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1、結(jié) 晶 學(xué)Crystallography 課程簡(jiǎn)介：結(jié)晶學(xué)：以晶體為研究對(duì)象，主要研究晶體的對(duì)稱規(guī)律。研究的是晶體的共同規(guī)律，不涉及到具體的晶體種類。 特點(diǎn)：空間性、抽象性、邏輯性、理性、共性與后續(xù)礦物學(xué)形成明顯的對(duì)比：礦物學(xué)：以礦物晶體為研究對(duì)象，主要研究各具體礦物晶體的成分、物理性質(zhì)、成因特點(diǎn)等。 特點(diǎn)：經(jīng)驗(yàn)性、具體性、歸納分類性、感性、個(gè)性 結(jié)晶學(xué)（晶體學(xué)）發(fā)展歷史及分支學(xué)科簡(jiǎn)介： 結(jié)晶學(xué)始于17世紀(jì)中葉人類的礦業(yè)活動(dòng)，與天文學(xué)一起成為人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界發(fā)展最早的兩門自然科學(xué)。 1718世紀(jì)：以研究晶體形態(tài)為主，也初步推測(cè)研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何規(guī)律； 19世紀(jì)末20世紀(jì)初：X射線的發(fā)現(xiàn)及其
2、對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)量，進(jìn)入晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究階段； 20世紀(jì)70年代以來：透射電鏡研究晶體內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)； 20世紀(jì)80年代，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體，開辟了晶體對(duì)稱理論新領(lǐng)域。 分支學(xué)科：幾何結(jié)晶學(xué)研究晶體宏觀形態(tài)幾何規(guī)律，主要是對(duì)稱規(guī)律。晶體結(jié)構(gòu)學(xué)研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾何規(guī)律及缺陷。晶體化學(xué)研究晶體成分與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。晶體生長學(xué)研究晶體生長機(jī)理及其影響因素。晶體物理學(xué)研究晶體物理性質(zhì)及其產(chǎn)生機(jī)理。本課程以晶體形態(tài)對(duì)稱規(guī)律及晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)稱規(guī)律為主，簡(jiǎn)介晶體化學(xué)與晶體生長。 第 一 章 晶 體 本章涉及一些重要的基本概念，這些概念在整個(gè)結(jié)晶學(xué)中都經(jīng)常出現(xiàn), 一定要牢固掌握。 晶體 （遠(yuǎn) 古 年 代 的 定 義 ：
3、自 發(fā) 形 成 規(guī) 則 形 態(tài) 的 物 體 ； (圖 片 ) 現(xiàn) 代 的 定 義 ： 內(nèi) 部 結(jié) 構(gòu) 具 有 周 期 重 復(fù) 性 ， 即 具 有 格 子 構(gòu) 造 的 物 體 。 ） 格子構(gòu)造（ 晶 體 結(jié) 構(gòu) 的 周 期 重 復(fù) 規(guī) 律 ， 這 種 規(guī) 律 是 可 以 用 格 子 狀 的 圖 形 空 間 格 子 表 示 的 。 ） 空間格子 （ 表 示 晶 體 結(jié) 構(gòu) 周 期 重 復(fù) 規(guī) 律 的 簡(jiǎn) 單 幾 何 圖 形 。 要 畫 出 空 間 格 子 ， 就 一 定 要 找 出 相 當(dāng) 點(diǎn) 。 ） 相當(dāng)點(diǎn) （ 兩 個(gè) 條 件 ： 1、 性 質(zhì) 相 同 ， 2、 周 圍 環(huán) 境 相 同 。 ）
4、導(dǎo)出空間格子的方法： 首先在晶體結(jié)構(gòu)中找出相當(dāng)點(diǎn)，再將相當(dāng)點(diǎn)按照一定的規(guī)律連接起來就形成了空間格子。相當(dāng)點(diǎn)（ 兩 個(gè) 條 件 ： 1、 性 質(zhì) 相 同 ， 2、 周 圍 環(huán) 境 相 同 。 ） 空間格子與具體的晶體結(jié)構(gòu)是什么關(guān)系？可以認(rèn)為具體的晶體結(jié)構(gòu)是多套空間格子組成的，見圖。具體的晶體結(jié)構(gòu)是多種原子、離子組成的，使得其重復(fù)規(guī)律不容易看出來，而空間格子就是使其重復(fù)規(guī)律突出表現(xiàn)出來?？臻g格子僅僅是一個(gè)體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中的周期重復(fù)規(guī)律的幾何圖形，比具體晶體結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單的多。 空間格子的要素： 結(jié) 點(diǎn) : 空 間 格 子 中 的 點(diǎn) ,代 表 具 體 晶 體 結(jié) 構(gòu) 中 的 相 當(dāng) 點(diǎn) . 行 列 :
