晶体结构与性质毕业论文

晶体和非晶体所以含有不同的物理性质，主要是由于它的微观结构不同。晶体 特点：（1）晶体有整齐规则的几何外形；（2）晶体有固定的熔点,在熔化过程中,温度始终保持不变； （3）晶体有各向异性的特点。非晶体是指组成物质的分子（或原子、离子）不呈空间有规则周期性排列的固体.它没有一定规则的外形,如玻璃、松香、石蜡等。它的物理性质在各个方向上是相同的，叫“各向同性”。它没有固定的熔点，所以有人把非晶体叫做“过冷液体”或“流动性很小的液体”。晶体与非晶体区别：晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体，具有长程有序，并成周期性重复排列。非晶体是内部质点在三维空间不成周期性重复排列的固体，具有近程有，,但不具有长程有序。如玻璃，外形为无规则形状的固体。

架状硅酸盐1.由于络阴离子负电荷少，空隙大，所以要求的阳离子都是电价低、半径大的惰性气体型离子。本亚类常见矿物都是浅色矿物。2.由于架状络阴离子为牢固的整体结构，所以本亚类矿物的硬度比较高，一般为5-6，与阳离子半径大、电价低没有关系3.本亚类矿物的比重在硅酸盐中最低4.架状硅酸盐中有铝代硅，因而一般形成高温条件或碱性条件下。岛状硅酸盐（1）光学性质：无色或浅彩色：浅的黄、褐、绿、红、黑。透明～半透明，多为玻璃光泽，少数为金刚光泽（锆石），条痕浅色、白色、无鉴定意义。（2）、力学性质：解理不发育，多为中等～不完全，高硬度（大于小刀）、相对密度和折射率较大。链状硅酸盐（1）辉石族辉石的晶体结构特征，使辉石晶体均呈平行于[Si2O6]链延伸（c轴）的柱状晶形，其横断面呈假正方形或八边形；并发育平行于链延伸方向的{210}或{110}解理，其解理夹角近于90 （为87和93 ）。辉石族矿物的颜色随成分而异，含Fe、Ti、Mn等的矿物颜色较深，玻璃光泽，硬度5～6；相对密度中等（3,1～）（2）角闪石族（双链）角闪石族的晶体结构特征决定了角闪石族矿物具有平行c轴方向一向延长的柱状、针状甚至纤维状晶形；均发育平行{110}（或｛210｝）的完全解理，其解理面夹角为56和124 。 当成分中Fe含量增高时，其颜色加深。相对密度和折射率均增大。层状硅酸盐层状硅酸盐的基本结构单位是两层阴离子夹一层阳离子构成的夹心层。有两大类型：（1）2:1型，由两个硅氧四面体层夹一层阳离子组成。如滑石，其化学式为Mg6[SiO20](OH4)，结构示意如下：书p173 (2)1:1型，一个硅氧四面体层和一层OH夹一层阳离子组成。如高岭石，其化学式为Al4[SiO10](OH8)。形态：多呈单斜晶系，假六方板状、片状或短柱状。集合体常为片状、鳞片状、放射状、土状和块状。物理性质：透明，玻璃光泽，解理面多呈珍珠光泽。具一组极完全的底面解理；低的硬度；薄片具弹性或挠性，少数具脆性；相对密度小。层状硅酸盐的形体和物性特征均是由其晶格结构决定的，其单元层很牢固，但是层间联系力很弱。

由于中心原子Si是四面体的结构，这种稳定的结构使得硅酸盐有稳定的化学性质，从而其硬度大、耐火，可用于制造耐火材料、玻璃、陶瓷、水泥等。 化学成分和晶体化学特征 在硅酸盐矿物的晶体结构中，硅氧配位四面体[SiO4]4-是它们的基本构造单元。硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以以其角顶相互连接，即每一硅氧四面体可与一个、两个、三个甚至四个硅氧四面体相连，从而形成多种复杂的络阴离子。根据硅氧四面体在晶体结构中的连接方式，主要有下列5中类型的络阴离子： 1、岛状络阴离子 2、环状络阴离子 3、链状络阴离子 4、层状络阴离子 5、架状络阴离子 化学成分和晶体化学特征 在硅酸盐矿物的晶体结构中，硅氧配位四面体[SiO4]4-是它们的基本构造单元。硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以以其角顶相互连接，即每一硅氧四面体可与一个、两个、三个甚至四个硅氧四面体相连，从而形成多种复杂的络阴离子。根据硅氧四面体在晶体结构中的连接方式，主要有下列5中类型的络阴离子： 1、岛状络阴离子 2、环状络阴离子 3、链状络阴离子 4、层状络阴离子 5、架状络阴离子

