结晶学与矿物学第一篇结晶学基础第一章晶体与晶体的基本性质.PDF

结晶学与矿物学 第一篇 结晶学基础 第一章 晶体与晶体的基本性质 CRYSTAL AND ITS BASIC PROPERTIES 第一节 结晶学研究对象及其科学地位 INTRODUCTION TO CRYSTALLOGRAPHY 结晶学(crystallography)是以晶体为研究对象，以晶体的生成和变化、晶体外部形态的几 何性质、晶体的内部结构、化学组成和物理性质及其相互关系为研究内容的一门自然科学。 它主要包括以下分支： ——研究晶体外部几何形态及其规律性的几何结晶学（gometrical crystallography ）。 ——研究晶体内部结构中质点排列规律及其缺陷的晶体结构学（crystallology ）。 ——研究晶体发芽、生长和变化过程与机理的晶体发生学（crystallogeny ）。 ——研究晶体化学组成和结构及其关系的晶体化学（crystallochemistry ）。 ——研究晶体物理性质及其产生机理的晶体物理学（crystallophysics ）。 现代结晶学以与数、理、化等基础学科的高度融合为特征，结晶学不仅是地球科学及其 延伸学科的重要专业基础，也是许多其他关乎国计民生的理论和技术科学的重要专业基础。 第二节 晶体、非晶质体与准晶体的概念 CRYSTAL, NON-CRYSTAL AND QUASICRYSTAL 1 晶体与非晶质体 晶体(crystal)的现代定义是：晶体是内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列而形成 格子构造的固体。 在晶体（图 1-3 ａ）中，一种质点（黑点）周围的另一种质点（小圆圈）的排列相同， 即每个黑点都被分布于三角形顶点的三个圆圈所围绕，而每个圆圈均居于以两个黑点为端点 的直线中央。这种质点局部分布的规律性叫做近程规律或短程有序 （short range order ）。不 仅如此，晶体中每个质点（黑点或圆圈）在整个图形中各自都呈现规律的周期性平移重复， 把周期重复的点用直线联结起来，可获得平行四边形网格。可以想象，在三维空间，这种网 格将构成空间格子。这种质点排布方式在整个晶体中贯穿始终的规律称为远程规律或长程有 序 （long range order ）。在非晶质体如玻璃体（图 1-3b）中，质点虽然可以是短程有序的（每 1 个黑点为三个圆圈围绕），但不存在远程规律，与液体的结构相似。 a b 图 1－3 晶体（a ）与玻璃(b)中质点平面分布示意图（潘兆橹等，1993） 在一定的条件下，晶体和非晶质体是可以相互转化的。由非晶质体调整其内部质点的排 列方式而向晶体转变的作用，我们称之为脱玻化 （devitrification ）或晶化(crystallizing)作用。 相反的变化，即晶体因内部质点的规则排列遭受破坏而向非晶质体转化的作用，则称为玻璃 化（vitrification ）或非晶化(non-crystallizing)作用。 3 准晶体 目前，人们趋向于认为：准晶体 （quasicrystal ）是其质点的排列符合短程有序和分数维 特征，有严格的位置序但不体现周期重复，即不存在格子构造的一类固体。 第三节 空间格子 SPACE LATTICE 1 空间格子的导出 在氯化钠的平面结构图（图 1-6a）中，首先任意选择一个几何点，然后在结构中找出所 有与此点相当的几何点，即相当点。这样一系列相当点的集合，便构成了一个平面点阵（图 1-6b），其中的相当点称为阵点。按照一定法则将这些阵点用直线相连，便能构成一个由平 行四边形组成的平面网格（图 1-6c）。 A B C 2 图 1-