晶体的定义是什么及结构

　　晶体的分布非常广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。下面是百分网小编给大家整理的晶体的简介，希望能帮到大家!

　　晶体的定义

　　晶体(crystal)是有大量微观物质单位(原子、离子、分子等)按一定规则有序排列的结构，因此可以从结构单位的大小来研究判断排列规则和晶体形态。

　　晶体的结构

　　晶体按其结构粒子和作用力的不同可分为四类：离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体。

　　固体可分为晶体、非晶体和准晶体三大类。

　　具有整齐规则的几何外形、固定熔点和各向异性的固态物质，是物质存在的一种基本形式。固态物质是否为晶体，一般可由X射线衍射法予以鉴定。

　　晶体内部结构中的质点(原子、离子、分子、原子团)有规则地在三维空间呈周期性重复排列，组成一定形式的晶格，外形上表现为一定形状的几何多面体。组成某种几何多面体的平面称为晶面，由于生长的条件不同，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)是一定的，称为晶面角不变原理。

　　晶体按其内部结构可分为七大晶系和14种晶格类型。晶体都有一定的对称性，有32种对称元素系，对应的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、干冰和各种金属等。同一晶体也有单晶和多晶(或粉晶)的区别。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，所有物质都是由原子或分子构成的。众所周知，物质有三种聚集形态：气体、液体和固体。但是，你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、非晶体和准晶体三大类。

　　几何形状

　　晶体通常呈现规则的几何形状，就像有人特意加工出来的一样。其内部原子的排列十分规整严格，比士兵的方阵还要整齐得多。如果把晶体中任意一个原子沿某一方向平移一定距离，必能找到一个同样的原子。而玻璃、珍珠、沥青、塑料等非晶体，内部原子的排列则是杂乱无章的。准晶体是发现的一类新物质，其内部排列既不同于晶体，也不同于非晶体。

　　究竟什么样的物质才能算作晶体呢?首先，除液晶外，晶体一般是固体形态。其次，组成物质的原子、分子或离子具有规律、周期性的排列，这样的物质就是晶体。

　　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?一种最常用的技术是X光技术。用X光对固体进行结构分析，你很快就会发现，晶体和非晶体、准晶体是截然不同的三类固体。

　　为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来，就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架，称为晶格。由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的最小单元，这个最小单元就叫作晶胞。许多取向相同的晶胞组成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家最常见到的一般是多晶体。

　　由于物质内部原子排列的明显差异，导致了晶体与非晶体物理化学性质的巨大差异。例如，晶体有固定的熔点，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的熔点，从软化到熔化是一个较大的温度范围。

　　晶体的特征

　　晶体的分布非常广泛，自然界的固体物质中，绝大多数是晶体。气体、液体和非晶物质在一定的合适条件下也可以转变成晶体。

　　1.长程有序：晶体内部原子在至少在微米级范围内的规则排列。

　　2.均匀性：晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。

　　3.各向异性：晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。

　　4.对称性：晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。

　　5.自限性：晶体具有自发地形成封闭几何多面体的特性。

　　6.解理性：晶体具有沿某些确定方位的'晶面劈裂的性质。

　　7.最小内能：成型晶体内能最小。

　　8.晶面角守恒：属于同种晶体的两个对应晶面之间的夹角恒定不变。

　　具体介绍：

　　均一性和异向性

　　因为晶体是具有格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点分布是相同的，所以同一晶体的各个部分的性质是相同的，此即晶体的均一性；同一晶体格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不相同的，晶体的性质也随方向的不同而有所差异，此即晶体的异向性。

　　最小内能与稳定性

　　晶体与同种物质的非晶体、液体、气体比较，具有最小内能。晶体是具有格子构造的固体，其内部质点作规律排列。这种规律排列的质点是质点间的引力与斥力达到平衡，使晶体的各个部分处于位能最低的结果。

　　对称性

　　晶体的对称表现在晶体中相等的晶面，晶棱和角顶有规律的重复出现。这是由于它具有规律的格子构造。是其在三维空间周期性重复的体现。既晶体的对称性不仅表现在外部形态上，而且其内部构造也同样也是对称的。

