晶体的定义和晶体的构造

出处：按学科分类—工业技术中国轻工业出版社《制盐工业手册》第281页（2606字）

1．晶体内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体，或者说，是具有格子构造的固体。凡结晶颗粒能用一般放大镜分清的，称为显晶质(phanerocrystalline)；凡结晶颗粒不能用一般放大镜分辨的，称为隐晶质(cryrtocrystalline)。

2．晶体的界限要素有：晶面，即组成几何多面体的平面；晶棱，即晶面间的交棱；角顶，即晶棱的交点。所有凸多面体的界限要素关系，均服从艾列尔定律，即：晶面数(f)+角顶数(n)=晶棱数(r)+2。

完整的氯化钠晶体是由6个晶面(f=6)、8个角顶(n=8)和12条晶棱(r=12)构成的正立方体。

3．晶体内部构造最明显的特点，即质点(原子、离子、有时为分子)作有规律的排列，相同的质点在三维空间呈周期性的重复出现，成为格子构造。它是决定晶体性质(包括能自发成长为有规则的凸几何多面体的特性)的根本因素。不同的晶体内部构造不相同，现以氯化钠为例叙述如下：

(1)晶格晶体内部格子构造的简称。图2－5－1中由一些大球(代表Cl^－)和小球(代表Na⁺)所堆成的立方体小块，是NaCl内部结构中极小的一部分；在1mm³的NaCl晶体内，包含着约7×10¹⁷个这样的立方体小块。沿着这个立方体小块棱的方向，Cl－和Na⁺以相等的间隔交替排列，每隔0．56402nm重复两次；而在平行于晶面的对角线方向上，Cl^－或Na⁺各自均以0．39862nm的相等间隔连续排列；其他任何方向，情况也是这样；所有Cl^－和Na⁺在三维空间均呈周期性重复的规则排列，构成一种格子状的构造。实践证明，所有天然产出的或人工制备的NaCl，不论其外形是否规则，内部质点都按上述规律，排成立方体的格子构造。氯化钠所以能长成有规则的立方体，就是这种格子构造决定的。

图2－5－1 NaCl的晶体结构

大球－Cl^－；小球－Na⁺

(2)晶体几何常数轴率a∶b∶c和轴角α、β、γ的合称，是表示晶体坐标系特征的一组参数。

①结晶轴在晶体中选定一个三维的坐标系作为结晶轴，即晶体中的坐标轴。标记为x轴、y轴、z轴或a轴、b轴、c轴。各结晶轴的交点位于晶体的中心。三个结晶轴的安置是：c轴上下直立，正端朝上；b轴在左右方向，正端朝右；a轴则在前后方向，正端朝前。如图2－5－2。

图2－5－2 结晶轴与轴角

②轴角每两个结晶轴正端之间的交角。它们是：α=b轴∧c轴，β=c轴∧a轴，γ=a轴∧b轴。见图2－5－2。

③轴率 a、b、c三个结晶轴的单位连比，记为a∶b∶c，也称轴单位比。通常写成以b为1的连比式：A∶1∶C。式中：A=a／b，C=c／b。氯化钠晶体的轴率即写成a∶b∶c=1∶1∶1，轴角写成α=β=γ=90°。

(3)晶胞能充分反映整个晶体结构特征的最小结构单位。由一个晶胞出发，就能借助于平移，重复出整个晶体结构。晶体结构中划分晶胞的平行6面体单位，其形状、大小与对应的空间格子中的平行6面体一致，其质点在空间分布的重复规律也与对应空间格子中的结点在空间分布的重复规律相同；两者的区别在于：空间格子中的平行六面体是由不具备任何物理、化学特性的几何点构成的，晶体结构中的晶胞则是由实在的具体质点构成的。

(4)晶胞参数用来表征晶胞的形状、大小的一组数据，与对应的单位平行6面体参数完全一致。

图2－5－3A是从NaCl晶体结构中抽象出来的一个单位平行6面体，其表现为立方面心格子，棱长0．56402nm。图2－5－3B是从NaCl晶体结构中划分出来的一个单位晶胞，棱长(相当于相邻顶角上两个Cl－中心的间距)也是0．56402nm，晶胞参数是：

棱长 a₀=b₀=c₀=0．56402nm

轴角 α=β=γ=90°

含分子个数Z=4，即1个CaCl分子是由4个Cl^－和4个Na⁺按立方面心格子的形式分布、组成的。