晶体与晶体的基本性质
《结晶学基础》
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2．鲍林第二规则---静电价规则
在一个稳定的晶体结构中，从所有相邻接的阳离 子到达一个阴离子的静电键的总强度，等于阴离子 的电荷数。
静电键强度
S＝ Z＋ CN＋
• 在离子晶体中，配位数指的是最紧邻的异号离子数，所以正、 负离子的配位数不一定是相等的。阳离子一般处于阴离子紧密堆 积阳的离空子隙还中可，能其出配现位其数 它一 的般 配为 位数4或。6. 。如果阴离子不作紧密堆积，
配位数
阴离子作正八 面体堆积，正、 负离子彼此都能 相互接触的必要
条件为r＋/r=0.414。
凸几何多面体倾向。
❖ 4．对称性－－晶体的物理化学性质能够在不同方
向或位置上有规律地出现，也称周期性 .
晶体的性质
❖ 5．均匀性（均一性）－－一个晶体的各个部分性
质都是一样的。 这里注意：均匀性与各向异性不同，前者是指晶
体的位置，后者是指观察晶体的方向。
❖ 6. 固定熔点 ❖ 7．晶面角守恒定律－－晶面（或晶棱）间的夹角
宏观晶体中对称性只有32种，根据对称型中是否存在 高次轴及数目对晶体分类
❖ 存在高次轴（n>2）且多于一个―――高级晶族 ――包括：等轴（立方）晶系
❖ 存在高次轴（n>2）且只有一个―――中级晶族 ――包括：三方、四方、六方晶系
❖ 不存在高次轴（n>2）―――低级晶族――包括： 三斜、单斜、正交晶系
第一章 结晶学基础
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1-1 晶体的基本概念与性质
一、晶体的基本概念
➢ 人们对晶体的认识，是从石英开始的。 ➢ 人们把外形上具有规则的几何多面体形态的
晶体的常识(教案)
晶体的常识(全套教案)第一章：引言教学目标：1. 让学生了解晶体的基本概念和特点。
2. 培养学生对晶体研究的兴趣。
教学内容：1. 晶体的定义：晶体是由原子、分子或离子按照一定的规律排列形成的固体物质。
教学活动：1. 引入话题：通过展示晶体的图片，引导学生思考为什么晶体具有规则的形状。
2. 讲解晶体定义和特点：通过PPT或板书，详细讲解晶体的定义和特点。
3. 讨论：让学生举例说明生活中常见的晶体，并分析其特点。
教学评价：1. 检查学生对晶体定义和特点的理解程度。
2. 观察学生在讨论中的参与情况和思考能力。
第二章：晶体的结构教学目标：1. 让学生了解晶体结构的基本类型。
2. 培养学生对晶体结构的理解和分析能力。
教学内容：1. 晶体结构的基本类型：立方晶系、六方晶系、四方晶系、正交晶系和单斜晶系。
2. 晶体结构的表示方法：晶胞、晶格和空间群。
教学活动：1. 讲解晶体结构的基本类型：通过PPT或板书，讲解各种晶体结构的特点和实例。
2. 展示晶体结构的图片和模型：让学生直观地了解晶体结构的形状和结构特点。
3. 练习：让学生分析给出的晶体结构图，判断其属于哪种基本类型。
教学评价：1. 检查学生对晶体结构的基本类型的理解和记忆。
2. 观察学生在练习中的操作情况和分析能力。
第三章：晶体的生长教学目标：1. 让学生了解晶体生长的原理和过程。
2. 培养学生对晶体生长的理解和观察能力。
教学内容：1. 晶体生长的原理：溶液蒸发、熔体冷却、离子注入等。
2. 晶体生长过程：成核、生长和成熟阶段。
教学活动：1. 讲解晶体生长的原理：通过PPT或板书，讲解晶体生长的原理和过程。
2. 演示晶体生长实验：进行晶体生长实验，让学生观察和记录晶体生长的过程。
3. 讨论：让学生分析晶体生长的速度和形状受到哪些因素的影响。
教学评价：1. 检查学生对晶体生长的原理和过程的理解程度。
2. 观察学生在实验中的观察和记录能力。
第四章：晶体的性质教学目标：1. 让学生了解晶体的一些基本性质。
晶体结构与性质知识总结
晶体结构与性质知识总结晶体是由原子、离子或分子组成的固体，它们按照一定的规则排列而形成的，在空间上具有周期性的结构。
晶体的结构与性质密切相关，下面对晶体的结构和性质进行总结。
一、晶体的结构：1.晶体的基本单位：晶体的基本单位是晶胞，它是晶格的最小重复单位。
晶胞可以是点状（原子）、离子状（离子）或分子状（分子）。
2.晶格：晶格是一种理想的周期性无限延伸的结构，它由晶胞重复堆积而成。
