第1章 晶体与非晶体的概念

整个晶体可以视为晶胞在三维空
间平行地、毫无间隙地重复堆砌 而成。
平行六面体
39
强调！！
区 别
40
注意：晶体结构和空间格子的区别（了解）
晶体结构是晶体中实际质点（原子、离子或分子）的具 体排列方式。它们能组成各种类型的排列，因此，实际 存在的晶体结构类型是无限的。
空间格子是晶体中质点排列的几何学抽象，用以描述和 分析晶体结构的周期性和对称性。由于各阵点的周围环 境相同，它只能有14种类型。 联系：晶体结构的结构基元与相应空间点阵的结点在空 间排列的周期一致
基本性质25
基本性质26
penrose瓷砖
伊朗某清真寺的建筑设计，类似准晶的排列
27
以色列人达尼埃尔· 谢赫特曼以发现准晶体赢得2011年度诺贝尔化学奖。
28
准晶具有晶体所不允许的宏观对称性。
目前推导的准晶体点群共28种,
单形42个, 5个晶系。
晶系
五方 八方 十方 十二方 二十面体
对称元素特点
Crystallography




绪论 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 总结
晶体及晶体学 晶体的面角恒等与投影 晶体的宏观对称 晶体定向与结晶符号 单形和聚形 晶体内部结构的微观对称 晶体生长简介 实际晶体的形态和规则连生
1
第一章 晶体及晶体学
动画 34
定义 35
从晶体结构中抽象出来的一系列在三维空间周期性排列
的几何点称为空间点阵。
空间格子是表示晶体内部中质点重复规律的几何图形。
空间格子为无限图形。
空间格子的要素：
•结点 •行列 •面网 •平行六面体
说 明
和外形的 关系
36
2、空间格子要素
⑴结点：空间格子中的点，代表晶体结构中的相当点，只
51
相当点在三维空间作规则排列而成的格子状几 何图形称为空间格子。
为研究晶体内部质点的重复规律不受晶体大小 限制，设想空间格子为无限图形。
例如：1mm3的NaCl晶
体结构中包含大约 7×1017个相当于一个 晶胞的小立方体，这 样的图形，完全可以 看成是无限的。
空 间 格 子
52
2、空间格子要素
21:01
雪花
49
不像晶体的晶体

我们身边天然存在的非生物固体物质中，绝大多数属 于晶体的范畴，其中，既有像食盐那样方方正正的外 表的单晶体，也有貌不惊人的多晶体。
砂石
沙子
泥土
21:01
50
相当点可以简单的定义为晶体结构中物质环境和几何环 境完全相同的点，也称“等同点”。
在氯化铯晶体结构中，无论原始点选在Cl－还是Cs＋的 中心，或其它任何地方，找出的相当点的分布相同。 相当点的分布可体 现晶体结构中所有 质点的重复规律。
§1.1 晶体的概念 §1.2 空间格子
§1.3 晶体的基本性质
§1.4 晶体学的主要研究内容
§1.1 晶体的概念
图 片
凡是具有非人工琢磨而成的几何多面体形态的 固
体都称之为晶体？
3
石 盐
4
无色水晶
5
水晶晶簇
6
黄 铁 矿
7
冰
州
石
8
石 榴 石
9
绿 柱 石
10
金 刚 石
11
萤
石
停，玻

面网上单位面积内结点的数目称为面网密度。
互相平行的面网，面网密度相同；不平行的面网，面 网密度一般不等。 相互平行的相邻两面网之间垂直距离称为面网间距。

面
网
38
⑷平行六面体：是空间格子在三维空间上可划出的最
小重复单位。
由由六个两两平行而且相等的面
组成。在实际晶体结构中所划分 出这样的相应的单位称为晶胞。
晶体通常被平的晶面所包围，晶
面相交成直的晶棱，晶棱汇聚成尖 的角顶。
晶体多面体形态，是其格子构造
在外形上的直接反映。晶面、晶棱 与角顶分别与格子构造中面网、行 列及结点相对应。
56

2、均一性：由于晶体是具有格子构造的固体，在同一晶 体的各个不同部分，质点的分布一样，故晶体的各部分的 物理化学性质相同。
有唯一的 5 次轴 有唯一的 8 次轴 有 唯 一 的 10 次 轴 有 唯 一 的 12 次 轴 有 10 个 3 次 轴
29
液晶

