的晶体结构。在1mm3的NaCl晶体内，就包含1立方纳米大的立方体小块达到7×1017个。若在NaCl晶体结构中，将一立方体小块按一定的规律移动一段距离后，便会与另一立方体小块重合，这就体现了晶体内部结构的平移有序性。晶体内部结构具有三维平移有序性。（以NaCl模型演示）以上从NaCl的晶体结构说明了晶体内部结构的平移有序性，对于其它任何晶体，不管是原子种类有

8、多少，也不管这些质点在空间排列的具体形式上有多么复杂，但所有这些质点在三维空间都是成周期性平移重复规则排列的。只不过不同的晶体，其周期性重复排列的规则不同而已。所以，晶体内部结构的这种三维平移有序性是一切晶体的共同特征。二、晶体的空间格子构造规律（一）空间格子（二）空间格子要素1.结点2.行列3.面网4.平行六面体（三）14种空间格子（一）空间格子晶体的本质在于内部质点在三维空间作平移周期重复。空间格子是表示这种重复规律的几何图形。如氯化钠（NaCI）的晶体结构。先在结构中选出任一