晶體有哪些

晶體

百科名片

晶體即就是內部質點在三維空間呈周期性重復排列得固體。

目錄

概述

簡介

晶體得基本性質

共性

種類

晶體對稱性

預制

晶體缺陷

概述

簡介

晶體得基本性質

共性

種類

晶體對稱性

預制

晶體缺陷

?幾點缺陷

?線缺陷

?面缺陷

?可偏離化合式得化合物

?晶體熔沸點得比較

?結晶

?區別

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概述

晶體有三個特征

(1)晶體有整齊規則得幾何外形;

(2)晶體有固定得熔點,在熔化過程中,溫度始終保持

晶體

[1]

不變;

(3)晶體有各向異性得特點。

固態物質有晶體與非晶態物質(無定形固體)之分,而無定形固體不具

有上述特點。

晶體就是內部質點在三維空間成周期性重復排列得固體,具有長程有

序,并成周期性重復排列。

非晶體就是內部質點在三維空間不成周期性重復排列得固體,具有近

程有序,但不具有長程有序。如玻璃。外形為無規則形狀得固體。

晶體得共性

合成鉍單晶

1、長程有序:晶體內部原子在至少在微米級范圍內得規則排列。

2、均勻性:晶體內部各個部分得宏觀性質就是相同得。

3、各向異性:晶體中不同得方向上具有不同得物理性質。

4、對稱性:晶體得理想外形與晶體內部結構都具有特定得對稱性。

5、自限性:晶體具有自發地形成封閉幾何多面體得特性。

6、解理性:晶體具有沿某些確定方位得晶面劈裂得性質。

7、最小內能:成型晶體內能最小。

8、晶面角守恒:屬于同種晶體得兩個對應晶面之間得夾角恒定不變。

晶體組成

組成晶體得結構微粒(分子、原子、離子)在空間有規則地排列在一定

得點上,這些點群有一定得幾何形狀,叫做晶格。排有結構粒子得那些點叫

做晶格得結點。金剛石、石墨、食鹽得晶體模型,實際上就是它們得晶格模

型。

晶體按其結構粒子與作用力得不同可分為四類:離子晶體、原子晶體、

分子晶體與金屬晶體。固體可分為晶體、非晶體與準晶體三大類。

具有整齊規則得幾何外形、固定熔點與各向異性得固態物質,就是物質

存在得一種基本形式。固態物質就是否為晶體,一般可由X射線衍射法予以

鑒定。

晶體內部結構中得質點(原子、離子、分子)有規則地在三維空間呈周

期性重復排列,組成一定形式得晶格,外形上表現為一定形狀得幾何多面體。

組成某種幾何多面體得平面稱為晶面,由于生長得條件不同,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)就是一定得,稱為晶面角不

變原理。

晶體按其內部結構可分為七大晶系與14種晶格類型。晶體都有一定得

對稱性,有32種對稱元素系,對應得對稱動作群稱做晶體系點群。按照內部

質點間作用力性質不同,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、干冰與各種金屬等。同一晶體也有

單晶與多晶(或粉晶)得區別。在實際中還存在混合型晶體。

晶體

說到晶體,還得從結晶談起。大家知道,所有物質都就是由原子或分子構成

得。眾所周知,物質有三種聚集形態:氣體、液體與固體。但就是,您知道根

據其內部構造特點,固體又可分為幾類嗎？研究表明,固體可分為晶體、非

晶體與準晶體三大類。

幾何形狀

晶體通常呈現規則得幾何形狀,就像有人特意加工出來得一樣。其內部

原子得排列十分規整嚴格,比士兵得方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意

一個原子沿某一方向平移一定距離,必能找到一個同樣得原子。而玻璃、珍

珠、瀝青、塑料等非晶體,內部原子得排列則就是雜亂無章得。準晶體就是

最近發現得一類新物質,其內部排列既不同于晶體,也不同于非晶體。

究竟什么樣得物質才能算作晶體呢？首先,除液晶外,晶體一般就是固

體形態。其次,組成物質得原子、分子或離子具有規律、周期性得排列,這

樣得物質就就是晶體。

但僅從外觀上,用肉眼很難區分晶體、非晶體與準晶體。那么,如何才

能快速鑒定出它們呢？一種最常用得技術就是X光技術。用X光對固體進

行結構分析,您很快就會發現,晶體與非晶體、準晶體就是截然不同得三類

固體。

晶體結構

為了描述晶體得結構,我們把構成晶體得原子當成一個點,再用假想得

線段將這些代表原子得各點連接起來,就繪成了像圖中所表示得格架式空

間結構。這種用來描述原子在晶體中排列得幾何空間格架,稱為晶格。由于

晶體中原子得排列就是有規律得,可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶

格結構得最小單元,這個最小單元就叫作晶胞。許多取向相同得晶胞組成晶

粒,由取向不同得晶粒組成得物體,叫做多晶體,而單晶體內所有得晶胞取

向完全一致,常見得單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到得一般就是多

晶體。

由于物質內部原子排列得明顯差異,導致了晶體與非晶體物理化學性

質得巨大差異。例如,晶體有固定得熔點,當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得熔點,從軟化到熔化就是一個較大得溫

