结晶化学简介
化学结晶过程与原理
化学结晶过程与原理化学结晶是一种物质从溶液或气体中析出并沉积形成晶体的过程，是化学中常见的一种反应形式。
结晶过程是物质由溶液状态向固态晶体状态转变的过程，在这个过程中，物质的分子或离子按照一定的规律排列，形成有序结构，从而形成晶体。
化学结晶不仅在实验室中广泛应用，也在工业生产和日常生活中起着重要作用。
化学结晶的原理主要包括饱和溶解度、过饱和度、结晶核形成和长大、结晶速度等几个方面。
首先，饱和溶解度是指在一定温度下，溶剂中最多能够溶解的溶质的量。
当溶液中的溶质达到饱和状态时，溶质分子与溶剂分子之间的相互作用达到平衡，此时继续加入溶质不会再溶解，而会析出形成晶体。
其次，过饱和度是指溶液中的溶质浓度高于其饱和溶解度的状态。
在这种情况下，溶液中的溶质分子之间的碰撞频率增加，有利于结晶核形成。
当过饱和度达到一定程度时，会出现结晶核，进而导致晶体的生长。
结晶核的形成和长大是化学结晶中的关键步骤。
结晶核是一小部分溶质分子排列有序而形成的微小结构，它是晶体生长的起始点。
结晶核在一定条件下会不断长大，形成完整的晶体结构。
结晶核形成的难易程度直接影响结晶的速度和晶体质量。
最后，结晶速度是指晶体在结晶过程中的生长速率。
在化学结晶中，合适的结晶速度可以保证晶体的质量和形态，过快过慢的结晶速度都会影响晶体的质量。
因此，控制结晶速度是化学结晶过程中需要重点关注的一个方面。
综上所述，化学结晶过程与原理是一个复杂但又具有规律性的过程。
通过深入了解结晶的原理，可以更好地控制结晶过程，提高晶体的质量和产率，从而在实验室研究和工业生产中取得更好的效果。
希望本文的介绍对您有所帮助，谢谢阅读。
结晶化学第一章课件
–介绍X射线衍射理论和实验方法，这是研究晶 体结构的最主要工具 。
• 结晶化学
–介绍密堆积理论和原子间化学键理论等晶体化 学基础知识 ，讨论一些典型结构化合物的结晶 化学，并对近年发现的新型无机材料的结构与 性能从结晶化学观点出发加以讨论。
• 主要参考书目
1、结晶学
周贵恩编
2、Elementary Crystallography
• 网络资源
(The International Union of Crystallography)
第一章 晶体的基本概念
• 第一节 晶体概念的发展 • 第二节 空间点阵 • 第三节 整数定律及晶面指数 • 第四节 晶体投影
第一节 晶体概念的发展
➢人类认识晶体首先是从观察天然矿物的外部 形态开始。
发现材
结构与性
探索和设
料性能 能的关系 计新材料
• 1986年，(La,Ba)2CuO4
Tc>30K
YBa2Cu3O7-z
90K
Bi2Sr2Can-1CunOz 7-110K
Tl2Ba2Can-1CunOz >93K • 它们是由钙钛矿衍生出来的准二维层状结构。
• 根据结构特点设计合成大量的超导铜氧化物，其中
晶体与液晶(liquid crystal)的异同crystalline state.
从晶体经过液态晶体到液体的各个阶段
a-晶体（结构呈现周期性排列） b-各向异性的液体 c-各向异性的液体（分子的轴向周期性已被破坏） d-各向同性的液体（分子的取向相同）
(b,c) Liquid crystals: molecules aligned into swarms; (d)isotropic true liquid: molecules in random arrangement.
