晶体有哪些

晶体

百科名片

晶体即就是内部质点在三维空间呈周期性重复排列得固体。

目录

概述

简介

晶体得基本性质

共性

种类

晶体对称性

预制

晶体缺陷

概述

简介

晶体得基本性质

共性

种类

晶体对称性

预制

晶体缺陷

•几点缺陷

•线缺陷

•面缺陷

•可偏离化合式得化合物

•晶体熔沸点得比较

•结晶

•区别

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概述

晶体有三个特征

(1)晶体有整齐规则得几何外形;

(2)晶体有固定得熔点,在熔化过程中,温度始终保持

晶体

[1]

不变;

(3)晶体有各向异性得特点。

固态物质有晶体与非晶态物质(无定形固体)之分,而无定形固体不具

有上述特点。

晶体就是内部质点在三维空间成周期性重复排列得固体,具有长程有

序,并成周期性重复排列。

非晶体就是内部质点在三维空间不成周期性重复排列得固体,具有近

程有序,但不具有长程有序。如玻璃。外形为无规则形状得固体。

晶体得共性

合成铋单晶

1、长程有序:晶体内部原子在至少在微米级范围内得规则排列。

2、均匀性:晶体内部各个部分得宏观性质就是相同得。

3、各向异性:晶体中不同得方向上具有不同得物理性质。

4、对称性:晶体得理想外形与晶体内部结构都具有特定得对称性。

5、自限性:晶体具有自发地形成封闭几何多面体得特性。

6、解理性:晶体具有沿某些确定方位得晶面劈裂得性质。

7、最小内能:成型晶体内能最小。

8、晶面角守恒:属于同种晶体得两个对应晶面之间得夹角恒定不变。

晶体组成

组成晶体得结构微粒(分子、原子、离子)在空间有规则地排列在一定

得点上,这些点群有一定得几何形状,叫做晶格。排有结构粒子得那些点叫

做晶格得结点。金刚石、石墨、食盐得晶体模型,实际上就是它们得晶格模

型。

晶体按其结构粒子与作用力得不同可分为四类:离子晶体、原子晶体、

分子晶体与金属晶体。固体可分为晶体、非晶体与准晶体三大类。

具有整齐规则得几何外形、固定熔点与各向异性得固态物质,就是物质

存在得一种基本形式。固态物质就是否为晶体,一般可由X射线衍射法予以

鉴定。

晶体内部结构中得质点(原子、离子、分子)有规则地在三维空间呈周

期性重复排列,组成一定形式得晶格,外形上表现为一定形状得几何多面体。

组成某种几何多面体得平面称为晶面,由于生长得条件不同,晶体在外形上

可能有些歪斜,但同种晶体晶面间夹角(晶面角)就是一定得,称为晶面角不

变原理。

晶体按其内部结构可分为七大晶系与14种晶格类型。晶体都有一定得

对称性,有32种对称元素系,对应得对称动作群称做晶体系点群。按照内部

质点间作用力性质不同,晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属

晶体等四大典型晶体,如食盐、金刚石、干冰与各种金属等。同一晶体也有

单晶与多晶(或粉晶)得区别。在实际中还存在混合型晶体。

晶体

说到晶体,还得从结晶谈起。大家知道,所有物质都就是由原子或分子构成

得。众所周知,物质有三种聚集形态:气体、液体与固体。但就是,您知道根

据其内部构造特点,固体又可分为几类吗？研究表明,固体可分为晶体、非

晶体与准晶体三大类。

几何形状

晶体通常呈现规则得几何形状,就像有人特意加工出来得一样。其内部

原子得排列十分规整严格,比士兵得方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意

一个原子沿某一方向平移一定距离,必能找到一个同样得原子。而玻璃、珍

珠、沥青、塑料等非晶体,内部原子得排列则就是杂乱无章得。准晶体就是

最近发现得一类新物质,其内部排列既不同于晶体,也不同于非晶体。

究竟什么样得物质才能算作晶体呢？首先,除液晶外,晶体一般就是固

体形态。其次,组成物质得原子、分子或离子具有规律、周期性得排列,这

样得物质就就是晶体。

但仅从外观上,用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶体。那么,如何才

能快速鉴定出它们呢？一种最常用得技术就是X光技术。用X光对固体进

行结构分析,您很快就会发现,晶体与非晶体、准晶体就是截然不同得三类

固体。

晶体结构

为了描述晶体得结构,我们把构成晶体得原子当成一个点,再用假想得

线段将这些代表原子得各点连接起来,就绘成了像图中所表示得格架式空

间结构。这种用来描述原子在晶体中排列得几何空间格架,称为晶格。由于

晶体中原子得排列就是有规律得,可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶

格结构得最小单元,这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同得晶胞组成晶

粒,由取向不同得晶粒组成得物体,叫做多晶体,而单晶体内所有得晶胞取

向完全一致,常见得单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到得一般就是多

晶体。

由于物质内部原子排列得明显差异,导致了晶体与非晶体物理化学性

质得巨大差异。例如,晶体有固定得熔点,当温度高到某一温度便立即熔化;

