第7章结晶化学导论概论
8,第七章结晶
(c-c*)代表溶液的过饱和程度。过饱和程度越大，成核 速率越快，因而在不稳定区，晶核生长迅速。
4. 单晶体生长 晶体的生长，取决于它的生长机理。 晶体生长过程是由两个串联的过程组成。 这就是溶质首先从溶液主体扩散至晶体 表面，这是一个扩散过程；接着溶质在 晶体表面上沉积、生长，这是一个表面 反应过程。
2蒸发结晶器1krystaloslo结蒸发结晶器由结晶器主体蒸发室和外部加热器构dtb型结晶器内设导流管和钟罩型挡板导流管内又设有螺旋桨驱动流体向上流动第三节重结晶经过一次粗结晶后得到的晶体通常会含有一定量的杂质
第七章 结晶
生物产品的浓度极稀，经过前面介绍的 方法，可把它们的浓度、纯度逐步提高， 对某些产品，经过前阶段的提取、提纯后， 已能满足要求; 但对很多生物产品，如药和生化试剂， 要求极高的纯度，因此，仅经过前阶段的 分离和提纯，还不能满足对产品质量的要 求，需对它们再作进一步的精制、加工， 这就是结晶和干燥。
2. DTB型结晶器 内设导流管和 钟罩型挡板，导流 管内又设有螺旋桨， 驱动流体向上流动
第三节 重结晶
经过一次粗结晶后，得到的晶体通 常会含有一定量的杂质。此时工业上常 常需要采用重结晶的方式进行精制。
重结晶是利用杂质和结晶物质在不同溶剂 和不同温度下的溶解度不同，将晶体用 合适的溶剂再次结晶，以获得高纯度的 晶体的操作。
1.2 结晶的生长
晶体生长的扩散学说
（1）溶质通过扩散作用穿过靠近晶体表面的一
个滞流层，从溶液中转移到晶体的表面；
（2）到达晶体表面的溶质长入晶面，使晶体增
大，同时放出结晶热；
（3）结晶热传递回到溶液中；
根据以上扩散学说，溶质依靠分子扩 散作用，穿过晶体表面的滞流层，到达晶 体表面；此时扩散的推动力是液相主体浓 度与晶体表面浓度差； 而第二步溶质长入晶面，则是表面化 学反应过程，此时反应的推动力是晶体表 面浓度与饱和浓度的差值
结晶学讲义
结晶学基础第一章绪论第二章晶体及其基本性质第三章晶体的发生与成长晶体的宏观对称第四章晶体的定向和晶面符号第五章晶体结构的几何理论第六章晶体化学第七章典型晶体结构第八章晶体缺陷第一章绪论一、结晶学(crystallography)：是以晶体为研究对象的一门科学。
自然界中的绝大多数矿物都是晶体，要了解这些结晶的矿物，就必须了解和掌握结晶学特别是几何结晶学的基本知识。
如：冰、雪、土壤、金属、矿物、陶瓷、水泥、化学药品等晶体和非晶质体：人们常见的晶体有水晶、石盐、蔗糖等，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。
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。
研究表明，数以千计的不同种类晶体尽管各种晶体的结构各不相同，但都具有格子状构造，这是一切晶体的共同属性。
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。
二、研究简史：★1000多年前，认识了石英和石盐具有规则的外形；★17世纪中叶前，以外形研究为主；★1912年，X射线晶体衍射实验成功，结晶学进入快速发展阶段；★19世纪中叶开始对晶体内部结构探索，逐渐发展成为一门独立的学科；★20世纪初, 内部结构的理论探索。
三、结晶学的研究意义：是矿物学的基础，是材料科学的基础，是生命科学的基础。
四、现代结晶学的几个分支：1、晶体生成学：研究天然及人工晶体的发生、成长和变化的过程与机理，以及控制和影响它们的因素。
2、几何结晶学：研究晶体外表几何多面体的形状及其规律性。
3、晶体结构学：研究晶体内部结构中质点排列的规律性，以及晶体结构的不完善性。
4、晶体化学：研究晶体的化学组成与晶体结构以及晶体的物理、化学性质之间关系的规律性。
5、晶体物理学：研究晶体的各项物理性质及其产生的机理。
思考题1、什么是矿物？2、什么是晶体？晶体和非晶体有何本质区别？3、现代结晶学有哪几个分支?第二章晶体及其基本性质晶体的定义：晶体是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体；或者说是具有格子状构造的固体。
结晶化学0.
