晶體的定義是什么及結(jié)構(gòu)

　　晶體的分布非常廣泛，自然界的固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)是晶體。下面是百分網(wǎng)小編給大家整理的晶體的簡(jiǎn)介，希望能幫到大家!

　　晶體的定義

　　晶體(crystal)是有大量微觀物質(zhì)單位(原子、離子、分子等)按一定規(guī)則有序排列的結(jié)構(gòu)，因此可以從結(jié)構(gòu)單位的大小來(lái)研究判斷排列規(guī)則和晶體形態(tài)。

　　晶體的結(jié)構(gòu)

　　晶體按其結(jié)構(gòu)粒子和作用力的不同可分為四類：離子晶體、原子晶體、分子晶體和金屬晶體。

　　固體可分為晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。

　　具有整齊規(guī)則的幾何外形、固定熔點(diǎn)和各向異性的固態(tài)物質(zhì)，是物質(zhì)存在的一種基本形式。固態(tài)物質(zhì)是否為晶體，一般可由X射線衍射法予以鑒定。

　　晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點(diǎn)(原子、離子、分子、原子團(tuán))有規(guī)則地在三維空間呈周期性重復(fù)排列，組成一定形式的晶格，外形上表現(xiàn)為一定形狀的幾何多面體。組成某種幾何多面體的平面稱為晶面，由于生長(zhǎng)的條件不同，晶體在外形上可能有些歪斜，但同種晶體晶面間夾角(晶面角)是一定的，稱為晶面角不變?cè)�理�?/p>

　　晶體按其內(nèi)部結(jié)構(gòu)可分為七大晶系和14種晶格類型。晶體都有一定的對(duì)稱性，有32種對(duì)稱元素系，對(duì)應(yīng)的對(duì)稱動(dòng)作群稱做晶體系點(diǎn)群。按照內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)間作用力性質(zhì)不同，晶體可分為離子晶體、原子晶體、分子晶體、金屬晶體等四大典型晶體，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。同一晶體也有單晶和多晶(或粉晶)的區(qū)別。在實(shí)際中還存在混合型晶體。說到晶體，還得從結(jié)晶談起。大家知道，所有物質(zhì)都是由原子或分子構(gòu)成的。眾所周知，物質(zhì)有三種聚集形態(tài)：氣體、液體和固體。但是，你知道根據(jù)其內(nèi)部構(gòu)造特點(diǎn)，固體又可分為幾類嗎?研究表明，固體可分為晶體、非晶體和準(zhǔn)晶體三大類。

　　幾何形狀

　　晶體通常呈現(xiàn)規(guī)則的幾何形狀，就像有人特意加工出來(lái)的一樣。其內(nèi)部原子的排列十分規(guī)整嚴(yán)格，比士兵的方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個(gè)原子沿某一方向平移一定距離，必能找到一個(gè)同樣的原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體，內(nèi)部原子的排列則是雜亂無(wú)章的。準(zhǔn)晶體是發(fā)現(xiàn)的一類新物質(zhì)，其內(nèi)部排列既不同于晶體，也不同于非晶體。

　　究竟什么樣的物質(zhì)才能算作晶體呢?首先，除液晶外，晶體一般是固體形態(tài)。其次，組成物質(zhì)的原子、分子或離子具有規(guī)律、周期性的排列，這樣的物質(zhì)就是晶體。

　　但僅從外觀上，用肉眼很難區(qū)分晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體。那么，如何才能快速鑒定出它們呢?一種最常用的技術(shù)是X光技術(shù)。用X光對(duì)固體進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，你很快就會(huì)發(fā)現(xiàn)，晶體和非晶體、準(zhǔn)晶體是截然不同的三類固體。

　　為了描述晶體的結(jié)構(gòu)，我們把構(gòu)成晶體的原子當(dāng)成一個(gè)點(diǎn)，再用假想的線段將這些代表原子的各點(diǎn)連接起來(lái)，就繪成了像圖中所表示的格架式空間結(jié)構(gòu)。這種用來(lái)描述原子在晶體中排列的幾何空間格架，稱為晶格。由于晶體中原子的排列是有規(guī)律的，可以從晶格中拿出一個(gè)完全能夠表達(dá)晶格結(jié)構(gòu)的最小單元，這個(gè)最小單元就叫作晶胞。許多取向相同的晶胞組成晶粒，由取向不同的晶粒組成的物體，叫做多晶體，而單晶體內(nèi)所有的晶胞取向完全一致，常見的單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到的一般是多晶體。