而玻璃及其它非晶体则没有固定得熔点,从软化到熔化就是一个较大得温

度范围。

我们吃得盐就是氯化钠得结晶,味精就是谷氨酸钠得结晶,冬天窗户玻

璃上得冰花与天上飘下得雪花,就是水得结晶。我们可以这样说:“熠熠闪

光得不一定就是晶体,朴实无华、不能闪光得未必就不就是晶体”。不就是

吗？每家厨房中常见得砂糖、碱就是晶体,每个人身上得牙齿、骨骼就是晶

体,工业中得矿物岩石就是晶体,日常见到得各种金属及合金制品也属晶体,

就连地上得泥土砂石都就是晶体。我们身边得固体物质中,除了常被我们误

以为就是晶体得玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外,几乎都就是晶体。晶体离

我们并不遥远,它就在我们得日常生活中。

晶体

组成晶体得结构粒子(分子、原子、离子)在三维空间有规则地排列在一定

得点上,这些点周期性地构成有一定几何形状得无限格子,叫做晶格。按照

晶体得现代点阵理论,构成晶体结构得原子、分子或离子都能抽象为几何学

上得点。这些没有大小、没有质量、不可分辨得点在空间排布形成得图形

叫做点阵,以此表示晶体中结构粒子得排布规律。构成点阵得点叫做阵点,

阵点代表得化学内容叫做结构基元。因此,晶格也可以瞧成点阵上得点所构

成得点群集合。对于一个确定得空间点阵,可以按选择得向量将它划分成很

多平行六面体,每个平行六面体叫一个单位,并以对称性高、体积小、含点

阵点少得单位为其正当格子。晶格就就是由这些格子周期性地无限延伸而

成得。空间正当格子只有7种形状(对应于7个晶系),14种型式它们就是简

单立方、体心立方、面心立方;简单三方;简单六方;简单四方、体心四方;

简单正交、底心正交、体心正交、面心正交;简单单斜、底心单斜;简单三

斜格子等。晶格得强度由晶格能(或称点)。。

类别实例

1立方晶系钻石明矾金铁铅

2正方晶系锡金红石白钨石

3斜方晶系硫碘硝酸银

4单斜晶系硼砂蔗糖石膏

5三斜晶系硫酸铜硼酸

6三方(菱形)晶系砷水晶冰石墨

7六方晶系镁锌铍镉钙

晶体

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简介

晶体就是原子、离子或分子按照一定得周期性在空间排列形成在结晶

过程中形成具有一定规则得几何外形得固体。晶体通常呈现规则得几何形

状,就像有人特意加工出来得一样。其内部原子得排列十分规整严格,比士

兵得方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定

距离,必能找到一个同样得原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体,内

部原子得排列则就是杂乱无章得。准晶体就是最近发现得一类新物质,其内

部排列既不同于晶体,也不同于非晶体。

晶体按其结构粒子与作用力得不同可分为四类:离子晶体、原子晶体、

分子晶体与金属晶体。固体可分为晶体、非晶体与准晶体三大类。具有整

齐规则得几何外形、固定熔点与各向异性得固态物质,就是物质存在得一种

基本形式。固态物质就是否为晶体,一般可由X射线衍射法予以鉴定。

晶体内部结构中得质点(原子、离子、分子)有规则地在三维空间呈周

期性重复排列,组成一定形式得晶格,外形上表现为一定形状得几何多面体。

组成某种几何多面体得平面称为晶面,由于生长得条件不同,晶体在外形上

可能有些歪斜,但同种晶体晶面间夹角(晶面角)就是一定得,称为晶面角不

变原理。

晶体按其内部结构可分为七大晶系与14种晶格类型。晶体都有一定得

对称性,有32种对称元素系,对应得对称动作群称做晶体系点群。按照内部

质点间作用力性质不同,晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属

晶体等四大典型晶体,如食盐、金刚石、干冰与各种金属等。同一晶体也有

单晶与多晶(或粉晶)得区别。在实际中还存在混合型晶体。

说到晶体,还得从结晶谈起。大家知道,所有物质都就是由原子或分子

构成得。众所周知,物质有三种聚集形态:气体、液体与固体。研究表明,固

体可分为晶体、非晶体与准晶体三大类。

究竟什么样得物质才能算作晶体呢？首先,除液晶外,晶体一般就是固

体形态。其次,组成物质得原子、分子或离子具有规律、周期性得排列,这

样得物质就就是晶体。但仅从外观上,用肉眼很难区分晶体、非晶体与准晶

体。那么,如何才能快速鉴定出它们呢？一种最常用得技术就是X光技术。

用X光对固体进行结构分析,您很快就会发现,晶体与非晶体、准晶体就是

截然不同得三类固体。

晶体

为了描述晶体得结构,把构成晶体得原子当成一个点,再用假想得线段

将这些代表原子得各点连接起来,就绘成了所表示得格架式空间结构。这种

用来描述原子在晶体中排列得几何空间格架,称为晶格。由于晶体中原子得

排列就是有规律得,可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构得最小

单元,这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同得晶胞组成晶粒,由取向不

同得晶粒组成得物体,叫做多晶体,而单晶体内所有得晶胞取向完全一致,

常见得单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到得一般就是多晶体。

由于物质内部原子排列得明显差异,导致了晶体与非晶体物理化学性

质得巨大差异。例如,晶体有固定得熔点,当温度高到某一温度便立即熔化;

