晶體的性質(zhì)與形成

1、1,結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué),2,√學(xué)時(shí)/學(xué)分：76學(xué)時(shí)/5學(xué)分（其中理論課 54學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課22學(xué)時(shí)）√任課教師：王安東/郭國(guó)林/夏菲√E-Mail： adwang2013@ecit.cn√辦公電話：15180188772√辦公室:國(guó)防科技樓316室√QQ:281625179,3,課程安排及特點(diǎn),□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

2、、共性（28學(xué)時(shí)：其中理論課20學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)課8學(xué)時(shí)）□礦物學(xué): 以具體礦物晶體為研究對(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（與結(jié)晶學(xué)形成明顯的對(duì)比） 特點(diǎn)：經(jīng)驗(yàn)性、感性、具體性、歸納分類性、個(gè)性 （ 48學(xué)時(shí)：其中理論課34學(xué)時(shí), 實(shí)驗(yàn)課14學(xué)時(shí)）,4,◇結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課程特點(diǎn)：○實(shí)驗(yàn)多,約占總學(xué)時(shí)的30%；○是地學(xué)及材料科學(xué)的基礎(chǔ)課，應(yīng)用面廣；○本課程具有抽象性，需要較強(qiáng)的空間思維能力，有一定的難度

3、。,5,√平時(shí)成績(jī)(包括考勤等) 10%√實(shí)習(xí)成績(jī)30%√期末筆試成績(jī)60%注: 1.五次或五次以上無(wú)故缺席理論課或?qū)嵙?xí), 不能參加期末考試； 2.無(wú)實(shí)習(xí)成績(jī),不能參加成績(jī)總評(píng)； 3.實(shí)驗(yàn)課安排在地學(xué)樓基礎(chǔ)地質(zhì)實(shí)驗(yàn)室三樓C302。,考核方式與成績(jī),6,,上課地點(diǎn)：地學(xué)樓C302,7,實(shí)驗(yàn)課準(zhǔn)備：（1）實(shí)驗(yàn)課教材復(fù)?。唬?）自行購(gòu)置實(shí)驗(yàn)用紙（實(shí)驗(yàn)課11次）,8,◇請(qǐng)不要無(wú)故缺課，

4、生病或有事請(qǐng)?zhí)崆罢?qǐng)假（書面假條，有輔導(dǎo)員/班主任簽字）；◇請(qǐng)準(zhǔn)時(shí)參加理論課和實(shí)習(xí)課；◇請(qǐng)不要抄襲作業(yè)；◇上課時(shí)間請(qǐng)保持安靜，不要打電話、發(fā)信息和吃東西，手機(jī)關(guān)機(jī)或靜音；◇學(xué)會(huì)自我管理，能及時(shí)溫習(xí)和復(fù)習(xí)功課為最佳。,小要求和小提示,9,√教材 《結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)(第二版）》 趙珊茸主編 √實(shí)習(xí)課教材 《結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)實(shí)習(xí)教程》；√推薦興趣讀物：費(fèi)爾斯曼《趣味礦物學(xué)》一篇博文《雪花史》 “世界上可能沒(méi)有完全相同的兩片雪花”,

5、教材及參考資料,10,科普之爭(zhēng)：水知道答案 VS.水什么都不知道,11,第一章 晶體及結(jié)晶學(xué),第一節(jié) 晶體的概念 自然界的礦物一般都是天然晶體。研究礦物將涉及晶體許多固有的特性和結(jié)晶學(xué)法則與定律。因此，學(xué)習(xí)礦物學(xué)必須具備結(jié)晶學(xué)的基礎(chǔ)。本章將首先對(duì)晶體及結(jié)晶學(xué)作概略介紹。,12,一、晶體、非晶質(zhì)體與準(zhǔn)晶體,□晶體(crystal)：晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在三維空間周期性的重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。質(zhì)點(diǎn)在

