晶体与非晶质体

第一节　晶体与非晶质体

我们常见的宝石，例如钻石、红宝石、祖母绿、石英等，它们是由什么构成的呢?它们内部又是以什么规律形成宝石的呢?要了解宝石，要正确地鉴定宝石，我们首先要知道什么是晶体，什么不是晶体。

1.晶体的概念

在大多数人的印象中，晶体是一种相当罕见的物质，其实晶体是十分常见的。自然界的冰、雪及土壤、沙和岩石中的各种矿物，甚至我们吃的食盐、冰糖，用的金属材料和一些固体化学药品等，都是晶体。在宝石的大家族中，有的宝石是晶体，有的宝石却不是晶体。

人们对晶体的认识，最初是把具有天然几何多面体外形的矿物(如水晶)称为晶体(如图1-1所示)，这是狭义概念的晶体。

晶体的定义是:内部原子或离子在三维空间呈周期性平移重复排列的固体;或者说晶体是具有格子构造的固体。

是否具有规则的几何多面体外形，并不是晶体的本质，只是一种外部现象。只要生长环境条件允许，任何一个晶体都可以长成具有规则几何多面体外形的完美形态。

如图1-2所示为氯化钠的晶体结构。可以看出，无论是氯离子还是钠离子，在晶体结构的任一方向上，都是每隔一定的距离重复出现一次。为了进一步揭示这种重复规律，我们在其结构中任意选择一个几何点，如选在氯离子与钠离子相接触的某一点上，然后在整个结构中把所有这样的等同点都找出来。所谓等同点，就是在晶体结构中占据相同位置且具有相同环境的点。显然，这一系列等同点的重复规律，必定也是在三维空间呈周期性平移重复排列的。

图1-1　呈几何多面体外形的水晶晶体

这样一系列在三维空间呈周期性平移重复排列的几何点(即等同点)，称为结点。

分布在同一直线上的结点，构成一个行列。任意两个结点可决定一个行列。行列上两个相邻结点间的距离，称为结点间距。相互平行的行列，其结点间距必定相等;不相平行的行列，其结点间距一般不相等。

连接分布在同一平面内的结点，构成一个面网。任意两个相交的行列可决定一个面网。面网上单位面积内的结点数，称为面网相对密度。两相邻面网间的垂直距离，称为面网间距。相互平行的面网，其面网相对密度和面网间距必定相等;不相平行的面网，一般来说，它们的面网相对密度和面网间距都不相等。并且，面网相对密度大的面网，其面网间距也大;反之，相对密度小，间距也小。

用三组不共面的直线把结点连接起来，就构成了空间格子(如图1-3所示)。三个不共面的行列可决定一个空间格子。此时，空间格子本身将被这三组相交行列划分成一系列平行叠置的平行六面体，结点就分布在平行六面体的角顶。

应当强调指出，结点只是几何点，并不等于实在的质点;空间格子也只是一个几何图形，并不等于晶体内部包含了具体原子或离子的格子构造。但是，格子构造中具体原子或离子在空间分布的规律性，可由空间格子中结点在空间分布的规律性来表征。

2.非晶质体的概念

非晶质体是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。或者当加热非晶质体时，它不像晶体那样表现出有确定的熔点，而是随着温度的升高逐渐软化，最后成为流体。

晶体与非晶质体在一定的条件下是可以相互转化的，由晶体转变成非晶质体称为非晶化或玻璃化，由非晶质体转变成晶体称为晶化或脱玻化。

大球Cl^－;小球Na⁺

图1-2　氯化钠的晶体结构

图1-3　空间格子