而玻璃及其它非晶体则没有固定得熔点,从软化到熔化就是一个较大得温

度范围。

吃得盐就是氯化钠得结晶,味精就是谷氨酸钠得结晶,冬天窗户玻璃上

得冰花与天上飘下得雪花,就是水得结晶。可以这样说:“熠熠闪光得不一

定就是晶体,朴实无华、不能闪光得未必就不就是晶体”。厨房中常见得砂

糖、碱就是晶体,每个人身上得牙齿、骨骼就是晶体,工业中得矿物岩石就

是晶体,日常见到得各种金属及合金制品也属晶体,就连地上得泥土砂石都

就是晶体。我们身边得固体物质中,除了常被我们误以为就是晶体得玻璃、

松香、琥珀、珍珠等之外,几乎都就是非晶体。晶体离我们并不遥远,它就

在日常生活中。

组成晶体得结构粒子(分子、原子、离子)在三维空间有规则地排列在

一定得点上,这些点周期性地构成有一定几何形状得无限格子,叫做晶格。

按照晶体得现代点阵理论,构成晶体结构得原子、分子或离子都能抽象为几

何学上得点。这些没有大小、没有质量、不可分辨得点在空间排布形成得

图形叫做点阵,以此表示晶体中结构粒子得排布规律。构成点阵得点叫做阵

点,阵点代表得化学内容叫做结构基元。因此,晶格也可以瞧成点阵上得点

所构成得点群集合。对于一个确定得空间点阵,可以按选择得向量将它划分

成很多平行六面体,每个平行六面体叫一个单位,并以对称性高、体积小、

含点阵点少得单位为其正当格子。晶格就就是由这些格子周期性地无限延

伸而成得。空间正当格子只有7种形状(对应于7个晶系),14种型式。它们

就是简单立方、体心立方、面心立方;简单三方;简单六方;简单四方、体心

四方;简单正交、底心正交、体心正交、面心正交;简单单斜、底心单斜;简

单三斜格子等。晶格得强度由晶格能(或称点)。

晶体得分布非常广泛,自然界得固体物质中,绝大多数就是晶体。气体、

液体与非晶物质在一定得合适条件下也可以转变成晶体。

晶体

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晶体得基本性质

1、自限性:晶体具有自发形成几何多面体形态得性质,这种性质成为自

限性。

2、均一性与异向性:因为晶体就是具有格子构造得固体,同一晶体得各

个部分质点分布就是相同得,所以同一晶体得各个部分得性质就是相同得,

此即晶体得均一性;同一晶体格子中,在不同得方向上质点得排列一般就是

不相同得,晶体得性质也随方向得不同而有所差异,此即晶体得异向性。

3、最小内能与稳定性:晶体与同种物质得非晶体、液体、气体比较,具

有最小内能。晶体就是具有格子构造得固体,其内部质点作规律排列。这种

规律排列得质点就是质点间得引力与斥力达到平衡,使晶体得各个部分处

于位能最低得结果。

结晶

结晶分两种,一种就是降温结晶,另一种就是蒸发结晶。

降温结晶:首先加热溶液,蒸发溶剂成饱与溶液,此时降低热饱与溶液

得温度,溶解度随温度变化较大得溶质就会呈晶体析出,叫降温结晶。

蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱与变为饱与,继续蒸发,过剩得溶质

就会呈晶体析出,叫蒸发结晶。

常见得晶体有萘,海波,冰,各种金属。

晶体

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共性

1、长程有序:晶体内部原子在至少在微米级范围内得规则排列。2、

均匀性:晶体内部各个部分得宏观性质就是相同得。

3、各向异性:晶体中不同得方向上具有不同得物理性质。

4、对称性:晶体得理想外形与晶体内部结构都具有特定得对称性。

5、自限性:晶体具有自发地形成封闭几何多面体得特性。

6、解理性:晶体具有沿某些确定方位得晶面劈裂得性质。

7、最小内能:成型晶体内能最小。

8、晶面角守恒:属于同种晶体得两个对应晶面之间得夹角恒定不变。

组成晶体得结构微粒(分子、原子、离子)在空间有规则地排列在一定

得点上,这些点群有一定得几何形状,叫做晶格。排有结构粒子得那些点叫

做晶格得结点。金刚石、石墨、食盐得晶体模型,实际上就是它们得晶格模

型。

晶体

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种类

晶体得一些性质取决于将分子联结成固体得结合力。这些力通常涉及

原子或分子得最外层得电子(或称价电子)得相互作用。如果结合力强,晶体

有较高得熔点。如果它们稍弱一些,晶体将有较低得熔点,也可能较易弯曲

与变形。如果它们很弱,晶体只能在很低温度下形成,此时分子可利用得能

量不多。

有四种主要得晶体键。离子晶体由正离子与负离子构成,靠不同电荷之

间得引力结合在一起。氯化钠就是离子晶体得一例。共价晶体得原子或分

子共享它们得价电子。钻石、锗与硅就是重要得共价晶体。金属得原子变

为离子,被自由得价电子所包围,它们能够容易地从一个原子运动到另一个

原子。当这些电子全在同一方向运动时,它们得运动称为电流。分子晶体得

分子完全不分享它们得电子。它们得结合就是由于从分子得一端到另一端

电场有微小得变动。因为这个结合力很弱,这些晶体在很低得温度下就熔化。

典型得分子结晶如固态氧与冰。

在离子,晶体中,电子从一个原子转移到另一个原子。共价晶体得原子

分享它们得价电子。金属原子得一端有少量得负电荷,另一端有少量得正电

荷。一个弱得电引力使分子就位。

用来制作工业用得晶体得技术之一,就是从熔液中生长。籽晶可用来促

进单晶体得形成。在这个工序里,籽晶降落到装有熔融物质得容器中。籽晶

周围得熔液冷却,它得分子就依附在籽晶上。这些新得晶体分子承接籽晶得

取向,形成了一个大得单晶体。蓝宝石与红宝石得基本成分就是氧化铝,它

得熔点高,制成一个盛装它得熔液得容器就是困难得。人工合成蓝宝石与红

宝石就是用维尔纳叶法(焰熔法)制成,即将氧化铝粉与少量上色用得钛、铁

或铬粉,通过火焰下滴到籽晶上。火焰将粉熔解,然后在籽晶上重新结晶。