结晶化学概论
第六章 结晶化学概论第一节 等径球的密堆积 第二节 不等径球的密堆积 第三节 分子的堆积第四节 密堆积与同质多象晶体结构的描述以及晶体结构关联，结构与性能关系球体的紧密堆积理论解释晶体结构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。
原子或离子既然可以看作具有一定作用范围的球体，因此原子或离子的相互结合可以看作球体的相互堆积。
从物理上说，晶体中质点的相互结合遵循着内能最小原则；从球体堆积的角度，满足体积最小，这便是球体的最紧密堆积。
第一节 等径球的密堆积• 等径球的最密堆积3个球构成一个三角形空隙，每个球有1/3个，每个球周围 有6个三角形空隙，因此每个球就有6 1/3=2个空隙。
一层最密堆积中球数：三角形空隙数目=1： 2四面体空隙八面体空隙2 layers半数的三角形空隙上方放了球另一半的三角形空隙上方是第二层的空隙3 layersABA Hexagonal close-packing (HCP)ABC Cubic close-packing (CCP)把第三层放在与第一层一样的位置把第三层放在堵住头二层漏光的三角形空隙上A1最密堆积(ccp)A3最密堆积(hcp)晶胞中的原子坐标为(0, 0, 0) (0, 1/2,1/2) (1 /2, 0, 1 /2) (1 /2, 1 /2, 0)空间群Fm3m ，代表性晶体有Cu ，Ag ，Au 等晶胞中的原子坐标为 (0, 0, 0) (2/3, 1 /3, 1 /2)空间群P63/mmc ，代表性晶体有Mg ，Os 等c/a=1.633HCP• 等径球的多层最密堆积ABAC (金属La ，Ce ，Pr ，Nd 等)四层堆积五层堆积： ABCAB六层堆积： ABCACB (金属Tb)九层堆积：ABABCBCAC(金属Sm)(0,0,0) (0,0,1/2)(1/3,2/3,1/4) (2/3,1/3,3/4) ABABAC对于多层最密堆积，可用另一种办法表示如下：对每一层可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(hexagonal)来表示；如果上下两层不一样，则中间一层用c(cubic)来表示。
结晶化学0.
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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
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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。
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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。
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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。
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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。
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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
九年级化学结晶知识点
九年级化学结晶知识点化学是自然科学的一门重要学科，它研究物质的组成、性质和变化规律。
在九年级的化学学习中，结晶是一个重要的知识点。
本文将详细介绍九年级化学结晶知识点，帮助同学们更好地理解和掌握这一内容。
一、结晶的概念与原理结晶是指溶液中溶质由于溶质与溶剂之间的相互作用变得不稳定而析出的过程。