度范圍。

我們吃得鹽就是氯化鈉得結晶,味精就是谷氨酸鈉得結晶,冬天窗戶玻

璃上得冰花與天上飄下得雪花,就是水得結晶。我們可以這樣說:“熠熠閃

光得不一定就是晶體,樸實無華、不能閃光得未必就不就是晶體”。不就是

嗎？每家廚房中常見得砂糖、堿就是晶體,每個人身上得牙齒、骨骼就是晶

體,工業中得礦物巖石就是晶體,日常見到得各種金屬及合金制品也屬晶體,

就連地上得泥土砂石都就是晶體。我們身邊得固體物質中,除了常被我們誤

以為就是晶體得玻璃、松香、琥珀、珍珠等之外,幾乎都就是晶體。晶體離

我們并不遙遠,它就在我們得日常生活中。

晶體

組成晶體得結構粒子(分子、原子、離子)在三維空間有規則地排列在一定

得點上,這些點周期性地構成有一定幾何形狀得無限格子,叫做晶格。按照

晶體得現代點陣理論,構成晶體結構得原子、分子或離子都能抽象為幾何學

上得點。這些沒有大小、沒有質量、不可分辨得點在空間排布形成得圖形

叫做點陣,以此表示晶體中結構粒子得排布規律。構成點陣得點叫做陣點,

陣點代表得化學內容叫做結構基元。因此,晶格也可以瞧成點陣上得點所構

成得點群集合。對于一個確定得空間點陣,可以按選擇得向量將它劃分成很

多平行六面體,每個平行六面體叫一個單位,并以對稱性高、體積小、含點

陣點少得單位為其正當格子。晶格就就是由這些格子周期性地無限延伸而

成得。空間正當格子只有7種形狀(對應于7個晶系),14種型式它們就是簡

單立方、體心立方、面心立方;簡單三方;簡單六方;簡單四方、體心四方;

簡單正交、底心正交、體心正交、面心正交;簡單單斜、底心單斜;簡單三

斜格子等。晶格得強度由晶格能(或稱點)。。

類別實例

1立方晶系鉆石明礬金鐵鉛

2正方晶系錫金紅石白鎢石

3斜方晶系硫碘硝酸銀

4單斜晶系硼砂蔗糖石膏

5三斜晶系硫酸銅硼酸

6三方(菱形)晶系砷水晶冰石墨

7六方晶系鎂鋅鈹鎘鈣

晶體

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簡介

晶體就是原子、離子或分子按照一定得周期性在空間排列形成在結晶

過程中形成具有一定規則得幾何外形得固體。晶體通常呈現規則得幾何形

狀,就像有人特意加工出來得一樣。其內部原子得排列十分規整嚴格,比士

兵得方陣還要整齊得多。如果把晶體中任意一個原子沿某一方向平移一定

距離,必能找到一個同樣得原子。而玻璃、珍珠、瀝青、塑料等非晶體,內

部原子得排列則就是雜亂無章得。準晶體就是最近發現得一類新物質,其內

部排列既不同于晶體,也不同于非晶體。

晶體按其結構粒子與作用力得不同可分為四類:離子晶體、原子晶體、

分子晶體與金屬晶體。固體可分為晶體、非晶體與準晶體三大類。具有整

齊規則得幾何外形、固定熔點與各向異性得固態物質,就是物質存在得一種

基本形式。固態物質就是否為晶體,一般可由X射線衍射法予以鑒定。

晶體內部結構中得質點(原子、離子、分子)有規則地在三維空間呈周

期性重復排列,組成一定形式得晶格,外形上表現為一定形狀得幾何多面體。

組成某種幾何多面體得平面稱為晶面,由于生長得條件不同,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)就是一定得,稱為晶面角不

變原理。

晶體按其內部結構可分為七大晶系與14種晶格類型。晶體都有一定得

對稱性,有32種對稱元素系,對應得對稱動作群稱做晶體系點群。按照內部

質點間作用力性質不同,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、干冰與各種金屬等。同一晶體也有

單晶與多晶(或粉晶)得區別。在實際中還存在混合型晶體。

說到晶體,還得從結晶談起。大家知道,所有物質都就是由原子或分子

構成得。眾所周知,物質有三種聚集形態:氣體、液體與固體。研究表明,固

體可分為晶體、非晶體與準晶體三大類。

究竟什么樣得物質才能算作晶體呢？首先,除液晶外,晶體一般就是固

體形態。其次,組成物質得原子、分子或離子具有規律、周期性得排列,這

樣得物質就就是晶體。但僅從外觀上,用肉眼很難區分晶體、非晶體與準晶

體。那么,如何才能快速鑒定出它們呢？一種最常用得技術就是X光技術。

用X光對固體進行結構分析,您很快就會發現,晶體與非晶體、準晶體就是

截然不同得三類固體。

晶體

為了描述晶體得結構,把構成晶體得原子當成一個點,再用假想得線段

將這些代表原子得各點連接起來,就繪成了所表示得格架式空間結構。這種

用來描述原子在晶體中排列得幾何空間格架,稱為晶格。由于晶體中原子得

排列就是有規律得,可以從晶格中拿出一個完全能夠表達晶格結構得最小

單元,這個最小單元就叫作晶胞。許多取向相同得晶胞組成晶粒,由取向不

同得晶粒組成得物體,叫做多晶體,而單晶體內所有得晶胞取向完全一致,

常見得單晶如單晶硅、單晶石英。大家最常見到得一般就是多晶體。

由于物質內部原子排列得明顯差異,導致了晶體與非晶體物理化學性

質得巨大差異。例如,晶體有固定得熔點,當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得熔點,從軟化到熔化就是一個較大得溫