6、三維空間周期性的重復(fù)排列也叫格子構(gòu)造。由此，我們可以對(duì)晶體作出如下定義：晶體是具有格子構(gòu)造的固體。,一些常見(jiàn)的自然界礦物晶體,13,炫耀奪目的金剛石晶體,14,□非晶體：與上述情況相反，有些狀似固體的物質(zhì)如玻璃、琥珀、松香等，它們的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不作規(guī)則排列，不具格子構(gòu)造特征，稱為非晶質(zhì)或非晶質(zhì)體。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，非晶質(zhì)體中質(zhì)點(diǎn)的分布頗類似于液體。,15,晶體和非晶體之間的關(guān)系,√晶體在整個(gè)結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的有序稱為遠(yuǎn)程規(guī)律；√非晶體在局部

7、范圍內(nèi)的某種有序（如一個(gè)紅圈周圍三個(gè)黑圈），這種局部有序稱為近程規(guī)律；√晶體既有遠(yuǎn)程規(guī)律又有近程規(guī)律；液體和非晶體只有近程規(guī)律，無(wú)遠(yuǎn)程規(guī)律；氣體既無(wú)近程規(guī)律，也無(wú)遠(yuǎn)程規(guī)律（無(wú)序性），做布朗運(yùn)動(dòng)；√晶體比非晶體穩(wěn)定，因此自然界的非晶體可以自發(fā)轉(zhuǎn)化為晶體（晶化/脫?；?；而非晶體轉(zhuǎn)化為晶體需要外能（非晶化）。,16,□準(zhǔn)晶體：l982年在電子顯微鏡研究中，發(fā)現(xiàn)了一種新的物態(tài)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體形式雖然仍在探索之中，但從其對(duì)稱性(見(jiàn)第四章)

8、可知，其質(zhì)點(diǎn)的排列應(yīng)是長(zhǎng)程有序，但不體現(xiàn)周期重復(fù)，即不存在格子構(gòu)造，人們把它稱為準(zhǔn)晶體。,17,第二節(jié) 空 間 格 子,□晶體的本質(zhì)在于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間作平移周期性重復(fù)。空間格子是表示這種重復(fù)規(guī)律的幾何圖形。,18,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(lái)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（要考慮空間取向））,19,□思考題：教材P6圖1-6(a)中的

9、Ti離子是否為同一套空間格子？如果不是，有幾套空間格子？O離子又有幾套空間格子？,20,空間格子有如下幾種要素：,□ 1.結(jié)點(diǎn)結(jié)點(diǎn)是空間格子中的點(diǎn)，它們代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)。它們只有幾何意義，為幾何點(diǎn)?！?.行列 結(jié)點(diǎn)在直線上的排列即構(gòu)成行列。空間格于中任意兩個(gè)相當(dāng)點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來(lái)就是一條行列的方向。行列中相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離稱為該行列的結(jié)點(diǎn)間距。,21,□3.面網(wǎng) 結(jié)點(diǎn)在平面上的分布即構(gòu)成面網(wǎng)。空間格子中不在同一行列

10、上的任意三個(gè)結(jié)點(diǎn)就可以決定一個(gè)面網(wǎng)的方向，換句話說(shuō)，也就是任意兩個(gè)相交的行列就可決定一個(gè)面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的密度稱為網(wǎng)面密度。,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.,,22,□4.平行六面體 從三維空間來(lái)看，空問(wèn)格子可以劃出一個(gè)最小重復(fù)單位，那就是平行六面體。它由六個(gè)兩兩平行而且相等的面組成。實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中

11、所劃分出的這樣的相應(yīng)的單位，稱為晶胞(a, b, c; α,β,γ ,也稱為軸長(zhǎng)與軸角） 。晶胞的形狀與大小，則取決于它的三個(gè)彼此相交的棱的長(zhǎng)度。,,,,,,,,,,,,,,?,,?,?,a,b,c,23,第三節(jié) 晶體的基本性質(zhì),由于晶體是具有格子構(gòu)造的固體。因此．也就具備著為晶體所共有的、由格子構(gòu)造所決定的基本性質(zhì)?，F(xiàn)簡(jiǎn)述如下?！套韵扌?自限性是指晶體在適當(dāng)條件下可以自發(fā)地形成幾何多面體的性質(zhì)?！叹恍?因?yàn)榫w是具