液晶:介于固态和液态之间的各向异性的流体。 性质上：

既具有液体的可流动性、粘滞性， 又具有晶体的各向异性

结构上，


具有一维或二维近似有序晶，即分子按某一从优方向排列
4～4.5 6～7
蓝晶石晶体的硬度
57

4、对称性：是指某种相同的性质在不同的方向或位置上作 有规律地重复。对称性是晶体非常重要的性质，也是晶体 分类的基础。 5、最小内能和稳定性：在相同的热力学条件下晶体与同种 物质的非晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。 由于晶体具有最小内能，因而结晶状态是一个相对稳 定的状态，质点只在其平衡位置上振动。
看四种晶体
41
金属晶体
分子晶体
原子晶体
离子晶体
空间格子 + 结构基元
晶体结构
点阵点群与点阵点的位置点群
单胞
42
§1.3
晶体的基本性质
一、均一性 二、异向性 三、自限性 四、对称性 五、最小内能性
六、定熔性
43
一、均一性：同一晶体的同一晶体在不同方向上性质有所差异 三、自限性：是指晶体在适当条件下可以自发地形成封闭的
⑴结点：空间格子中的点，代表晶体结构中的相当点，只
具几何意义，不代表任何质点。但在实际晶体中，结点的位 置可以被同种质点所占据。
⑵行列：结点在直线上的排列即构成行列。

行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距。 同一行列或彼此平行的行列上结点间距相等； 不同方向的行列，其结点间距一般不等。
食 盐
22
NaCl晶体结构

晶体★ ：晶体是内部质点（原子、离子或分子） 在三维空间呈周期性重复排列的固体。 有些固体如玻璃、琥珀、松香等，它们的内部质 点不作规则排列，称为非晶体。
比 较 图
23
古
液、准
24
准晶

准晶是一种介于晶体和非晶体之间的固体，内部结构具有近
程和远程有序，但不体现周期重复。
行
列
53

⑶

面网：结点在平面上的分布构成面网。
面网上单位面积内结点的数目称为面网密度。
互相平行的面网，面网密度相同；不平行的面网，面 网密度一般不等。 相互平行的相邻两面网之间垂直距离称为面网间距。

面
网
54
⑷ 单位平行六面体：是空间格子在三维空间上可
划出的最小重复单位。
由八个结点、六个两两平行而且
平移无序或部分平移无序的
§1.2 空间格子
NaNO2
31
1、空间格子的概念
(a) 晶体结构
=
(b)结构单元
+
(C) 空间点阵
32
两个定
32
•相当点：是指晶体结构中占据相同质点和具有相同环境的 一系列几何点。 •结构基元：是指晶体结构中重复排列的基本单位。
CsCl 33
以氯化铯（CsCl）的晶体结构为例
12
玻璃
13
电气石(碧玺)
14
15
石 墨
16
人造刚玉
多
17
软玉
18
翡翠
19
沙子
砂石
晶体？ 20

1912年，X射线晶体衍射实验成功，对晶体的研究从 晶体的外部进入到晶体的内部。
21

现已证明，一切晶体不论其外形如何，它的内部质点（原 子、离子、分子）都在三维空间有规律地周期性排列。
凸几何多面体的性质。
四、对称性：是指同一晶体中的相同部分或某种相同的性质在
不同的方向或位置上作有规律地重复。 五、最小内能性：在相同的热力学条件下晶体与同种物质的非 晶质体、液体、气体相比较，其内能最小。 六、定熔性：指晶体具有固定熔点的性质。
4～4.5 6～7
蓝晶石晶体的硬度
云母、排队、
晶
§1.4 晶体学的主要研究内容
45
本节重点掌握：
1、概念：晶体、空间格子 2、晶体的基本性质
46
47
P211-213
7、
8、 11
48
晶莹的雪花

天然晶体，是在大自然中自发结晶形成的，一提起天 然晶体，您是否会想到雪花？雪花晶体就像是“仙女 散花”般地从天而落，给人们带来无限的遐想。可以 说，雪花是人们最熟悉的天然晶体之一，有着变化万 千的美丽的形态。而雪花作为晶体，则是枝晶的典型 例子。
和微观对称规律的科学。
几何结晶学：以几何或数学的理论研究晶体宏观（晶体外形）
晶体结构学：研究晶体内部质点排布规律及结构缺陷。
晶体化学：主要研究晶体的化学成分和结构的关系，并进而
探讨成分、结构与其性能和生成条件的关系。
晶体物理学：研究晶体的物理性质及其产生机理。
晶体生长学：研究晶体生长机理及控制和影响生长的因素。
非晶体也具均一性，因不具格子构造，其均一性是统计的、平均近 似的均一，称为统计均一性；而晶体均一性取决于格子构造，称为 结晶均一性。两者有本质区别。


3、异向性：同一晶体的格子构造中， 在不同方向上质点的排列一般不同， 晶体的性质也就随着方向的不同而 有所差异。如蓝晶石的硬度、云母 的解理、石英折射率等。
相等的面组成。在实际晶体结构 中所划分出这样的相应的单位称 为晶胞。