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稳定性：在相同的热力学条件下，具有相同化学 ► 稳定性 成分的晶体和非晶质体相比，晶体是稳定的， 而非晶质体是不稳定的。对于化学成分相同的 物质，以不同的物理状态存在时，其中以结晶 状态最为稳定。这一性质与晶体的内能最小是 吻合的。在没有外加能量的情况下，晶体是不 会自发地向其它物理状态转变的。
任何晶体在生长过程中，只要有适宜的空间条件，它们都 能自发地长成规则几何多面体。晶体为平的晶面所包围， 晶面相交成直的晶棱，晶棱相交会聚成尖的角顶。晶面、 晶棱和角顶分别与格子构造中的面网、行列和结点相对应。 晶体多面体形态受格子构造制约，它服从于一定的结晶学 规律。 ► 均一性 均一性：晶体内部任意两个部分的化学组成和物理性质是等 同的。可以用数学公式来表示, 设在晶体的x处和x + x’处取 得小晶体, 则 F(x) ≡ F (x + x’) 此处F表示化学组成和性质等物理量度。 非晶质体也具有其均一性，但由于非晶质体的质点排 非晶质体 列不具有格子构造，所以其均一性是统计的、平均近似的 统计均一性；而晶体 晶体的均一性是取决于其格子 均一，称为统计均一性 统计均一性 晶体 构造的，称为结晶均一性 结晶均一性。 结晶均一性
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二.空间格子的概念与获得
空间格子—是表示晶体内部结构中质点周 是表示晶体内部结构中质点 （ 1 ） 空间格子 是表示晶体内部结构中 质点 周 期性重复排列规律的几何图形 几何图形。 期性重复排列规律的几何图形 等同点或相当点：点的内容(或种类)相同; （2）等同点或相当点：点的内容(或种类)相同; 点的周围环境相同。 点的周围环境相同。 空间格子的获得： （3）空间格子的获得： 首先必须找出晶体结构中的相当点； ①首先必须找出晶体结构中的相当点； 按照一定的规则将相当点连接起来， ②按照一定的规则将相当点连接起来，就形 成了空间格子。 成了空间格子。
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三.空间格子的基本要素
（1）结点 ） （2）行列 ） （3）面网 ） （4）平行六面体 ）
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结点（格点） （1）结点（格点）
空间格子中的点， 空间格子中的点 ， 代表晶体 结构中的等同点。 结构中的等同点。 等同点 几何点，只有几何意义。 为几何点，只有几何意义。 在实际晶体中， 结点的位置 在实际晶体中 ， 一定是由同种质点所占据。 一定是由同种质点所占据。 同种质点所占据 实际晶体中的同种质点并不一定只占据在同一套结点上。 实际晶体中的同种质点并不一定只占据在同一套结点上。 P4图 2a中以硅原子为对象可找出两套相当点 中以硅原子为对象可找出两套相当点， （在P4图1-2a中以硅原子为对象可找出两套相当点，以氧原 子为对象可找出3套相当点。） 子为对象可找出3套相当点。）
金刚石(Diamond) 金刚石
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石榴子石(Garnet) 石榴子石
火蛋白石(Fire Opals) 火蛋白石
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紫锂辉石(Kunzite) 紫锂辉石
软玉 (Nephrite)
常林钻石 重158.786克拉
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晶体的定义是什么？ 晶体的定义是什么？
晶体的远古定义（从现象）：能自发生成规则 晶体的远古定义（从现象）：能自发生成规则 ）： 几何多面体形状的固体。显然，该定义不够严谨。 几何多面体形状的固体。显然，该定义不够严谨。
晶体—具有格子构造的固体 晶体 具有格子构造的固体, 或内部 具有格子构造的固体 质点在三维空间成周期性重复 排列构成的固体。 排列构成的固体。 homogeneous solid containing long-range order in three dimensional space.
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研究表明， 研究表明，数以千计的不同种类晶体 尽管各种晶体的结构各不相同， 尽管各种晶体的结构各不相同，但都具有 格子状构造，这是一切晶体的共同属性。 格子状构造，这是一切晶体的共同属性。
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（2）行列
结点在直线上的排列即构 成行列。 成行列。 结点间距： 结点间距 ： 行列上两个相 邻结点间的距离， 邻结点间的距离 ， 即最小 重复周期。 重复周期。 同一行列中的结点间距必然是相等的。 同一行列中的结点间距必然是相等的。 相互平行的行列，其结点间距必定相等； 相互平行的行列，其结点间距必定相等； 不相平行的行列， 不相平行的行列，一般说其结点间距亦不相 等。
结晶学及矿物学
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第一部分 结晶学基础
• • • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 晶体及其基本性质（ 学时） 晶体及其基本性质（2学时） 晶体的宏观对称（6+2学时 学时） 晶体的宏观对称（6+2学时） 晶体的定向和晶面符号（6+4学时 学时） 晶体的定向和晶面符号（6+4学时） 单形和聚形（ 学时） 单形和聚形（2学时） 晶体内部结构的微观结构（ 学时） 晶体内部结构的微观结构（2学时） 晶体化学（4学时） 晶体化学（
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六. 总结
晶体：具有格子构造的固体。 晶体：具有格子构造的固体。 空间格子：是表示晶体内部结构中质点 质点周期性 空间格子：是表示晶体内部结构中质点周期性 重复排列规律的几何图形。 重复排列规律的几何图形。 几何图形 等同点或相当点：点的内容(或种类)相同; 等同点或相当点：点的内容(或种类)相同;点 的周围环境相同。 的周围环境相同。 空间格子的获得： 空间格子的获得：①首先必须找出晶体结构中 的相当点②按照一定的规则将相当点连接起来， 的相当点②按照一定的规则将相当点连接起来， 就形成了空间格子。 就形成了空间格子。 从几何意义上正确区分晶体结构和空间格子、 从几何意义上正确区分晶体结构和空间格子、 晶胞与平行六面体的差异。 晶胞与平行六面体的差异。 晶体的基本性质：自限性，均一性，各向异性， 晶体的基本性质：自限性，均一性，各向异性， 对称性，最小内能，稳定性。 对称性，最小内能，稳定性。 29
结晶学的研究意义： 是矿物学的基础, 是材料科学的 结晶学的研究意义：
基础 , 是生命科学的基础 …...