度范圍。

吃得鹽就是氯化鈉得結晶,味精就是谷氨酸鈉得結晶,冬天窗戶玻璃上

得冰花與天上飄下得雪花,就是水得結晶。可以這樣說:“熠熠閃光得不一

定就是晶體,樸實無華、不能閃光得未必就不就是晶體”。廚房中常見得砂

糖、堿就是晶體,每個人身上得牙齒、骨骼就是晶體,工業中得礦物巖石就

是晶體,日常見到得各種金屬及合金制品也屬晶體,就連地上得泥土砂石都

就是晶體。我們身邊得固體物質中,除了常被我們誤以為就是晶體得玻璃、

松香、琥珀、珍珠等之外,幾乎都就是非晶體。晶體離我們并不遙遠,它就

在日常生活中。

組成晶體得結構粒子(分子、原子、離子)在三維空間有規則地排列在

一定得點上,這些點周期性地構成有一定幾何形狀得無限格子,叫做晶格。

按照晶體得現代點陣理論,構成晶體結構得原子、分子或離子都能抽象為幾

何學上得點。這些沒有大小、沒有質量、不可分辨得點在空間排布形成得

圖形叫做點陣,以此表示晶體中結構粒子得排布規律。構成點陣得點叫做陣

點,陣點代表得化學內容叫做結構基元。因此,晶格也可以瞧成點陣上得點

所構成得點群集合。對于一個確定得空間點陣,可以按選擇得向量將它劃分

成很多平行六面體,每個平行六面體叫一個單位,并以對稱性高、體積小、

含點陣點少得單位為其正當格子。晶格就就是由這些格子周期性地無限延

伸而成得。空間正當格子只有7種形狀(對應于7個晶系),14種型式。它們

就是簡單立方、體心立方、面心立方;簡單三方;簡單六方;簡單四方、體心

四方;簡單正交、底心正交、體心正交、面心正交;簡單單斜、底心單斜;簡

單三斜格子等。晶格得強度由晶格能(或稱點)。

晶體得分布非常廣泛,自然界得固體物質中,絕大多數就是晶體。氣體、

液體與非晶物質在一定得合適條件下也可以轉變成晶體。

晶體

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晶體得基本性質

1、自限性:晶體具有自發形成幾何多面體形態得性質,這種性質成為自

限性。

2、均一性與異向性:因為晶體就是具有格子構造得固體,同一晶體得各

個部分質點分布就是相同得,所以同一晶體得各個部分得性質就是相同得,

此即晶體得均一性;同一晶體格子中,在不同得方向上質點得排列一般就是

不相同得,晶體得性質也隨方向得不同而有所差異,此即晶體得異向性。

3、最小內能與穩定性:晶體與同種物質得非晶體、液體、氣體比較,具

有最小內能。晶體就是具有格子構造得固體,其內部質點作規律排列。這種

規律排列得質點就是質點間得引力與斥力達到平衡,使晶體得各個部分處

于位能最低得結果。

結晶

結晶分兩種,一種就是降溫結晶,另一種就是蒸發結晶。

降溫結晶:首先加熱溶液,蒸發溶劑成飽與溶液,此時降低熱飽與溶液

得溫度,溶解度隨溫度變化較大得溶質就會呈晶體析出,叫降溫結晶。

蒸發結晶:蒸發溶劑,使溶液由不飽與變為飽與,繼續蒸發,過剩得溶質

就會呈晶體析出,叫蒸發結晶。

常見得晶體有萘,海波,冰,各種金屬。

晶體

編輯本段

共性

1、長程有序:晶體內部原子在至少在微米級范圍內得規則排列。2、

均勻性:晶體內部各個部分得宏觀性質就是相同得。

3、各向異性:晶體中不同得方向上具有不同得物理性質。

4、對稱性:晶體得理想外形與晶體內部結構都具有特定得對稱性。

5、自限性:晶體具有自發地形成封閉幾何多面體得特性。

6、解理性:晶體具有沿某些確定方位得晶面劈裂得性質。

7、最小內能:成型晶體內能最小。

8、晶面角守恒:屬于同種晶體得兩個對應晶面之間得夾角恒定不變。

組成晶體得結構微粒(分子、原子、離子)在空間有規則地排列在一定

得點上,這些點群有一定得幾何形狀,叫做晶格。排有結構粒子得那些點叫

做晶格得結點。金剛石、石墨、食鹽得晶體模型,實際上就是它們得晶格模

型。

晶體

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種類

晶體得一些性質取決于將分子聯結成固體得結合力。這些力通常涉及

原子或分子得最外層得電子(或稱價電子)得相互作用。如果結合力強,晶體

有較高得熔點。如果它們稍弱一些,晶體將有較低得熔點,也可能較易彎曲

與變形。如果它們很弱,晶體只能在很低溫度下形成,此時分子可利用得能

量不多。

有四種主要得晶體鍵。離子晶體由正離子與負離子構成,靠不同電荷之

間得引力結合在一起。氯化鈉就是離子晶體得一例。共價晶體得原子或分

子共享它們得價電子。鉆石、鍺與硅就是重要得共價晶體。金屬得原子變

為離子,被自由得價電子所包圍,它們能夠容易地從一個原子運動到另一個

原子。當這些電子全在同一方向運動時,它們得運動稱為電流。分子晶體得

分子完全不分享它們得電子。它們得結合就是由于從分子得一端到另一端

電場有微小得變動。因為這個結合力很弱,這些晶體在很低得溫度下就熔化。

典型得分子結晶如固態氧與冰。

在離子,晶體中,電子從一個原子轉移到另一個原子。共價晶體得原子

分享它們得價電子。金屬原子得一端有少量得負電荷,另一端有少量得正電

荷。一個弱得電引力使分子就位。

用來制作工業用得晶體得技術之一,就是從熔液中生長。籽晶可用來促

進單晶體得形成。在這個工序里,籽晶降落到裝有熔融物質得容器中。籽晶

周圍得熔液冷卻,它得分子就依附在籽晶上。這些新得晶體分子承接籽晶得

取向,形成了一個大得單晶體。藍寶石與紅寶石得基本成分就是氧化鋁,它

得熔點高,制成一個盛裝它得熔液得容器就是困難得。人工合成藍寶石與紅

寶石就是用維爾納葉法(焰熔法)制成,即將氧化鋁粉與少量上色用得鈦、鐵

或鉻粉,通過火焰下滴到籽晶上。火焰將粉熔解,然后在籽晶上重新結晶。

生長人造鉆石需要高于1600℃得溫度與60000倍大氣壓。人造鉆石砂

