认识从这里开始

认识从这里开始

物质从熔融态缓慢降温凝固时，或从饱和溶液中缓慢蒸发溶剂时，常会得到有棱、有角、外形规则的凸多面体形的固体，这就是晶体。如食盐晶体的外形为立方体，明矾晶体的外形为正八面体，石英的外形为六棱柱体等。晶体外形中的面、线、点分别称作晶体的晶面、晶棱和顶点，晶体外形中的晶面数（F）、晶棱数（E）和顶点数（V）之间符合称之“欧拉公式”的数学式：

F＋V＝E＋2

晶体为什么会自发地长成这类规则的几何外形呢？最初人们仅仅是猜测，后被晶体结构测定的实验证实，这是因构成晶体的微粒按照一定的方式沿三维方向作周期性重复排列的结果。以氯化钠晶体为例，图3－1是氯化钠晶体结构的示意图，从图中可以看出，钠离子（黑球）和氯离子（白球），沿着相互垂直的3个方向，作周期性的重复排列。氯化钠晶体就这样一层层长成，最后便形成了规则的立方体外形；而像玻璃、松香、明胶等非晶态固体，其微粒在固体中呈杂乱无章的分布，因此就不会自发地长成规则的几何外形。晶体的这一周期性结构，如果把它周期性重复的内容看作一个“几何点”，这种结构就类似于古代的排兵列阵，故又称之“点阵结构”（点阵的严格定义略）。

图3－1　氯化钠晶体的结构

晶体的点阵结构，使晶体还具备了另一些特性：

（1）均匀性：即一块晶体内部的各个部分的宏观性质相同，如密度。

（2）各向异性：如云母（一种晶态的矿物）的不同方向导热性不同；而非晶态则各向同性。

（3）有确定的熔点：如冰的熔点为0℃，氯化钠熔点为801℃；而非晶态物质没有确定的熔点，只有一定温度范围的熔化过程。

（4）晶体能使X射线发生衍射：正是根据晶体具有这种性质，才能准确地测出晶体结构。

考虑到晶体的点阵结构特征，晶体具有这些特性就很自然了。由于晶体内部各部分微粒的排布情况完全相同，各部分的密度等性质自然均一；由于晶体中的微粒都是以相同强度的作用结合成晶体的，因此需在同一个温度下这些微粒间的联系才会断开而熔化……

认识事物总是遵循“由表及里”、“由浅入深”的顺序，对晶体结构的认识也是如此。在对晶体的结构和性质有了一个粗略的了解后，下面就可进入更深层次的认识。