前段時(shí)間在百度 晶體化學(xué)吧 看到不少大神做的可愛的晶體，雖說沒有太大實(shí)際用處，但作為裝飾品和學(xué)習(xí)對象還是很有趣的。這些天化學(xué)上就一直在研究晶體，雖說應(yīng)該在試驗(yàn)之前來總結(jié)，但由于中三時(shí)間原因，一直放到現(xiàn)在……
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【百度百科——晶體】
晶體（crystal）是有明確衍射圖案的固體，其原子或分子在空間按一定規(guī)律周期重復(fù)地排列。晶體中原子或分子的排列具有三維空間的周期性，隔一定的距離重復(fù)出現(xiàn)，這種周期性規(guī)律是晶體結(jié)構(gòu)中最基本的特征。
【概述】
- 固態(tài)物質(zhì)分為晶體和非晶體。
- 從宏觀上看——
晶體都有自己獨(dú)特的、呈對稱性的形狀，如食鹽呈立方體；冰呈六角棱柱體；明礬呈八面體等。
非晶體的外形則是不規(guī)則的。
- 晶體在不同的方向上有不同的物理性質(zhì)，如機(jī)械強(qiáng)度、導(dǎo)熱性、熱膨脹、導(dǎo)電性等，稱為各向異性。
非晶體的物理性質(zhì)卻表現(xiàn)為各向同性。 - 晶體有固定的熔化溫度——熔點(diǎn)（或凝固點(diǎn)）。
非晶體則是隨溫度的升高逐漸由硬變軟，而熔化，非晶體沒有固定的熔點(diǎn)。
晶體和非晶體所以含有不同的物理性質(zhì)，主要是由于它的微觀結(jié)構(gòu)不同。
組成晶體的微粒──原子是對稱排列的，形成很規(guī)則的幾何空間點(diǎn)陣。
——空間點(diǎn)陣排列成不同的形狀，就在宏觀上呈現(xiàn)為晶體不同的獨(dú)特幾何形狀。組成點(diǎn)陣的各個(gè)原子之間，都相互作用著，它們的作用主要是靜電力。
——對每一個(gè)原子來說，其他原子對它作用的總效果，使它們都處在勢能最低的狀態(tài)，因此很穩(wěn)定，宏觀上就表現(xiàn)為形狀固定，且不易改變。
——晶體內(nèi)部原子有規(guī)則的排列，引起了晶體各向不同的物理性質(zhì)。例如原子的規(guī)則排列可以使晶體內(nèi)部出現(xiàn)若干個(gè)晶面，立方體的食鹽就有三組與其邊面平行的平面。
——如果外力沿平行晶面的方向作用，則晶體就很容易滑動(dòng)（變形），這種變形還不易恢復(fù)，稱為晶體的彈性。
從這里可以看出沿晶面的方向，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(fù)原。
而沿其他方向則彈性限度很大，能承受較大的壓力、拉力而仍滿足胡克定律。當(dāng)晶體吸收熱量時(shí)，由于不同方向原子排列疏密不同，間距不同，吸收的熱量多少也不同，于是表現(xiàn)為有不同的傳熱系數(shù)和膨脹系數(shù)。
非晶體的內(nèi)部組成是原子無規(guī)則的均勻排列，沒有一個(gè)方向比另一個(gè)方向特殊，如同液體內(nèi)的分子排列一樣，形不成空間點(diǎn)陣，故表現(xiàn)為各向同性。
- 當(dāng)晶體從外界吸收熱量時(shí)，其內(nèi)部分子、原子的平均動(dòng)能增大，溫度也開始升高，但并不破壞其空間點(diǎn)陣，仍保持有規(guī)則排列。
繼續(xù)吸熱達(dá)到一定的溫度──熔點(diǎn)時(shí)，其分子、原子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度可以破壞其有規(guī)則的排列，空間點(diǎn)陣也開始解體，于是晶體開始變成液體。
在晶體從固體向液體的轉(zhuǎn)化過程中，吸收的熱量用來一部分一部分地破壞晶體的空間點(diǎn)陣，所以固液混合物的溫度并不升高。當(dāng)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、原子的排列不規(guī)則，吸收熱量后不需要破壞其空間點(diǎn)陣，只用來提高平均動(dòng)能，所以當(dāng)從外界吸收熱量時(shí)，便由硬變軟，最后變成液體。玻璃、松香、瀝青和橡膠就是常見的非晶體。
- 多數(shù)的固體晶體屬于多晶體（也叫復(fù)晶體），它是由單晶體組成的。這種組成方式是無規(guī)則的，每個(gè)單晶體的取向不同。雖然每個(gè)單晶體仍保持原來的特性，但多晶體除有固定的熔點(diǎn)外，其他宏觀物理特性就不再存在。
