第一讲 一、晶体与非品 (一）晶体的概念 要理解什么是晶体，我们先从晶体概念的形成来理解 般人对晶体的理解 可抽几个学生讲自己所认为的晶体是什么 2.古代人对晶体的理解：古人将凡是天然具有（非人工琢磨而成）几何多面体形态的固体称为 晶体。如水晶、石盐。水晶我国最早称“水精“，有“几乃千年老冰“之说。 3.认识的进步：在现实生活中，我们会发现这样一种现象：相同的物质，其所有性质都相同 但外形不同 如品体味精与粉状味精，粗盐与精盐 ,前者具有几何多面体，后者则不具备。除此而 外，其它性质均相同，我们就不能把前者称为晶体而将后者视为非晶体。由此说明，仅仅利用有无 规则的几何多面体外形来定义晶体是不恰当的。 4,品体的概令 近代应用X射线分析的方法，揭示了大量晶体的内部结构，结果表明：一切晶体，不论其外形如 何，化学组成如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是作规律性排列的。也就是说，只要是 晶体，其内部质点都是有规律排列的。前例提到的粗盐（具立方体外形）与精盐（粉状），仅管其 外形不同，但它们内部质点Na与C1的排列规律都是一样的（以NaCI晶体模型举例说明）。 晶体内部质点这种规律排布， 目前已可借助于高分辨透射电子显微镜直接观察到(P2,图1 2) 由图及NaC1结构模型的观察我们会发现，晶体内部质点的规则排列表现为质点的周期重复（举 Na与C的周期重复排列的例子)。我们将质点的这种周期性重复排列自然数格子构造。因此，凡是 子构造的物质称为结品质，而结晶质在空间的有限部分即为品体。 (二)晶体的基本性质 我们将一切晶体所共有的，并且是由晶体的格子构造所决定的性质，称为晶体的基本性质，简述 如下： 1.自限性：即晶体具有自发地形成几何多面体形态的性质。我们知道，格子构造本身就是几何 多面体形态的： 而晶体具格子构造 所以晶体能按照自己的格子构造形态 自发地形成该种形态的 晶体。如石盐的格子构造是立方体形态，它的晶体形态就是立方体。石墨的格子构造是层状的、形 态为片状。 2.均一性和异向性 均一性：晶体是具格子构造的固体，同 各个部分的性质是一样的， SiO2,比重都是2.65，这就是晶体均一性的表现。 异向性：同一格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不同的（举NaCI格架例），因而晶体的 性质也随方向的不同而有所差异，这就是晶体的异向性。如矿物蓝晶石，在不同方向上硬度不同， 沿晶体延长方向用小刀可刻动，而沿垂直品体延长方向小刀刻不动。不同方向性质不同。 注意均一性与异向性概念的区别：均一性指的是同一晶体的不同部分性质相同：异向性指的是同 一晶体不同方向性质不同。 3.最小内能与稳定性 在所有物质中，品体具有最小的内能。 物体的内能包括动能与位能。而位能的大小则决定于质点间的距离与排列。晶体是具有格子构造 的固体，其内部质点的排列是质点间引力和斥力达到平衡的结果，故晶体人有最小的位能，也即晶 体具有最小内能 晶体的内能最小是由于它具有格子构造的结果。由于晶体具有最小的内能，所以处于相对稳定状 态，这就是晶体的稳定性。 只有内能最小的物体才最稳定。就像人站在陡坡上就没有站在平地上稳定一样。 4.对称性：是晶体最重要的性质，后章专门介绍
第一讲 一、晶体与非晶体 （一）晶体的概念 要理解什么是晶体，我们先从晶体概念的形成来理解： 1．一般人对晶体的理解，可抽几个学生讲自己所认为的晶体是什么。 2．古代人对晶体的理解：古人将凡是天然具有（非人工琢磨而成）几何多面体形态的固体称为 晶体。如水晶、石盐。水晶我国最早称"水精"，有"几乃千年老冰"之说。 3．认识的进步：在现实生活中，我们会发现这样一种现象：相同的物质，其所有性质都相同， 但外形不同，如晶体味精与粉状味精，粗盐与精盐，前者具有几何多面体，后者则不具备。除此而 外，其它性质均相同，我们就不能把前者称为晶体而将后者视为非晶体。由此说明，仅仅利用有无 规则的几何多面体外形来定义晶体是不恰当的。 4．晶体的概念 近代应用X射线分析的方法，揭示了大量晶体的内部结构，结果表明：一切晶体，不论其外形如 何，化学组成如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是作规律性排列的。也就是说，只要是 晶体，其内部质点都是有规律排列的。前例提到的粗盐（具立方体外形）与精盐（粉状），仅管其 外形不同，但它们内部质点Na与Cl的排列规律都是一样的（以NaCl晶体模型举例说明）。 