这本上面有，讲的挺好。《无机化学》第四版，高等教育出版社，面向21世纪课程教材，北京师范大学无机化学教研室、华中师范大学无机化学教研室、南京师范大学无机化学教研室编（吴国庆 主编）。

由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物是氧化物。不同氧化物的晶体类型，形态及物理性质不同，例如二氧化硅是原子晶体，质地坚硬，硬度大，熔点高，表面有光泽。而二氧化碳是分子晶体，无色无味，密度比空气大，微溶于水。二氧化钠是离子晶体，为白色块状晶体，硬密度较小，熔点较底，暴露在空气中易潮解。所以不同的氧化物有不同的性质，有些氧化物的物理性质甚至大相径庭。应该具体问题具体对待。

在胶团之间既存在着具有范德华吸引力性质的引力势能和具有渗透性斥力与静电斥力的斥力势能。胶粒的布朗运动与这种引力势能促使胶粒发生相互碰撞而聚集成大颗粒，故属热力学不稳定系统。但是，带有相同电荷性质的胶粒间所存在的渗透性斥力和静电斥力会阻碍胶粒聚集形成大颗粒，故胶体溶液又具有动力学稳定性。引力势能和斥力势能的相对大小对胶体系统的相对稳定性或聚沉其决定性作用。当引力势能较大，粒子间因布朗运动而相互靠拢形成大颗粒而发生聚沉；反之，胶体在斥力势能的作用下处于相对稳定状态。在SiCl4与水发生水解反应所形成的硅酸胶体溶液中，含有SiO2负离子、电离产生的H3SiO4-、H2SiO42-、HSiO43-、SiO44-和H+，在SiO2周围形成一个扩散双电子层，

硅酸盐简介硅酸盐所谓硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广，是构成多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。由于其结构上的特点，种类繁多（硅酸盐矿物的基本结构是硅――氧四面体；在这种四面体内，硅原子占据中心，四个氧原子占据四角。这些四面体，依着四面体，依着不同的配合，形成了各类的硅酸盐）。 它们大多数熔点高，化学性质稳定，是硅酸盐工业的主要原料。硅酸盐制品和材料广泛应用于各种工业、科学研究及日常生活中。[编辑本段]化学性质化学上，指由硅和氧组成的化合物(SixOy)，有时亦包括一或多种金属和或氢。它亦用以表示由二氧化硅或硅酸产生的盐。能与酸反应生成硅酸固体。 在普通情况下，最稳定的硅酸盐是二氧化硅(SiO2)－－俗称石英[1]，和类似的化合物。二氧化硅经常有微量的硅酸（H4SiO4）处于平衡状态。化学家认为石英是不可溶解的，但在长时间尺度下，它是可以流动的。此外，在碱性条件下，会出现H2SiO42-。大部分硅酸盐都是不可溶解的。 硅酸盐矿物的特征是它们的正四面体结构，有时这些正四面体以链状、双链状、片状、三维架状方式连结起来。按正四面体聚合的程度，硅酸盐再细分为：岛状硅酸盐类、环状硅酸盐类等。 在地质学和天文学上，硅酸盐指一种由硅和氧组成的岩石(通常为SiO2或SiO4)，有时亦包括一或多种金属和或氢。此类岩石包括花岗岩及辉长岩等。地球及其他类地行星的大部分地壳均以硅酸盐组成。[编辑本段]硅酸盐的常见化合物例如：硅酸钠：Na2O·SiO2 石棉：CaO·3MgO·4SiO2 长石：K2O·Al2O3·6SiO2 普通玻璃的大致组成：Na2O·CaO·6SiO2 水泥的主要成分：3CaO·SiO2，2CaO·SiO2，3CaO·Al2O3 黏土的主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O 矿物学上，硅酸盐矿物按其分子结构分为以下类别： 橄榄石(单正四面体) - 岛状硅酸盐类 绿帘石(double tetrahedra) - 对状硅酸盐类 电气石(rings of tetrahedra) - 环状硅酸盐类 辉石(single chain) - 链状硅酸盐类 角闪石(double chain) - 链状硅酸盐类 云母和白土 (sheet) - 片状硅酸盐类 长石(framework) - 架状硅酸盐类 石英 (SiO2 framework) - 架状硅酸盐类 天然硅酸盐 自然界存在的各种天然硅酸盐矿物约占地壳质量的95％ 硅酸盐矿的复杂性在其阴离子，而阴离子的基本结构单元和二氧化硅一样，是硅氧四面体。硅氧四面体通过以下几种方式组成了各种不同的硅酸根阴离子。