它是物质从溶液或熔融状态由无定形转变为有定形晶体的过程。
结晶的原理主要包括溶质在溶剂中的离解、扩散、溶质与溶剂之间的化学反应和晶体的生长等。
溶液在适当条件下冷却、蒸发或添加其他物质时，溶质随着时间的推移会逐渐从溶液中析出结晶。
二、结晶的条件要使物质成功结晶，在实验操作中需要满足一定的条件。
主要包括：1. 温度条件：通过调节温度来控制溶液中溶质的溶解度，从而实现结晶的过程。
2. 浓度条件：溶液的浓度对结晶过程有直接的影响，不同的浓度有不同的结晶行为。
3. 操作条件：如搅拌、蒸发速率等，对结晶的效果也有影响。
三、结晶的分类根据物质的构成和结晶形式的不同，结晶可以分为无机盐类结晶和有机物结晶两种。
1. 无机盐类结晶：无机盐类结晶是指由金属和非金属组成的化合物在适当条件下从溶液中结晶出来的过程。
常见的无机盐类结晶有硫酸铜、硫酸钠等。
2. 有机物结晶：有机物结晶是指有机化合物在适当条件下从溶液中结晶出来的过程。
有机物结晶多为有机溶剂中进行，如乙醇、丙酮等。
四、结晶的应用结晶在生活中和工业生产中具有广泛的应用价值。
1. 精确化学品制备：通过结晶可以获得纯净的化学物质，保证实验和生产过程的准确性和稳定性。
2. 制药工业：许多药物的制备过程中都需要用到结晶技术，用于提取纯净的药物成分。
3. 食品加工：结晶技术在食品加工中也有很多应用，如食盐的提取、糖类的结晶等。
4. 材料制备：结晶技术可用于材料的纯化和制备，提高材料的性能。
五、结语通过对九年级化学结晶知识点的介绍，我们了解了结晶的概念与原理、结晶的条件、结晶的分类以及结晶的应用。
第四节 结晶化学
数和空间利用率。
二、离子晶体
1、离子键和离子化合物
离子键没有方向性和饱和性，它向空间各方向发展，形 成离子键。 离子键中正负离子采取密堆积方式，正负离子可看成不 等径圆球，正负离子各与尽可能多的异号离子接触，使 体积能量尽可能的低。
离子晶体的结构多样而复杂，但复杂离子晶体的结构 一般都是典型的简单结构型式的变形。
点 群
CaF 2
立 立方 方 F
（4个）
CaF 2 8 : 4
O
h
四 四方 金红石 方 P
TiO
2个
2
6: 3
(TiO )
2
（1个）
111 000, 222
u u 0, u u 0 1 1 1 u, u, 2 2 2 1 1 1 u, u, 2 2 2
D
4h
NaCl
晶胞
TiO2 型
4r 2a
如下图c、d所示
a
(c) 配位情况
（d）晶胞参数与圆球半径的关系
在立方面心晶胞中，有8个四面体空 隙，4个八面体空隙，见图5 (e)、(f)
图5 (e)、(f)
5、讨论：
1、空间利用率：
V V
球
3 球数 4 r 3
晶胞
a
3
求出A1型堆积的空间利用率
2、 金属的晶体结构，除A1、A3型外，还有体心立方 堆积A2型。请求出A2型晶胞中的原子数，分数坐标，配位
影响结构 型式的三 个主要因 素
晶体的化学组成类型 结构基元的相对大小
结构基元的极化作用
类质同晶现象 同质多晶现象
类质同晶现象
指化学式相似的物质，具有相似的晶体外形。具有同
2结晶
B0 K b N M G
h j T
i
数，是物性和温度的函数； N为搅拌强度的量
或
B0 K B M Tj G i
MT为悬浮密度
G为为晶体的生长速率 j、h、i为经验的动力学参数
2.4 结晶生长
定义：
在过饱和溶液中有晶核形成后，以过饱
和度为推动力，溶质分子或离子继续一层
晶体生长的扩散学说
（1）分子扩散作用：溶质主体中溶质 借扩散作用，穿过晶粒表面的滞留 层到达晶体表面。扩散的推动力是 液相主体的浓度与晶体表面浓度差； (c-ci) （2）表面化学反应：到达晶体表面的 溶质与晶体表面物质结合或沉淀， 使晶体增大，形成一定大小的规则 晶体，同时放出结晶热。反应的推 动力是晶体表面浓度与饱和浓度 c*(或cs)的差值.(ci-c*) （3）传热过程：释放出的结晶热再扩 散传递到溶液主体中的过程。
临界半径
假定晶核形状为球形，半径为r，则
ΔGV=4/3(πr3 ΔGv)；
单位体积晶体的吉布 斯自由能变化