晶体内部质点这种规律排布，目前已可借助于高分辨透射电子显微镜直接观察到（P2，图1- 2）。 由图及NaCl结构模型的观察我们会发现，晶体内部质点的规则排列表现为质点的周期重复（举 Na与Cl的周期重复排列的例子）。我们将质点的这种周期性重复排列自然数格子构造。因此，凡是 内部质点作规律排列，即具有格子构造的物质称为结晶质，而结晶质在空间的有限部分即为晶体。 综上所述，我们对晶体作出如下定义：晶体是具有格子构造的固体。 （二）晶体的基本性质 我们将一切晶体所共有的，并且是由晶体的格子构造所决定的性质，称为晶体的基本性质，简述 如下： 1．自限性：即晶体具有自发地形成几何多面体形态的性质。我们知道，格子构造本身就是几何 多面体形态的，而晶体具格子构造，所以晶体能按照自己的格子构造形态，自发地形成该种形态的 晶体。如石盐的格子构造是立方体形态，它的晶体形态就是立方体。石墨的格子构造是层状的、形 态为片状。 2．均一性和异向性 均一性：晶体是具格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点的分布是相同的，所以同一晶体的 各个部分的性质是一样的，这就是晶体的均一性。例如将一块纯将的水晶打碎，每一块的成分都是 SiO2，比重都是2.65，这就是晶体均一性的表现。 异向性：同一格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不同的（举NaCl格架例），因而晶体的 性质也随方向的不同而有所差异，这就是晶体的异向性。如矿物蓝晶石，在不同方向上硬度不同， 沿晶体延长方向用小刀可刻动，而沿垂直晶体延长方向小刀刻不动。不同方向性质不同。 注意均一性与异向性概念的区别：均一性指的是同一晶体的不同部分性质相同；异向性指的是同 一晶体不同方向性质不同。 3．最小内能与稳定性 在所有物质中，晶体具有最小的内能。 物体的内能包括动能与位能。而位能的大小则决定于质点间的距离与排列。晶体是具有格子构造 的固体，其内部质点的排列是质点间引力和斥力达到平衡的结果，故晶体人有最小的位能，也即晶 体具有最小内能。 晶体的内能最小是由于它具有格子构造的结果。由于晶体具有最小的内能，所以处于相对稳定状 态，这就是晶体的稳定性。 只有内能最小的物体才最稳定。就像人站在陡坡上就没有站在平地上稳定一样。 4．对称性：是晶体最重要的性质，后章专门介绍
(三)非晶质体的概念 指内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体。 非晶质体不具格子构造，它不是真正意义上的固体，而是一种呈凝固态的过冷凝体。非晶质体如玻 璃、琥珀 松 这些物质的内部质点的 布类似于液体 在非品 体的各个部位上 没有任 两部分的内部结构是完全相同的，它们只是统计意义上才是均一的。因此，非品质体不具有晶体那 样的性质。 (四)非晶质体与晶体间的转化 1,实例：岩浆迅速冷凝而形成非晶质的火山玻璃，经漫长的地质年代，其内部原子进行很缓慢 的扩散和调整，趋向于形成规则排列，由非品质的火山玻璃逐渐地向着法晶态转变，最终成为品 体。我们在一起古老的火山岩中常见到这种情况。这种非晶态转变为晶态的作用过程被称为晶化或 脱玻化。 与此相反，当晶体因内部质点的规则排列遭到破坏而向非品质体转变的作用，则称为非晶化或玻 璃化。例如一些含放射性元素的矿物，则称为非晶化或玻璃化。例如一些含放射性元素的矿物，其 晶格受放射性蜕变时所发出的α一射线的作用破坏而转变为非晶质体，这种作用特别称为变质非晶化 作用 .解释：晶化与非晶化有着本质的不同。 晶体具有最小内能，其内部质点间引力和斥力是平衡的，若使质点间的距离增大或减小，都将导 致质点的相对位能增加。而非晶体内部质点不作规则排列，质点间的距离不是平衡距离，因而其位 能较晶体大。 品体中的质点只在其平衡位置振 幼而不脱离其平衡位置，是 个稳定体系，要使其质 脱离其平 衡位置而向非晶质转化，就必须从外界传入能量。因此，在没有外来能量的作用下，晶体是稳定 的，不可能自发地转变为非晶体。实验证明，晶体变为非晶体是一个吸热反应，如石英晶体加热到 1713℃变为石英玻璃，其所吸收的热量用于破坏晶体的格子构造。 非晶质体中的质点位能较大，故总是趋向于达到最小内能 ，以便稳定焉，故非晶质体有自发地转 化为品体的趋向 实验证明，当物体由非晶态过渡到结晶状态时，都是放热瓜在，这些析出的热 能，即为质点多出的位能。 3.