硅酸盐改写为氧化物的方法 氧化物的顺序：活泼金属氧化物→较活泼金属氧化物→二氧化硅→水 氧化物前系数配置原则：除氧外，其他元素按配置前后原子个数守恒原则配系数 注意：氧化物之间以•隔开；系数配置出现的分数应化为整数

物理变化就是变化中不产生新物质，化学变化就是产生了新物质。化学性质就是化学属性，如：成酸性等。物理性质就是能感受看到的东西，如：软硬，颜色等！

硅酸,难溶于水的白色沉淀，不能够用二氧化硅直接溶于水制备 溶于强碱溶液，形成硅酸盐，溶液呈强碱性 在可溶性硅酸盐中滴加强酸，又会有硅酸析出 原硅酸脱水后就是硅酸，物理化学性质大致和硅酸一致

土壤其实也是风化了的石头。你要问它的物理性质，那就是颜色、密度、粒径之类的。不同土壤，它的粒径也不一样，而不同粒径的矿物质的成分与物理化学性质有很大差别。土壤是环境中特有的组成部分，指的是陆地地表具有肥力并能生长植物的疏松表层，厚度一般在两米左右。

矿物在物理学研究所涉及的光学、力学、电学、磁学等方面表现出来的性质称矿物的物理性质。它们主要取决于矿物自身的化学成分和内部结构，因而成为鉴别矿物的重要依据。 （一）矿物的光学性质 1.颜色 2.条痕 3.光泽 4.透明度 5.发光性 （二）矿物的力学性质 1.硬度 2.解理 3.断口 （三）矿物的比重（密度）、磁性、放射性及点学性质 电学性质包括：（1）导电性；（2）介电性、压电性和焦（热）电性

由于一切晶体内部质点的排列都遵循格子构造的规律而与其他物质相区别，因此所有晶体应该具有一些由格子构造所决定的共同区别于其他物质的性质，我们把这些性质称为晶体的基本性质。现简述如下。

1.自限性

晶体的自限性（self-confinement）是指晶体在合适条件下生长时总能自发地形成具有一定凸几何多面体外形的性质。在晶体的凸几何多面体上，平整的面称为晶面，两个晶面的交线称为晶棱，晶棱汇聚成的尖顶称为角顶。晶面数（F）、晶棱数（E）和角顶数（V）的关系符合欧拉定律：

F+V=E+2

晶体的几何多面体形态，是晶体内部格子构造的外部表现。晶体外形上的晶面、晶棱与角顶，实际上对应着格子构造中的面网、行列及结点。晶体的格子构造及其所制约的凸多面体形态均服从于一定的结晶学规律。

应当注意的是，准晶体也具有自限性。

2.均一性

晶体的均一性（homogeneity）是指同一晶体的任何部位其性质是完全相同的。例如，假定我们把一个晶体分成许多小晶块，那么每一块这样的小晶块的物理性质与化学性质都是相同的。这主要是因为在晶体的各个部分都具有相同的格子构造，也即各部分的质点分布相同，因此性质也相同。

若设在x处和x+x′处取得小晶体，则晶体的均一性可作如下数学表示：

F（x）≡F（x+x′）

这里的F为相应晶块的化学组成和物理性质。

必须注意的是，非晶质体也具有均一性，如玻璃的不同部分在折射率、膨胀系数、热导率等性质方面都是相同的。但非晶质体的这种均一性是统计意义上的、平均近似的均一性，称为统计均一性，它与晶体由内部格子构造决定的严格的结晶均一性有着本质的区别，而与液体和气体的统计均一性相似。