12、有格子構(gòu)造的固體，在同一晶體的各個(gè)不同部分，質(zhì)點(diǎn)的分布是一樣的，所以晶體的各個(gè)部分的物理性質(zhì)與化學(xué)性質(zhì)也是相同的，這就是晶體的均一性。,24,√異向性(各向異性)同一格子構(gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)排列一般是不一樣的。因此，晶體的性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異，這就是晶體的異向性。如礦物藍(lán)晶石(又名二硬石)的硬度，隨方向的不同而有顯著的差別，平行晶體延長(zhǎng)的方向可用小刀刻動(dòng)，硬度為4，而垂直于晶體延長(zhǎng)的方向則小刀不能刻動(dòng)，硬度為6。,思考：

13、均一性與異向性有矛盾嗎？,不矛盾，（異向性）晶體結(jié)構(gòu)中不同方向上的質(zhì)點(diǎn)種類和排列方式不同引起的 （宏觀性質(zhì)）；（均一性）同一晶體的不同部分具有相同的格子構(gòu)造（微觀性質(zhì)）,25,√異向性(各向異性),26,√對(duì)稱性 晶體具異向性．但這并不排斥在某些特定的方向上具有相同的性質(zhì)。在晶體的外形上，也常有相等的晶面、晶棱和角頂重復(fù)出現(xiàn)。這種相同的性質(zhì)在不同的方向或位置上作有規(guī)律地重復(fù)，就是對(duì)稱性。晶體的格子構(gòu)造本身就是質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的體現(xiàn)。對(duì)稱

14、性是晶體極重要的性質(zhì)，是晶體分類的基礎(chǔ)，我們將以專門的章節(jié)加以討論。,27,√最小內(nèi)能性 在相同的熱力學(xué)條件下晶體與同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體相比較，其內(nèi)能最小?！谭€(wěn)定性 晶體由于有最小內(nèi)能，因而結(jié)晶狀態(tài)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。這就是晶體的穩(wěn)定性。這一點(diǎn)可以由晶體與氣體、液體中質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的不同來(lái)說(shuō)明。,﹡要學(xué)會(huì)用格子構(gòu)造規(guī)律 解釋這些基本性質(zhì)！

15、（請(qǐng)同學(xué)們自己解釋。課堂討論）,28,第八章 晶體生長(zhǎng)簡(jiǎn)介,□晶體是具有格子構(gòu)造的固體。它的發(fā)生和成長(zhǎng)，實(shí)質(zhì)上是在一定的條件下組成物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)按照格子構(gòu)造規(guī)律排列的過(guò)程。,29,晶體形成的方式,□晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣相、液相和固相。只有晶體才是真正的固體。由氣相、液相轉(zhuǎn)變成固相時(shí)形成晶體，固相之間也可以直接產(chǎn)生轉(zhuǎn)變。其中液相包括溶液和熔體。,30,1．由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?1)從熔體中結(jié)晶 當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)時(shí)，

16、晶體開始析出。也就是說(shuō)，只有當(dāng)熔體過(guò)冷卻時(shí)晶體才能產(chǎn)生。如水在溫度低于零攝氏度時(shí)結(jié)晶成冰；金屬熔體冷卻到熔點(diǎn)以下時(shí)結(jié)晶成金屬晶體。(2)從溶液中結(jié)晶 當(dāng)溶液達(dá)到過(guò)飽和時(shí)，才能析出晶體。其方式有：1)溫度降低，如巖漿期后的熱液越遠(yuǎn)離巖漿源則溫度將漸次降低，各種礦物晶體陸續(xù)析出；2)水分蒸發(fā)，如天然鹽湖鹵水蒸發(fā)，析出食鹽；3)通過(guò)化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)。,31,2．由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶固相 從氣相直接轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶固相的

17、條件是要有足夠低的蒸氣壓或過(guò)冷卻度。 在火山口附近常由火山噴氣直接生成硫、碘或氯化鈉的晶體。,32,3．由固相再結(jié)晶為固相 (1)同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變 所謂同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變是指某種晶體，在熱力學(xué)條件改變時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N在新條件下穩(wěn)定的晶體。它們?cè)谵D(zhuǎn)變前后的成分相同，但晶體結(jié)構(gòu)不同。如在573℃以上可形成高溫石英，而當(dāng)溫度降低到573℃以下時(shí)則轉(zhuǎn)變?yōu)榫w結(jié)構(gòu)不同的低溫石英。所以自然界有α，β-石英等；(2)原礦物晶粒逐漸變大 如