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现代结晶学的几个分支：
1、晶体生成学：研究天然及人工晶体的发生、成长和变 晶体生成学： 晶体生成学 化的过程与机理，以及控制和影响它们的因素。 2、几何结晶学：研究晶体外表几何多面体的形状及其规 几何结晶学： 几何结晶学 律性。 3、晶体结构学：研究晶体内部结构中质点排列的规律 晶体结构学： 晶体结构学 性，以及晶体结构的不完善性。 4、晶体化学：研究晶体的化学组成与晶体结构以及晶体 晶体化学： 晶体化学 的物理、化学性质之间关系的规律性。 晶体物理学： 5、晶体物理学：研究晶体的各项物理性质及其产生的机 晶体物理学 理。
重点和难点
重点：晶体和空间格子的概念、 重点：晶体和空间格子的概念、空间格子的获取和 晶体的基本性质。 晶体的基本性质。 难点：空间格子的获取及其几何意义。 难点：空间格子的获取及其几何意义。
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主要内容
晶体：晶体和非晶体 和非晶体。 一.晶体：晶体和非晶体。 空间格子： 二.空间格子： (1)空间格子和相当点 空间格子和相当点的概念 (1)空间格子和相当点的概念 (2)空间格子的获取 (2)空间格子的获取 三.空间格子的基本要素 (1)结点;(2)行列;(3)面网;(4)平行六面体 结点;(2)行列;(3)面网;(4) (1)结点;(2)行列;(3)面网;(4)平行六面体 四.晶体的基本性质 自限性；（ ；（2 均一性；（ ；（3 异向性；（ ；（4 （1）自限性；（2）均一性；（3）异向性；（4） 对称性；（ ；（5 最小内能（ 稳定性。 对称性；（5）最小内能（6）稳定性。
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► 异向性：晶体的几何量度和物理性质与其方向性有关。设在 异向性：
晶体任意取两个方向n1和n2, 则有 F(n1) ≠ F(n2) 即在不同方向上, 晶体的几何量度和物理性质均有所差异。 对称性：指晶体中相同部分（如外形上的相同晶面、晶棱， ► 对称性 内部结构中的相同面网、行列或原子、离子等）或性质， 能够在不同的方向或位置上有规律重复出现的特性。 最小内能性: ► 最小内能性 在相同的热力学条件下，与同种化学成分的气 体、液体及非晶质体相比，以晶体的内能为最小。 内能 = 动能 + 质点在平衡点 周围作无规则 振动的能量 势能 质点间相对 位置所产生 能量
与晶体结构相反， 与晶体结构相反， 内部质点不作周期 性的重复排列的固 即称为非晶质 体，即称为非晶质 体。
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水晶
玻璃
晶体:短 或近 程有序, 或近)程有序 晶体 短(或近 程有序 长(远)程有序 远 程有序
非晶体:短 或近 程有序, 或近)程有序 非晶体 短(或近 程有序 长(远)程无序 远 程无序
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一. 晶体的概念
什么是晶体？ 什么是晶体？
铬铅矿（ 铬铅矿（Crocoite ）
石英（ 石英（Quartz） ）
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电气石(Tourmaline) 电气石
石膏(Gypsum) 石膏
钼铅矿Wulfenite) 钼铅矿
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祖母绿(Emerald Brooch) 祖母绿
钻石(Diamond) 钻石(Diamond)
二维图案
(a)－NaCl中xy平面Na+和Cl-排列的情况 (a)－NaCl中xy平面 平面Na (b)－Na+或Cl-的平面排列 (b)－ (c)－抽象为平面点阵 (c)－
(c)
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三维图案
左－NaCl中Na+和Cl-排列的情况 NaCl中 右－抽象为空间点阵
•等同点的分布可以体现晶体结构中所有质点的重复规律。 等同点的分布可以体现晶体结构中所有质点的重复规律。 等同点的分布可以体现晶体结构中所有质点的重复规律 •等同点在三维空间作格子状排列，我们称为空间格子。 等同点在三维空间作格子状排列，我们称为空间格子 空间格子。 等同点在三维空间作格子状排列 •同一晶体结构，其空间格子一定是固定和相同的。 同一晶体结构，其空间格子一定是固定和相同的。 同一晶体结构