5、結(jié) 點(diǎn) 在 直 線 上 的 排 列 .（ 引 出 : 結(jié) 點(diǎn) 間 距 ）同一行列上的結(jié)點(diǎn)間距怎樣? 面 網(wǎng) : 結(jié) 點(diǎn) 在 平 面 上 的 分 布 . （ 引 出 : 面 網(wǎng) 間 距 、 面 網(wǎng)密 度 ）面 網(wǎng) 的 形 狀 一 定 是 平 行 四 邊 形 ！ 面網(wǎng)AA間距d1面網(wǎng)BB間距d2面網(wǎng)CC間距d3面網(wǎng)DD間距d4面網(wǎng)間距依次減小,面網(wǎng)密度也是依次減小的.所以: 面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距成正比.面網(wǎng)間距與 面網(wǎng)密度的關(guān)系： 平 行 六 面 體 : 結(jié) 點(diǎn) 在 三 維 空 間 形 成 的 最 小 重復(fù) 單 位 (引 出 : a, b, c; , , ,稱為軸長與軸角,也稱晶胞參數(shù) ） ab c
6、平行六面體對(duì)應(yīng)的實(shí)際晶體中相應(yīng)的范圍叫晶胞。 NaCl晶胞金紅石晶胞 平 行 六 面 體 可 具 有 各 種 不 同 的 形 狀 ， 各 種 形 狀 的 平行 六 面 體 的 軸 長 與 軸 角 （ 晶 胞 參 數(shù) ） 怎 么 樣 ？我 們 以 后 將 會(huì) 看 到 ， 平 行 六 面 體 的 形 狀 一 共 有 7種 ，對(duì) 應(yīng) 有 7套 晶 胞 參 數(shù) 的 形 式 ， 也 對(duì) 應(yīng) 7個(gè) 晶 系 。 由 晶 體 的 格 子 構(gòu) 造 會(huì) 導(dǎo) 致 晶 體 的 基 本 性 質(zhì) 。晶體的基本性質(zhì)： 自 限 性 : 晶 體 能 夠 自 發(fā) 地 生 長 成 規(guī) 則 的 幾 何 多 面 體形 態(tài) 。 均 一
7、性 :同 一 晶 體 的 不 同 部 分 物 理 化 學(xué) 性 質(zhì) 完 全 相同 。 晶 體 是 絕 對(duì) 均 一 性 ， 非 晶 體 是 統(tǒng) 計(jì) 的 、 平 均近 似 均 一 性 。 異 向 性 ： 同 一 晶 體 不 同 方 向 具 有不 同 的 物 理 性 質(zhì) 。 例 如 ： 藍(lán) 晶 石的 不 同 方 向 上 硬 度 不 同 。 思考： 均一性與異向性有矛盾嗎？ 異向性與自限性有什么聯(lián)系? 對(duì) 稱 性 ： 同 一 晶 體 中 ， 晶 體 形 態(tài) 相 同 的 幾 個(gè)部 分 （ 或 物 理 性 質(zhì) 相 同 的 幾 個(gè) 部 分 ） 有 規(guī) 律地 重 復(fù) 出 現(xiàn) 。 例 如 下 面 的 晶 體 形
8、態(tài) 是 對(duì) 稱 的 ：思 考 ： 對(duì) 稱 性 與 異 向 性 有 什 么 聯(lián) 系 ？ 最 小 內(nèi) 能 性 ： 晶 體 與 同 種 物 質(zhì) 的 非 晶 體 相 比 ， 內(nèi)能 最 小 。 晶 體 具 有 固 定 的 熔 點(diǎn) 。穩(wěn) 定 性 ： 晶 體 比 非 晶 體 穩(wěn) 定 。 要 學(xué) 會(huì) 用 格 子 構(gòu) 造 規(guī) 律 解 釋 這 些 基 本 性 質(zhì) ！ 請(qǐng) 同 學(xué) 們 自 己 解 釋 。 （ 重 點(diǎn) 解 釋 ： 異 向 性 、 最 小內(nèi) 能 性 、 穩(wěn) 定 性 。 ） （ 課 堂 討 論 ） 下面的問題請(qǐng)同學(xué)們思考并討論：1) 非晶體（玻璃）的定義及特點(diǎn)？ （ 引 出 遠(yuǎn) 程 規(guī) 律 與 近 程 規(guī) 律 ）2) 液體、氣體的結(jié)構(gòu)具有什么規(guī)律？3) 晶體與非晶體的轉(zhuǎn)化？ 4) 準(zhǔn)晶體的發(fā)現(xiàn)及定義：1984年發(fā)現(xiàn)的新現(xiàn)象，具有遠(yuǎn)程規(guī)律但沒有重復(fù)周期。這是什么意思呢？5) 準(zhǔn)晶體與晶體、非晶體的關(guān)系？ 請(qǐng)大家將教材上圖12（a）的平面晶體結(jié)構(gòu)的空間格子畫出來。 (答案) 本章重點(diǎn)總結(jié)：本章包括3組重要的基本概念: 1) 晶體、格子構(gòu)造、空間格子、相當(dāng)點(diǎn)；它們之間的關(guān)系。 2) 結(jié)點(diǎn)、行列、面網(wǎng)、平行六面體; 結(jié)點(diǎn)間距、面網(wǎng)間距與面網(wǎng)密度的關(guān)系. 3) 晶體的基本性質(zhì)：自限性、均一性、異向性、對(duì)稱性、最小內(nèi)能、穩(wěn)定性，并解釋為什么。 返回 返回黃銅礦NaCl (石鹽)石墨 返回
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