18、由細(xì)粒方解石組成的石灰?guī)r與巖漿巖接觸時(shí)，受熱再結(jié)晶成為由粗粒方解石晶體組成的大理巖；,33,(3)固溶體分解 在一定溫度下固熔體可以分離成為幾種獨(dú)立礦物。例如閃鋅礦和黃銅礦在高溫時(shí)組成為均一相的固熔體，分離成為兩種獨(dú)立礦物。如現(xiàn)在研究很熱的出溶體；(4)變晶 礦物在定向壓力方向上溶解，而在垂直于壓力方向上再結(jié)晶，因而形成一向延展或二向延展的變質(zhì)礦物，如角閃石、云母晶體等。這樣的變質(zhì)礦物稱為“變晶”。有時(shí)在變質(zhì)巖中發(fā)育成斑狀晶體稱為

19、“變斑晶”；(5)由固態(tài)非晶質(zhì)結(jié)晶 火山噴發(fā)出的熔巖流迅速冷卻，固結(jié)為非晶質(zhì)的火山玻璃。這種火山玻璃經(jīng)過(guò)千百年以上的長(zhǎng)時(shí)間以后，可逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶質(zhì)。,34,Ye et al., 2000 Nature,35,第一節(jié) 成核,晶體生成的一般過(guò)程是先生成晶核，而后再逐漸長(zhǎng)大。因此，成核是晶體生長(zhǎng)的第一步。 一般認(rèn)為晶體從液相或氣相中的生長(zhǎng)有三個(gè)階段：（1）介質(zhì)達(dá)到過(guò)飽和、過(guò)冷卻階段；（2）成核階段；（3）生長(zhǎng)階段。,36,□所

20、謂成核是一個(gè)相轉(zhuǎn)變的過(guò)程，即從母液相中形成固相的小晶芽?！踹@一相變過(guò)程伴隨體系自由能的變化。在晶核生長(zhǎng)的過(guò)程中，體系的自由能不斷變化（見(jiàn)教材P141圖8-1），只有當(dāng)晶核的半徑大于臨界半徑時(shí)，體系自由能才逐漸降低，晶核才可以穩(wěn)定存在，否則不能成核?！醭珊诵枰欢ǖ倪^(guò)冷卻度和過(guò)飽和度。當(dāng)溫度剛打到相變點(diǎn)或飽和度時(shí)，并不立即成核。,37,□成核可分為均勻成核和非均勻成核： 均勻成核：體系內(nèi)部任何部位成核的概率相等； 非均勻成核：體系

21、內(nèi)部每個(gè)部位成核的概率有差別；自然界中大部分都為非均勻成核。□原因：雜質(zhì)的存在，熱流不均，容器壁不平不均衡等。,38,第二節(jié) 晶體生長(zhǎng)模型,□晶核形成后，將進(jìn)一步成長(zhǎng)。下面介紹關(guān)于晶體生長(zhǎng)的兩種主要的理論。1．層生長(zhǎng)理論模型 由科賽爾首先提出，經(jīng)斯特蘭斯基加以發(fā)展，又稱為科賽爾-斯特蘭斯基理論。模型的關(guān)鍵是：在一個(gè)面生長(zhǎng)尚未完全前，在這一界面上找出最佳的生長(zhǎng)位置。教材P143圖8-2示意了一個(gè)簡(jiǎn)單的立方體模型中一界面上的各種

22、位置，由于各位置上成鍵數(shù)目不等，新點(diǎn)就位后的穩(wěn)定程度不同。最有可能結(jié)合的位置是能量上最有利的位置（晶體的最小內(nèi)能性和穩(wěn)定性決定的），即：成鍵數(shù)目最多，釋放能量最大的位置。,39,□對(duì)圖8-2而言： K為曲折面，具有三面凹角，是最有利的生長(zhǎng)位置； S為階梯面，具有二面凹角；A是最不利的生長(zhǎng)位置。因此，在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，優(yōu)先生長(zhǎng)K位，成為一個(gè)行列；當(dāng)K位長(zhǎng)滿后，生長(zhǎng)S位；當(dāng)一層面網(wǎng)鋪滿后，只能在光滑表面繼續(xù)生長(zhǎng)。因此晶面是平行向外