5
第一章 晶体和空间点阵
1.1 晶体定义 1.2 晶体的特性 1.3 晶体的周期性结构和点阵 1.4 面角守恒定律
6
1.1 晶体定义
晶体是指由原子、离子或分子在空间按一定规 律周期性地重复排列构成的、具有一定宏观尺寸的 固体物质，其外形具有一定对称性。 非晶体：微粒作无规则排列所构成的固体。 (如玻璃、沥青、石蜡、橡胶、塑料等)
结晶化学
《结晶化学》研究内容
1.研究固态晶体中原子级水平的结构原理及
规律。 2.讨论晶体的组成、晶体内部结构与其性能 三者之间的关系。
2
学习方法
讨论的是物质内部原子级水平粒子规律，因此 肉眼看不到，手摸不着，要树立空间概念，建立 空间想象能力，想象空间模型。
3
课程安排
40学时, 其中38学 时讲课， 2学时为 模型实习 课。 第一章 晶体和空间点阵 第二章 几何结晶学 晶体定义，等同点，空间点阵，面角 守恒定律。 几何结晶学的基本定律，晶体内部原 子排列规律，晶体宏观外形特征及对 称性。
17
2.1晶体的宏观对称性
对称性现象在自然界和日常生活中经常遇到，例如： 房屋、树叶、昆虫、人体镜象、左右手，几何图形等。
晶体对称性是由内部结构对称在其外部的反 映，因此要充分认识到晶体的对称性是晶体所特 有的性质。
18
2.1 晶体的宏观对称性
1. 基本概念
(1) 对称性：物体或物体各部分借助一定的操作而有 规律地重复。
7
1.2 晶体的特性
(1)对称性：外形有一定的对称外形，内部？ (2)均匀性：任一部位（单元）物性都是一样的。 (3)各向异性：在不同方向表现性质不同。 (4)锐熔点：有一定很窄范围的熔点。 (5)衍射效应：晶体能够对X射线产生衍射效应。 (6)自范性：晶体在理想生长环境中能自发地形成规则的凸 多面体外形，满足欧拉定理： F（晶面数）+ V（顶点数）= E（晶棱数）+ 2
晶体化学基本原理PPT课件
界半径比（r+/r-）有关.
60
例：以NaCl晶体为例，求八面体配位时的r+/r-
.
61
阳离子的配位数与阴阳离子半径比 的关系：
干冰CO2 B2O3
.
62
（三）离子极化
离子极化是指离子在外电场作用下，改 变其形状和大小的现象。
静电键S强＝正度离子电＝荷Z数
正离子配位n 数
.
63
1、极化过程
被极化：自身被极化
这样才能形成极性分子和一个裸露的质子15晶体中亓种键型的比较离子键共价键金属键静电库仑力共用电子对静电库仑力分子间力特点无方向性无饱和性方向性饱和性无方向性无饱和性无方向性无饱和性饱和性方向性晶体性质离子晶体nacl共价晶体clsio金属晶体cufe分子晶体干冰co2h2o熔点高硬度大导电性能差膨胀系数熔点高硬度大导电性能差良好的导电性导热性延展性塑混合键在材料中单一结合键的情况并丌是很多大部分材料的原子结合键往往是丌同键的混合
.
45
5）空间利用率（堆积系数、堆积密度、致密度）
一般采用空间利用率（堆积系数）来表征 密堆系统总空隙的大小。其定义为：晶胞中原 子体积与晶胞体积的比值。
堆积系数V V0
Z 4r3
3 a03
例：求面心立方紧密堆积时的致密度。
.
