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第 1 章 晶体与非晶体. 主要教学内容. 晶体的概念与特点* 空间格子的概念及组成要素* 晶体的基本性质. 1. 1 晶体的概念. 晶体:是内部质点在三维空间周期性重复排列的固体。. 早期对晶体的认识. 黄铁矿 (FeS 2 ). 石盐( NaCl). 石英 (SiO 2 ). 人类最初从天然矿物开始认识晶体,认为 晶体是天然形成的具有几何多面体外形的固体。. 实验引起的思考 将任意形态的 NaCl 颗粒放在过饱和 NaCl 溶液中,最后总能形成立方体形态的晶体。立方体形态的 NaCl 和任意形态的 NaCl ,具有完全相同的成分和物理、化学性质。 - PowerPoint PPT Presentation
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第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
第 1 章 晶体与非晶体
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
主要教学内容
晶体的概念与特点 * 空间格子的概念及组成要素 * 晶体的基本性质
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
1.1 晶体的概念
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
早期对晶体的认识
石英 (SiO2) 石盐( NaCl) 黄铁矿 (FeS2)
晶体:是内部质点在三维空间周期性重复排列的固体。
人类最初从天然矿物开始认识晶体,认为晶体是天然形成的具有几何多面体外形的固体。
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
实验引起的思考 将任意形态的 NaCl颗粒放在过饱和 NaCl溶液中,
最后总能形成立方体形态的晶体。立方体形态的NaCl和任意形态的 NaCl,具有完全相同的成分和物理、化学性质。
规则几何多面体外形是晶体的表象 ,晶体的本质是什么呢?人类对晶体的认识经历了由外形到结构的漫长发展过程。
晶体概念的发展
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
惠更斯 晶体是由一定形状、有序排列的质点垒叠而成
(1648 年 ) 。 这一观点是晶体构造思想的最早萌芽。
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
阿羽衣( R.J.Hauy ,法国晶体学家)
几何多面体形态的“分子”
晶体是由多面体外形的“组成单位(分子)”构成(1784 年 ) 。
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
阿羽衣遇到的困难主要有三方面:
① 有的晶体,打碎后的碎块不能堆砌成完整晶体。② 许多晶体,如石英,不能破碎成几何多面体。③ 最小的平行六面体并不是“分子”。
萤石的八面体解理块
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
布拉维( A.Bravais ) 推导出 14 种空间格子,提出晶体结构的空间格子
理论 (1848 年 ) 。
第 1 章 晶体与非晶体
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劳埃 (Max Von Laue) ,德国科学家。 用 X 射线研究晶体结构, 于 1912 年发现了晶体
的 X 射线衍射现象,研究结果表明:所有的晶体,其内部质点都是在三维空间周期性重复排列,形成格子构造。
晶体:是内部质点在三维空间周期性重复排列的
固体。
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
近代,高分辨率的电子显微镜,可以观察到晶体结构中原子的排列情况。
自然金( 111 )面上金原子的分布 (原子力扫描隧道显微镜)
第 1 章 晶体与非晶体
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1.2 晶体结构的空间格子规律
第 1 章 晶体与非晶体
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(1) 空间格子概念
空间格子是表示晶体结构中质点重复规律的立体几何图形。
NaC1 的晶体结构模型 空间格子
第 1 章 晶体与非晶体
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首先,在结构中任选一几何点。 以此点为标准,把结构中这样的点全找出来-相当点。 用直线连接相当点,即构成空间格子。
⑵ 空间格子的选定
第 1 章 晶体与非晶体
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相当点条件① 同质点 如果选在质点中心,则质点的种类要相同。② 同环境 质点周围的环境要相同。
相当点由晶体结构中种类和环境都相同的质点抽象出来。
第 1 章 晶体与非晶体
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C1- Na+
A
B
C
一维图形
A : NaC1 结构中沿 Y 轴 Na+ 和 C1- 的排列情况B : C1- 的直线排列C :相当点在直线上的分布,构成直线点阵
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
C1- Na+C1- Na+
二维图形
NaC1 结构中 {100} 平面上 Na+ 和 C1- 的排列情况
相当点在平面上的分布构成平面点阵
aa
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
C1- Na+C1- Na+