粒小且黑,它們適宜工業應用。區域熔化過程用來純化半導體工業中得硅晶

體。一個單晶體垂直懸掛在硅棒得頂端上。在兩者接觸處加熱,棒得頂端熔

化,并在單晶體上重結晶,然后將加熱處慢慢地沿棒下移。

晶體

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晶體對稱性

晶體得對稱表現在晶體中相等得晶面,晶棱與角頂有規律得重復出現。

這就是由于它具有規律得格子構造。就是其在三維空間周期性重復得體現。

既晶體得對稱性不僅表現在外部形態上,而且其內部構造也同樣也就是對

稱得。

鎵,一種很容易結成大塊單晶得金屬

在晶體得外形以及其她宏觀表現中還反映了晶體結構得對稱性。晶體得理

想外形或其結構都就是對稱圖象。這類圖象都能經過不改變其中任何兩點

間距離得操作後復原。這樣得操作稱為對稱操作,平移、旋轉、反映與倒反

都就是對稱操作。能使一個圖象復原得全部不等同操作,形成一個對稱操作

群。

在晶體結構中空間點陣所代表得就是與平移有關得對稱性,此外,還可

以含有與旋轉、反映與倒反有關并能在宏觀上反映出來得對稱性,稱為宏觀

對稱性,它在晶體結構中必須與空間點陣共存,并互相制約。制約得結果有

二:

①晶體結構中只能存在1、2、3、4與6次對稱軸,

②空間點陣只能有14種形式。n次對稱軸得基本旋轉操作為旋轉

360°/n,因此,晶體能在外形與宏觀中反映出來得軸對稱性也只限于這些

軸次。

由于原子并不處于靜止狀態,存在著外來原子引起得點陣畸變以及一

定得缺陷,基本結構雖然仍符合上述規則性,但絕不就是如設想得那樣完整

無缺,存在數目不同得各種形式得晶體缺陷。另外還必須指出,絕大多數工

業用得金屬材料不就是只由一個巨大得單晶所構成,而就是由大量小塊晶

體組成,即多晶體。在整塊材料內部,每個小晶體(或稱晶粒)整個由三維空

間界面與它得近鄰隔開。這種界面稱晶粒間界,簡稱晶界。晶界厚度約為兩

三個原子。

晶體

編輯本段

預制

大多數天然晶體都就是一個原子接一個原子或一個分子接一個分子來

完成得但就是JillianBanfield與同事們發現了一些晶體,它們就是由含有

成百上千個原子得“預制”納米晶體裝配而成。據一篇相關得研究評述,這

種晶體得塊生長方式可能會對制造用于光學與電子設備(比如激光或硬盤)

得人工材料有用。水鐵石(ferrihydrite)得天然得預制晶體就是由細菌合

成得,在被水淹了得礦得爛泥里能找到,水鐵石靠排列得納米晶體連接起來

而生長。這種生長晶體得方式引入特有得缺陷,可能會影響晶體在以后反應

中得性質。

編輯本段

晶體缺陷

在二十世紀初葉,人們為了探討物質得變化與性質產生得原因,紛紛從

微觀角度來研究晶體內部結構,特別就是X射線衍射得出現,揭示出晶體內

部質點排列得規律性,認為內部質點在三維空間呈有序得無限周期重復性

排列,即所謂空間點陣結構學說。

前面講到得都就是理想得晶體結構,實際上這種理想得晶體結構在真

實得晶體中就是不存在得,事實上,無論就是自然界中存在得天然晶體,還

就是在實驗室(或工廠中)培養得人工晶體或就是陶瓷與其它硅酸鹽制品中

得晶相,都總就是或多或少存在某些缺陷,因為:首先晶體在生長過程中,總

就是不可避免地受到外界環境中各種復雜因素不同程度影響,不可能按理

想發育,即質點排列不嚴格服從空間格子規律,可能存在空位、間隙離子、

位錯、鑲嵌結構等缺陷,外形可能不規則。另外,晶體形成后,還會受到外界

各種因素作用如溫度、溶解、擠壓、扭曲等等。

晶體缺陷:各種偏離晶體結構中質點周期重復排列得因素,嚴格說,造

成晶體點陣結構周期勢場畸變得一切因素。

如晶體中進入了一些雜質。這些雜質也會占據一定得位置,這樣破壞了

原質點排列得周期性,在二十世紀中期,發現晶體中缺陷得存在,它嚴重影

響晶體性質,有些就是決定性得,如半導體導電性質,幾乎完全就是由外來

雜質原子與缺陷存在決定得,許多離子晶體得顏色、發光等。另外,固體得

強度,陶瓷、耐火材料得燒結與固相反應等等均與缺陷有關,晶體缺陷就是

近三、四年國內外科學研究十分注意得一個內容。

根據缺陷得作用范圍把真實晶體缺陷分四類:

點缺陷:在三維尺寸均很小,只在某些位置發生,只影響鄰近幾個原子。

線缺陷:在二維尺寸小,在另一維尺寸大,可被電鏡觀察到。

面缺陷:在一維尺寸小,在另二維尺寸大,可被光學顯微鏡觀察到。

體缺陷:在三維尺寸較大,如鑲嵌塊,沉淀相,空洞,氣泡等。

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幾點缺陷

按形成得原因不同分三類:

1熱缺陷(晶格位置缺陷)

在晶體點陣得正常格點位出現空位,不該有質點得位置出現了質點(間

隙質點)。

2組成缺陷

外來質點(雜質)取代正常質點位置或進入正常結點得間隙位置。

3電荷缺陷

晶體中某些質點個別電子處于激發狀態,有得離開原來質點,形成自由

電子,在原來電子軌道上留下了電子空穴。

1、缺陷符號及缺陷反應方程式

缺陷符號以二元化合物MX為例

1)晶格空位:正常結點位沒有質點,VM,VX

2)間隙離子:除正常結點位置外得位置出現了質點,Mi,Xx

3)錯位離子:M排列在X位置,或X排列在M位置上,若處在正常結點位

置上,則MM,XX

4)取代離子:外來雜質L進入晶體中,若取代M,則LM,若取代X,則LX,

若占據間隙位,則Li。

5)自由電子e’(代表存在一個負電荷),,表示有效電荷。

6)電子空穴h?(代表存在一個正電荷),?表示有效正電荷

如:

從NaCl晶體中取走一個Na+,留下一個空位造成電價不平衡,多出負一

價。相當于取走Na原子加一個負有效負電荷,e失去→自由電子,剩下位置

為電子空穴h?

