影响晶体生长与最终形态的外部因素

四、影响晶体生长与最终形态的外部因素

晶体的生长特征与最终形态首先是受晶体内部格子构造规律，即晶体结构所制约（内因），这是影响晶体生长与最终形态的根本因素。但晶体生长时的外部环境（外因）对晶体的最终形态也具有较大的作用。所以一个实际晶体的形态是内因和外因共同作用的结果。

影响晶体生长的外部因素比较复杂，不少因素之间还相互起作用和相互制约。它们主要通过改变晶面间的生长速度来影响晶体形态的发育。这些因素主要包括如下：

（一）涡流

涡流是一种溶液的对流。在生长的晶体周围，由于溶液中的溶质结晶于晶体上，导致晶体周围溶液浓度降低，以及晶体结晶时释放出的热量使晶体附近溶液的密度也降低。在重力作用下，这些相对轻的溶液要上升，远处相对重的溶液要补充进来形成了溶液对流，这种对流被称为涡流。涡流现象的产生，使溶液供应溶质不均匀，且有方向性。同时晶体的位置不同也影响溶质的供给，悬浮在溶液中的晶体下部容易获得溶质；贴于容器底部的晶体底部则难获得溶质，从而导致晶体发育不同形态。为了克服涡流对晶体生长的影响，目前人们开始探索在失重条件下生长晶体，如在人造卫星上生长晶体。

（二）温度

在不同的温度下，同种物质的晶体具有不同的形态，如图2－5所示。方解石在较高温度下形成的晶体呈扁平状；在较低的温度或地表下形成的晶体呈细长的柱或菱面体状。同种物质晶体形态差异的实质是温度改变了晶体上各个晶面的生长速度而引起的。

（三）杂质

溶液中杂质的存在可改变溶质与面网的结合关系，从而影响晶体上不同面网的表面能，也改变了不同面网的相对生长速度，最终也改变晶体形态。如纯净水中生长的石盐呈立方体状，而含少量硼酸的水中生长的石盐呈立方体与八面体单形均发育的聚形状。

图2－5　随温度降低方解石形态变化图（引自潘兆橹，1993）

（四）溶液粘度

溶液的粘度也会影响晶体的生长，粘度增大，影响溶液对流，也影响涡流产生。溶质只能以扩散的方式供给晶体，导致晶体生长困难。同时一般晶体的棱角部分容易接受溶质，生长较快；而晶面中心不容易接受溶质，生长较慢，甚至不生长，形成骸晶。

（五）结晶速度

当出现结晶的温度急剧下降等情况时，晶体的结晶速度加快，导致晶核增多，晶体长得细小，往往呈针状、树枝状。如雪花是水蒸气由于降温剧烈而凝华生成的。反之，当结晶温度稳定时，晶体结晶速度小，结晶时间悠久，则晶体长得粗大。如花岗伟晶岩的晶体就是由于岩浆期后热液温度稳定，结晶速度小，结晶时间悠久，则晶体长得粗大。

另外，晶体的结晶速度也影响着晶体的纯净度。快速生长的晶体一般不纯净，晶体内含有大量杂质、包裹体。

（六）其他因素

晶体的形态还与其结晶的顺序有关，一般早结晶者，由于有较多空间，晶形完整，呈自形晶；晚结晶者，由于空间狭小，晶形不完整，呈他形晶。

（七）晶体溶解

完好的晶体处在不饱和的溶液中时会发生溶解现象，晶体的各部位与溶液接触不同，其溶解的特点各不相同。由于角顶与溶液接触面最大，被溶解得最快；棱与溶液接触面较大，被溶解得也较快；而晶面与溶液接触面最小，被溶解得最慢。所以晶体被溶解后常呈近似球状。

晶面被溶解时常在一些离子结合弱的地方溶解出小凹坑，被称为蚀象。蚀象常出现在晶体上面网密度最大的晶面上，因为面网密度大的晶面，其面网间距大，容易被破坏。

（八）晶体再生长

被破坏了的晶体在适当的环境条件下又可生长成几何多面体图形，被称为晶体的再生长。如斑岩中石英颗粒再生长成较规则形态。

自然界晶体的溶解与再生长可交互出现，使晶体的形态更加复杂化。