23、推移生長(zhǎng)的。,40,□層理論生長(zhǎng)模型可以解釋以下一些晶體生長(zhǎng)現(xiàn)象：1)晶體常生長(zhǎng)成為面平、棱直的多面體形態(tài)。2)在晶體生長(zhǎng)的過(guò)程中，環(huán)境可能有所變化，不同時(shí)刻生成的晶體的物性(如顏色)和成分等方面可能有細(xì)微的變化，因而在晶體的斷面上常常可以看到帶狀構(gòu)造(圖8—3)。它表明晶面是平行向外推移太長(zhǎng)的。3)由于晶面是向外平行推移生長(zhǎng)的，所以同種礦物不同晶體上對(duì)應(yīng)晶面間的夾角不變。4)晶體由小長(zhǎng)大，許多晶面向外平行移動(dòng)的軌跡形成以晶體中

24、心為頂點(diǎn)的錐狀體稱為生長(zhǎng)錐或砂鐘狀構(gòu)造。在薄片中常常能看到。,41,□層生長(zhǎng)理論的不足：事實(shí)上，晶體生長(zhǎng)的實(shí)際情況要比層生長(zhǎng)理論模型復(fù)雜得多。往往一次沉淀在一個(gè)晶面上的物質(zhì)層的厚度可達(dá)幾萬(wàn)或幾十萬(wàn)個(gè)分子層。同時(shí)亦不一定是一層一層地順序堆積，而是一層尚未長(zhǎng)完，又有一個(gè)新層開始生長(zhǎng)。這樣繼續(xù)生長(zhǎng)下去的結(jié)果，使晶體表面不平坦，成為階梯狀稱為晶面階梯。,42,□此外，層生長(zhǎng)理論模型還存在以下一些缺陷：1)只考慮的表面自由能的變化，沒(méi)有考慮到晶

25、體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)自身的特征。如，晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)自身也占據(jù)一定空間；2)要求氣相的過(guò)飽和度達(dá)到25-50%，而實(shí)際上當(dāng)過(guò)飽和度<1%時(shí)，晶體也可以生長(zhǎng)；3)無(wú)法解釋晶體存在的一些內(nèi)部缺陷和空位。,43,2．螺旋生長(zhǎng)理論模型,為了解釋過(guò)飽和度小于1％的氣相中晶體亦能生長(zhǎng)的特征，弗朗克等人提出了螺旋生長(zhǎng)模，即BCF模型。這一理論模型能解釋層生長(zhǎng)理論模型不能解釋的現(xiàn)象。,44,□他們根據(jù)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)的各種缺陷中最常見(jiàn)的位錯(cuò)現(xiàn)象，提出了晶體的螺

26、旋生長(zhǎng)理論．即在晶體生長(zhǎng)界面上螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)所出現(xiàn)的凹角及其延伸所形成的二面凹角(圖8一6)可作為晶體生長(zhǎng)的臺(tái)階源，促進(jìn)光滑界面上的生長(zhǎng)。這樣成功地解釋了晶體在很低的過(guò)飽和度下能夠生長(zhǎng)的實(shí)際現(xiàn)象。,45,□ 位錯(cuò)的出現(xiàn)，在晶體的界面上提供了一個(gè)永不消失的臺(tái)階源。晶面圍繞螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)。螺旋式的臺(tái)階并不隨著原子面網(wǎng)一層層生長(zhǎng)而消失，從而使螺旋式生長(zhǎng)持續(xù)下去。螺旋狀生長(zhǎng)與層狀生長(zhǎng)不同的是臺(tái)階并不直線式地等速前進(jìn)掃過(guò)晶面，而是圍繞著螺