NaC1{100} 平面相当点选定 {100} 面网的结点分布a , b 为结点间距
b
a
二维图形
相当点在平面上的分布构成平面点阵。
第 1 章 晶体与非晶体
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三维图形
NaCl- 的结构 抽象为空间格子
相当点在三维空间分布,构成空间点阵。相当点的分布,能反映晶体结构中所有质点的重复规律。
第 1 章 晶体与非晶体
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空间格子中的点 代表从晶体结构中选取的相当点 晶体结构中,结点位置可以是同环境同成分的质点; 空间格子中,结点本身只有几何意义,为几何点。
(3) 空间格子要素
①结点
第 1 章 晶体与非晶体
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连接分布在同一直线上的结点构成一个行列; 一个空间点阵中有无穷多不同方向的行列; 相互平行的行列,结点间距相同; 不同方向的行列,结点间距一般不同。
结点间距:行列中相邻两结点间的距离。
②行列
第 1 章 晶体与非晶体
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联接分布在同一平面内的结点则构成一个面网; 一个空间点阵有无穷多不同方向的面网; 相互平行的面网,面网密度相同; 互不平行的面网,面网密度一般不同。
面网密度:面网上单位面积的结点数。
③面网
第 1 章 晶体与非晶体
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空间格子在三维空间划分出的最小重复单位。 由六个两两平行且相等的面组成。 大小和形状由三条棱长和交角决定。
④单位平行六面体
c
abα
γβ
a 、 b 、 c 和 α 、 β 、 γ称为单位平行六面体参数
第 1 章 晶体与非晶体
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在 1mm3大小的 NaCl 晶体中,这样的结构单元为 7×1017 个。
空间格子被看成是无限图形。 单位平行六面体三维空间叠置堆垛构成空间格
子。
a=b=c=0.5628nmα=β=γ=90°
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1.3 晶体的基本性质
第 1 章 晶体与非晶体
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晶体在合适条件下,能自发长成规则几何多面体外形。
⑴ 自限性(自范性)
第 1 章 晶体与非晶体
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晶体的物理性质等常随方向不同表现 出量的差异。
NaC1 晶体抗拉强度的异向性 (单位: g/mm2 )
晶体结构的不同方向,质点的种类和排列方式不同
⑵ 异向性
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
同一种晶体,物理性质和化学组成相同。
异向性:同种晶体不同结晶方向的性质差异。均一性:同种晶体局部与整体的性质相同。
⑶ 均一性
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
⑷ 对称性
所有的晶体都是对称的; 晶体的对称是有限的; 晶体的对称不但表现在外形上,其内部构造和
物理性质也是对称的。570
570
570
NaC1 晶体结构、形态、抗拉强度( g/mm2 )的对称性
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
指晶体具有固定熔点的性质。
晶体的加热曲线非晶质体的加热曲线
(6) 定熔性
t
熔点
T
第 1 章 晶体与非晶体
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⑸ 稳定性
在相同的热力学条件下,晶体与同种成分的非晶质体、液体、气体相比,以晶体最为稳定。
第 1 章 晶体与非晶体
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1.4 非晶质体
第 1 章 晶体与非晶体
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无定形固体; 不具格子构造; 各向同性; 没有固定的熔点。
石英晶体(左)和石英玻璃(右)
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
针状辉锑矿晶体(antimonite, Sb2S3)
纤维状蛇纹石石棉晶体
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
片状云母晶体
电气石晶体 (Tourmaline)
天河石晶体Amazonite
金刚石晶体 1 x 1 x 1 cm
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
铁铝榴石 almandine 铬钒钙铝榴石 Grossulars
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
。
透石膏中的自然铜晶体 高岭土
高岭石晶体 (Kaolinite)
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
蒙脱石晶 Montmorillonite
膨润土
碳酸钙晶体
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
LiTaO3 晶体 YAG LASER ROD (Y3AL5O12 )
第 1 章 晶体与非晶体
Crystallography
复习与思考1. 晶体的概念与基本性质。2. 空间格子概念和组成要素。3. 如何理解晶体的异向性与均一性的统一?