晶体结构与性质：弹性与结合力

3.8.1 结构图

3.8.2 总述

1.在一般情况下,物质有三种不同的聚集态:气态、液态和固态。

(1)液态和固态统称为凝聚态;

(2)“态”是形态,“体”是物体。

即:气体是气态的物体,液体是液态的物体,固体是固态的物体。

2.固体分为晶体和非晶体两大类。

(1)晶体:如金属、水晶、明矾和冰等。分子或其内部的原子呈周期性排列。

(2)非晶体:如玻璃、松脂、橡胶和塑料等。分子或其内部的原子呈非周期性排列。

本章主要研究晶体。

3.8.3 晶体宏观特征

1.外部形状:晶面角守恒定律,如图3-5所示。

图3-5 晶面角守恒定律

各相应晶面之间的夹角恒定不变。

2.物理特征

①单晶体:各向异性;有固定熔点。

②多晶体:各向同性;有固定熔点。

3.8.4 晶体微观结构(www.xing528.com)

1.结点:晶体粒子质心所在的位置。

2.空间点阵:结点的总体。

平移周期:空间点阵中任何一个结点与任何方向的结点之间有相同距离,但不同方向有不同的平移周期,如图3-6所示。

3.原胞:边长等于平行六面体的几何单元,重复排列形成整个点阵,这样的几何单元称为原胞。

边长为一个平移周期。不同的边长尺寸称点阵常数。

晶系:根据原胞各边所夹的角度、各边的长度和结点的排列不同分为不同的晶系。

图3-6 平移周期

图3-7 晶体的弹性

4.结合力:晶体粒子之间存在的相互作用力,是决定晶体性质的主要因素。

(1)关于晶体的弹性解释,如图3-7所示。

(2)化学键:使晶体中的粒子结合在一起的力,决定晶体的基本性质,如密度、硬度、热学性质和电磁性质等。分为四种类型:①离子键;②共价键;③范德瓦耳斯键;④金属键。

5.结合能:根据粒子之间的距离形成相互吸引力和相互排斥力。由于粒子之间存在距离,因此可以形成相互作用的结合能。

6.热运动:晶体中粒子的运动。

(1)热振动:是晶体中粒子在平衡位置附近发生的微小振动。这是热运动的基本形式,可分成两类。

①热传导:在非金属中,由粒子相互关联引起的热运动。

②热膨胀:粒子之间平均距离发生变化。

(2)热缺陷:晶体中的粒子由于热运动产生足够能量而脱离平衡位置造成缺位。粒子的转移形成扩散现象。