　　在晶体的外形以及其他宏观表现中还反映了晶体结构的对称性。晶体的理想外形或其结构都是对称图象。这类图象都能经过不改变其中任何两点间距离的操作後复原。这样的操作称为对称操作，

　　在晶体结构中空间点阵所代表的是与平移有关的对称性，此外，还可以含有与旋转、反映和倒反有关并能在宏观上反映出来的对称性，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。制约的结果有二：

　　（1）晶体结构中只能存在1、2、3、4和6次对称轴，

　　（2）空间点阵只能有14种形式。n次对称轴的基本旋转操作为旋转360°/n，因此，晶体能在外形和宏观中反映出来的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的点阵畸变以及一定的缺陷，基本结构虽然仍符合上述规则性，但绝不是如设想的那样完整无缺，存在数目不同的各种形式的晶体缺陷。另外还必须指出，绝大多数工业用的金属材料不是只由一个巨大的单晶所构成，而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的近邻隔开。这种界面称晶粒间界，简称晶界。晶界厚度约为两三个原子。大多数天然晶体都是一个原子接一个原子或一个分子接一个分子来完成的但是JillianBanfield和同事们发现了一些晶体，它们是由含有成百上千个原子的“预制”纳米晶体装配而成。据一篇相关的研究评述，这种晶体的块生长方式可能会对制造用于光学和电子设备(比如激光或硬盘)的人工材料有用。水铁石（ferrihydrite）的天然的预制晶体是由细菌合成的，在被水淹了的矿的烂泥里能找到，水铁石靠排列的纳米晶体连接起来而生长。这种生长晶体的方式引入特有的缺陷，可能会影响晶体在以后反应中的性质。

　　晶体种类

　　晶体的一些性质取决于将分子联结成固体的结合力。这些力通常涉及原子或分子的最外层的电子（或称价电子）的相互作用。如果结合力强，晶体有较高的熔点。如果它们稍弱一些，晶体将有较低的熔点，也可能较易弯曲和变形。如果它们很弱，晶体只能在很低温度下形成，此时分子可利用的能量不多。

　　有四种主要的晶体键。离子晶体由正离子和负离子构成，靠不同电荷之间的引力（离子键）结合在一起。氯化钠是离子晶体的一例。原子晶体（共价晶体）的原子或分子共享它们的价电子（共价键）。钻石、锗和硅是重要的共价晶体。金属晶体是金属的原子变为离子，被自由的价电子所包围，它们能够容易地从一个原子运动到另一个原子，可形象的描述为沉浸在自由电子的海洋里（金属键）。当这些电子全在同一方向运动时，它们的运动称为电流。分子晶体的分子完全不分享它们的电子。它们的结合是由于从分子的一端到另一端电场有微小的变动。因为这个结合力很弱（范德华力和氢键），这些晶体在很低的温度下就熔化，且硬度极低。典型的分子结晶如固态氧和冰。

　　在离子晶体中，电子从一个原子转移到另一个原子。共价晶体的原子分享它们的价电子。金属原子的一端有少量的负电荷，另一端有少量的正电荷。一个弱的电引力使分子就位。

　　用来制作工业用的晶体的技术之一，是从熔液中生长。籽晶可用来促进单晶体的形成。在这个工序里，籽晶降落到装有熔融物质的容器中。籽晶周围的熔液冷却，它的分子就依附在籽晶上。这些新的晶体分子承接籽晶的取向，形成了一个大的单晶体。蓝宝石和红宝石的基本成分是氧化铝，它的熔点高，制成一个盛装它的熔液的容器是困难的。人工合成蓝宝石和红宝石是用维尔纳叶法（焰熔法）制成，即将氧化铝粉和少量上色用的钛、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℃的温度和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的硅晶体。一个单晶体垂直悬挂在硅棒的顶端上。在两者接触处加热，棒的顶端熔化，并在单晶体上重结晶，然后将加热处慢慢地沿棒下移。

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