46
（3）体心立方堆积
体心立方堆积比较简单、对称性高， 是金属中常见的三近种似密原排子面堆为积：方（式11之0）一面。
空隙C
.
38
.
39
6n 6
.
40
.
41
.
42
.
43
2）空隙分布
每个球周围有8个 四面体空隙；
结晶学基础晶体化学基本原理演示文稿
问题：密堆是否意味着完全没有空隙？
采用空间利用率（原子堆积系数）来表征密堆系 统总空隙的大小。其定义为：晶胞中原子体积与晶胞 体积的比值。两种最紧密堆积的空间利用率均为 742分0.200年51%1月6，日2时空12 隙占整个空间的25.95%。
➢ 二、是鲍林（Pauling）考虑了原子核及其它离子的 电子对核外电子的作用后，从有效核电荷的观点出发定义 的一套质点间相对大小的数据，称为鲍林离子半径。
2020年11月6日2时12 分
2020年11月6日2时12 分
伟大的鲍林
• 两种结果相当接近，大家普遍接受鲍林方法。
• 三: R.D.Shannon 和C.T.Prewitt在鲍林半径基础 之上，对离子半径进行了修正，考虑了以下因素：
结晶学基础晶体化学基本原理演示文稿
2020年11月6日2时12 分
（优选）结晶学基础晶体化学基本原理
球体密堆原理
• 1.等大球体的最紧密堆积 把离子假想为刚性球体，离子之间的结合可以看 作是球体的堆积。球体堆积越紧密，堆积密度也 越大，空间利用率也越高，系统的内能也越小， 结构越稳定。
通常部分金属晶体属于此类。
• 2.非等大球体的最紧密堆积 较大的球体密堆，较小的球体填充空隙 通常的离子晶体属于此类
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石墨的原子排列方式（STM）
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等大球体平 面排布实例
第一层
AA B BB
AA A BB B B
A
《结晶化学导论》钱逸泰读书笔记
《结晶化学导论》钱逸泰读书笔记【最新版】目录1.钱逸泰的《结晶化学导论》概述2.结晶化学的基本概念与理论3.结晶化学的实际应用4.读书笔记的心得体会正文一、钱逸泰的《结晶化学导论》概述《结晶化学导论》是著名化学家钱逸泰所著的一部关于结晶化学的经典教材。
本书系统地阐述了结晶化学的基本概念、理论和方法，以及其在实际应用中的重要性。
书中所涉及的内容广泛且深入，适合化学及相关专业的本科生、研究生及科研人员阅读和参考。
二、结晶化学的基本概念与理论1.结晶化学的定义：结晶化学是研究晶体结构、性质、形成和变化的化学分支。
2.晶体与非晶体：晶体是具有高度有序排列的原子、离子或分子的固态材料，与之相对的是非晶体，其原子、离子或分子排列相对无序。
3.晶体结构：晶体结构是指晶体内部原子、离子或分子的空间排列方式。
常见的晶体结构有离子晶体、共价晶体、金属晶体和分子晶体等。
4.结晶化学的基本原理：包括晶体生长、晶体形态、晶体结构测定、晶体学点阵、空间群等。
三、结晶化学的实际应用1.材料科学：结晶化学在材料科学中具有重要应用，如研究材料的晶体结构与性能关系、相图与相变行为等。
2.药物研究：药物的晶体形态和晶体结构与其生物活性、稳定性和可溶性密切相关，因此结晶化学在药物研究和开发中具有重要作用。
3.矿产资源：结晶化学在矿产资源的勘探、开发和利用中具有关键地位，如通过矿物的晶体学特征来鉴定和研究矿产资源。
4.环境保护：结晶化学在环境污染物的去除和治理中也发挥着作用，如有机污染物的吸附和固定等。
