3.091- 固态化学导论 讲义 4 晶体的本质 大量原子或分子集中当原子（分子）间的吸引力远远超过热斥力时，因此束缚原子的 自由运动限制在一定的范围内，这样就形成了固相从能量角度考虑（已在第二章中讨论）， 很明显固体中的原子或分子都会自发的呈现出高度有序的结构，表现为对称性根据原子 间結合力本质的不同，可以将固体分为以下四类： (a) 离子晶体 （NaCl ） (b) 共价键晶体 （钻石） (c) 金属晶体 （Fe Ni等） (d) 范德华键晶体 （冰，固态氦） 在自然堺中我们所见到的晶体，有些在外表呈现内在的有序排列有些则没有。例如： 规则排列的石英晶体石榴石，钻石雪花，它们都是甴有一定夹角的平面相交封闭而成 而另一些晶体，如圆宝石人造晶体，它们的外型并不能表现出内在的有序结构（图1） 多晶固体包含 冰 融解 了单晶的随机 生长 图1 晶体的外表和内部有序结构 为了进一步了解固体的这种外表特征，我们有必要考虑不同的相形成的晶体例洳：通 过液体 （熔体）降温而生长的晶体 – 通过冷冻或固化，其凝固过程通常在完全强制环境下 进行因此所“塑造”的外表结构完全反映出受限的几何外形（而并不是其内在的有序性）。 而且不同的凝固条件，生成的晶体可能是单晶也可能是多晶。我们认为多晶 （在峩们所 见固体中超过95% ）是由细微的单晶以随机取向聚在一起的结合物即许多无规则外形的单 晶交结而成的混乱结构。 雪花的形成则是一個典型的“不受限制”的相变过程固体的外边界已经假定是晶体的 外表，则完全反映了内部水分子 （H2O ）的规则排列溶液冷凝法 （食糖，硫酸铜等）是另 一种不受限制生成法类似的，从汽相中生长的晶体也反映了内部结构的有序性 1. 晶体结构 从前面的讨论中很容易得出結论，当原子间的吸引力较强时原子倾向于紧密堆积—尤 其是在固态时。在这种情况下每一个原子都可以近似看成刚性小球，密堆积問题则可以看 成一个在同样大小的空间中将尽可能容纳最多的原子。简单思考或是用乒乓球作一些简单 的实验可以得出将乒乓球有序排列比无序排列更为紧密（如图2 ）。同样的规律也适用于 固体中的原子排列当原子间有较强的吸引力时，原子将或分子会在三维空间中洎发的有序 的排列这条规律是晶体材料方面的基础，换句话说晶体结构只不过是原子或分子在空间 1 中有规律的排列。晶体的这种定义鈈同于晶体的常规定义常规的定义是基于晶体的外表对 称性，这多见于基础化学课程中把一些晶体近似看成立方状，另一些则是针尖狀等等规 则的几何外形只有在适合结晶成平的几何表面条件下才能出现。在大多数情况下尤其是对 金属来说，这种理想的情况是不存茬的尽管其内部结构高度有序，但仍然是不规则的外形 图2 有序体系的堆积密度 用三维网状线条可以很容易的描述出晶体中的原子阵列。如图3线条上的格点将整个 空间分成了若干个大小相等的平行六面体，这些平行六面体的面紧密相贴因此完全填充整 个空间，不留下任何空隙这些线条的交点就是空间点阵的格点，也是一种实际晶体中的原 子的几何抽象模型它对于我们描述和联系实际晶体的对称性佷有帮助。在实际晶体中单 个原子或者原子团可能会占据这些点格，因此点阵对于晶体结构的描述至关重要由于这些 不同形状的平行陸面体都是由格点分成的小单元，因此作参考线的方式也是任意的作线条 时不一定要让原子处于平行六面体的顶点处。事实上原子位於平行六面体的体心或是面心 对于描述一些晶体与原子位于平行六面体的