晶格可以通过指标来描述，如立方晶系的简单立方晶格用（100）、（010）和（001）来表示。
3.晶系：晶体按照对称性的不同可以分为立方系、四方系、正交系、单斜系、菱面系、三斜系和六角系等七个晶系。
4.点阵：点阵是晶胞中原子、离子或分子的空间排列方式。
常用的点阵有简单立方点阵、体心立方点阵和面心立方点阵。
5.晶体的常见缺陷：晶体中常见的缺陷有点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷包括空位、间隙原子和杂质原子等；线缺陷包括晶体的位错和附加平面等；面缺陷包括晶体的晶界、孪晶和堆垛疏松等。
二、晶体的性质：1.晶体的光学性质：晶体对光有吸收、透射和反射等作用，这取决于晶格结构和晶胞的对称性。
晶体在光学显微镜下观察时，有明亮的晶体颗粒。
2.晶体的热学性质：晶体的热学性质主要包括热容、热传导和热膨胀等。
晶体的热传导性能与晶胞的结构和相互作用有关，不同晶体的热传导性能差异很大。
3.晶体的电学性质：晶体的导电能力与晶体的结构和化学成分密切相关。
一些晶体可以具有金属导电性，例如铜、银和金等；而其他晶体可以具有半导体或绝缘体导电性。
4.晶体的力学性质：晶体的力学性质涉及到晶体的刚性、弹性和塑性等。
晶体在受力作用下可能发生形变，这取决于晶格的结构和原子、离子或分子之间的相互作用力。
5.晶体的化学性质：晶体的化学性质取决于晶体的成分和结构。
晶体可能与其他物质发生化学反应，形成新的物质。
晶体的化学性质对其功能和应用具有重要影响。
综上所述，晶体的结构与性质密切相关。
晶体结构与性质知识点
第三章晶体结构与性质第一节晶体的常识【知识点梳理】一、晶体与非晶体1、晶体与非晶体①晶体：是内部微粒（原子、离子或分子）在空间按一定规律做周期性重复排列构成的物质。
②非晶体：是内部的原子或分子的排列呈杂乱无章的分布状态的物质。
2、晶体的特征（1）晶体的基本性质晶体的基本性质是由晶体的周期性结构决定的。
①自范性：a．晶体的自范性即晶体能自发的呈现多面体外形的性质。
b．“自发”过程的实现，需要一定的条件。
晶体呈现自范性的条件之一是晶体生长的速率适当。
②均一性：指晶体的化学组成、密度等性质在晶体中各部分都是相同的。
③各向异性：同一晶体构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差异。
④对称性：晶体的外形和内部结构都具有特有的对称性。
在外形上，常有相等的对称性。
这种相同的性质在不同的方向或位置上做有规律的重复，这就是对称性。
晶体的格子构造本身就是质点重复规律的体现。
⑤最小内能：在相同的热力学条件下，晶体与同种物质非晶体固体、液体、气体相比较，其内能最小。
⑥稳定性：晶体由于有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳定的状态。
⑦有确定的熔点：给晶体加热，当温度升高到某温度便立即熔化。
⑧能使X射线产生衍射：当入射光的波长与光栅隙缝大小相当时，能产生光的衍射现象。
X射线的波长与晶体结构的周期大小相近，所以晶体是个理想的光栅，它能使X射线产生衍射。
利用这种性质人们建立了测定晶体结构的重要试验方法。
非晶体物质没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
（2）晶体SiO2与非晶体SiO2的区别①晶体SiO2有规则的几何外形，而非晶体SiO2无规则的几何外形。
②晶体SiO2的外形和内部质点的排列高度有序，而非晶体SiO2内部质点排列无序。
③晶体SiO2具有固定的熔沸点，而非晶体SiO2无固定的熔沸点。
④晶体SiO2能使X射线产生衍射，而非晶体SiO2没有周期性结构，不能使X射线产生衍射，只有散射效应。
晶体的基本性质
晶体的基本性质自限性：晶体具有自发形成几何多面体形态的性质，这种性质成为自限性。
2、均一性和异向性：因为晶体是具有格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点分布是相同的，所以同一晶体的各个部分的性质是相同的，此即晶体的均一性；同一晶体格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不相同的，晶体的性质也随方向的不同而有所差异，此即晶体的异向性。