结论：对同成分的晶体和非晶体而言，晶体是稳定的非而晶体是不稳定的，非晶质体有自发 地向晶体转化的必然趋势，但晶体决不会自发地向非晶质体转变。 二、矿物的概念 1.古代矿物的概念：矿写为”一一“象形当时的采矿工具，其发育为"Kug”,表示采矿的声 音。由此将矿物定义为：从矿山来掘出来而来经加工的天然物体称为矿物： 2.现代定义：矿物是由天然产出且具有特定的（但一般非固定的）化学成分和内部结晶构造的 均匀固体，通常由无机作用形成 理解 (1)矿物必须是天然产出的物体，而由人工在工厂或实验室中制备出来的品体则不能称为矿 物。如天然产出的金刚石达到工艺美术要求时称钻石，而人工合成的金刚石与天然产出的金刚石完 全一样，但后者不是矿物，保能称人造钻石，二者价值相差巨大 (2)每种矿物都有特定的化学成分（但不是固定不变的），可以用化学式来表达。如金刚石、 C、刚玉、A12O3,但矿物的化学成分又不是固定不变的，如刚玉中可含有Cr,此时称红宝石，又可 含F、T称兰宝石，虽然矿物化学成分不是固定不变的，但就多数矿物而言，其化学成分的变化还是 有一定限制的。 (3)矿物还应具有特定的结品构造，亦即矿物应是品体，不是晶体就不能称为矿物。这也是学 习矿物学为什么要学习结晶学的原因
（三）非晶质体的概念 指内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体。 非晶质体不具格子构造，它不是真正意义上的固体，而是一种呈凝固态的过冷凝体。非晶质体如玻 璃、琥珀、松香等，这些物质的内部质点的分布类似于液体，在非晶质体的各个部位上，没有任何 两部分的内部结构是完全相同的，它们只是统计意义上才是均一的。因此，非晶质体不具有晶体那 样的性质。 （四）非晶质体与晶体间的转化 1．实例：岩浆迅速冷凝而形成非晶质的火山玻璃，经漫长的地质年代，其内部原子进行很缓慢 的扩散和调整，趋向于形成规则排列，由非晶质的火山玻璃逐渐地向着法晶态转变，最终成为晶 体。我们在一起古老的火山岩中常见到这种情况。这种非晶态转变为晶态的作用过程被称为晶化或 脱玻化。 与此相反，当晶体因内部质点的规则排列遭到破坏而向非晶质体转变的作用，则称为非晶化或玻 璃化。例如一些含放射性元素的矿物，则称为非晶化或玻璃化。例如一些含放射性元素的矿物，其 晶格受放射性蜕变时所发出的a—射线的作用破坏而转变为非晶质体，这种作用特别称为变质非晶化 作用。 2．解释：晶化与非晶化有着本质的不同。 晶体具有最小内能，其内部质点间引力和斥力是平衡的，若使质点间的距离增大或减小，都将导 致质点的相对位能增加。而非晶体内部质点不作规则排列，质点间的距离不是平衡距离，因而其位 能较晶体大。 晶体中的质点只在其平衡位置振动而不脱离其平衡位置，是一个稳定体系，要使其质点脱离其平 衡位置而向非晶质转化，就必须从外界传入能量。因此，在没有外来能量的作用下，晶体是稳定 的，不可能自发地转变为非晶体。实验证明，晶体变为非晶体是一个吸热反应，如石英晶体加热到 1713℃变为石英玻璃，其所吸收的热量用于破坏晶体的格子构造。 非晶质体中的质点位能较大，故总是趋向于达到最小内能，以便稳定焉，故非晶质体有自发地转 化为晶体的趋向。实验证明，当物体由非晶态过渡到结晶状态时，都是放热瓜在，这些析出的热 能，即为质点多出的位能。 3．结论：对同成分的晶体和非晶体而言，晶体是稳定的非而晶体是不稳定的，非晶质体有自发 地向晶体转化的必然趋势，但晶体决不会自发地向非晶质体转变。 二、矿物的概念 1．古代矿物的概念：矿写为"—||—"象形当时的采矿工具，其发育为"Ku ng"，表示采矿的声 音。由此将矿物定义为：从矿山来掘出来而来经加工的天然物体称为矿物。 2．现代定义：矿物是由天然产出且具有特定的（但一般非固定的）化学成分和内部结晶构造的 均匀固体，通常由无机作用形成。 理解： （1）矿物必须是天然产出的物体，而由人工在工厂或实验室中制备出来的晶体则不能称为矿 物。如天然产出的金刚石达到工艺美术要求时称钻石，而人工合成的金刚石与天然产出的金刚石完 全一样，但后者不是矿物，保能称人造钻石，二者价值相差巨大。 （2）每种矿物都有特定的化学成分（但不是固定不变的），可以用化学式来表达。如金刚石、 C、刚玉、Al2O3，但矿物的化学成分又不是固定不变的，如刚玉中可含有Cr，此时称红宝石，又可 含Fe、Ti称兰宝石，虽然矿物化学成分不是固定不变的，但就多数矿物而言，其化学成分的变化还是 有一定限制的。 （3）矿物还应具有特定的结晶构造，亦即矿物应是晶体，不是晶体就不能称为矿物。这也是学 习矿物学为什么要学习结晶学的原因