11晶体的基本概念和性质PPT课件
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本次课重点讲述晶体的定义；晶体 的空间格子理论和晶体的基本性质。
一、晶体的定义
在自然界中 矿物例如，石 英、方解石、 金刚石等，它 们都是晶体。
方锑矿 的八
面体晶 体
水晶
方解石
晶体 钒铅矿 短拄状 黄铁矿立方体
高岭石的电镜 照片
扫描电子 显微镜下的粘 土矿物的晶体。
尖晶石的晶体
在十七世 纪以前，人 们就把这种 天然的、具 有规则几何 外形的物质 称为晶体
4.正负离子都视为刚性球体；
5. 表面断键不产生任何晶体表面原子重排和 变形。
这时 展现在我 们面前的 氯化钠的 晶体应是 以下的形 象。
沿着立方体的 三条棱边方向， Cl-与Na+各自部是 每隔0.5628nm的 距离重复一次，而 沿着对角线方向， 则各自都每隔 0.3973nm的距离 重复，其它方向上 的情况也都类似， 只不过各自重复的 间距大小不同而已。
30
3、 空间格子的要素
2） 行列：
连接空间格子中任 意两个节点就决定了一 条行列。每一行列都有 一个最小的结点重复周 期，它等于行列上两个 相邻结点间的距离，简 称结点间距。在空间格 子中，有无数不同方向 的行列。平行的各个行 列上结点间距相等，不 平行的行列，其上的结 点间距一般不等。
31
无机材料物理化学
第一章 结晶学基础
结晶学基础
1.晶体生长学：研究天然及人工晶体的形成生 长和变化的过程与机理以及控制和影响因素。
2.几何结晶学：研究晶体宏观结晶几何多面体 的形状和微观质点的分布规律。
3晶体化学：研究晶体的化学组成与晶体的结 构和构造与性质之间的关系和规律。
4晶体物理：研究晶体的物理性质及机理。
研究表明，所有 石盐，不论外部形态 是否规则，它们的内 部质点都是作周期性 重复排列的。石盐之 所以能够成为立方体 的规则外形，正是其 内布质点周期性重复 排列在宏观的反应的 结果。
方解石（CaCO3）的晶体结构
晶体的定义
经过大量工作，目前已经知道了数以千计 的不同种类的晶体结构，尽管各种晶体的结构
互不相同，但内布质点都具有周期性重复排 列这一点则是一切晶体的共同属性。因此，可
以得出一个晶体的简明的定义：
晶体即是内部质点（原子、离子或原 子团）在三维空间呈周期性重复排列的 固体。
晶体内部质点有序性的证明：
1912年德国科学家劳厄用晶体作光栅， 使X射线产生衍射，证明晶体内部质点是有 序排列的；
1914年英国科学家布拉格父子用各种各 样的晶体作大量的衍射实验。
三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆
具有内布质点周期性重复排列构造的秘密。
单晶硅(110)晶面的结构像
上个世纪 50年代以后， 用透射电子 显微镜观察 也证实了晶 体的内部具 有规则排布 的特点。
非晶体
固体物质的内 部质点在三维空 间不做规律的排 列，称为非晶体 或非晶态固体。 例如，玻璃、塑 料、沥青等。
3）、 网面
连接空间格子中分布在同一平面内的结点，即构 成一个面网。显然，任意两个行列相交，就可决定 出一个面网；或不在同一直线上的三个节点就可决 定一个面网。在空间格子中，可有无数不同方向的 面网。相互平行的面网，其单位面积内的结点数— —面网密度相等。
32
4）、平行六面体：
从一节点出发，连接 不在同一平面上的三个 节点，就构成了一个平 行六面体。 平行六面体 由六个两两平行的面网 组成，结点分布于角顶 上，平行六面体的三个 棱长，是三条相应行列 的结点间距。这样的平 行六面体又称单位平行 六面体
第一章 结晶学基础
本章重点掌握的学习内容： 晶体的定义和晶体的基本性质 空间格子理论 晶体的对称性、各种对称要素和晶体的分类 晶体定向原则和晶体符号 十四种空间格子和晶体的微观对称规律 六方密堆和立方密堆及四面体空隙和八面体空隙 配位数和配位多面体 鲍林规则
1-1晶体的基本概念和性 质
如果把氯离子和 钠离子缩小，分别用 黑点和白圈代表C1与Na+离子，并用直 线将它们连接起来， 这样，就可以得出一 个如左图所示内部质
点排布的立体图形。
图中大球代表 氯离子C1- ，小球 代表钠离子Na+ 。 可以看出，这些离 子在空间的不同方 向上，各自都是按 着一定的间距周期 性重复排列出现的。