四、读书笔记的心得体会阅读《结晶化学导论》一书，让我对结晶化学有了更加全面和深入的认识。
钱逸泰先生在书中运用通俗易懂的语言，系统地阐述了结晶化学的基本概念和理论，以及实际应用。
通过学习本书，我对晶体的结构、性质和形成等方面有了更加清晰的理解，为今后的学习和研究奠定了坚实的基础。
《结晶化学导论》钱逸泰读书笔记
《结晶化学导论》钱逸泰读书笔记【原创实用版】目录一、前言二、《结晶化学导论》概述1.作者简介2.内容简介三、结晶化学的基本概念1.结晶与非晶2.晶体结构与空间点阵3.晶体的基本单元四、晶体生长的基本原理1.晶体生长的条件2.晶体生长的过程3.晶体生长的影响因素五、结晶化学的应用领域1.材料科学2.药物研究3.环境科学六、总结正文【前言】在我国，结晶化学作为一门学科，得到了广泛的关注和研究。
钱逸泰教授的《结晶化学导论》一书，对结晶化学的理论和实践进行了深入浅出的阐述，为广大科研工作者和学生提供了宝贵的学习资源。
【《结晶化学导论》概述】《结晶化学导论》是由我国著名结晶化学家钱逸泰教授所著，是一部系统全面地介绍结晶化学基本原理和应用的教材。
书中详细介绍了结晶化学的基本概念、晶体结构的测定、晶体生长的基本原理以及结晶化学在材料科学、药物研究等领域的应用。
结晶化学是一门研究晶体结构、性质和形成规律的科学。
在书中，钱逸泰教授首先介绍了结晶与非晶的区别，阐述了晶体结构与空间点阵的关系，以及晶体的基本单元。
通过这些基本概念的学习，读者可以更好地理解晶体的本质和特性。
【结晶化学的基本概念】1.结晶与非晶：结晶是指原子、离子或分子按照一定的规则排列形成的具有空间周期性的固态物质，非晶则是指没有明显晶体结构的固态物质。
2.晶体结构与空间点阵：晶体结构是指晶体内部原子、离子或分子的排列方式，空间点阵是描述晶体结构的数学模型。
3.晶体的基本单元：晶体的基本单元是晶胞，它是晶体内部原子、离子或分子排列的基本重复单元。
【晶体生长的基本原理】晶体生长是结晶化学研究的重要内容。
钱逸泰教授在书中详细介绍了晶体生长的条件、过程以及影响晶体生长的因素。
1.晶体生长的条件：过饱和度、适宜的温度、适当的压力和合适的生长速率是晶体生长的基本条件。
2.晶体生长的过程：晶体生长过程通常包括晶核形成、晶核生长、晶体长大等阶段。
3.晶体生长的影响因素：晶体生长的影响因素包括溶液的浓度、温度、压力、生长速率等。
《结晶化学导论》钱逸泰读书笔记
《结晶化学导论》钱逸泰读书笔记摘要：一、钱逸泰的《结晶化学导论》读书笔记概述二、读书笔记的主要内容1.结晶化学的定义和研究对象2.晶体结构的基本类型及其特征3.晶体生长与结晶过程的影响因素4.结晶化学的应用领域三、读书笔记的感悟与启示正文：一、钱逸泰的《结晶化学导论》读书笔记概述钱逸泰的《结晶化学导论》读书笔记是一部关于结晶化学领域的著作。
在这部作品中，作者详细阐述了结晶化学的基本概念、晶体结构的类型、晶体生长与结晶过程的影响因素以及结晶化学在实际应用中的重要性。
通过阅读这部作品，可以让我们对结晶化学有一个全面的认识，为我们在相关领域的研究和实践提供理论指导。
二、读书笔记的主要内容1.结晶化学的定义和研究对象结晶化学是研究晶体物质的组成、结构、性质及其变化规律的化学分支。
其研究对象主要是晶体物质，包括无机晶体、有机晶体以及量子晶体等。
在读书笔记中，作者详细介绍了结晶化学的研究对象和范围，为读者提供了一个清晰的认识。
2.晶体结构的基本类型及其特征晶体结构是晶体物质内部原子、离子或分子排列规律所表现出的空间点阵结构。