3、最小内能与稳定性：晶体与同种物质的非晶体、液体、气体比较，具有最小内能。
晶体是具有格子构造的固体，其内部质点作规律排列。
这种规律排列的质点是质点间的引力与斥力达到平衡，使晶体的各个部分处于位能最低的结果。
溶剂的选择方法溶剂的选择运用溶剂提取法的关键，是选择适当的溶剂。
溶剂选择适当，就可以比较顺利地将需要的成分提取出来。
医学教育网搜集整理了溶剂的选择方法内容供大家参考，助大家顺利通过初级中药师考试。
选择溶剂要注意以下三点：①溶剂对有效成分溶解度大，对杂质溶解度小；②溶剂不能与中药的成分起化学变化；③溶剂要经济、易得、使用安全等。
1）水：水是一种强的极性溶剂。
中草药中亲水性的成分，如无机盐、糖类、分子不太大的多糖类、鞣质、氨基酸、蛋白质、有机酸盐、生物碱盐及甙类等都能被水溶出。
为了增加某些成分的溶解度，也常采用酸水及碱水作为提取溶剂。
酸水提取，可使生物碱与酸生成盐类而溶出，碱水提取可使有机酸、黄酮、蒽醌、内酯、香豆素以及酚类成分溶出。
但用水提取易酶解甙类成分，且易霉坏变质。
某些含果胶、粘液质类成分的中草药，其水提取液常常很难过滤。
沸水提取时，中草药中的淀粉可被糊化，而增加过滤的困难。
故含淀粉量多的中草药，不宜磨成细粉后加水煎煮。
中药传统用的汤剂，多用中药饮片直火煎煮，加温可以增大中药成分的溶解度外，还可能有与其他成分产生"助溶"现象，增加了一些水中溶解度小的、亲脂性强的成分的溶解度。
但多数亲脂性成分在沸水中的溶解度是不大的，既使有助溶现象存在，也不容易提取完全。
晶体的结构及性质
1 晶系
6.单斜晶系(m)：有1个二重对称轴或对称 面(α=γ=90º )
7.三斜晶系(a)：没有特征对称元素
1 晶系
c αβ a bγ
立方 Cubic a=b=cห้องสมุดไป่ตู้ ===90°
c
ba
四方 Tetragonal a=bc, ===90°
c ba
正交 Rhombic abc, ===90°
面体单位称为晶胞。矢量a，b，c的长度a，b， c及其相互间的夹角α ，β ，γ 称为点阵参数或
晶胞参数。
晶胞结构图
晶胞
晶 胞 与 晶 格
对称性
晶胞的划分
晶系
正当晶胞
正当晶胞
素晶胞：含1个结构基元
复晶胞：含2个以上结构基元
晶胞的二个要素
晶胞的二个基本要素： 一是晶胞大小和形状； 二是晶胞中各原子坐标位置。
三、晶体的点阵结构
概念：在晶体内部原子或分子周期性地排列 的每个重复单位的相同位置上定一个点，这 些点按一定周期性规律排列在空间，这些点 构成一个点阵。点阵是一组无限的点，连结 其中任意两点可得一矢量，将各个点阵按此 矢量平移能使它复原。点阵中每个点都具有 完全相同的周围环境。
晶体结构 = 点阵 + 结构基元
晶体的结构和性质
第一节 晶体的结构
1、晶体的分类 按来源分为： 天然晶体（宝石、冰、 砂子等） 人工晶体（各种人工晶体材料等）
一、晶体的分类
按成键特点分为： 原子晶体：金刚石 离子晶体：NaCl 分子晶体：冰 金属晶体： Cu
晶体的定义
“晶体是由原子或分子在空间按一定规律周 期性地重复排列构成的固体物质。” 注意： （1）一种物质是否是晶体是由其内部结 构决定的，而非由外观判断； （2）周期性是晶体结构最基本的特征。
晶体和晶体的基本性质
第一节 晶体、非晶体与准晶体的概念
1.晶体与非晶质体
晶体crystal ：
内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列形成的具有格 子构造的固体。 短程有序＋长程有序（short+long range order）
质点的排列符合短程有序但不体现周期平移 重复，即不存在格子构造。
准晶体(quasi-crystal): 具有准周期格子构造的 固体。准周期构造－不同于晶体中的平移周期, 但 具有自相似性 (放大或缩小) 。准晶体的质点排列虽 具有长程有序，但不体现平移的周期重复，即不存 在格子构造。
具五次对称轴定向长程有序但无重复周期的图形
5.某些固体生长时可以自发地形成规则的几何多面体外形，这些固体肯 定是晶体吗？为什么？
6.为什么晶体具有确定的熔点而非晶体不具有确定的熔点？
第四节 晶面发育的一般规律
二面凹角
一般位置 三 面 凹 角
如图，最佳生长位置是三 面凹角位，其次是两面凹 角位，最不容易生长的位 置是平坦面。 这样，最理想的晶体生长 方式就是:先在三面凹角 上生长成一行，以至于三 面凹角消失，再在两面凹 角处生长一个质点，以形 成三面凹角，再生长一行， 重复下去。 看动画