　　由于物質(zhì)內(nèi)部原子排列的明顯差異，導(dǎo)致了晶體與非晶體物理化學(xué)性質(zhì)的巨大差異。例如，晶體有固定的熔點(diǎn)，當(dāng)溫度高到某一溫度便立即熔化;而玻璃及其它非晶體則沒有固定的熔點(diǎn)，從軟化到熔化是一個(gè)較大的溫度范圍。

　　晶體的特征

　　晶體的分布非常廣泛，自然界的固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)是晶體。氣體、液體和非晶物質(zhì)在一定的合適條件下也可以轉(zhuǎn)變成晶體。

　　1.長(zhǎng)程有序：晶體內(nèi)部原子在至少在微米級(jí)范圍內(nèi)的規(guī)則排列。

　　2.均勻性：晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的。

　　3.各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。

　　4.對(duì)稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對(duì)稱性。

　　5.自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。

　　6.解理性：晶體具有沿某些確定方位的'晶面劈裂的性質(zhì)。

　　7.最小內(nèi)能：成型晶體內(nèi)能最小。

　　8.晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個(gè)對(duì)應(yīng)晶面之間的夾角恒定不變。

　　具體介紹：

　　均一性和異向性

　　因?yàn)榫�體是具有格子構(gòu)造的固體，同一晶體的各個(gè)部分質(zhì)點(diǎn)分布是相同的，所以同一晶體的各個(gè)部分的性質(zhì)是相同的，此即晶體的均一性；同一晶體格子中，在不同的方向上質(zhì)點(diǎn)的排列一般是不相同的，晶體的性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異，此即晶體的異向性。

　　最小內(nèi)能與穩(wěn)定性

　　晶體與同種物質(zhì)的非晶體、液體、氣體比較，具有最小內(nèi)能。晶體是具有格子構(gòu)造的固體，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)作規(guī)律排列。這種規(guī)律排列的質(zhì)點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)間的引力與斥力達(dá)到平衡，使晶體的各個(gè)部分處于位能最低的結(jié)果。

　　對(duì)稱性

　　晶體的對(duì)稱表現(xiàn)在晶體中相等的晶面，晶棱和角頂有規(guī)律的重復(fù)出現(xiàn)。這是由于它具有規(guī)律的格子構(gòu)造。是其在三維空間周期性重復(fù)的體現(xiàn)。既晶體的對(duì)稱性不僅表現(xiàn)在外部形態(tài)上，而且其內(nèi)部構(gòu)造也同樣也是對(duì)稱的。

　　在晶體的外形以及其他宏觀表現(xiàn)中還反映了晶體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性。晶體的理想外形或其結(jié)構(gòu)都是對(duì)稱圖象。這類圖象都能經(jīng)過不改變其中任何兩點(diǎn)間距離的操作後復(fù)原。這樣的操作稱為對(duì)稱操作，

　　在晶體結(jié)構(gòu)中空間點(diǎn)陣所代表的是與平移有關(guān)的對(duì)稱性，此外，還可以含有與旋轉(zhuǎn)、反映和倒反有關(guān)并能在宏觀上反映出來(lái)的對(duì)稱性，稱為宏觀對(duì)稱性，它在晶體結(jié)構(gòu)中必須與空間點(diǎn)陣共存，并互相制約。制約的結(jié)果有二：

　�。�1）晶體結(jié)構(gòu)中只能存在1、2、3、4和6次對(duì)稱軸，

　�。�2）空間點(diǎn)陣只能有14種形式。n次對(duì)稱軸的基本旋轉(zhuǎn)操作為旋轉(zhuǎn)360°/n，因此，晶體能在外形和宏觀中反映出來(lái)的軸對(duì)稱性也只限于這些軸次。