3.异向性

晶体的异向性（anisotropy）指晶体的性质因观察方向的不同而表现出差异的特性。同一矿物在不同方向上其解理的发育程度存在明显的差别，这是晶体异向性最明显的例子。晶体的凸6多面体形态也是其异向性的表现。此外，晶体的刻划硬度，只要作精确的测定，都可以发现随刻划方向的不同而异，其中最明显的例子是蓝晶石。在平行蓝晶石晶体延长方向上，其摩斯硬度值约为4，而在垂直晶体延长方向上，其摩斯硬度值约为6，故蓝晶石又被称为二硬石。

由格子构造规律我们知道，晶体结构中质点排列方式和间距，在相互平行的方向上都是一致的，但在不相平行的方向上，一般来说都是有差异的。因此，当沿不同方向进行观察时，晶体的各项性质将表现出一定的差异，这就是晶体具有各向异性的根源。

4.对称性

晶体的对称性（symmetry）是指晶体中的相同部分或性质在不同的方向或位置上有规律地重复出现的特性。我们常常可以看到，在一个晶体的不同方向出现形状和大小完全相同的晶面，这就是晶体外形上的一种对称性。其实，晶体内部质点在三维空间周期性平移重复排列本身就是一种微观的对称性，尽管晶体结构中质点的排列在不同方向上一般是有差异的，但并不排斥其在某些特定方向上的重复。因此，晶体的宏观对称性是其微观对称性的体现，是晶体最重要的性质，也是晶体对称分类的基础。有关晶体的对称性，将在第四章中作进一步的讨论。

5.最小内能性

晶体的最小内能性（minimum internal energy）是指，在相同的热力学条件下，较之于同种化学成分的气体、液体及非晶体而言，晶体的内能最小。这从晶体熔融时要吸热、熔体结晶时会放热得到部分的直观证明。

晶体具有最小内能主要是因为，晶体内部质点在三维空间呈周期性重复的规律排列，这种规则排列是质点间的引力和斥力达到平衡的结果。在此情况下，无论是使质点间的距离增大或是减小，都将导致质点的势能增加。至于气体、液体和非晶质体，由于它们内部质点的排列是无规则的，因此质点间的距离不等于平衡距离，因而它们的势能比晶体大。这就意味着，在相同的热力学条件下，晶体的内能应为最小。

6.稳定性

晶体的稳定性（stability）是指，对于化学组成相同但处于不同物态下的物质而言，以晶体最为稳定。例如，非晶体可以自发转化为晶体，释放出能量，而晶体不可能自发转化为其他物态。

晶体的稳定性是晶体具有最小内能的必然结果，而从根本上讲，它也是由晶体的格子构造规律所决定的。

晶体因其内部质点已达到平衡位置，具有最小内能，要破坏晶体的这种状态，就必须从外界吸收能量，如加热等。同时，由于使晶体中每个质点脱离平衡位置所需能量都是相等的，因此每种晶质体都有自己确定的熔点（非晶质体没有固定的熔点）。与此相反，无论气体、液体或是非晶质体，由于它们内部质点未达平衡位置，当使它们的质点趋向于规则排列而达到平衡位置，亦即向晶体转化时，必定会释放出多余的能量。所以，根据热力学定律，结晶态是最稳定的物态，它不会自发地转化为其他物态。

思考题及习题

1）晶体、非晶质体、准晶体有何区别？

2）结点间距、面网密度、面网间距之间有何联系？

3）如何根据晶体的格子构造解释其基本性质？

4）晶体不一定呈规则的几何多面体外形，这是否与晶体的自限性矛盾？

5）某些固体生长时可以自发地形成规则的几何多面体外形，这些固体肯定是晶体吗？为什么？

6）为什么晶体具有确定的熔点而非晶体不具有确定的熔点？

7）下图的左图和右图分别为石墨晶体结构中平行和垂直结构层的两种碳原子面。试分别以两图中的a，b，c为基点，画出对应的相当点分布图和面网并比较之。

石墨晶体结构中碳原子的分布

（据罗谷风，1985）