這是因?yàn)榻M成多晶體的單晶體仍保持著分子、原子有規(guī)則的排列，溫度達(dá)不到熔解溫度時(shí)不會(huì)破壞其空間點(diǎn)陣，故仍存在熔解溫度。而其他方面的宏觀性質(zhì)，則因?yàn)?font color="#7600D8" style="font-size: 12px; ">多晶體是由大量單晶體無規(guī)則排列成的，單晶體各方向上的特性平均后，沒有一個(gè)方向比另一個(gè)方向上更占優(yōu)勢，故成為各向同性。
各種金屬就屬于多晶體。它們沒有固定的獨(dú)特形狀，表現(xiàn)為各向同性。
【特征】
- 晶體擁有整齊規(guī)則的幾何外形，即晶體的自范性。
- 晶體擁有固定的熔點(diǎn)，在熔化過程中，溫度始終保持不變。
- 晶體有各向異性的特點(diǎn)。
- 晶體可以使X光發(fā)生有規(guī)律的衍射。
宏觀上能否產(chǎn)生X光衍射現(xiàn)象，是實(shí)驗(yàn)上判定某物質(zhì)是不是晶體的主要方法。 - 晶體相對應(yīng)的晶面角相等，稱為晶面角守恒。
【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，如食鹽、金剛石、干冰和各種金屬等。
- 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，稱為晶面角不變原理。
- 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。
晶體都有一定的對稱性，有32種對稱元素系，對應(yīng)的對稱動(dòng)作群稱做晶體系點(diǎn)群。
【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。當(dāng)用X光對固體進(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，就繪成了像圖中所表示的格架式空間結(jié)構(gòu)。這種用來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。
【特性】
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。
- 長程有序：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。
- 均勻性：晶體內(nèi)部各個(gè)部分的宏觀性質(zhì)是相同的。
——因?yàn)榫w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
- 各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質(zhì)。
——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
- 對稱性：晶體的理想外形和晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)都具有特定的對稱性。
——晶體的對稱表現(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)的對稱性。晶體的理想外形或其結(jié)構(gòu)都是對稱圖象。這類圖象都能經(jīng)過不改變其中任何兩點(diǎn)間距離的操作后復(fù)原。這樣的操作稱為對稱操作,平移、旋轉(zhuǎn)、反映和倒反都是對稱操作。能使一個(gè)圖象復(fù)原的全部不等同操作，形成一個(gè)對稱操作群。
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的對稱性，稱為宏觀對稱性，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次對稱軸，
（2）空間點(diǎn)陣只能有14種形式。n次對稱軸的基本旋轉(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的軸對稱性也只限于這些軸次。
- 自限性：晶體具有自發(fā)地形成封閉幾何多面體的特性。
- 解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質(zhì)。