27、旋位錯(cuò)的軸線螺旋狀前進(jìn)。隨著晶體的不斷長(zhǎng)大．最終表現(xiàn)在晶面上形成能提供生長(zhǎng)條件信息的各種樣式的螺旋紋。,46,3．其他晶體生長(zhǎng)模型,□層生長(zhǎng)理論模型和螺旋生長(zhǎng)理論模型都有一個(gè)最大的缺點(diǎn)，就是沒(méi)有考慮生長(zhǎng)點(diǎn)自身的性質(zhì)。 生長(zhǎng)點(diǎn)與生長(zhǎng)點(diǎn)之間也存在鍵合作用，等?；诖?，杰克遜提出了雙原子層界面結(jié)構(gòu)模型。提出了杰克遜因子。 雙原子層：一個(gè)是液相層，一個(gè)是晶體層，認(rèn)為兩者之間的界線是絕對(duì)的，突變的。□事實(shí)上 ，他們之間的界線是過(guò)渡的，彌散的。

28、,47,□還有其它晶體生長(zhǎng)理論，晶體生長(zhǎng)理論是一門不斷發(fā)展的學(xué)科?！跄壳盀橹梗瑳](méi)有一種理論模型能夠完全解釋晶體結(jié)構(gòu)所具有的全部特征。,48,第三節(jié) 晶體生長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)方法,晶體生長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)方法有很多，主要有：1.水熱法2.提拉法3.低溫溶液生長(zhǎng)法4.高溫溶液生長(zhǎng)法,49,1.水熱法,□水熱法是一種在高溫高壓下從過(guò)飽和熱水溶液中培養(yǎng)晶體的方法。□可以培養(yǎng)水晶、剛玉、綠柱石和石榴子石等?！跹b置圖見(jiàn)教材P146圖8-9。□上部結(jié)晶區(qū)，

29、懸掛籽晶，溫度較低；下部溶解區(qū)，放置培養(yǎng)晶體的原料，溫度較高。兩者之間有溫差，兩者之間產(chǎn)生對(duì)流，高溫的飽和溶液帶至低溫結(jié)晶區(qū)形成過(guò)飽和溶液而析出晶體。,50,2．提拉法,□提拉法直接從熔體中拉出單晶。裝置見(jiàn)圖8-10.□熔體置于坩堝中，籽晶固定于可以旋轉(zhuǎn)和升降的提拉桿上。降低提拉桿，將籽晶插入熔體，調(diào)節(jié)溫度使熔體-晶體界面處溫度等于相變點(diǎn)，上面晶體的溫度低于相變點(diǎn)，下面熔體溫度高于相變點(diǎn)，晶體生長(zhǎng)在熔體-晶體界面進(jìn)行。提升提拉桿，晶體

30、一面生長(zhǎng)，一面被拉出來(lái)。,51,3．低溫溶液生長(zhǎng)法,□從低溫溶液中（室溫到75℃）中生長(zhǎng)晶體的一種古老方法。將結(jié)晶物質(zhì)溶于水中形成飽和溶液，通過(guò)降溫或者蒸發(fā)水分析出晶體?！鹾｛}、食糖和多種固體化學(xué)試劑都采用該技術(shù)。,52,4.高溫溶液生長(zhǎng)法,□高溫溶液生長(zhǎng)法是將晶體的原成分在高溫下溶解于某一助熔劑中，以形成均勻的飽和溶液，晶體在過(guò)飽和溶液中生長(zhǎng)。因此也叫助熔法或鹽熔法?！蹶P(guān)鍵是要找到能溶解晶體原成分的助熔劑。,53,第四節(jié)、晶面的發(fā)

31、育,□在晶體生長(zhǎng)過(guò)程中，不同晶面的相對(duì)生長(zhǎng)速度如何，在晶體上哪些晶面發(fā)育，受一定規(guī)律支配。下面介紹有關(guān)這方面的幾種主要理論。1．布拉維法則 1855年，法國(guó)結(jié)晶學(xué)家布拉維從晶體具有空間格子構(gòu)造的幾何概念出發(fā)，論述了實(shí)際晶面與空間格子構(gòu)造中面網(wǎng)之間的關(guān)系，即實(shí)際晶體的晶面常常平行網(wǎng)面結(jié)點(diǎn)密度大的面網(wǎng)，這就是布拉維法則。（教材P148),54,□面網(wǎng)密度AB>CD>BC，面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)，面網(wǎng)間距也大，對(duì)外質(zhì)點(diǎn)的吸引力比較小