　　由于原子并不處于靜止?fàn)顟B(tài)，存在著外來(lái)原子引起的點(diǎn)陣畸變以及一定的缺陷，基本結(jié)構(gòu)雖然仍符合上述規(guī)則性，但絕不是如設(shè)想的那樣完整無(wú)缺，存在數(shù)目不同的各種形式的晶體缺陷。另外還必須指出，絕大多數(shù)工業(yè)用的金屬材料不是只由一個(gè)巨大的單晶所構(gòu)成，而是由大量小塊晶體組成,即多晶體。在整塊材料內(nèi)部，每個(gè)小晶體（或稱晶粒）整個(gè)由三維空間界面與它的近鄰隔開。這種界面稱晶粒間界，簡(jiǎn)稱晶界。晶界厚度約為兩三個(gè)原子。大多數(shù)天然晶體都是一個(gè)原子接一個(gè)原子或一個(gè)分子接一個(gè)分子來(lái)完成的但是JillianBanfield和同事們發(fā)現(xiàn)了一些晶體，它們是由含有成百上千個(gè)原子的“預(yù)制”納米晶體裝配而成。據(jù)一篇相關(guān)的研究評(píng)述，這種晶體的塊生長(zhǎng)方式可能會(huì)對(duì)制造用于光學(xué)和電子設(shè)備(比如激光或硬盤)的人工材料有用。水鐵石（ferrihydrite）的天然的預(yù)制晶體是由細(xì)菌合成的，在被水淹了的礦的爛泥里能找到，水鐵石靠排列的納米晶體連接起來(lái)而生長(zhǎng)。這種生長(zhǎng)晶體的方式引入特有的缺陷，可能會(huì)影響晶體在以后反應(yīng)中的性質(zhì)。

　　晶體種類

　　晶體的一些性質(zhì)取決于將分子聯(lián)結(jié)成固體的結(jié)合力。這些力通常涉及原子或分子的最外層的電子（或稱價(jià)電子）的相互作用。如果結(jié)合力強(qiáng)，晶體有較高的熔點(diǎn)。如果它們稍弱一些，晶體將有較低的熔點(diǎn)，也可能較易彎曲和變形。如果它們很弱，晶體只能在很低溫度下形成，此時(shí)分子可利用的能量不多。

　　有四種主要的晶體鍵。離子晶體由正離子和負(fù)離子構(gòu)成，靠不同電荷之間的引力（離子鍵）結(jié)合在一起。氯化鈉是離子晶體的一例。原子晶體（共價(jià)晶體）的原子或分子共享它們的價(jià)電子（共價(jià)鍵）。鉆石、鍺和硅是重要的共價(jià)晶體。金屬晶體是金屬的原子變?yōu)殡x子，被自由的價(jià)電子所包圍，它們能夠容易地從一個(gè)原子運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)原子，可形象的描述為沉浸在自由電子的海洋里（金屬鍵）。當(dāng)這些電子全在同一方向運(yùn)動(dòng)時(shí)，它們的運(yùn)動(dòng)稱為電流。分子晶體的分子完全不分享它們的電子。它們的結(jié)合是由于從分子的一端到另一端電場(chǎng)有微小的變動(dòng)。因?yàn)檫@個(gè)結(jié)合力很弱（范德華力和氫鍵），這些晶體在很低的溫度下就熔化，且硬度極低。典型的分子結(jié)晶如固態(tài)氧和冰。

　　在離子晶體中，電子從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子。共價(jià)晶體的原子分享它們的價(jià)電子。金屬原子的一端有少量的負(fù)電荷，另一端有少量的正電荷。一個(gè)弱的電引力使分子就位。

　　用來(lái)制作工業(yè)用的晶體的技術(shù)之一，是從熔液中生長(zhǎng)。籽晶可用來(lái)促進(jìn)單晶體的形成。在這個(gè)工序里，籽晶降落到裝有熔融物質(zhì)的容器中。籽晶周圍的熔液冷卻，它的分子就依附在籽晶上。這些新的晶體分子承接籽晶的取向，形成了一個(gè)大的單晶體。藍(lán)寶石和紅寶石的基本成分是氧化鋁，它的熔點(diǎn)高，制成一個(gè)盛裝它的熔液的容器是困難的。人工合成藍(lán)寶石和紅寶石是用維爾納葉法（焰熔法）制成，即將氧化鋁粉和少量上色用的鈦、鐵或鉻粉，通過火焰下滴到籽晶上�；鹧鎸⒎廴劢�，然后在籽晶上重新結(jié)晶。

　　生長(zhǎng)人造鉆石需要高于1600℃的溫度和60000倍大氣壓。人造鉆石砂粒小且黑，它們適宜工業(yè)應(yīng)用。區(qū)域熔化過程用來(lái)純化半導(dǎo)體工業(yè)中的硅晶體。一個(gè)單晶體垂直懸掛在硅棒的頂端上。在兩者接觸處加熱，棒的頂端熔化，并在單晶體上重結(jié)晶，然后將加熱處慢慢地沿棒下移。