- 最小內(nèi)能：成型晶體內(nèi)能最小。
——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。 - 晶面角守恒：屬于同種晶體的兩個(gè)對應(yīng)晶面之間的夾角恒定不變。
【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。
【缺陷】
由于原子并不處于靜止?fàn)顟B(tài)，存在著外來原子引起的點(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，這種晶體的塊生長方式可能會(huì)對制造用于光學(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而生長。這種生長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)。
【結(jié)晶】
結(jié)晶分兩種，一種是降溫結(jié)晶，另一種是蒸發(fā)結(jié)晶。
降溫結(jié)晶：首先加熱溶液，蒸發(fā)溶劑成飽和溶液，此時(shí)降低熱飽和溶液的溫度，溶解度隨溫度變化較大的溶質(zhì)就會(huì)呈晶體析出，叫降溫結(jié)晶。
蒸發(fā)結(jié)晶：蒸發(fā)溶劑，使溶液由不飽和變?yōu)轱柡?，繼續(xù)蒸發(fā)，過剩的溶質(zhì)就會(huì)呈晶體析出，叫蒸發(fā)結(jié)晶。
【維基百科——晶體】
晶體是原子、離子或分子按照一定的周期性，在結(jié)晶過程中，在空間排列形成具有一定規(guī)則的幾何外形的固體。
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。
晶體內(nèi)部原子或分子排列的三維空間周期性結(jié)構(gòu)，是晶體最基本的、最本質(zhì)的特征，并使晶體具有下面的通性：
- - 均勻性，即晶體內(nèi)部各處宏觀性質(zhì)相同；
- - 各向異性，即晶體中不同的方向上性質(zhì)不同；
- - 能自發(fā)形成多面體外形；
- - 有確定的、明顯的熔點(diǎn)；
- - 有特定的對稱性；
- - 能對X射線和電子束產(chǎn)生衍射效應(yīng)等。
【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（原子之間的吸引力）。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)。如果結(jié)合力弱，晶體則有較低的熔點(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。
有三種主要的晶體鍵。
- 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結(jié)合在一起。氯化鈉是離子晶體的一例。共價(jià)晶體的原子或分子共享它們的價(jià)電子。鉆石、鍺和硅是重要的共價(jià)晶體。
- 金屬的原子變?yōu)殡x子，被自由的價(jià)電子所包圍。這些價(jià)電子能夠容易地從一個(gè)原子運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)原子。
- 分子晶體的分子不分享電子。它們的結(jié)合是由于從分子的一端到另一端電場有微小的變動(dòng)。因?yàn)檫@個(gè)結(jié)合力很弱，這些晶體在很低的溫度下就熔化。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。金屬原子釋放一些電子在四周自由地運(yùn)動(dòng)，分子晶體中每個(gè)分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。
【性質(zhì)】
金屬的電阻受到它接近晶體結(jié)構(gòu)的完善程度的影響。當(dāng)正離子處于規(guī)則點(diǎn)陣的一角時(shí)，電流中的電子不會(huì)因它們而發(fā)生散射。如果離子不在規(guī)則點(diǎn)陣的位置上，電流中的電子會(huì)發(fā)生散射，不規(guī)則的晶體如合金黃銅和不銹鋼是相對的不良電子導(dǎo)體。而純銅和純銀是遠(yuǎn)比它們?yōu)楹玫膶?dǎo)體。