32、，質(zhì)點(diǎn)不容易生長(zhǎng)上去?！跻虼?，面網(wǎng)密度小的位置1優(yōu)先生長(zhǎng)，2其次，3最后。即：晶面BC優(yōu)先生長(zhǎng)，CD次之，AB最后?！鮾?yōu)先生長(zhǎng)的晶面BC由于速度過(guò)快，往往被殲滅掉，保留有面網(wǎng)密度大的晶面AB和CD。,55,□優(yōu)點(diǎn)：布拉維法則總體來(lái)說(shuō)是符合實(shí)際的，基本有效，但是也觀察到偏離布拉維法則的實(shí)例。□缺點(diǎn)：沒(méi)有考慮到晶體生長(zhǎng)環(huán)境的因素；沒(méi)有考慮到真實(shí)晶體中真實(shí)的原子結(jié)構(gòu)特征，如螺旋軸和滑移面的存在。,56,2．居里—吳里夫原理,□1885年

33、埃爾·居里指出，在晶體與其母液平衡條件下，對(duì)于給定的體積而言，晶體所發(fā)育的形狀（平衡形）應(yīng)使晶體本身具有最小的總表面自由能。1901年，吳里弗進(jìn)一步擴(kuò)展了這一模型，稱為居里-吳里弗模型。□優(yōu)點(diǎn)：這一模型考慮到晶體表面自由能的因素?！跞秉c(diǎn)：實(shí)際晶體通常都未達(dá)到平衡狀態(tài)。,57,3．周期鍵鏈(PBC)理論,□哈特曼和珀多克等(1955)從晶體結(jié)構(gòu)的幾何特點(diǎn)和質(zhì)點(diǎn)能量?jī)煞矫鎭?lái)探討晶面的生長(zhǎng)發(fā)育。他們認(rèn)為在晶體結(jié)構(gòu)中存在一系列周期

34、性重復(fù)的強(qiáng)鍵鏈，其重復(fù)特征與晶體中質(zhì)點(diǎn)的周期性重復(fù)相一致，這樣的強(qiáng)鍵鏈稱為周期鍵鏈（簡(jiǎn)寫為PBC)。晶體平行鍵鏈生長(zhǎng)，鍵力最強(qiáng)的方向生長(zhǎng)最快。(教材P149 圖8-12）,58,PBC理論示意圖,59,□F面/平坦面，有兩個(gè)以上的PBC與之平行，面網(wǎng)密度大，晶體生長(zhǎng)速度慢，易形成晶體的主要晶面；□S面/階梯面，只有一個(gè)PBC與之平行，面網(wǎng)密度中等，晶體生長(zhǎng)速度中等，質(zhì)點(diǎn)易與不平行該晶面的PBC成鍵；□K面/扭折面，不平行任何PBC，

35、面網(wǎng)密度小，晶體生長(zhǎng)速度快，是易消失晶面；,60,□因此，晶體上F面通常最為發(fā)育，K面常缺失或罕見(jiàn)；□PBC理論與布拉維法則是一致的。,61,第五節(jié)、影響晶體生長(zhǎng)的外部因素,◇決定晶體生長(zhǎng)的形態(tài)，內(nèi)因是關(guān)鍵，而生成時(shí)所處的外界環(huán)境對(duì)晶體形態(tài)的影響也很大。同一種晶體在不同的條件生長(zhǎng)時(shí)，晶體形態(tài)可能有所差別?，F(xiàn)就影響晶體生長(zhǎng)的幾種主要的外部因素分述如下。,62,(1)渦流 在生長(zhǎng)著的晶體周圍，溶液中的溶質(zhì)向晶體粘附．其本身濃度降低以及晶

