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材料化学与工艺02a
第二章晶体结构
本章推荐参考书
唐小真主编,材料化学导论,高等教育出
版社
苏勉曾编著,固体化学导论,北京大学出
版社
张孝文等编著,固体材料结构基础,中国
建筑工业出版社
2.1 固体材料的分类
固体材料可以按照其中原子排列的有序
程度分为晶态和非晶态两大类。
一个明显的弯曲标志着随着温度的下
降体系中发生了相变:在沸腾温度处
首先发生气相到液相的转变。
随着温度的继续降低,
注意到曲线的斜率应该对应于体系的 液体的体积连续减小。
热膨胀系数:固体的热膨胀系数小于
液体。
液体在缓慢降温过程中形成晶体。在这
一过程中,原子有足够的时间发生重排,因
此形成的固体中原子的排列呈有序状态。
液体在急冷过程中形成非晶体。在这一
过程中,原子没有足够的时间发生重排,因
此形成的固体中原子的排列呈无序状态。
晶体和非晶体的根本区别
晶态材料具有长程有序的点阵结构,其
组成原子或基元处于一定格式空间排列的状
态;
非晶态材料则象液体那样,只有在几个
原子间距量级的短程范围内具有原子有序的
状态。(短程有序)
2.2 几何晶体学
简单的历史回顾
人类最早使用的材料是天然的石块。在采集石块
的同时也就发现了各种具有规则外形的石头。人
们把这些具有规则外形的石头称为晶体。
在我国周口店的中国猿人遗址就发现了用水晶等
晶体制成的工具。这是人类认识晶体的开始。因
此,晶体是一个非常古老的名词。
无色的六面体食盐是最普通的同时也是最重要的
一种晶体。盐对于生命来说是必不可少的,而在
所有文化形态中,盐又历来具有某种象征的性质。
“salary” =“买盐的钱”。
晶面角守恒定律
晶体最初给人们的印象就是具有规则外形,而
对晶体开展的研究也是从这些规则外形开始的。
1669 年,一个叫做斯丹诺(Nicolas Steno) 的意
大利人对水晶进行了仔细的研究后发现:尽管
不同的石英晶体,其晶面的大小、形状、个数
都可能会有所不同,但是相应的晶面之间的夹
角都是固定不变的。
当前无法显示此图像。
天然的水晶(石英晶体) 可以有各种不同的外形
尽管不同的石英晶体,其晶面的大小、形状、个
数都可能会有所不同,但是相应的晶面之间的夹
角都是固定不变的
其中的a 晶面和b 晶面之间的夹角总是14147,
b 晶面和c 晶面之间的夹角总是12000,而c 晶
面和a 晶面之间的夹角总是11308。
此后,人们对各种不同的晶体进行了大量
的观察,发现类似的规律对于其他的晶体
也是存在。这就诞生了结晶学上的第一条
经验定律 晶面角守恒定律
在同一温度下,同一种物质所形
成的晶体,其相同晶面的夹角是
一个常数。
晶面角守恒定律是晶体学中最重要的定律之一,它
揭露了晶体外形的一种重要的规律性,从而指导人
们怎样去定量地、系统地研究各式各样的晶体。
在19 世纪初,在晶面角守恒定律的启发下,
晶体测角工作曾盛极一时,大量天然矿物和人
工晶体的精确观测数据就是在这个阶段获得的。
这些数据为进一步发现晶体外形的规律性(特
别是关于晶体对称性的规律) 创造了条件。
直至今天,测定晶面角仍然是从晶体外形来鉴
别各种不同矿物的一种常用的可靠方法,为此
人们还设计制作了一些晶体测角仪,专门用于
这一目的。
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