若以ς代表液固界面的表面张力，则 ΔGs=ςΔA=4πr2ς 在恒温、恒压条件下，形成一个半径为r的晶核， 其总吉布斯自由能的变化为： ΔG=4 πr2(ς+(r/3)ΔGv)
临界晶核半径（rc）是
结晶：析出速度慢，溶质分子有足够的时间进行排列，粒
子排列有规则，如食盐、蔗糖 无定形固体：析出速度快，粒子排列无规则，如木炭、橡 胶
2.2 结晶过程的特点
能从杂质相当多的溶液或多组分的熔融混合物中，分理出高
纯或超纯的晶体；
对于难分离的混合物系，如：同分异构体混合物、共沸物、
结晶知识
结晶结晶[解释]1.物质从液态（溶液或溶融状态）或气态形成晶体。
2.晶体，即原子、离子或分子按一定的空间次序排列而形成的固体。
也叫结晶体。
3.比喻珍贵的成果。
例如：劳动的结晶/爱情的结晶。
结晶介绍：从液态（溶液或熔融物）或气态原料中析出晶体物质，是一种属于热、质传递过程的单元操作。
从熔融体析出晶体的过程用于单晶制备，从气体析出晶体的过程用于真空镀膜，而化工生产中常遇到的是从溶液中析出晶体。
根据液固平衡的特点，结晶操作不仅能够从溶液中取得固体溶质，而且能够实现溶质与杂质的分离，借以提高产品的纯度。
早在5000多年前，人们已开始利用太阳能蒸浓海水制取食盐。
现在结晶已发展成为从不纯的溶液里制取纯净固体产品的经济而有效的操作。
许多化工产品（如染料、涂料、医药品及各种盐类等）都可用结晶法制取，得到的晶体产品不仅有一定纯度，而且外形美观，便于包装、运输、贮存和应用。
结晶原理：溶质从溶液中析出的过程，可分为晶核生成（成核）和晶体生长两个阶段，两个阶段的推动力都是溶液的过饱和度（溶液中溶质的浓度超过其饱和溶解度之值）。
晶核的生成有三种形式：即初级均相成核、初级非均相成核及二次成核。
在高过饱和度下，溶液自发地生成晶核的过程，称为初级均相成核；溶液在外来物（如大气中的微尘）的诱导下生成晶核的过程，称为初级非均相成核；而在含有溶质晶体的溶液中的成核过程，称为二次成核。
二次成核也属于非均相成核过程，它是在晶体之间或晶体与其他固体（器壁、搅拌器等）碰撞时所产生的微小晶粒的诱导下发生的。
对结晶操作的要求是制取纯净而又有一定粒度分布的晶体。
晶体产品的粒度及其分布，主要取决于晶核生成速率(单位时间内单位体积溶液中产生的晶核数)、晶体生长速率（单位时间内晶体某线性尺寸的增加量）及晶体在结晶器中的平均停留时间。
溶液的过饱和度，与晶核生成速率和晶体生长速率都有关系，因而对结晶产品的粒度及其分布有重要影响。
在低过饱和度的溶液中，晶体生长速率与晶核生成速率之比值较大（见图），因而所得晶体较大，晶形也较完整，但结晶速率很慢。
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结晶学
结晶学是研究晶体的发生成长、外部形貌、化学成分、晶体结构、物理性质
以及它们的相互关系的学科。
晶体广泛存在，从自然界的冰雪和矿物，到日常生
活中的食盐和食糖，陶瓷和钢材，多种固态药品及试剂等，都是晶体。
结晶学的
知识被广泛用于地质、冶金、化工、材料科学、工农业生产和尖端科学技术中。
一、结晶学主要研究内容
结晶学包括如下分支：
①晶体生长学。
研究晶体发生、成长的机理和晶体的人工合成，用以追溯自
然界晶体形成的环境和指导晶体的人工制备。
②几何结晶学。
研究晶体外形的几何规律，是结晶学的经典内容和基础。
③晶体结构学。
研究晶体中质点排布的规律及其测定。
晶体结构资料为阐释
晶体的一系列现象和性质提供依据。
④晶体化学。
研究晶体化学成分与结构的关系，成分、结构与晶体性能、形
成条件的关系,其理论用于解释晶体的一系列现象和性质,指导发现或制备具有
预期特性的晶体。
⑤晶体物理学。
研究晶体的物理性能及其产生机理，对于晶体的利用有重要
指导意义。
晶体是具有格子构造的固体，也就是说，格子构造是一5于晶体格于构造所
决定的，并为所有一切晶体所共有的性质，晶体的基本性质是晶体的共性，是指
晶体所共有的性质，性、均一性、异向性、对称性和稳定性。
二、晶体的特征
陨体所必备的条件。
凡是由称之为晶体的基本性质。
归纳起来共有五种：
即L1限是指所有的晶体均具有自发地形成封闭的几何多面体外形能力的性
