第二章 晶体生长的基本规律

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第2章 晶体生长的基本规律
① 层生长理论
层生长理论可以解释的现象
晶体的几何多面体形态 晶体中的环带构造
电气石横截面上的环带
蓝宝石中的六方环状生长纹
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第2章 晶体生长的基本规律
盐溶液的结晶实验
Heat some solvent to boiling. Place the solid to be recrystallized in an Erlenmeyer flask.
Pour a small amount of the hot solvent Into the flask containing the solid.
第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 晶体的阶梯状生长
晶面上阶梯状的生长纹
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第2章 晶体生长的基本规律
⑶ 晶体的螺旋状生长
晶体的螺旋状生长
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第2章 晶体生长的基本规律
盐溶液的结晶实验
Close-up of pictures forming in a flask
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第2章 晶体生长的基本规律
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第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 液-固结晶作用 ① 从溶液中结晶 条件：溶液过饱和 △c = c – wenku.baidu.comeq △c：绝对过饱和度； c：溶液浓度；ceq ：溶解度
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第2章 晶体生长的基本规律
① 层生长理论
某些晶体内部的沙钟构造。
同种晶体的不同个体，对应晶面间的夹角不变。
普通辉石的砂钟构造
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第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 晶体的阶梯状生长
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第2章 晶体生长的基本规律
盐溶液的结晶实验
If the solid is still not dissolved, add a tiny amount more solvent and swirl again.
When the solid is all in solution, set it on the bench top. Do not disturb it!
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第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 居理—吴里夫原理
居里：晶体生长的平衡态表面能最小。 吴里夫：生长速度快的晶面表面能大。
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C
②
D
面网密度AB>CD>BC
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第2章 晶体生长的基本规律
⑴ 布拉维法则 面网密度大，生长速度慢；
面网密度小，生长速度快。 生长速度最快的面网消缩最快。
• 布拉维法则以简化条件为前提，没有考虑温度、
压力、浓度、杂质等对晶面生长速度产生影响。
第2章 晶体生长的基本规律
⑶ 晶体的螺旋状生长
石墨底面上的生长螺纹
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第2章 晶体生长的基本规律
2.3 晶面的发育
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第2章 晶体生长的基本规律
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第2章 晶体生长的基本规律
盐溶液的结晶实验
After a while, crystals should appear in the flask.
You can now place the flask in an ice bath to finish the crystallization process
第2章 晶体生长的基本规律
第2章 晶体生长的基本规律
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第2章 晶体生长的基本规律
主要教学内容
晶体的形成方式 晶体生长* 晶面的发育*
影响晶体生长的外部因素
晶体生长技术简介
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第2章 晶体生长的基本规律
盐溶液的结晶实验
Swirl the flask to dissolve the solid.
Place the flask on the steam bath to keep the solution warm.
条件：熔体过冷却 △T = Tf – T Tf ：熔点； T ：熔体温度； △T： 绝对过冷度。
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第2章 晶体生长的基本规律
⑶ 固-固结晶作用
同质多像转变：是指某种晶体，在热力学条件改变时转变 为另一种在新条件下稳定的晶体。它们在转变前后的成分相 同，但晶体结构不同。 例如：石墨在高压条件下转变为金刚 石。 晶界迁移结晶：典型的晶界迁移再结晶作用为烧结。 固相反应结晶：两种或以上粉晶原料，混合成型后进行高 温烧结，各组分之间会发生反应，形成新的化合物晶体。 CaO+SiO2=Ca2SiO3 重结晶 ：小晶体的长大作用，但转变过程中有液相参与。 脱玻化 ：玻璃会自发地转变为晶体。