读书笔记中，作者详细介绍了晶体结构的基本类型，包括简单晶体结构、复杂晶体结构和超结构等，并分析了各类结构的特征。
通过这部分内容，我们可以了解不同类型的晶体结构及其特点。
3.晶体生长与结晶过程的影响因素晶体生长与结晶过程是结晶化学研究的核心内容。
在这部读书笔记中，作者详细阐述了晶体生长与结晶过程的影响因素，包括温度、压力、浓度、溶剂、杂质等。
同时，作者还介绍了不同条件下晶体生长与结晶的特点，为我们在实际应用中优化晶体生长条件提供了理论依据。
4.结晶化学的应用领域结晶化学在许多领域都有广泛的应用，如材料科学、生物学、环境科学等。
在读书笔记中，作者列举了结晶化学在各个领域的具体应用，如药物晶体研究、材料晶体性能优化等。
通过这部分内容，我们可以看到结晶化学在实际生活中的重要作用。
三、读书笔记的感悟与启示钱逸泰的《结晶化学导论》读书笔记让我们对结晶化学有了更加深入的了解。
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以称为“密堆积”。它的空间利用率为68.02%， 配位数为8，习惯上称为A2型。-铁就采用此结构。
7.1.2 空间利用率
构成晶体的原子、离子、或分子在整个晶体空间
中占有的体积百分比叫做空间利用率。这个概念
可表示原子、离子、分子在晶体结构中堆积的紧
密程度。下面以六方最密堆积为例说明这个问题。
②把第三层放在堵住头二层透光的三角形空隙上， 这样第三层位置与前两层都不一样。然后第四层 再与第一层、第五层再与第二层一样无限堆积下 去。这样的密堆积不能透光。由于能从中取出一 立方面心单位来，故称为立方最密堆积（图7-5）。
习惯上我们称立方最密堆积为A1型，六方最密堆 积为Ａ 型。立方体心密堆积不是最紧密堆积，所
这种情况还是一个科学之谜。
冠柱状雪花
这些晶体首先长成短而粗的柱，之后 被膨胀成盘状似的云，结果是二个盘 状晶体长在一个冰柱头上。
罕见的12条枝杈雪花
这确实是二朵雪花连在一起，一朵雪花相 对另一朵雪花旋转了30度。这种雪花非常 罕见。
三角晶状雪花
霜晶状雪花
在温度接近零下2摄氏度时，当晶体盘 云是由无数水珠组成的，有时这些水珠 长成去了角的三角形时，三角形晶体 相互碰撞，粘在雪花晶体上。冻结的水 雪花就形成了。这些晶体也非常罕见。 表叫霜。
在六方最密堆积中选出的六方单位中，每个单位
有两个球，球心的坐标是（000）,（32
1 3
12）。
从图7–6可见a=2r,
边长为a的正四面
体的高可以从
图7-7中求出。
由图可知，立方体边长为a′,立方体体对角线长为
四面3 a体′,的体高对为角立线方为体（对111角）线平的面一，2分即为三，所以正
c=2× 2 3a′,但a′= a ,2这样c= 3 2a,6
的情况。从图7-1可知平面层中每个球与6个球相毗邻，3
个球中间形成一个三角形空隙，但每个球周围有6个三角
形空隙，这样每个球就有6×1/3=2个空隙。换言之，平面
层中三角形空隙的数目是球数目的二倍。
在向第一层上加第二层球时，如要形 成最紧密堆积，必须把球放在三角形空 隙上，由于空隙数目是球数目的二倍所 以仅半数的三角形空隙上放了球，另一 半空隙上方是第二层的空隙，这样的二 层堆积仍能透过
设r为圆球半径，则六方单位体积为：
注意:该单位底面 是一个菱形,角度
为60,120度 其面积等于a 3 a
V a 3 ac 8 2r 3
2
底面积乘高
2
每个六方单位中，球所占体积为2*4πr3/3。 空间利用率为：
8 r 3
3 74.05% 8 2r 3