质。
晶面就是晶体格子构造中最外层的而网所在，晶棱是最外层面网相交的公共
行列，而角顶则是结点的所在。
由于一切晶体都具有格子构造，所以，必然能自
发地形成几何多面体的外形，把它们自身封闭起来。
晶面，晶棱和角顶与格子构
造中的面网、行列及结点是相对应的，它们之间的关系见田I—10。
但应该指出，
自然生长和人造矿物晶体中呈现规则的几何多面体外形的不多。
主要是由于它们在生长时受到空间的限制。
不过，如港条件许可，让它们继续生长时，它们还是可以自发地形成规则的几何多面体外形的。
晶体的均一性是晶体的重要性质，我们可以根据这一重要性质，进行晶体的鉴别和使用。
应该指出：非品质体如玻璃，树肥等也具右均一性，但是它是一种统计的结果，而没行方向性，它的各种性质在不问部位和—“Lj方向。
亡都是相同的；而晶体的均一性，是晶体格子构造规律所决定的，不同部位相间力向上性质是相同的，不同部位不同方向上所测的放据一般是不一致的。
2、晶体的异向性
同一晶体在不同方向上所测得的性质表现出差异的特性。
云母和方解石矿物，它们郡具有完好的解理，受力后都能沿着一定方向裂开。
又如蓝晶石晶体
A1：oLSlO d]，不同方向上刻划的硬度不同，沿着晶体的延长方向，很容易用刀锋在晶面上刻下痕迹，但在横切的方向上却无动于衷，不留任何印痕，所以蓝品石矿物又称为二硬石，表现出了明显的各向异性。
晶体的各向异性，根据晶体格子构造规律，可知晶体内部质点的排列方式和距离，在相互平行的方向上都是一致的，但在不相平行的方向上可表现出一定的差别，这就是晶体各向异性产生的根本原因。
晶体的均一性和异向性，说明了在晶体的相同方向上具有相同的性质，而在不同方向上便具有不同的性质，这是一个问题的两个方面，它既说明了晶体内部构造的均一性，又说明了在均一性的内部构造中，包含着在不同的方向上构造不相同这一异向性。
3、晶体的对称性
它是指晶体中的相同晶面，晶棱和顶角以及晶体的物化性质能够在不同方向或位置上有规律地出现，如图1—N所示的石次品仲便友现出了明显的对称性。
这同样也是由于晶体内部质点作有规则地排列的原因造成的。
根据空间格子规律，在任一晶体结构中的任一行列方向上，总是存在着一系列为数无限的作周期性重复排列的等同点，达本身就表现出一种对称性，所以说对称性在晶体中是普遍存在的。
晶体外部形态的对称性，是晶体的宏观对称，晶体的内部构造，也具有对称性，这种对称性是晶体的微观对称。
4、晶体的稳定性
这是指对化学成分相同，但是处于不问物态下的物体、气体来说，晶体是最稳定的。
晶体的稳定性是由于晶体具有最小内能的缘故。
从根本上来讲，也是由于晶体格子构造规律所决定的。
晶体具有最小内能，这可以从晶体熔融时耍吸热，镕体结晶时要放热得到证明。
由于晶体是具有格子构造的固体，其内部质点在三维空间是作有规律排列的。
这种有规则的排列足质点间的引力和斥力达到平衡的结果。
如要破坏晶体的内部构造，改变其晶体内部质点的距离，势必要增加质点的势能。
这点和处在不同物态下相比大不相同，由于处在不同物态下的物体，如气体、液体和非晶态固体，其内部质点排列没有规则，因此质点间的引力和斥力一般都达不到平衡，所以它们的势能郎比晶体要大，换句话说，在相同的热力学条件下，晶体的内能是最小的。
正是由于晶体内能最小，以致品体内部的质点只能在晶格的一定位设上产生振动，而且振动的平均位置不变，也就是说质点的振动并不离开它的固定位置，这样，晶体的格子构造就不被破坏，因而它也就处于最稳定的状您，所以晶体具有最大的总定性。
三、结晶学的研究方法和手段
①研究晶体化学成分一般采用化学分析、光谱分析和电子探针分析等。
②研究晶体结构的基本方法是 X射线衍射分析。
为了特殊需要还须采用透射电镜和红外光谱、穆斯堡尔谱等各种谱学方法。
③对晶体形貌的研究，传统的测角术仍是基本方法。
研究晶体表面微形貌，还需要进行干涉显微镜和电子显微镜研究。
④对晶体生长的研究,除对天然晶体的观测外,主要是通过人工晶体的培养，研究晶体生长机理，并合成所需的各种晶体。
⑤对晶体的各种物理性能的研究和物理常数的测定，常采用偏光显微镜、电子显微镜、波谱分析和电学、磁学、热学、力学等各种方法。