28
空间格子表 明了晶体物质在 三维空间质点作 周期性重复排列 这一根本的性质， 由此，晶体可定 义为：晶体是具 有格子构造的 固体。
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wk.baidu.com
3、 空间格子的要素
1）节点： 空间格子中的点称
为节点。从一立方毫 米的氯化钠晶体中可 抽象出1027-28个节点。 空间格子为无限的三 位点阵模型。
硼酸盐玻璃的模型
二、空间格子 1、等同点（相当点）: 在晶体结构中具有相同几何环境和物资环境的
几何点。
26
相当点（等同点）：晶体结构中物质环境和几 何环境完全相同的点。可从晶体结构中的任一 点出发。
27
2、 空间格子点阵 （简称空间格子）
空间格子为从 晶体结构中抽像出 来的一套相当点或 等同点的几何模型。 为无限的三维点阵 模型。
三、晶体的基本 性质
1、均一性：
由于晶体内部 结构的特征，因 此，晶体在其任 一部位上都具有 相同的性质。
2、各向异性：
晶体在不同的 方向上表现出的 性质的差异。
如兰晶石在不同的方向上硬度有很大差异。
AA方向，H＝4.5，小刀可 刻动。BB方向，H＝6.5， 小刀不能刻动
随着科学的进步，到 了17世纪，人们在开发矿 业及进一步研究发现，自 然界中绝大多数的固态物 质都是晶体，例如约百分 之九十左右的无机单质在 常温下是晶体，无机化合 物中大多数（如冰、食 盐……）也是以晶体形式 存在。那么，什么是晶体 呢？要回答这个问题，我 们必须对物质的内部结构 进行深入地了解。
钼铅矿 厚板状
认识晶体的过程
认识晶体 → 外表特征→ 内部构造 → 晶体定义。
氯化钠
取小于0.1 立方毫米 的氯化钠 的晶体。
我们通过放大的氯化钠晶体结构，来研究 一下晶体的定义。作为这个放大的氯化钠晶 体结构的图形，我们做以下假设：
1.晶体处于0k；
2.晶体为理想状态，为无缺陷晶体；
3.假设可以把晶体放大上千万倍；
一、晶体的定义
在自然界中 矿物例如，石 英、方解石、 金刚石等，它 们都是晶体。
方锑矿 的八
面体晶 体
水晶
方解石
晶体 钒铅矿 短拄状 黄铁矿立方体
高岭石的电镜 照片
扫描电子 显微镜下的粘 土矿物的晶体。
尖晶石的晶体
在十七世 纪以前，人 们就把这种 天然的、具 有规则几何 外形的物质 称为晶体
4.正负离子都视为刚性球体；
5. 表面断键不产生任何晶体表面原子重排和 变形。
这时 展现在我 们面前的 氯化钠的 晶体应是 以下的形 象。
沿着立方体的 三条棱边方向， Cl-与Na+各自部是 每隔0.5628nm的 距离重复一次，而 沿着对角线方向， 则各自都每隔 0.3973nm的距离 重复，其它方向上 的情况也都类似， 只不过各自重复的 间距大小不同而已。
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3、 空间格子的要素
2） 行列：
连接空间格子中任 意两个节点就决定了一 条行列。每一行列都有 一个最小的结点重复周 期，它等于行列上两个 相邻结点间的距离，简 称结点间距。在空间格 子中，有无数不同方向 的行列。平行的各个行 列上结点间距相等，不 平行的行列，其上的结 点间距一般不等。
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无机材料物理化学
第一章 结晶学基础
结晶学基础
1.晶体生长学：研究天然及人工晶体的形成生 长和变化的过程与机理以及控制和影响因素。
2.几何结晶学：研究晶体宏观结晶几何多面体 的形状和微观质点的分布规律。
3晶体化学：研究晶体的化学组成与晶体的结 构和构造与性质之间的关系和规律。
4晶体物理：研究晶体的物理性质及机理。
研究表明，所有 石盐，不论外部形态 是否规则，它们的内 部质点都是作周期性 重复排列的。石盐之 所以能够成为立方体 的规则外形，正是其 内布质点周期性重复 排列在宏观的反应的 结果。
方解石（CaCO3）的晶体结构
晶体的定义
经过大量工作，目前已经知道了数以千计 的不同种类的晶体结构，尽管各种晶体的结构
互不相同，但内布质点都具有周期性重复排 列这一点则是一切晶体的共同属性。因此，可
以得出一个晶体的简明的定义：
晶体即是内部质点（原子、离子或原 子团）在三维空间呈周期性重复排列的 固体。
