[科普中國]-晶質(zhì)體

晶體具有格子構(gòu)造的固體，或內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列構(gòu)成的固體。

簡介概述晶質(zhì)體：組成礦物的化學(xué)元素的離子、離子團(tuán)或原子按一定規(guī)則重復(fù)排列而成的固體。礦物結(jié)晶過程實(shí)質(zhì)上就是在一定介質(zhì)、一定溫度、一定壓力等條件下，物質(zhì)質(zhì)點(diǎn)有規(guī)律排列的過程。由于質(zhì)點(diǎn)規(guī)則排列的結(jié)果，就使晶體內(nèi)部具有一定的晶體構(gòu)造，稱為晶體格架。這種晶體格架相當(dāng)于一定質(zhì)點(diǎn)（離子等）在三維空間所成的無數(shù)相等的六面體緊密相連和互相平行排列的空間格子構(gòu)造。如食鹽的晶體格架是按正六面體（立方體）規(guī)律排列。在空間允許的情況下，多形成幾何多面體形態(tài)。如：六方柱錐的石英，六面體的黃鐵礦等。絕大多數(shù)珠寶玉石為晶質(zhì)體，少數(shù)為非晶質(zhì)體。在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境里，例如有使晶質(zhì)體生長足夠空間，則晶質(zhì)體往往表現(xiàn)為一定的幾何外形，即具有平整的面，稱為晶面；晶面相交稱為晶棱。這種具有良好幾何外形的晶質(zhì)體，通稱為晶體。但是，大多數(shù)晶質(zhì)體礦物由于缺少生長空間，許多個(gè)晶體互相干擾，不能形成良好的幾何外形。實(shí)際上，晶質(zhì)體和晶體除了外表形態(tài)有區(qū)別外，內(nèi)部結(jié)構(gòu)并無任何區(qū)別，所以二者概念基本相同。由于生長不好，多數(shù)晶面發(fā)育不完整，形成的晶面大小不一，較粗的用肉眼和放大鏡可以看出，較細(xì)的則要借助顯微鏡加以辨別。

基本性質(zhì)自限性

晶體能自發(fā)地形成封閉的凸幾何多面體外形的特性。任何晶體在生長過程中，只要有適宜的空間條件，它們都能自發(fā)地長成規(guī)則幾何多面體。晶體為平的晶面所包圍，晶面相交成直的晶棱，晶棱相交會(huì)聚成尖的角頂。晶面、晶棱和角頂分別與格子構(gòu)造中的面網(wǎng)、行列和結(jié)點(diǎn)相對應(yīng)。晶體多面體形態(tài)受格子構(gòu)造制約，它服從于一定的結(jié)晶學(xué)規(guī)律。

均一性

晶體內(nèi)部任意兩個(gè)部分的化學(xué)組成和物理性質(zhì)是等同的。

異向性

晶體的幾何量度和物理性質(zhì)與其方向性有關(guān)。設(shè)在晶體任意取兩個(gè)方向n1和n2，則有

F(n1) 1 F(n2)

即在不同方向上，晶體的幾何量度和物理性質(zhì)均有所差異。

對稱性

指晶體中相同部分（如外形上的相同晶面、晶棱，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的相同面網(wǎng)、行列或原子、離子等）或性質(zhì)，能夠在不同的方向或位置上有規(guī)律重復(fù)出現(xiàn)的特性。

最小內(nèi)能性

在相同的熱力學(xué)條件下，與同種化學(xué)成分的氣體、液體及非晶質(zhì)體相比，以晶體的內(nèi)能為最小。

穩(wěn)定性

在相同的熱力學(xué)條件下，具有相同化學(xué)成分的晶體和非晶質(zhì)體相比，晶體是穩(wěn)定的，而非晶質(zhì)體是不穩(wěn)定的。對于化學(xué)成分相同的物質(zhì)，以不同的物理狀態(tài)存在時(shí)，其中以結(jié)晶狀態(tài)最為穩(wěn)定。這一性質(zhì)與晶體的內(nèi)能最小是吻合的。在沒有外加能量的情況下，晶體是不會(huì)自發(fā)地向其它物理狀態(tài)轉(zhuǎn)變的。1

相關(guān)資料空間格子空間格子是表示晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)周期性重復(fù)排列規(guī)律的幾何圖形。

空間格子的獲得：

①首先必須找出晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)；

②按照一定的規(guī)則將相當(dāng)點(diǎn)連接起來，就形成了空間格子。

基本要素

格點(diǎn)：

空間格子中的點(diǎn)，代表晶體結(jié)構(gòu)中的等同點(diǎn)；

為幾何點(diǎn)，只有幾何意義；

在實(shí)際晶體中，結(jié)點(diǎn)的位置一定是由同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。

行列：

結(jié)點(diǎn)在直線上的排列即構(gòu)成行列；

結(jié)點(diǎn)間距：行列上兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離，即最小重復(fù)周期；

同一行列中的結(jié)點(diǎn)間距必然是相等的；

相互平行的行列，其結(jié)點(diǎn)間距必定相等；

不相平行的行列，一般說其結(jié)點(diǎn)間距亦不相等。

面網(wǎng)：

結(jié)點(diǎn)在平面上的分布即構(gòu)成面網(wǎng)；

面網(wǎng)密度：面網(wǎng)上單位面積內(nèi)的結(jié)點(diǎn)數(shù)；

面網(wǎng)間距：任意兩相鄰面網(wǎng)間的垂直距離；

相互平行的面網(wǎng)，其面網(wǎng)密度及面網(wǎng)間距必然相同；

互不平行的面網(wǎng)，其面網(wǎng)密度及面網(wǎng)間距一般不同；

面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)其面網(wǎng)間距亦大，反之，密度小，間距亦小。

平行六面體：

是空間格子的最小重復(fù)單位。

結(jié)晶學(xué)研究簡史

1000多年前，認(rèn)識(shí)了石英和石鹽具有規(guī)則的外 形；

7世紀(jì)中葉前，以外形研究為主 ；

1912年，X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)成功，結(jié)晶學(xué)進(jìn)入快速發(fā)展階段；

19世紀(jì)中葉開始對晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)探索，逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科；

20世紀(jì)初, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論探索 。

現(xiàn)代結(jié)晶學(xué)的幾個(gè)分支

1、晶體生成學(xué)：研究天然及人工晶體的發(fā)生、成長和變化的過程與機(jī)理，以及控制和影響它們的因素。

2、幾何結(jié)晶學(xué)：研究晶體外表幾何多面體的形狀及其規(guī)律性。

3、晶體結(jié)構(gòu)學(xué)：研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性，以及晶體結(jié)構(gòu)的不完善性。

4、晶體化學(xué)：研究晶體的化學(xué)組成與晶體結(jié)構(gòu)以及晶體的物理、化學(xué)性質(zhì)之間關(guān)系的規(guī)律性。

5、晶體物理學(xué)：研究晶體的各項(xiàng)物理性質(zhì)及其產(chǎn)生的機(jī)理。2

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

張磊 - 副教授 - 西南大學(xué)