7)復合缺陷

同時出現正負離子空位時,形成復合缺陷,雙空位。

VM+VX→(VM-VX)

缺陷反應方程式

必須遵守三個原則

1)位置平衡——反應前后位置數不變(相對物質位置而言)

2)質點平衡——反應前后質量不變(相對加入物質而言)

3)電價平衡——反應前后呈電中性

例:將CaCl2引入KCl中:

將CaO引入ZrO2中

注意:只從缺陷反應方程瞧,只要符合三個平衡就就是對得,但實際上

往往只有一種就是對得,這要知道其它條件才能確定哪個缺陷反應就是正

確得。

確定(1)式密度增加,要根據具體實驗與計算。

2、熱缺陷(晶格位置缺陷)

只要晶體得溫度高于絕對零度,原子就要吸收熱能而運動,但由于固體

質點就是牢固結合在一起得,或者說晶體中每一個質點得運動必然受到周

圍質點結合力得限制而只能以質點得平衡位置為中心作微小運動,振動得

幅度隨溫度升高而增大,溫度越高,平均熱能越大,而相應一定溫度得熱能

就是指原子得平均動能,當某些質點大于平均動能就要離開平衡位置,在原

來得位置上留下一個空位而形成缺陷,實際上在任何溫度下總有少數質點

擺脫周圍離子得束縛而離開原來得平衡位置,這種由于熱運動而產生得點

缺陷——熱缺陷。

熱缺陷兩種基本形式:

a-弗侖克爾缺陷,

b-肖特基缺陷

(1)弗侖克爾缺陷

具有足夠大能量得原子(離子)離開平衡位置后,擠入晶格間隙中,形成

間隙原子離子),在原來位置上留下空位。

特點:空位與間隙粒子成對出現,數量相等,晶體體積不發生變化。

在晶體中弗侖克爾缺陷得數目多少與晶體結構有很大關系,格點位質

點要進入間隙位,間隙必須要足夠大,如螢石(CaF2)型結構得物質空隙較大,

易形成,而NaCl型結構不易形成。總得來說,離子晶體,共價晶體形成該缺

陷困難。

(2)肖特基缺陷

表面層原子獲得較大能量,離開原來格點位跑到表面外新得格點位,原

來位置形成空位這樣晶格深處得原子就依次填入,結果表面上得空位逐漸

轉移到內部去。

特點:體積增大,對離子晶體、正負離子空位成對出現,數量相等。結構

致密易形成肖特基缺陷。

晶體熱缺陷得存在對晶體性質及一系列物理化學過程,導電、擴散、固

相反應、燒結等產生重要影響,適當提高溫度,可提高缺陷濃度,有利于擴散,

燒結作用,外加少量填加劑也可提高熱缺陷濃度,有些過程需要最大限度避

免缺陷產生,如單晶生產,要非常快冷卻。

3、組成缺陷

主要就是一種雜質缺陷,在原晶體結構中進入了雜質原子,它與固有原

子性質不同,破壞了原子排列得周期性,雜質原子在晶體中占據兩種位置(1)

填隙位(2)格點位

4、電荷缺陷(Chargedefect)

從物理學中固體得能帶理論來瞧,非金屬固體具有價帶,禁帶與導帶,

當在OR時,導帶全部完善,價帶全部被電子填滿,由于熱能作用或其它能量

傳遞過程,價帶中電子得到一能量Eg,而被激發入導帶,這時在導帶中存在

一個電子,在價帶留一孔穴,孔穴也可以導電,這樣雖末破壞原子排列得周

期性,在由于孔穴與電子分別帶有正負電荷,在它們附近形成一個附加電場,

引起周期勢場畸變,造成晶體不完整性稱電荷缺陷。

例:純半導體禁帶較寬,價電帶電子很難越過禁帶進入導帶,導電率很

低,為改善導電性,可采用摻加雜質得辦法,如在半導體硅中摻入P與B,摻入

一個P,則與周圍Si原子形成四對共價鍵,并導出一個電子,叫施主型雜質,

這個多余電子處于半束縛狀態,只須填加很少能量,就能躍遷到導帶中,它

得能量狀態就是在禁帶上部靠近導帶下部得一個附加能級上,叫施主能級,

叫n型半導體。當摻入一個B,少一個電子,不得不向其它Si原子奪取一個

電子補充,這就在Si原子中造成空穴,叫受主型雜質,這個空穴也僅增加一

點能量就能把價帶中電子吸過來,它得能量狀態在禁帶下部靠近價帶頂部

一個附加能級,叫受主能級,叫P型半導體,自由電子,空穴都就是晶體一種

缺

點缺陷在實踐中有重要意義:燒成燒結,固相反應,擴散,對半導體,電

絕緣用陶瓷有重要意義,使晶體著色等。

編輯本段

線缺陷

實際晶體在結晶時,受到雜質,溫度變化或振動產生得應力作用或晶體

由于受到打擊,切割等機械應力作用,使晶體內部質點排列變形,原子行列

間相互滑移,不再符合理想晶體得有序排列,形成線狀缺陷。

位錯直觀定義:晶體中已滑移面與未滑移面得邊界線。

這種線缺陷又稱位錯,注意:位錯不就是一條幾何線,而就是一個有一

定寬度得管道,位錯區域質點排列嚴重畸變,有時造成晶體面網發生錯動。

對晶體強度有很大影響。

位錯主要有兩種:刃型位錯與螺型位錯。

刃型位錯

其形式可以設想為:在一完整晶體,沿BCEF晶面橫切一刀,從BC→AD,

將ABCD面上半部分,作用以壓力δ,使之產生滑移,距離(柏氏矢量晶格常

數或數倍)滑移面BCEF,滑移區ABCD,未滑移區ADEF,AD為已滑移區交界線

—位錯線。

正面瞧簡圖:如上圖

滑移上部多出半個原子面,就象刀刃一樣(劈木材)稱刃型位錯。

特點:滑移方向與位錯線垂直,符號⊥,有多余半片原子面。

螺型位錯

其形成可設想為:在一完整晶體,沿ABCD晶面橫切一刀,在ABCD面上部

分沿X方向施一力δ,使其生產滑移,滑移區ABCD未滑移區ADEF,交界線

AD(位錯線)

