《物质结构与性质》教学资源（人教版）第三章.doc

教学资源 1. 晶体学的主要分支 ????晶体学是一门庞大的学科，它由晶体学经典理论（如几何晶体学）、晶体形貌学、晶体的测定理论与技术（如X衍射晶体学）、晶体物理学（如晶体光学）、晶体化学（又称结晶化学）、晶体生长理论与技术（如晶体制备）、描述晶体学、实际晶体理论与应用等分支组成。 几何晶体学是晶体学的基础理论，形成于19世纪中叶，以对称性理论（宏观对称性和微观对称性）为基础，包括空间群、晶系、点阵型等。 2. 如何鉴定宝石 ????宝石有天然的和人工的。如何区别天然的和人工的宝石呢？比如钻石，天然与人工的钻石在成分、硬度、密度上都相同，鉴别难度大。但借助于X射线仪可以区别：人造钻石发黄色荧光和磷光，而天然的钻石发蓝色荧光。钻石是亲油的，用笔或牙签蘸一点油再涂在钻石表面上，油会融在钻石表面上，而假钻石就会呈小油珠。如果往钻石表面蘸水，水会呈小珠状，而假钻石的表面水会分散流走。钻石的化学成分是碳。 真假红、蓝宝石也可以区别。一般认为，红宝石和蓝宝石是仅次于钻石的珍贵宝石，也是最主要的宝石种类之一。从矿物学观点看，它们都是刚玉晶体类的矿物，只是颜色不同而已。所谓红宝石是指具有红宝石质量的红色刚玉；而蓝宝石的涵义比较广泛，它包括了除红色之外的具有宝石质量的任何颜色的刚玉。 ????真正的红、蓝宝石，属于三方晶系，化学成分是三氧化二铝，和刚玉的化学成分相同。天然红蓝宝石在生长过程中表面可形成大大小小的凹坑；而人工的就没这种现象，但可出现一层又一层的“圆弧形生长线”，如果在宝石表面看到这些线状构造，就可断定这不是真的宝石。此外，天然的红、蓝宝石在结晶过程中，周围有一些其他天然矿物晶体，这些矿物常被包入红、蓝宝石晶体中成为包体。这些包体有两大特点：一是呈带棱角的晶形；二是常按一定方向排列，彼此以60°角相交。肉眼观看时，好像红、蓝宝表面有着许多丝状物，这恰恰是真宝石的重要标志。 ????相反，人造红、蓝宝石中也可出现包体，它的包体不是各种矿物，而是气泡，气泡的出现通常无规律、密集成群，也可孤立出现。 在实验室里可通过光谱仪来鉴定天然和人造的红、蓝宝石。专业技术人员认为，天然红、蓝宝石在分光镜中光谱的蓝色部分可见到波长450 mm的黑线，这一定是真的天然红、蓝宝石。如果没有这条吸收黑线，那一定是假货——人造红、蓝宝石。 3. 关于晶胞 （1）晶胞具有平移性 ????用锤子轻轻敲击具有整齐外形的晶体（如方解石），会发现晶体劈裂出现的新晶面与某一原晶面是平行的，这种现象叫做晶体的解理性。古人由晶体解理性猜测，晶体是由无数肉眼看不见的，形状、大小、取向相同的微小几何体堆积而成的，后来，这种观念发展成晶胞的概念——整块晶体是由完全等同的晶胞无隙并置地堆积而成的。“完全等同”可从“化学上等同”和“几何上等同”两个方面来理解。“化学上等同”指晶胞里原子的数目和种类完全等同；“几何上等同”既指所有晶胞的形状、取向、大小等同，而且指晶胞里原子的排列（包括空间取向）完全等同。“无隙并置”即一个晶胞与它的相邻晶胞是完全共顶角、共面、共棱的，取向一致，无间隙，从一个晶胞到另一个晶胞只需平移，不需转动，进行或不进行平移操作，整个晶体的微观结构不可区别。晶胞的这种本质属性可归纳为晶胞具有平移性。 [例3-1]? 图3-1中的晶胞是指实线小立方体呢还是指虚线大立方体？为什么？ ? 图3-1哪个是氯化钠晶胞？哪个是金刚石晶胞？ [答]? 图3-1中的小立方体不具有平移性，因为它与相邻的小立方体并非等同。相反，大立方体才具有平移性，在它的上下左右前后都有无隙并置的完全等同的立方体，只是没有画出来而已，因此大立方体才是晶胞，小立方体不是晶胞。 ????晶胞具有相同的顶角、相同的平行面和相同的平行棱是晶胞平移性这一本质特征的必然推论。这里的所谓“相同”，包括“化学上相同”（原子或分子相同）和“几何上相同”（原子的排列与取向），不具有平移性就不是晶胞。 （2）晶胞中原子的坐标与计数 ????原子在晶胞中的位置，科学的表述是原子坐标。坐标必定是对应于一个参考系的术语。晶胞的参考系的原点，习惯上取在晶胞的左-后-下顶角上，并把相交于这个原点的晶胞的三根棱按右手坐标定为a、b、c，通常以向前方（指向观察者）为+a，向右为+b，向上为+c（但并非必定如此，这只是大多数情况下的习惯画法，a、b、c的指向可以改变，但原点和右手坐标系一般不改变，否则利用计算机程序画晶胞时会出现混乱）。在这样一个坐标系中，原子的坐标就是指向量和xa+yb+zc中的（x,y,z）三数组的三个数字。例如，原点的坐标是0，0，0；体心的坐标是1/2，1/2，1/2；等等。如图32画了15个原子，然而，若考察原子坐标，却只有4种原子坐标，可见图中的晶胞只有4个原子！ 图3-2晶胞中的原子坐标与计数举例 ??