晶体内部质点有序性的证明：
1912年德国科学家劳厄用晶体作光栅， 使X射线产生衍射，证明晶体内部质点是有 序排列的；
1914年英国科学家布拉格父子用各种各 样的晶体作大量的衍射实验。
三位科学家研究成果揭示了一切晶体皆
具有内布质点周期性重复排列构造的秘密。
单晶硅(110)晶面的结构像
上个世纪 50年代以后， 用透射电子 显微镜观察 也证实了晶 体的内部具 有规则排布 的特点。
非晶体
固体物质的内 部质点在三维空 间不做规律的排 列，称为非晶体 或非晶态固体。 例如，玻璃、塑 料、沥青等。
3）、 网面
连接空间格子中分布在同一平面内的结点，即构 成一个面网。显然，任意两个行列相交，就可决定 出一个面网；或不在同一直线上的三个节点就可决 定一个面网。在空间格子中，可有无数不同方向的 面网。相互平行的面网，其单位面积内的结点数— —面网密度相等。
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4）、平行六面体：
从一节点出发，连接 不在同一平面上的三个 节点，就构成了一个平 行六面体。 平行六面体 由六个两两平行的面网 组成，结点分布于角顶 上，平行六面体的三个 棱长，是三条相应行列 的结点间距。这样的平 行六面体又称单位平行 六面体
第一章 结晶学基础
本章重点掌握的学习内容： 晶体的定义和晶体的基本性质 空间格子理论 晶体的对称性、各种对称要素和晶体的分类 晶体定向原则和晶体符号 十四种空间格子和晶体的微观对称规律 六方密堆和立方密堆及四面体空隙和八面体空隙 配位数和配位多面体 鲍林规则
1-1晶体的基本概念和性 质
如果把氯离子和 钠离子缩小，分别用 黑点和白圈代表C1与Na+离子，并用直 线将它们连接起来， 这样，就可以得出一 个如左图所示内部质
点排布的立体图形。
图中大球代表 氯离子C1- ，小球 代表钠离子Na+ 。 可以看出，这些离 子在空间的不同方 向上，各自都是按 着一定的间距周期 性重复排列出现的。
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空间格子表 明了晶体物质在 三维空间质点作 周期性重复排列 这一根本的性质， 由此，晶体可定 义为：晶体是具 有格子构造的 固体。
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3、 空间格子的要素
1）节点： 空间格子中的点称
为节点。从一立方毫 米的氯化钠晶体中可 抽象出1027-28个节点。 空间格子为无限的三 位点阵模型。
硼酸盐玻璃的模型
二、空间格子 1、等同点（相当点）: 在晶体结构中具有相同几何环境和物资环境的
几何点。
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相当点（等同点）：晶体结构中物质环境和几 何环境完全相同的点。可从晶体结构中的任一 点出发。
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2、 空间格子点阵 （简称空间格子）
空间格子为从 晶体结构中抽像出 来的一套相当点或 等同点的几何模型。 为无限的三维点阵 模型。
三、晶体的基本 性质
1、均一性：
由于晶体内部 结构的特征，因 此，晶体在其任 一部位上都具有 相同的性质。
2、各向异性：
晶体在不同的 方向上表现出的 性质的差异。
如兰晶石在不同的方向上硬度有很大差异。
AA方向，H＝4.5，小刀可 刻动。BB方向，H＝6.5， 小刀不能刻动
随着科学的进步，到 了17世纪，人们在开发矿 业及进一步研究发现，自 然界中绝大多数的固态物 质都是晶体，例如约百分 之九十左右的无机单质在 常温下是晶体，无机化合 物中大多数（如冰、食 盐……）也是以晶体形式 存在。那么，什么是晶体 呢？要回答这个问题，我 们必须对物质的内部结构 进行深入地了解。
钼铅矿 厚板状
认识晶体的过程
认识晶体 → 外表特征→ 内部构造 → 晶体定义。
氯化钠
取小于0.1 立方毫米 的氯化钠 的晶体。
我们通过放大的氯化钠晶体结构，来研究 一下晶体的定义。作为这个放大的氯化钠晶 体结构的图形，我们做以下假设：
1.晶体处于0k；
2.晶体为理想状态，为无缺陷晶体；
3.假设可以把晶体放大上千万倍；