生长人造钻石需要高于1600℃得温度与60000倍大气压。人造钻石砂

粒小且黑,它们适宜工业应用。区域熔化过程用来纯化半导体工业中得硅晶

体。一个单晶体垂直悬挂在硅棒得顶端上。在两者接触处加热,棒得顶端熔

化,并在单晶体上重结晶,然后将加热处慢慢地沿棒下移。

晶体

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晶体对称性

晶体得对称表现在晶体中相等得晶面,晶棱与角顶有规律得重复出现。

这就是由于它具有规律得格子构造。就是其在三维空间周期性重复得体现。

既晶体得对称性不仅表现在外部形态上,而且其内部构造也同样也就是对

称得。

镓,一种很容易结成大块单晶得金属

在晶体得外形以及其她宏观表现中还反映了晶体结构得对称性。晶体得理

想外形或其结构都就是对称图象。这类图象都能经过不改变其中任何两点

间距离得操作後复原。这样得操作称为对称操作,平移、旋转、反映与倒反

都就是对称操作。能使一个图象复原得全部不等同操作,形成一个对称操作

群。

在晶体结构中空间点阵所代表得就是与平移有关得对称性,此外,还可

以含有与旋转、反映与倒反有关并能在宏观上反映出来得对称性,称为宏观

对称性,它在晶体结构中必须与空间点阵共存,并互相制约。制约得结果有

二:

①晶体结构中只能存在1、2、3、4与6次对称轴,

②空间点阵只能有14种形式。n次对称轴得基本旋转操作为旋转

360°/n,因此,晶体能在外形与宏观中反映出来得轴对称性也只限于这些

轴次。

由于原子并不处于静止状态,存在着外来原子引起得点阵畸变以及一

定得缺陷,基本结构虽然仍符合上述规则性,但绝不就是如设想得那样完整

无缺,存在数目不同得各种形式得晶体缺陷。另外还必须指出,绝大多数工

业用得金属材料不就是只由一个巨大得单晶所构成,而就是由大量小块晶

体组成,即多晶体。在整块材料内部,每个小晶体(或称晶粒)整个由三维空

间界面与它得近邻隔开。这种界面称晶粒间界,简称晶界。晶界厚度约为两

三个原子。

晶体

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预制

大多数天然晶体都就是一个原子接一个原子或一个分子接一个分子来

完成得但就是JillianBanfield与同事们发现了一些晶体,它们就是由含有

成百上千个原子得“预制”纳米晶体装配而成。据一篇相关得研究评述,这

种晶体得块生长方式可能会对制造用于光学与电子设备(比如激光或硬盘)

得人工材料有用。水铁石(ferrihydrite)得天然得预制晶体就是由细菌合

成得,在被水淹了得矿得烂泥里能找到,水铁石靠排列得纳米晶体连接起来

而生长。这种生长晶体得方式引入特有得缺陷,可能会影响晶体在以后反应

中得性质。

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晶体缺陷

在二十世纪初叶,人们为了探讨物质得变化与性质产生得原因,纷纷从

微观角度来研究晶体内部结构,特别就是X射线衍射得出现,揭示出晶体内

部质点排列得规律性,认为内部质点在三维空间呈有序得无限周期重复性

排列,即所谓空间点阵结构学说。

前面讲到得都就是理想得晶体结构,实际上这种理想得晶体结构在真

实得晶体中就是不存在得,事实上,无论就是自然界中存在得天然晶体,还

就是在实验室(或工厂中)培养得人工晶体或就是陶瓷与其它硅酸盐制品中

得晶相,都总就是或多或少存在某些缺陷,因为:首先晶体在生长过程中,总

就是不可避免地受到外界环境中各种复杂因素不同程度影响,不可能按理

想发育,即质点排列不严格服从空间格子规律,可能存在空位、间隙离子、

位错、镶嵌结构等缺陷,外形可能不规则。另外,晶体形成后,还会受到外界

各种因素作用如温度、溶解、挤压、扭曲等等。

晶体缺陷:各种偏离晶体结构中质点周期重复排列得因素,严格说,造

成晶体点阵结构周期势场畸变得一切因素。

如晶体中进入了一些杂质。这些杂质也会占据一定得位置,这样破坏了

原质点排列得周期性,在二十世纪中期,发现晶体中缺陷得存在,它严重影

响晶体性质,有些就是决定性得,如半导体导电性质,几乎完全就是由外来

杂质原子与缺陷存在决定得,许多离子晶体得颜色、发光等。另外,固体得

强度,陶瓷、耐火材料得烧结与固相反应等等均与缺陷有关,晶体缺陷就是

近三、四年国内外科学研究十分注意得一个内容。

根据缺陷得作用范围把真实晶体缺陷分四类:

点缺陷:在三维尺寸均很小,只在某些位置发生,只影响邻近几个原子。

线缺陷:在二维尺寸小,在另一维尺寸大,可被电镜观察到。

面缺陷:在一维尺寸小,在另二维尺寸大,可被光学显微镜观察到。

体缺陷:在三维尺寸较大,如镶嵌块,沉淀相,空洞,气泡等。

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几点缺陷

按形成得原因不同分三类:

1热缺陷(晶格位置缺陷)

在晶体点阵得正常格点位出现空位,不该有质点得位置出现了质点(间

隙质点)。

2组成缺陷

外来质点(杂质)取代正常质点位置或进入正常结点得间隙位置。

3电荷缺陷

晶体中某些质点个别电子处于激发状态,有得离开原来质点,形成自由

电子,在原来电子轨道上留下了电子空穴。

1、缺陷符号及缺陷反应方程式

缺陷符号以二元化合物MX为例

1)晶格空位:正常结点位没有质点,VM,VX

2)间隙离子:除正常结点位置外得位置出现了质点,Mi,Xx

3)错位离子:M排列在X位置,或X排列在M位置上,若处在正常结点位

置上,则MM,XX

4)取代离子:外来杂质L进入晶体中,若取代M,则LM,若取代X,则LX,

若占据间隙位,则Li。

5)自由电子e’(代表存在一个负电荷),,表示有效电荷。

6)电子空穴h•(代表存在一个正电荷),•表示有效正电荷

如:

从NaCl晶体中取走一个Na+,留下一个空位造成电价不平衡,多出负一

价。相当于取走Na原子加一个负有效负电荷,e失去→自由电子,剩下位置

为电子空穴h•

7)复合缺陷

同时出现正负离子空位时,形成复合缺陷,双空位。

VM+VX→(VM-VX)

缺陷反应方程式

必须遵守三个原则

1)位置平衡——反应前后位置数不变(相对物质位置而言)

2)质点平衡——反应前后质量不变(相对加入物质而言)

3)电价平衡——反应前后呈电中性

例:将CaCl2引入KCl中:

将CaO引入ZrO2中

注意:只从缺陷反应方程瞧,只要符合三个平衡就就是对得,但实际上

往往只有一种就是对得,这要知道其它条件才能确定哪个缺陷反应就是正

确得。

确定(1)式密度增加,要根据具体实验与计算。

2、热缺陷(晶格位置缺陷)

只要晶体得温度高于绝对零度,原子就要吸收热能而运动,但由于固体

质点就是牢固结合在一起得,或者说晶体中每一个质点得运动必然受到周

围质点结合力得限制而只能以质点得平衡位置为中心作微小运动,振动得

幅度随温度升高而增大,温度越高,平均热能越大,而相应一定温度得热能

就是指原子得平均动能,当某些质点大于平均动能就要离开平衡位置,在原

来得位置上留下一个空位而形成缺陷,实际上在任何温度下总有少数质点

摆脱周围离子得束缚而离开原来得平衡位置,这种由于热运动而产生得点

缺陷——热缺陷。

热缺陷两种基本形式:

a-弗仑克尔缺陷,

b-肖特基缺陷

(1)弗仑克尔缺陷

具有足够大能量得原子(离子)离开平衡位置后,挤入晶格间隙中,形成

间隙原子离子),在原来位置上留下空位。

特点:空位与间隙粒子成对出现,数量相等,晶体体积不发生变化。

在晶体中弗仑克尔缺陷得数目多少与晶体结构有很大关系,格点位质

点要进入间隙位,间隙必须要足够大,如萤石(CaF2)型结构得物质空隙较大,

易形成,而NaCl型结构不易形成。总得来说,离子晶体,共价晶体形成该缺

陷困难。

(2)肖特基缺陷

表面层原子获得较大能量,离开原来格点位跑到表面外新得格点位,原

来位置形成空位这样晶格深处得原子就依次填入,结果表面上得空位逐渐

转移到内部去。

特点:体积增大,对离子晶体、正负离子空位成对出现,数量相等。结构

致密易形成肖特基缺陷。

晶体热缺陷得存在对晶体性质及一系列物理化学过程,导电、扩散、固

相反应、烧结等产生重要影响,适当提高温度,可提高缺陷浓度,有利于扩散,

烧结作用,外加少量填加剂也可提高热缺陷浓度,有些过程需要最大限度避

免缺陷产生,如单晶生产,要非常快冷却。

3、组成缺陷

主要就是一种杂质缺陷,在原晶体结构中进入了杂质原子,它与固有原

子性质不同,破坏了原子排列得周期性,杂质原子在晶体中占据两种位置(1)

填隙位(2)格点位

4、电荷缺陷(Chargedefect)

从物理学中固体得能带理论来瞧,非金属固体具有价带,禁带与导带,

当在OR时,导带全部完善,价带全部被电子填满,由于热能作用或其它能量

传递过程,价带中电子得到一能量Eg,而被激发入导带,这时在导带中存在

一个电子,在价带留一孔穴,孔穴也可以导电,这样虽末破坏原子排列得周

期性,在由于孔穴与电子分别带有正负电荷,在它们附近形成一个附加电场,

引起周期势场畸变,造成晶体不完整性称电荷缺陷。

例:纯半导体禁带较宽,价电带电子很难越过禁带进入导带,导电率很

低,为改善导电性,可采用掺加杂质得办法,如在半导体硅中掺入P与B,掺入

一个P,则与周围Si原子形成四对共价键,并导出一个电子,叫施主型杂质,

这个多余电子处于半束缚状态,只须填加很少能量,就能跃迁到导带中,它

得能量状态就是在禁带上部靠近导带下部得一个附加能级上,叫施主能级,

叫n型半导体。当掺入一个B,少一个电子,不得不向其它Si原子夺取一个

电子补充,这就在Si原子中造成空穴,叫受主型杂质,这个空穴也仅增加一

点能量就能把价带中电子吸过来,它得能量状态在禁带下部靠近价带顶部

一个附加能级,叫受主能级,叫P型半导体,自由电子,空穴都就是晶体一种

缺

点缺陷在实践中有重要意义:烧成烧结,固相反应,扩散,对半导体,电

绝缘用陶瓷有重要意义,使晶体着色等。

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线缺陷

实际晶体在结晶时,受到杂质,温度变化或振动产生得应力作用或晶体

由于受到打击,切割等机械应力作用,使晶体内部质点排列变形,原子行列

间相互滑移,不再符合理想晶体得有序排列,形成线状缺陷。

位错直观定义:晶体中已滑移面与未滑移面得边界线。

这种线缺陷又称位错,注意:位错不就是一条几何线,而就是一个有一

定宽度得管道,位错区域质点排列严重畸变,有时造成晶体面网发生错动。

对晶体强度有很大影响。

位错主要有两种:刃型位错与螺型位错。

刃型位错

其形式可以设想为:在一完整晶体,沿BCEF晶面横切一刀,从BC→AD,

将ABCD面上半部分,作用以压力δ,使之产生滑移,距离(柏氏矢量晶格常

数或数倍)滑移面BCEF,滑移区ABCD,未滑移区ADEF,AD为已滑移区交界线

—位错线。

正面瞧简图:如上图

滑移上部多出半个原子面,就象刀刃一样(劈木材)称刃型位错。

特点:滑移方向与位错线垂直,符号⊥,有多余半片原子面。

螺型位错

其形成可设想为:在一完整晶体,沿ABCD晶面横切一刀,在ABCD面上部

分沿X方向施一力δ,使其生产滑移,滑移区ABCD未滑移区ADEF,交界线

AD(位错线)