用类似的办法可计算出立方最密堆积的空间利用 率也为74．05%。
雪 花 形 状 与 温 度 、 湿 度 关 系
通过在实验室的可控条件下长成的雪花，科学家已经发现它们的形状主要 是由温湿度决定。此图概括了在不同条件下所长成的晶体形状。
7.1.1 球的六方A3和立方A1最紧密堆积
在开普勒的图中画的是球紧密堆积的一个平面层，实际的
晶体结构是立体的，由无数平面层堆成。先看一个平面层
在放第三层时，就会有不同的办法：①把第三层 放在与第一层一样的位置，即在第二层半数未被 球占有的三角形空隙的下方是第一层，上方是第 三层，然后再把第四层放得和第二层一样，第五 层放得和第一层一样，直至无限。显然这祥的堆 积仍能透光。因为从中可选出一 个六方单位来，这 种堆积叫做六方最 密堆积（图7-4）。
…hcc hcc hcc hcc hcc… (2) ABABAC ABABAC ABABAC…
第7章 结晶化学导论
7.1 等径球的密堆积
1619年，开普勒从雪花的六角形出发提出：固体是由 “球”密堆积而成的，这些球就是原子或分子(图7-1)。 结构分析表明，冰的结构(图7-2)并不紧密，以致冰的密 度小于水，这是水分子的氢键有方向性的缘故。然而， 开普勒的科学思想仍然是正确的。大量实验表明，由无 方向性的金属键离子键、范德瓦尔斯键构成的晶体，其 原子、离子或分子都堆积得十分紧密。尤其是金属键和 离子键，其键力分布呈球形对称，它们的晶体可以近似 地用球的紧密堆积来描述。
7.1.3多层堆积 当球堆积为四层重复时，可表示 为 …ABACABAC… ， 五 层 重 复 时 ， 可 表 示 为…ABCABABCAB…。
对于最密堆积的情况，还可以用另一种办法表 示。其原则是：
对每一层我们看其上下两层的情况．如果上下两 层一样，则中间这一层用h（hexgonal心）来表示 ；如果上下两层不一样，则中间一层用c（cubic ）来表示。用这个办法来改写一下六层堆积的两种 情况： (1)…ABCACB ABCACB ABCACB…
空心柱状雪花
针状雪花
六边形柱状雪花，两端是圆锥形空 洞区域。这些晶体非常小，得有一部 好的放大镜才能看到其空洞区域。
苗条的柱形，是在大约零下5摄氏度时形成的。在 你的袖子上，这些雪花看起来刚刚冒头的白发。有 关此雪花的一个惊人事实是，当温度只变动几度时， 它们从薄和平的盘状长成苗条的柱形。为何会发生
树枝星状雪花
有如此多侧枝以至于它们看起来像蕨似的。这是最大的雪花，通常降落到地表时 直径可达5毫米或以上。尽管它们体形大，但都是单晶体冰组成的。所谓单晶体 冰就是水分子从头到尾成线性排列。这是最佳粉状雪花，滑雪时可以没入到膝盖 处。它们是由星形树枝状晶体构成的。这些晶体特别薄和轻，因此使它们成为了 低密度的积雪场。
形成像星星一样的形状。它们的面孔通 常装饰有令人惊讶的对称标记。当温度
同的隆起线朝向相邻棱柱面之间的夹角。
接近零下2摄氏度或零下15摄氏度时才会
形成这种雪花。这种雪花比较普遍。
树枝星状雪花
这是相当大的晶体，一般直径达2-4毫米，
因此肉眼能轻易看到。这是最常见的雪花 晶体结构，节日装饰品上多是这种雪花。
绝美雪花显微照片：形状各异内部结构精细
六棱柱状雪花
这是最基本的雪花晶体结构。这晶体通常
普通棱柱状雪花
太小，肉眼是看不见的。这是大多数雪花
形成之初的模样，之后从各个角落伸出分 雪花的刻面装饰有不同的凹痕和隆起线。
枝，形成更为精细的雪花晶体结构。
星盘状雪花
扇盘状雪花
薄薄的盘状晶体，上面有6个宽大的胳膊， 虽然这也是星盘状雪花，但有明显与众不