36、體生長(zhǎng)放出熱量，使溶液密度減小。由于重力作用，輕溶液上升，遠(yuǎn)處的重溶液補(bǔ)充進(jìn)來(lái)，從而形成了渦流。渦流使溶液物質(zhì)供給不均勻，有方向性，同時(shí)晶體所處的位置也可能有所不同，如懸浮在溶液中的晶體下部易得溶質(zhì)的供應(yīng)，而貼著基底的晶體底部得不到溶質(zhì)等等，因而生長(zhǎng)形態(tài)特征不同。為了消除因重力而產(chǎn)生的渦流，現(xiàn)已在人造地球衛(wèi)星的失重環(huán)境中試驗(yàn)晶體的生長(zhǎng)。,63,(2)溫度 在不同的溫度下，同種物質(zhì)的晶體，其不同晶面的相對(duì)生長(zhǎng)速度有所改變，影響晶體形態(tài)，

37、如方解石(CaCO3)在較高溫度下生成的晶體呈扁平狀，而在地表水溶液中形成的晶體則往往是細(xì)長(zhǎng)的。石英和銀石礦物晶體亦有類似的情況。(3)雜質(zhì) 溶液中雜質(zhì)的存在可以改變晶體上不同面網(wǎng)的表面能，所以其相對(duì)生長(zhǎng)速度也隨之變化而影響晶體形態(tài)。例如，在純凈水中結(jié)晶的石鹽是立方體，而在溶液中有少量硼酸存在時(shí)則出現(xiàn)立方體與八面體的聚形。(4)粘度 溶液的粘度也影響晶體的生長(zhǎng)。粘度的加大，將妨礙涌流的產(chǎn)生，溶質(zhì)的供給只有以擴(kuò)散的方式來(lái)進(jìn)行，晶體

38、在物質(zhì)供給十分困難的條件下生成。由于晶體的棱角部分比較容易接受溶質(zhì)，生長(zhǎng)得較快，晶面的中心生長(zhǎng)得慢，甚至完全不長(zhǎng)，從而形成樹枝狀晶體和骸晶。,64,(5)結(jié)晶速度 結(jié)晶速度大，則結(jié)晶中心增多，晶體長(zhǎng)的細(xì)小，且往往長(zhǎng)成針狀、樹枝狀。反之，結(jié)晶速度小，則晶體長(zhǎng)得極大。如巖漿在地下緩慢結(jié)晶，則生長(zhǎng)成粗粒晶體組成的深成巖，如花崗巖；但在地表快速結(jié)晶則生成由紉粒晶體甚至于隱晶質(zhì)組成的噴出巖（火山巖），如流紋巖。結(jié)晶速度還影響晶體的純凈度?？焖俳Y(jié)

39、晶的晶體往往不純，包裹了很多雜質(zhì)。 影響晶體生長(zhǎng)的外部因素還有很多．如晶體析出的先后次序也影響晶體形態(tài)．先析出者有較多自由空間，晶形完整，成自形晶，較后生長(zhǎng)的則形成半自形晶或他形晶。同一種礦物的天然晶體于不同的地質(zhì)條件下形成時(shí)，在形態(tài)上、物理性質(zhì)上部可能顯示不同的特征，這些特征標(biāo)志著晶體的生長(zhǎng)環(huán)境，稱為標(biāo)型特征。,65,第六節(jié)、晶體的溶解與再生,1．晶體的溶解 把晶體置于不飽和溶液中晶體就開始溶解。由于角頂和棱與溶

40、劑接觸的機(jī)會(huì)多，這些地方溶解得快些，因而晶體可溶成近似球狀。如明礬的八面體溶解后成近于球形的八面體。 晶面溶解時(shí)，將首先在一些薄弱地方溶解出小凹坑，稱為蝕像。經(jīng)在鏡下觀察，這些蝕象是由各種次生小晶面組成。不同網(wǎng)面密度的晶面溶解肘，網(wǎng)面密度大的晶面先溶解，因?yàn)榫W(wǎng)面密度大的晶面網(wǎng)面間距大，容易破壞。2．晶體的再生 破壞了的和溶解了的晶體處于合適的環(huán)境又可恢復(fù)多面體形態(tài)，稱為晶體的再生，如斑巖中石英顆粒的再生。,