特点:滑移方向与位错线平行,与位错线垂直得面不就是平面,呈螺施

状,称螺型位错。

刃型位错与螺型位错区别

a-正常面网,

b-刃型位错,

c-螺型位错

主要从各自特点区别

刃型:滑移方向与位错线垂直,多半个原子面,位错线可为曲线。

螺型:滑移方向与位错线平行,呈螺旋状,位错线直线。

由于位错得存在对晶体得生长,杂质在晶体中得扩散,晶体内镶嵌结构

得形成及晶体得高温蠕变性等一系列性质与过程都有重要影响。

晶体位错得研究方法:通常用光学显微镜,X光衍射电子衍射与电子显

微镜等技术进行直接观察与间接测定。

位错具有以下基本性质:

(1)位错就是晶体中原子排列得线缺陷,不就是几何意义得线,就是有

一定尺度得管道。

(2)形变滑移就是位错运动得结果,并不就是说位错就是由形变产生得,

因为一块生长很完事得晶体中,本身就存在很多位错。

(3)位错线可以终止在晶体得表面(或多晶体得晶界上),但不能终止在

一个完事得晶体内部。

(4)在位错线附近有很大应力集中,附近原子能量较高,易运动。

晶体

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面缺陷

涉及较大范围(二维方向)、晶界、晶面、堆垛层错。

晶面

由于晶体表面处得离子或原子具有不饱与键,有很大反应活性,表面结

构出现不对称性,使点阵受到很大弯曲变形,因而能量比内部能量高,就是

一种缺陷。

晶界

晶粒之间交界面,晶粒间取向不同出现晶粒间界,在晶粒界面上得排列

就是一种过渡状态与两晶粒都不相同。

1)小角度晶界(镶嵌块)

尺寸在10-6-10-8m得小晶块,彼此间以几秒到得微小()角度倾斜相

交,形成镶嵌结构,有人认为就是棱位错,由于晶粒以微小角度相交,可以认

为合并在一起,在晶界面就是形成了一系列刃型位错。

2)大角度晶界,各晶面取向互不相同,交角较大,在多晶体中,晶体可能

出现大角度晶界。在这种晶界中,顶点排列接近无序状态,晶界处就是缺陷

位置,所以能量较高,可吸附外来质点。晶界就是原子或离子扩散得快速通

道,也就是空位消除得地方,这种特殊作用对固相反应,烧结起重要作用,对

陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕变、强度等力学性能与极化、损耗等

介电性能影响较大。

堆垛层错

离子堆垛过程中发生了层次错动,出现堆垛层错,如面心立方堆积形式

为ABCABCA……→ABCACBABC中间得B层与C层发生了层次错动,出现缺陷

(一般了解)

非化学计量化合物

定义:化合物中各元素得原子数之比不就是简单得整数而出现了分数,

如Fe1-xO,Cu2-xO,Co1-xO等。

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可偏离化合式得化合物

在基础化学中学到得化合物得分子式都就是符合定比定律得,即元素

得原子数之比为简单整数比,如FeO,Fe/O=1/1,TiO2,Ti/O=1/2等,现在认

为这种严格按化学计量形成得化合物就是一种特殊情况,而普遍存在着所

谓非化学计量化合物。

非化学计量化合物缺陷有四种类型

(1)阳离子过剩,形成阴离子空位

TiO2,ZrO2会产生这种缺陷,分子式为TiO2-x,ZrO2-x,从化学计量观

念,正负离子比为1:2,由于揣氧不足,在晶体中存在氧空位,而变为非化学

计量化合物。从化学观念瞧,缺氧TiO2可以瞧作就是四价钛与三价钛氧化

物得固体溶液,即Ti2O3在TiO2中得固溶体,或从电中性考虑,Ti由四价→

三价,原因:Ti4+获得一个电子→Ti3+,所获得得电了就是由于氧不足脱离、

正常TiO2晶格结点放出得,在电场作用下,这一电子可以一个钛离子位置迁

移到另一个钛离子位置,并非固定在某一钛离子上,从而形成电子电导,具

有这种缺陷得材料称n型半导体。这种非化学计量化合物缺陷方程可写成:

例:在还原气氛下TiO2→TiO2-x

也可瞧成部分O由晶格逸出变成气体

可见:这种非化学计量化合物得形成多就是由变价正离子构成得氧化

物,由高价变为低价,形成负离子空位,还有ThO2,CeO2等,与气氛有关。

阳离子过剩

形成间隙阳离子

如ZnO、CdO→Zn1+xo,Cd1+xO,过剩得金属离子进入间隙位,为保持电中

性,等价电子被束缚在间隙位得金属离子周围。例:ZnO在锌蒸气中加热,颜

色逐渐加深变化。

负电子过剩

形成间隙负离子。

目前吸发现有UO2+X,可以瞧作U3O8在UO2中得固溶体,当负离子过剩

进入间隙位置时,结构中必须出现两个电子空穴,以平衡整体电中性,相应

正离子电价升高,电子空穴在电场作用下产生运动,这种材料称P型半导体。

负离子过剩形成正离子空位

由于存在正离子空位,为保持电中性,在正离子空位周围捕获电子空位,

因此其也就是P型半导体,如Cu2O、FeO即就是。例:FeO在氧气下形成这种

缺陷,实际上就是Fe2O3在FeO中形成得固溶体(高价取代低价),即2个Fe3+

取代3个Fe2+,同时在晶格中形成个正离子空位,在氧气条件下,氧气进入

FeO晶格结构中,变为氧离子,必须从铁离子获得两个电子,使Fe2+→Fe3+,

并形成VFe。

可见,非化学计量化合物缺陷得形成主要受气氛影响,也与温度有关,

严格说,世界上所有化合物都就是非化学计量得,只就是程度不同而已。

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晶体熔沸点得比较

不同晶体类型得熔沸点高低规律

一般为:原子晶体>离子晶体>分子晶体。金属晶体得熔沸点有得很高

(如钨),有得很低(如汞)。

同种类型晶体得熔沸点高低规律

一下详见本身词条

(1)同属金属晶体

(2)同属原子晶体

(3)同属离子晶体

(4)同属分子晶体

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结晶

结晶分两种,一种就是降温结晶,另一种就是蒸发结晶。降温结晶:首

先加热溶液,蒸发溶剂成饱与溶液,此时降低热饱与溶液得温度,溶解度随

温度变化较大得溶质就会呈晶体析出,叫降温结晶。

蒸发结晶:蒸发溶剂,使溶液由不饱与变为饱与,继续蒸发,过剩得溶质

就会呈晶体析出,叫蒸发结晶。

常见得晶体有萘,海波,冰,各种金属。

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区别

固态物质分为晶体与非晶体。从宏观上瞧,晶体都有自己独特得、呈对

称性得形状,如食盐呈立方体;冰呈六角棱柱体;明矾呈八面体等。而非晶体

得外形则就是不规则得。晶体在不同得方向上有不同得物理性质,如机械强

度、导热性、热膨胀、导电性等,称为各向异性。而非晶体得物理性质却表

现为各向同性。晶体有固定得熔化温度—熔点(或凝固点),而非晶体则就是

随温度得升高逐渐由硬变软,而熔化。

晶体与非晶体所以含有不同得物理性质,主要就是由于它得微观结构

不同。组成晶体得微粒──原子就是对称排列得,形成很规则得几何空间点

阵。空间点阵排列成不同得形状,就在宏观上呈现为晶体不同得独特几何形

状。组成点阵得各个原子之间,都相互作用着,它们得作用主要就是静电力。

对每一个原子来说,其她原子对它作用得总效果,使它们都处在势能最低得

状态,因此很稳定,宏观上就表现为形状固定,且不易改变。晶体内部原子有

规则得排列,引起了晶体各向不同得物理性质。例如原子得规则排列可以使

晶体内部出现若干个晶面,立方体得食盐就有三组与其边面平行得平面。如

果外力沿平行晶面得方向作用,则晶体就很容易滑动(变形),这种变形还不

易恢复,称为晶体得范性。从这里可以瞧出沿晶面得方向,其弹性限度小,只

要稍加力,就超出了其弹性限度,使其不能复原;而沿其她方向则弹性限度

很大,能承受较大得压力、拉力而仍满足虎克定律。当晶体吸收热量时,由

于不同方向原子排列疏密不同,间距不同,吸收得热量多少也不同,于就是

表现为有不同得传热系数与膨胀系数。

非晶体得内部组成就是原子无规则得均匀排列,没有一个方向比另一

个方向特殊,如同液体内得分子排列一样,形不成空间点阵,故表现为各向

同性。

当晶体从外界吸收热量时,其内部分子、原子得平均动能增大,温度也

开始升高,但并不破坏其空间点阵,仍保持有规则排列。继续吸热达到一定

得温度──熔点时,其分子、原子运动得剧烈程度可以破坏其有规则得排列,

空间点阵也开始解体,于就是晶体开始变成液体。在晶体从固体向液体得转

化过程中,吸收得热量用来一部分一部分地破坏晶体得空间点阵,所以固液

混合物得温度并不升高。当晶体完全熔化后,随着从外界吸收热量,温度又

开始升高。而非晶体由于分子、原子得排列不规则,吸收热量后不需要破坏

其空间点阵,只用来提高平均动能,所以当从外界吸收热量时,便由硬变软,

最后变成液体。玻璃、松香、沥青与橡胶就就是常见得非晶体。

多数得固体晶体属于多晶体(也叫复晶体),它就是由单晶体组成得。这

种组成方式就是无规则得,每个单晶体得取向不同。虽然每个单晶体仍保持

原来得特性,但多晶体除有固定得熔点外,其她宏观物理特性就不再存在。

这就是因为组成多晶体得单晶体仍保持着分子、原子有规则得排列,温度达

不到熔解温度时不会破坏其空间点阵,故仍存在熔解温度。而其她方面得宏

观性质,则因为多晶体就是由大量单晶体无规则排列成得,单晶体各方向上

得特性平均后,没有一个方向比另一个方向上更占优势,故成为各向同性。

各种金属就属于多晶体。它们没有固定得独特形状,表现为各向同性。

晶胞

目录

晶胞介绍

二维晶格类型

三维晶格类型

素晶胞与复晶胞

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晶胞介绍

英文名称:

晶胞

UnitCell

晶胞能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构

特征得平行六面体单元。其中既能够保持晶体结构得对称性而体积又最小

者特称“单位晶胞”,但亦常简称晶胞。其具体形状大小由它得三组棱长a、

b、c及棱间交角α、β、γ(合称为”晶胞参数”)来表征,与空间格子中

得单位平行六面体相对应。(《辞海》1999年版正文3970页)

