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                                                                              晶體有哪些基本性質

                                                                              • 作者:admin
                                                                              • 發布時間:2021年09月20日
                                                                              • 點擊:1837次

                                                                              由于一切晶體內部質點的排列都遵循格子構造的規律而與其他物質相區別,因此所有晶體應該具有一些由格子構造所決定的共同區別于其他物質的性質,我們把這些性質稱為晶體的基本性質?,F簡述如下。

                                                                              1.自限性

                                                                              晶體的自限性(self-confinement)是指晶體在合適條件下生長時總能自發地形成具有一定凸幾何多面體外形的性質。在晶體的凸幾何多面體上,平整的面稱為晶面,兩個晶面的交線稱為晶棱,晶棱匯聚成的尖頂稱為角頂。晶面數(F)、晶棱數(E)和角頂數(V)的關系符合歐拉定律:

                                                                              F+V=E+2

                                                                              晶體的幾何多面體形態,是晶體內部格子構造的外部表現。晶體外形上的晶面、晶棱與角頂,實際上對應著格子構造中的面網、行列及結點。晶體的格子構造及其所制約的凸多面體形態均服從于一定的結晶學規律。

                                                                              應當注意的是,準晶體也具有自限性。

                                                                              2.均一性

                                                                              晶體的均一性(homogeneity)是指同一晶體的任何部位其性質是完全相同的。例如,假定我們把一個晶體分成許多小晶塊,那么每一塊這樣的小晶塊的物理性質與化學性質都是相同的。這主要是因為在晶體的各個部分都具有相同的格子構造,也即各部分的質點分布相同,因此性質也相同。

                                                                              若設在x處和x+x′處取得小晶體,則晶體的均一性可作如下數學表示:

                                                                              F(x)≡F(x+x′)

                                                                              這里的F為相應晶塊的化學組成和物理性質。

                                                                              必須注意的是,非晶質體也具有均一性,如玻璃的不同部分在折射率、膨脹系數、熱導率等性質方面都是相同的。但非晶質體的這種均一性是統計意義上的、平均近似的均一性,稱為統計均一性,它與晶體由內部格子構造決定的嚴格的結晶均一性有著本質的區別,而與液體和氣體的統計均一性相似。

                                                                              3.異向性

                                                                              晶體的異向性(anisotropy)指晶體的性質因觀察方向的不同而表現出差異的特性。同一礦物在不同方向上其解理的發育程度存在明顯的差別,這是晶體異向性最明顯的例子。晶體的凸6多面體形態也是其異向性的表現。此外,晶體的刻劃硬度,只要作精確的測定,都可以發現隨刻劃方向的不同而異,其中最明顯的例子是藍晶石。在平行藍晶石晶體延長方向上,其摩斯硬度值約為4,而在垂直晶體延長方向上,其摩斯硬度值約為6,故藍晶石又被稱為二硬石。

                                                                              由格子構造規律我們知道,晶體結構中質點排列方式和間距,在相互平行的方向上都是一致的,但在不相平行的方向上,一般來說都是有差異的。因此,當沿不同方向進行觀察時,晶體的各項性質將表現出一定的差異,這就是晶體具有各向異性的根源。

                                                                              4.對稱性

                                                                              晶體的對稱性(symmetry)是指晶體中的相同部分或性質在不同的方向或位置上有規律地重復出現的特性。我們常??梢钥吹?,在一個晶體的不同方向出現形狀和大小完全相同的晶面,這就是晶體外形上的一種對稱性。其實,晶體內部質點在三維空間周期性平移重復排列本身就是一種微觀的對稱性,盡管晶體結構中質點的排列在不同方向上一般是有差異的,但并不排斥其在某些特定方向上的重復。因此,晶體的宏觀對稱性是其微觀對稱性的體現,是晶體最重要的性質,也是晶體對稱分類的基礎。有關晶體的對稱性,將在第四章中作進一步的討論。

                                                                              5.最小內能性

                                                                              晶體的最小內能性(minimum internal energy)是指,在相同的熱力學條件下,較之于同種化學成分的氣體、液體及非晶體而言,晶體的內能最小。這從晶體熔融時要吸熱、熔體結晶時會放熱得到部分的直觀證明。

                                                                              晶體具有最小內能主要是因為,晶體內部質點在三維空間呈周期性重復的規律排列,這種規則排列是質點間的引力和斥力達到平衡的結果。在此情況下,無論是使質點間的距離增大或是減小,都將導致質點的勢能增加。至于氣體、液體和非晶質體,由于它們內部質點的排列是無規則的,因此質點間的距離不等于平衡距離,因而它們的勢能比晶體大。這就意味著,在相同的熱力學條件下,晶體的內能應為最小。

                                                                              6.穩定性

                                                                              晶體的穩定性(stability)是指,對于化學組成相同但處于不同物態下的物質而言,以晶體最為穩定。例如,非晶體可以自發轉化為晶體,釋放出能量,而晶體不可能自發轉化為其他物態。

                                                                              晶體的穩定性是晶體具有最小內能的必然結果,而從根本上講,它也是由晶體的格子構造規律所決定的。

                                                                              晶體因其內部質點已達到平衡位置,具有最小內能,要破壞晶體的這種狀態,就必須從外界吸收能量,如加熱等。同時,由于使晶體中每個質點脫離平衡位置所需能量都是相等的,因此每種晶質體都有自己確定的熔點(非晶質體沒有固定的熔點)。與此相反,無論氣體、液體或是非晶質體,由于它們內部質點未達平衡位置,當使它們的質點趨向于規則排列而達到平衡位置,亦即向晶體轉化時,必定會釋放出多余的能量。所以,根據熱力學定律,結晶態是最穩定的物態,它不會自發地轉化為其他物態。

                                                                               


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