壓電現(xiàn)象是直接從晶體結(jié)構(gòu)引起的。某些晶體在受到壓縮或拉伸時(shí)就出現(xiàn)電極化。相反地，在電場的影響下，它們會(huì)變形。這些壓電晶體用于一些收音機(jī)的耳機(jī)把電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，也用于電唱機(jī)的拾聲器，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。
壓電效應(yīng)取決于缺少一種對稱——反演對稱。圖形的反演有點(diǎn)像它的鏡中像把上下顛倒。如果一個(gè)圖形，例如一個(gè)立方體，它和它的反演像看上去是一樣的，這個(gè)圖形就有反演對稱。如果是四面體，看上去就不一樣了，這個(gè)圖形就沒有反演對稱性。缺少反演對稱性的晶體通常能被壓縮，使得原子的正負(fù)電荷的位移不相等，就產(chǎn)生了電場。
【缺陷】
完全沒有缺陷的晶體是不存在的。某些缺陷是產(chǎn)生晶體許多觀察到的晶體性質(zhì)的原因。控制但不消除某一缺陷是固體物理學(xué)的一項(xiàng)主要技術(shù)。
- 點(diǎn)缺陷
- 晶格空位：一個(gè)晶格格位上缺失了一個(gè)粒子（原子，離子甚至分子）。如果有其他的雜質(zhì)原子或離子占據(jù)了這個(gè)空位，就會(huì)形成了替代式雜質(zhì)。晶體的許多光學(xué)性質(zhì)，例如著色就由于這類缺陷。
- 間隙缺陷：晶體本身的游離或雜質(zhì)離子（或原子）也可能占據(jù)晶格間的一個(gè)位置，形成間隙缺陷。
- 有時(shí)，晶體中的一個(gè)原子或離子的價(jià)電子或多或少于占據(jù)了晶格格位的份額。如果有多余電子，這個(gè)缺陷簡單地稱為電子；如果失去電子，這個(gè)缺陷就稱為空穴。在半導(dǎo)體設(shè)備的運(yùn)行中，電子和空穴起了重要作用。
- 弗侖克爾缺陷：由一對晶格空位和間隙缺陷組成的缺陷對
- 線缺陷
- 刃位錯(cuò)：由一個(gè)額外的原子平面部分地伸入晶體中產(chǎn)生的。它使晶體平面易于滑移，弱化了晶體。把雜質(zhì)引入金屬的晶體點(diǎn)陣常能增加金屬的強(qiáng)度。雜質(zhì)原子填滿了位錯(cuò)周圍的空隙，阻止了位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)。
- 螺旋位錯(cuò)：被認(rèn)為可用來解釋晶體的生長。晶體中一個(gè)平面上的一列原子和在其上的平面的原子相聯(lián)。這使晶體表面上出現(xiàn)螺旋花紋。理論上晶體不能像實(shí)際情況下長得那樣快，因?yàn)楫?dāng)長滿一個(gè)平面后，要起動(dòng)一個(gè)新平面是困難的。螺型位錯(cuò)的存在意味著平面永遠(yuǎn)不會(huì)長滿。
- 混合位錯(cuò)
【屬性】
【維基百科——晶體結(jié)構(gòu)】
晶體結(jié)構(gòu)是指晶體的周期性結(jié)構(gòu)。固體材料可以分為晶體、準(zhǔn)晶體和非晶體三大類，其中，晶體內(nèi)部原子的排列具有周期性，外部具有規(guī)則外形，比如鉆石（圖）。
Hauy最早提出晶體的規(guī)則外型是因?yàn)榫w內(nèi)部原子分子呈規(guī)則排列，比如鉆石所具有的完美外形和優(yōu)良光學(xué)性質(zhì)就可以歸結(jié)為其內(nèi)部原子的規(guī)則排列。20世紀(jì)初期，勞厄發(fā)明X射線衍射法，從此人們可以使用X射線來研究晶體內(nèi)部的原子排列，其研究結(jié)果進(jìn)而證實(shí)了Hauy的判斷。
晶體內(nèi)部原子排列的具體形式一般稱之為晶格，不同的晶體內(nèi)部原子排列稱為具有不同的晶格結(jié)構(gòu)。各種晶格結(jié)構(gòu)又可以歸納為七大晶系，各種晶系分別與十四種空間格（稱作布拉維晶格）相對應(yīng)，在宏觀上又可以歸結(jié)為三十二種空間點(diǎn)群，在微觀上可進(jìn)一步細(xì)分為230個(gè)空間群。
對于晶體結(jié)構(gòu)的研究是研究固體材料的宏觀性質(zhì)及各種微觀過程的基礎(chǔ)。專門研究分子結(jié)晶結(jié)構(gòu)的科學(xué)稱為晶體學(xué)，經(jīng)常應(yīng)用在化學(xué)、生物化學(xué)與分子生物學(xué)。
——2013年3月14日