第三节 晶体的基本性质 -the ultimate properties of crystal
稳定性
晶体与非晶体加热曲线
第四节 晶面发育的一般规律
气相
液相
晶体
固相
第四节 晶面发育的一般规律
自然界产生的晶体，绝大部分是从液 体中结晶出来的，在液体中晶体的生长， 首先是由于温度降低，液体达到过饱和 产生晶芽，一旦晶芽形成后，就形成了 晶－液界面，在界面上就要进行生长， 即组成晶体的原子、离子要按照晶体结 构的排列方式堆积起来形成晶体。
晶体及其基本性质
ak
a1
aj
a2 a3
ai
原胞的体积为
26
1 3 1 Ω a1 a 2 a 3 a V 4 4
(c)体心立方(body-centered cubic,简称：bcc)
体心立方晶胞的八个顶点和晶胞中心各有一个原子。晶格常数为a
。其刚性小球模型体心原子和八个顶点的原子相切。典型的金属 有α-Fe、钨（W）、钼（Mo）、钒（V）、铌(Nb)等。
②在上述前提下，晶胞要具有尽可能多的直角；
③在遵循上两个条件的前提下，晶胞的体积应最小。
12
晶胞可分为简单晶胞与复合晶胞： 简单晶胞即只在平行六面体的八个角顶上有阵点，而每个
角顶上的阵点又分属于八个简单晶胞，故每个简单晶胞中 只含有一个阵点。
复合晶胞除在平行六面体的八个角顶上有阵点外，在其体
19
布拉菲点阵
点阵 符号
阵胞内 基元数
阵点坐标
简单菱方
P
1
000
简单六方
P
1
000
简单单斜 低心单斜 简单三斜
P C P
1 2 1
000 000，½½0 000
a≠b≠c α≠β≠γ≠90°
三、典型晶体结构
简单点阵：仅有一种结构形式 简单立方、体心立方和面心立方
复式点阵：有两种同类或异类原子形成的点阵结构
②结构——简立方结构。是复式格子。
③晶胞的选取 —— 以 Ba 为晶胞的八个角， Ti 处在晶胞的中 心，六个晶面上各有一个O，且对面上的O相同，为一组。 ④原胞的选取——和晶胞一样。
Ba
OⅠ
a3 ak
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相互平行的面网间面网密度相等，其面网间距也相 等，不相平行的一般不等，且面网密度大的面网间 距大，反之，网密度小的面网间距小。
d1
2.空间格子的概念
4.平行六面体：空间格子中的最小单位体积。 ❖ 空间格子可以被看成是由无数个平行六面体在
三维空间无间隙地重复堆叠而成。
这一模型要讨论的关键问题是：在一个正 在生长的晶面上寻找出最佳生长位置，有平 坦面、两面凹角位、三面凹角位。其中平坦 面只有一个方向成键，两面凹角有两个方向 成键，三面凹角有三个方向成键。
层生长理论可解释如下一些现象：
1．晶体常生长成面平、棱直的多面体形态。
2．在晶体生长过程中，环境会有变化，不同 时刻生成的晶体在物理性质和成分等方面可 能有细微的变化，因而在晶体的端面上常常 可以看到带状构造，晶面是平行向外推移生 长的。
要画出空间格子，就一定要找出相当点。）
相当点 （两个条件：1、性质相同，2、周围环境相同。）
❖ 相当点（等同点） 两个条件：1.性质相同，2.周围环境相同。
空间格子的导出
晶体结构
相当点
空间格子
相当点：晶体结构中物质环境（周围 质点的种类）和几何环境 （周围质点的分布方位和距 离）都相同的点
相当点的分布可以体现晶体结构中所有质点的平 移重复规律，连接三维空间的等同点，即可获得 空间格子。
3.晶体的基本性质
❖ 2.均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相 同。
❖ 可以用数学公式来表示, 设在晶体的x处和x + x’处取得小
晶体, 则
F(x) F (x + x’)
此处F表示化学组成和性质等物理量度。 非晶质体也具有其均一性，但由于非晶质体的质点排列
不具有格子构造，所以其均一性是统计的、平均近似的均一， 称为统计均一性；而晶体的均一性是取决于其格子构造的， 称为结晶均一性。
导出空间格子的方法：
在晶体结构中找出相当点，再将相当点按照一定的规律 连接起来就形成了空间格子。
❖ 空间格子：由结点（相当点）在三维空间作周 期性重复排列后构成的无限图形。它反映晶体 质点排列的规律性。