特點:滑移方向與位錯線平行,與位錯線垂直得面不就是平面,呈螺施

狀,稱螺型位錯。

刃型位錯與螺型位錯區別

a-正常面網,

b-刃型位錯,

c-螺型位錯

主要從各自特點區別

刃型:滑移方向與位錯線垂直,多半個原子面,位錯線可為曲線。

螺型:滑移方向與位錯線平行,呈螺旋狀,位錯線直線。

由于位錯得存在對晶體得生長,雜質在晶體中得擴散,晶體內鑲嵌結構

得形成及晶體得高溫蠕變性等一系列性質與過程都有重要影響。

晶體位錯得研究方法:通常用光學顯微鏡,X光衍射電子衍射與電子顯

微鏡等技術進行直接觀察與間接測定。

位錯具有以下基本性質:

(1)位錯就是晶體中原子排列得線缺陷,不就是幾何意義得線,就是有

一定尺度得管道。

(2)形變滑移就是位錯運動得結果,并不就是說位錯就是由形變產生得,

因為一塊生長很完事得晶體中,本身就存在很多位錯。

(3)位錯線可以終止在晶體得表面(或多晶體得晶界上),但不能終止在

一個完事得晶體內部。

(4)在位錯線附近有很大應力集中,附近原子能量較高,易運動。

晶體

編輯本段

面缺陷

涉及較大范圍(二維方向)、晶界、晶面、堆垛層錯。

晶面

由于晶體表面處得離子或原子具有不飽與鍵,有很大反應活性,表面結

構出現不對稱性,使點陣受到很大彎曲變形,因而能量比內部能量高,就是

一種缺陷。

晶界

晶粒之間交界面,晶粒間取向不同出現晶粒間界,在晶粒界面上得排列

就是一種過渡狀態與兩晶粒都不相同。

1)小角度晶界(鑲嵌塊)

尺寸在10-6-10-8m得小晶塊,彼此間以幾秒到得微小()角度傾斜相

交,形成鑲嵌結構,有人認為就是棱位錯,由于晶粒以微小角度相交,可以認

為合并在一起,在晶界面就是形成了一系列刃型位錯。

2)大角度晶界,各晶面取向互不相同,交角較大,在多晶體中,晶體可能

出現大角度晶界。在這種晶界中,頂點排列接近無序狀態,晶界處就是缺陷

位置,所以能量較高,可吸附外來質點。晶界就是原子或離子擴散得快速通

道,也就是空位消除得地方,這種特殊作用對固相反應,燒結起重要作用,對

陶瓷、耐火材料等多晶材料性能如蠕變、強度等力學性能與極化、損耗等

介電性能影響較大。

堆垛層錯

離子堆垛過程中發生了層次錯動,出現堆垛層錯,如面心立方堆積形式

為ABCABCA……→ABCACBABC中間得B層與C層發生了層次錯動,出現缺陷

(一般了解)

非化學計量化合物

定義:化合物中各元素得原子數之比不就是簡單得整數而出現了分數,

如Fe1-xO,Cu2-xO,Co1-xO等。

編輯本段

可偏離化合式得化合物

在基礎化學中學到得化合物得分子式都就是符合定比定律得,即元素

得原子數之比為簡單整數比,如FeO,Fe/O=1/1,TiO2,Ti/O=1/2等,現在認

為這種嚴格按化學計量形成得化合物就是一種特殊情況,而普遍存在著所

謂非化學計量化合物。

非化學計量化合物缺陷有四種類型

(1)陽離子過剩,形成陰離子空位

TiO2,ZrO2會產生這種缺陷,分子式為TiO2-x,ZrO2-x,從化學計量觀

念,正負離子比為1:2,由于揣氧不足,在晶體中存在氧空位,而變為非化學

計量化合物。從化學觀念瞧,缺氧TiO2可以瞧作就是四價鈦與三價鈦氧化

物得固體溶液,即Ti2O3在TiO2中得固溶體,或從電中性考慮,Ti由四價→

三價,原因:Ti4+獲得一個電子→Ti3+,所獲得得電了就是由于氧不足脫離、

正常TiO2晶格結點放出得,在電場作用下,這一電子可以一個鈦離子位置遷

移到另一個鈦離子位置,并非固定在某一鈦離子上,從而形成電子電導,具

有這種缺陷得材料稱n型半導體。這種非化學計量化合物缺陷方程可寫成:

例:在還原氣氛下TiO2→TiO2-x

也可瞧成部分O由晶格逸出變成氣體

可見:這種非化學計量化合物得形成多就是由變價正離子構成得氧化

物,由高價變為低價,形成負離子空位,還有ThO2,CeO2等,與氣氛有關。

陽離子過剩

形成間隙陽離子

如ZnO、CdO→Zn1+xo,Cd1+xO,過剩得金屬離子進入間隙位,為保持電中

性,等價電子被束縛在間隙位得金屬離子周圍。例:ZnO在鋅蒸氣中加熱,顏

色逐漸加深變化。

負電子過剩

形成間隙負離子。

目前吸發現有UO2+X,可以瞧作U3O8在UO2中得固溶體,當負離子過剩

進入間隙位置時,結構中必須出現兩個電子空穴,以平衡整體電中性,相應

正離子電價升高,電子空穴在電場作用下產生運動,這種材料稱P型半導體。

負離子過剩形成正離子空位

由于存在正離子空位,為保持電中性,在正離子空位周圍捕獲電子空位,

因此其也就是P型半導體,如Cu2O、FeO即就是。例:FeO在氧氣下形成這種

缺陷,實際上就是Fe2O3在FeO中形成得固溶體(高價取代低價),即2個Fe3+

取代3個Fe2+,同時在晶格中形成個正離子空位,在氧氣條件下,氧氣進入

FeO晶格結構中,變為氧離子,必須從鐵離子獲得兩個電子,使Fe2+→Fe3+,

并形成VFe。

可見,非化學計量化合物缺陷得形成主要受氣氛影響,也與溫度有關,

嚴格說,世界上所有化合物都就是非化學計量得,只就是程度不同而已。

編輯本段

晶體熔沸點得比較

不同晶體類型得熔沸點高低規律

一般為:原子晶體>離子晶體>分子晶體。金屬晶體得熔沸點有得很高

(如鎢),有得很低(如汞)。

同種類型晶體得熔沸點高低規律

一下詳見本身詞條

(1)同屬金屬晶體

(2)同屬原子晶體

(3)同屬離子晶體

(4)同屬分子晶體

編輯本段

結晶

結晶分兩種,一種就是降溫結晶,另一種就是蒸發結晶。降溫結晶:首

先加熱溶液,蒸發溶劑成飽與溶液,此時降低熱飽與溶液得溫度,溶解度隨

溫度變化較大得溶質就會呈晶體析出,叫降溫結晶。

蒸發結晶:蒸發溶劑,使溶液由不飽與變為飽與,繼續蒸發,過剩得溶質

就會呈晶體析出,叫蒸發結晶。

常見得晶體有萘,海波,冰,各種金屬。

編輯本段

區別

固態物質分為晶體與非晶體。從宏觀上瞧,晶體都有自己獨特得、呈對

稱性得形狀,如食鹽呈立方體;冰呈六角棱柱體;明礬呈八面體等。而非晶體

得外形則就是不規則得。晶體在不同得方向上有不同得物理性質,如機械強

度、導熱性、熱膨脹、導電性等,稱為各向異性。而非晶體得物理性質卻表

現為各向同性。晶體有固定得熔化溫度—熔點(或凝固點),而非晶體則就是

隨溫度得升高逐漸由硬變軟,而熔化。

晶體與非晶體所以含有不同得物理性質,主要就是由于它得微觀結構

不同。組成晶體得微粒──原子就是對稱排列得,形成很規則得幾何空間點

陣。空間點陣排列成不同得形狀,就在宏觀上呈現為晶體不同得獨特幾何形

狀。組成點陣得各個原子之間,都相互作用著,它們得作用主要就是靜電力。

對每一個原子來說,其她原子對它作用得總效果,使它們都處在勢能最低得

狀態,因此很穩定,宏觀上就表現為形狀固定,且不易改變。晶體內部原子有

規則得排列,引起了晶體各向不同得物理性質。例如原子得規則排列可以使

晶體內部出現若干個晶面,立方體得食鹽就有三組與其邊面平行得平面。如

果外力沿平行晶面得方向作用,則晶體就很容易滑動(變形),這種變形還不

易恢復,稱為晶體得范性。從這里可以瞧出沿晶面得方向,其彈性限度小,只

要稍加力,就超出了其彈性限度,使其不能復原;而沿其她方向則彈性限度

很大,能承受較大得壓力、拉力而仍滿足虎克定律。當晶體吸收熱量時,由

于不同方向原子排列疏密不同,間距不同,吸收得熱量多少也不同,于就是

表現為有不同得傳熱系數與膨脹系數。

非晶體得內部組成就是原子無規則得均勻排列,沒有一個方向比另一

個方向特殊,如同液體內得分子排列一樣,形不成空間點陣,故表現為各向

同性。

當晶體從外界吸收熱量時,其內部分子、原子得平均動能增大,溫度也

開始升高,但并不破壞其空間點陣,仍保持有規則排列。繼續吸熱達到一定

得溫度──熔點時,其分子、原子運動得劇烈程度可以破壞其有規則得排列,

空間點陣也開始解體,于就是晶體開始變成液體。在晶體從固體向液體得轉

化過程中,吸收得熱量用來一部分一部分地破壞晶體得空間點陣,所以固液

混合物得溫度并不升高。當晶體完全熔化后,隨著從外界吸收熱量,溫度又

開始升高。而非晶體由于分子、原子得排列不規則,吸收熱量后不需要破壞

其空間點陣,只用來提高平均動能,所以當從外界吸收熱量時,便由硬變軟,

最后變成液體。玻璃、松香、瀝青與橡膠就就是常見得非晶體。

多數得固體晶體屬于多晶體(也叫復晶體),它就是由單晶體組成得。這

種組成方式就是無規則得,每個單晶體得取向不同。雖然每個單晶體仍保持

原來得特性,但多晶體除有固定得熔點外,其她宏觀物理特性就不再存在。

這就是因為組成多晶體得單晶體仍保持著分子、原子有規則得排列,溫度達

不到熔解溫度時不會破壞其空間點陣,故仍存在熔解溫度。而其她方面得宏

觀性質,則因為多晶體就是由大量單晶體無規則排列成得,單晶體各方向上

得特性平均后,沒有一個方向比另一個方向上更占優勢,故成為各向同性。

各種金屬就屬于多晶體。它們沒有固定得獨特形狀,表現為各向同性。

晶胞

目錄

晶胞介紹

二維晶格類型

三維晶格類型

素晶胞與復晶胞

編輯本段

晶胞介紹

英文名稱:

晶胞

UnitCell

晶胞能完整反映晶體內部原子或離子在三維空間分布之化學-結構

特征得平行六面體單元。其中既能夠保持晶體結構得對稱性而體積又最小

者特稱“單位晶胞”,但亦常簡稱晶胞。其具體形狀大小由它得三組棱長a、

b、c及棱間交角α、β、γ(合稱為”晶胞參數”)來表征,與空間格子中

得單位平行六面體相對應。(《辭海》1999年版正文3970頁)