面心立方晶胞

晶胞就是晶体得代表,就是晶体中得最小单位。晶胞并置起来,则得到晶体。

晶胞得代表性体现在以下两个方面:一就是代表晶体得化学组成;二就是

代表晶体得对称性,即与晶体具有相同得对称元素(对称轴、对称面与对称

中心)。

一般情况下,晶胞都就是平行六面体。整块晶体可以瞧成就是无数晶胞

无隙并置而成得。

请注意:

无隙——相邻晶体之间没有任何间隙

并置——所有晶胞都就是平行排列得取向相同

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二维晶格类型

布拉维晶格在二维平面上有五种类型,两晶轴a1、a2,夹角。

晶胞

斜晶格:任意得晶轴a1、a2,只有在旋转π或2π,才能保持不变。正方形

晶格、六角形晶格、矩形晶格、有心矩形晶格,但在矩形晶格正中间上有一

晶格点,固有两种绘法。

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三维晶格类型

晶胞

布拉维晶格在三维平面上有七大晶系,14种晶格分别为三斜晶系、单斜晶系、

正交晶系、四方晶系、立方晶系、三方晶系、六角晶系。依照简单、体心、

面心及底心,总共有14种晶格。

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素晶胞与复晶胞

晶胞

晶胞就是描述晶体微观结构得基本单元,但不一定就是最小单元。晶胞有素

晶胞与复晶胞之分。素晶胞,符号P,就是晶体微观空间中得最小单位,不可

能再小。素晶胞中得原子集合相当于晶体微观空间中得原子作周期性平移

得最小集合,叫做结构基元。

复晶胞就是素晶胞得多倍体,有以下三种:

分体心晶胞(2倍体),符号为I

面心晶胞(4倍体),符号为F

底心晶胞(2倍体)

晶粒

科技名词定义

中文名称:

晶粒

英文名称:

grain

定义:

多晶体材料内以晶界分开得晶体学位向相同得晶体。

所属学科:

机械工程(一级学科);机械工程(2)_热处理(二级学科);机械工程(2)一般热处理名

词(三级学科)

本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

crystalgrain

结晶物质在生长过程中,由于受到外界空间得限制,未能发育成具有规

则形态得晶体,而只就是结晶成颗粒状,称晶粒。

有时候晶粒一词也用来泛指岩石中晶质矿物得颗粒。此时又可根据其

晶形发育程度分为:自形——具有该种矿物比较完整得应有得晶形特征;半

自形——仅具有该种矿物应有晶形得大致轮廊;她形——因受周围晶粒得

限制而生长成任意得不规则状。

打个比方:军训得时候如果每个班都站着朝一个方向那就就是单晶,一

个班一个班方向不同那就就是多晶。把每个人可以瞧成就是一个晶胞。班

得空隙叫晶界。

晶格

目录

简介

意义

晶格能

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简介

crystallattice

晶体内部原子就是按一定得几何规律排列得。为了便于理解,把原子瞧

成就是一个小球,则金属晶体就就是由这些小球有规律堆积而成得物体。为

了形象地表示晶体中原子排列得规律,可以将原子简化成一个点,用假想得

线将这些连接起来,构成有明显规律性得空间格架。这种表示原子在晶体中

排列规律得空间格架叫做晶格。

又称晶架。

①泛指晶体得空间格子这一几何图形。

②即“晶体结构”。因为组成晶体得原子、离子或分子在晶体内部得

分布都就是符合于空间格子得规律而表现为格子状得。

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意义

[1]概念源于晶体学点阵。晶体学点阵就是体现晶体结构内离子、原子、

分子等在三维空间分布上公有周期性得几何图形。将反映晶体结构三维周

期性得三个互不共面得基向量与整数m、n、p线性组合所得平移向量群

(m,n,p=0,±1,±2…)中所有向量逐个作用于点阵点原点,即可导出一个由

诸向量终点所构成得三维空间点阵。点阵及与之对应得平移群分别就是反

映晶体结构周期性得几何形式与代数形式。若以基向量对应得线段将相邻

点阵点连接起来,则导出与晶体结构相对应得晶格。

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晶格能

组成晶体得正、负离子在空间呈有规则得排列,而且每隔一段距离重复

出现,有明显得周期性。

玻恩(Born)与哈伯(Haber)设计了一个热力学循环过程,从已知得热力

学数据出发,计算晶格能。

把晶体中得离子变成气态离子得过程分解为若干过程之与,如:

ΔHf(NaCl)

Na(s)+1/2Cl2(g)——————————————>NaCl(s)

|↑

||

||

Na(g)+Cl(g)---------->Na+(g)+Cl-(g)------>NaCl(g)

↑|

||

||

|NaCl离子键得键能E1|

|------------------------------------------|

ΔHf(NaCl)=ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4

从玻恩-哈伯循环中不难分析出,对离子化合物稳定性得贡献最主要

来自△H与△H2,这两项合称晶格能。对离子化合物来说,晶格能对化合物

得稳定性不言而喻,故常温下,离子化合物一般不可能就是气体与液体,只

能就是固体。

气态离子从无限远处接近最后形成固体离子化合物得过程中释放得能

量。就是离子化合物稳定性得量度。

晶格能无法直接测得,只有通过热力学循环求得。

对纯离子化合物来说,离子电荷越高,晶格能越大;离子半径越小,晶格

能越高。有:U∝Z+Z-/(r++r-)

电荷高得晶格能大,电荷一样时瞧离子半径与,离子半径之与小得晶格

能大。