说明：一种晶体结构中的所有质点所构成的空间 格子类型是相同的(只有一种)，只是在组成晶体 结构时有所平移，但相当点可以有几种
2.空间格子的概念
❖ 一切晶体都具有格子构造，寻找其格子构造 的规律便引出空间格子的概念。
晶体
（远古年代的定义：自发形成规则形态的物体；
现代的定义：内部结构具有周期重复性，即具有 格子构造 的物体。）
格子构造（晶体结构的周期重复规律，这种规律是可以
用格子状的图形－空间格子表示的。）
空间格子（表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形
c
a
b
平行六面体对应的实际晶体中相应的范围叫晶胞。
NaCl晶胞
金红石晶胞
晶体的宏观外形与微观晶胞
晶面、晶棱、角顶与面网、行列、结点的关系
3.晶体的基本性质
3.晶体的基本性质
❖ 我们将一切晶体所共有的，并且由晶体的格子构造 所决定的性质，称为晶体的基本性质。
❖ 1.自限性: 晶体能够自发地生长成规则的几 何多面体形态。
3.晶体的基本性质
❖ 3.异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。
❖ 如：蓝晶石的不同方向上硬度不同： AA方向，H＝4.5，小刀可刻动。 BB方向，H＝6.5，小刀不能刻动。 ❖ 思考：均一性与异向性有矛盾吗？
3.晶体的基本性质
4.对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个 部分（或物理性质相同的几个部分）有规律 地重复出现。例如下面的晶体形态是对称的：
3.晶体的基本性质
❖ 稳定性
晶体与非晶体加热曲线
4.晶面发育的一般规律
晶体的生长
1、晶体形成的方式
晶 核
晶 体
气态
凝华
晶体
液态
液体
过饱和
熔体
过冷却
晶 体
固态
晶体
2、晶体的生长理论
层生长理论：晶体上存在三种位置，优先占三面凹角。 晶体的生长先长满一层面网，再长相邻的一层，逐层 的向外平行推移，当生长停止时，最外层的面网即表 现为实际的晶面。
long-range order in three dimensional space.
石盐的晶体结构
宏观石盐晶体
非晶质体：与晶体结构相反，内部质点不作周 期性的重复排列的固体，即称为非晶质体。
石英
玻璃
α-石英的内部结构
玻璃的内部结构，
绿球代表Si4+,红球代表O2-
准晶体(quasi-crystal): 具有准周期格子构造的固
晶体与晶体的基本性质
人们常见的晶体有水晶、石盐、等， 在一般人的心目中就认为晶体就像水 晶和石盐那样，具有规则的几何多面 体形状。
1.晶体、非晶体与准晶体的概念。
晶体—具有格子构造的固体, 或内部质点在 三维空间成周期性重复排列的固体。
Crystal－homogeneous solid containing
2.空间格子的概念
空间格子要素
1.结点：空间格子中的点，代表晶体构造中的相当点。
2.行列：结点在直线上的排列。
a
a
空间格子中任意两结点连接方向就是一条行列，行
列中相邻结点间的距离称为结点间距。同一行列方
向上结点间距相等；不同方向的行列，其结点间距
一般不等。
2.空间格子的概念
3.面网：结点在平面上的分布。 空间格子中任意两个相交的行列可确定一个面网。 单位面积面网上结点的数目称为面网密度。任意两 相邻面网间的垂直距离称为面网间距。
3.晶体的基本性质
5.最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比， 内能最小。
内能 = 动能 +
质点在平衡点 周围作无规则 振动的能量
势能
质点间相对 位置所产生 能量
3.晶体的基本性质
6.稳定性：在相同的热力学条件下，具有相同化学
成分的晶体和非晶质体相比，晶体是稳定的，而非 晶质体是不稳定的。
对于化学成分相同的物质，以不同的物理状态 存在时，其中以结晶状态最为稳定。这一性质与晶 体的内能最小是吻合的。在没有外加能量的情况下， 晶体是不会自发地向其它物理状态转变的。
体。准周期构造－不同于晶体中的平移周期, 但具 有自相似性 (放大或缩小) 。准晶体的质点排列虽具 有长程有序，但不体现平移的周期重复，即不存在 格子构造。
速凝合金
具五次对称 或内部质点在三 维空间成周期性重复排列的固体。
非晶质体：与晶体结构相反，内部质点不作周 期性的重复排列的固体，即称为非晶质体。