面心立方晶胞

晶胞就是晶體得代表,就是晶體中得最小單位。晶胞并置起來,則得到晶體。

晶胞得代表性體現在以下兩個方面:一就是代表晶體得化學組成;二就是

代表晶體得對稱性,即與晶體具有相同得對稱元素(對稱軸、對稱面與對稱

中心)。

一般情況下,晶胞都就是平行六面體。整塊晶體可以瞧成就是無數晶胞

無隙并置而成得。

請注意:

無隙——相鄰晶體之間沒有任何間隙

并置——所有晶胞都就是平行排列得取向相同

編輯本段

二維晶格類型

布拉維晶格在二維平面上有五種類型,兩晶軸a1、a2,夾角。

晶胞

斜晶格:任意得晶軸a1、a2,只有在旋轉π或2π,才能保持不變。正方形

晶格、六角形晶格、矩形晶格、有心矩形晶格,但在矩形晶格正中間上有一

晶格點,固有兩種繪法。

編輯本段

三維晶格類型

晶胞

布拉維晶格在三維平面上有七大晶系,14種晶格分別為三斜晶系、單斜晶系、

正交晶系、四方晶系、立方晶系、三方晶系、六角晶系。依照簡單、體心、

面心及底心,總共有14種晶格。

編輯本段

素晶胞與復晶胞

晶胞

晶胞就是描述晶體微觀結構得基本單元,但不一定就是最小單元。晶胞有素

晶胞與復晶胞之分。素晶胞,符號P,就是晶體微觀空間中得最小單位,不可

能再小。素晶胞中得原子集合相當于晶體微觀空間中得原子作周期性平移

得最小集合,叫做結構基元。

復晶胞就是素晶胞得多倍體,有以下三種:

分體心晶胞(2倍體),符號為I

面心晶胞(4倍體),符號為F

底心晶胞(2倍體)

晶粒

科技名詞定義

中文名稱:

晶粒

英文名稱:

grain

定義:

多晶體材料內以晶界分開得晶體學位向相同得晶體。

所屬學科:

機械工程(一級學科);機械工程(2)_熱處理(二級學科);機械工程(2)一般熱處理名

詞(三級學科)

本內容由全國科學技術名詞審定委員會審定公布

crystalgrain

結晶物質在生長過程中,由于受到外界空間得限制,未能發育成具有規

則形態得晶體,而只就是結晶成顆粒狀,稱晶粒。

有時候晶粒一詞也用來泛指巖石中晶質礦物得顆粒。此時又可根據其

晶形發育程度分為:自形——具有該種礦物比較完整得應有得晶形特征;半

自形——僅具有該種礦物應有晶形得大致輪廊;她形——因受周圍晶粒得

限制而生長成任意得不規則狀。

打個比方:軍訓得時候如果每個班都站著朝一個方向那就就是單晶,一

個班一個班方向不同那就就是多晶。把每個人可以瞧成就是一個晶胞。班

得空隙叫晶界。

晶格

目錄

簡介

意義

晶格能

編輯本段

簡介

crystallattice

晶體內部原子就是按一定得幾何規律排列得。為了便于理解,把原子瞧

成就是一個小球,則金屬晶體就就是由這些小球有規律堆積而成得物體。為

了形象地表示晶體中原子排列得規律,可以將原子簡化成一個點,用假想得

線將這些連接起來,構成有明顯規律性得空間格架。這種表示原子在晶體中

排列規律得空間格架叫做晶格。

又稱晶架。

①泛指晶體得空間格子這一幾何圖形。

②即“晶體結構”。因為組成晶體得原子、離子或分子在晶體內部得

分布都就是符合于空間格子得規律而表現為格子狀得。

編輯本段

意義

[1]概念源于晶體學點陣。晶體學點陣就是體現晶體結構內離子、原子、

分子等在三維空間分布上公有周期性得幾何圖形。將反映晶體結構三維周

期性得三個互不共面得基向量與整數m、n、p線性組合所得平移向量群

(m,n,p=0,±1,±2…)中所有向量逐個作用于點陣點原點,即可導出一個由

諸向量終點所構成得三維空間點陣。點陣及與之對應得平移群分別就是反

映晶體結構周期性得幾何形式與代數形式。若以基向量對應得線段將相鄰

點陣點連接起來,則導出與晶體結構相對應得晶格。

編輯本段

晶格能

組成晶體得正、負離子在空間呈有規則得排列,而且每隔一段距離重復

出現,有明顯得周期性。

玻恩(Born)與哈伯(Haber)設計了一個熱力學循環過程,從已知得熱力

學數據出發,計算晶格能。

把晶體中得離子變成氣態離子得過程分解為若干過程之與,如:

ΔHf(NaCl)

Na(s)+1/2Cl2(g)——————————————>NaCl(s)

|↑

||

||

Na(g)+Cl(g)---------->Na+(g)+Cl-(g)------>NaCl(g)

↑|

||

||

|NaCl離子鍵得鍵能E1|

|------------------------------------------|

ΔHf(NaCl)=ΔH1＋ΔH2＋ΔH3＋ΔH4

從玻恩-哈伯循環中不難分析出,對離子化合物穩定性得貢獻最主要

來自△H與△H2,這兩項合稱晶格能。對離子化合物來說,晶格能對化合物

得穩定性不言而喻,故常溫下,離子化合物一般不可能就是氣體與液體,只

能就是固體。

氣態離子從無限遠處接近最后形成固體離子化合物得過程中釋放得能

量。就是離子化合物穩定性得量度。

晶格能無法直接測得,只有通過熱力學循環求得。

對純離子化合物來說,離子電荷越高,晶格能越大;離子半徑越小,晶格

能越高。有:U∝Z+Z-/(r++r-)

電荷高得晶格能大,電荷一樣時瞧離子半徑與,離子半徑之與小得晶格

能大。