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第2章 晶体生长的基本规律
青海察尔汗盐湖中盐花结晶体
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第2章 晶体生长的基本规律
石钟乳、石笋、石柱
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第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 液-固结晶作用
当溶液达到过饱和时，才能析出晶体。主要有以下几种 方式： 1)降低饱和溶液的温度。目的在于降低溶质的溶
解度，获 得过饱和溶液，使溶液中多余溶质结晶。 2)减
少饱和溶液的溶剂。有两种途径： 蒸发溶剂：如天然盐湖卤水蒸发，盐类矿物结晶出来。 电解溶剂：通过电解是溶剂变成气体逸出，是溶液达到 过饱和析晶。 3)通过化学反应，生成难溶物质。
第2章 晶体生长的基本规律
2.1 晶体的形成方式
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第2章 晶体生长的基本规律
⑴ 气-固结晶作用
概念：由气态物质直接转变为晶体。 条件：气 态物质处于低蒸汽压和较低的温度下。
在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠晶体。 雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体。
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第2章 晶体生长的基本规律
⑴ 晶体的生长的基本理论
① 层生长理论 假设：晶体由单原子
二面凹角 一般位置
构成的立方晶胞堆积
而成，相邻质点间 距 为a。
a
三 面 凹 角
晶核上的三种位置
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CaNO3+Na2CO3=CaCO3 ↓ + NaNO3
Ca(OH)2+H3PO4= Ca5(PO4)3(OH) ↓ +H2O
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第2章 晶体生长的基本规律
⑵ 液-固结晶作用
② 从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说， 只有当熔体过冷却时晶体才能发生。如水在温度低 于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体冷却到熔点以下 结晶成金属。
第2章 晶体生长的基本规律
① 层生长理论
三面凹角
二面凹角
三种位置上最邻近的质点数
一般位置
三面凹角 二面凹角
一般位置
a 3 2 1
1.414a 6 6 4
1.732a 4 4 4
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第2章 晶体生长的基本规律
① 层生长理论
第2章 晶体生长的基本规律
晶核的形成
成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽，这 一相变过程中体系自由能的变化为： ΔG=ΔGv+ΔGs 式中△Gv为新相形成时体系自由能的变化，且△Gv＜0, △GS
为新相形成时新相与旧相界面的表面能，且△GS＞0。
也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转变为内 能更小的晶体相而使体系自由能下降，另一方面又由于增 加了液-固界面而使体系自由能升高。
⑴ 布拉维法则
内容：实际晶体往往为面网密度大的面网所包围。 晶面生长速度：晶面在单位时间内沿法线方向 向外推移的距离。
晶面法线方向
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第2章 晶体生长的基本规律
⑴ 布拉维法则
③
A B
生长速度慢 生长速度快
a b
①
质点的堆积顺序 三 面凹角→二面凹角 →一般位置。
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第2章 晶体生长的基本规律
① 层生长理论
晶体的理想生长过程
在晶核的基础上，逐行生长，直到长满一层面 网，再长相邻面网，如此逐层向外推移； 生长停止后，最外层面网就是实际晶面，相邻 面网的交棱就是实际晶棱。
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第2章 晶体生长的基本规律
晶核的形成
只有当ΔG ＜0时， 成核过程才能发生，因 此，晶核是否能形成， 就在于ΔGv与ΔGs的相 对大小。 见图： 体系自由能由升高到 降低的转变时所对应 的晶核半径值rc称为 临 界半径。
第2章 晶体生长的基本规律
岩浆岩的形成 How Igneous Rock Is Formed
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第2章 晶体生长的基本规律
天然熔体：岩浆
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2.2 晶体的生长
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第2章 晶体生长的基本规律
2.2 晶体的生长
晶体形成的三个阶段： 介质的过饱和或过冷却阶段；
成核阶段；
生长阶段。
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第2章 晶体生长的基本规律
晶核的形成
思考：怎么理解在晶核很小时表面能大于体自由能，而当晶核长大后 表面能小于体自由能？ 因此，成核过程有一个势垒： 能越过这个势垒的就可以进行 晶体生长了，否则不行。 ************* 均匀成核：介质体系内的质点同时进入不稳定状态而 形成新相，称为 均匀成核作用。 非均匀成核：在体系内，只是某些 局部的区域（杂质、容器壁）首先 形成新相的核，称为不均匀成核 作用。 成核速度：在单位时间内，单位体积中所形成的核的数目。 思考：为什么在杂质、容器壁上容易成核？ 为什么人工合成晶体要放籽晶？