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第七章 晶体结构
第一节 晶体的基本概念
一、晶体概述
固态物质按其组成粒子(分子、原子或离子等)在空间排列是否长程有序分成晶体（Crystal）和非晶体（又称为无定形体、玻璃体等）两类。所谓长程有序，是指组成固态物质的粒子在三维空间按一定方式周期性的重复排列，从而使晶体成为长程有序结构。长程有序体现了平移对称性等晶体的性质。与晶体相反，非晶体（Non-crystal）内部的粒子(分子、原子或离子等)在空间排列不是长程有序的，而是杂乱无章的排列。例如橡胶、玻璃等都是非晶体。
晶体内部各部分的宏观性质相同，称为晶体性质的均匀性。非晶体也有均匀性，尽管起因与晶体不同。晶体特有的性质是异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X光衍射效应、晶体的缺陷等。
对于长程有序的晶体结构来说，若了解了其周期性重复单位的结构及排列方式，就了解了整个晶体的结构。可见，周期性重复单位对认识晶体结构非常重要。在长程有序的晶体结构中，周期性重复的单位（一般是平行六面体）有多种不同的选取方法。按照对称性高、体积尽量小的原则选择的周期性重复单位（平面上的重复单位是平行四边形，空间中的重复单位是平行六面体），就是正当晶胞，一般称为晶胞（Crystal cell）。
二、晶胞及以晶胞为基础的计算
1. 晶胞的两个要素
晶胞是代表晶体结构的最小单元，它有两个要素：一是晶胞的大小、型式，晶胞的大小可由晶胞参数确定，晶胞的型式是指素晶胞或复晶胞。二是晶胞的内容，是指晶胞中原子的种类和位置，表示原子位置要用分数坐标。
晶体可由三个不相平行的矢量a, b, c划分成晶胞，适量a, b, c的长度a, b, c及其相互之间的夹角,
, 称为晶胞参数，其中是矢量b和c之间的交角，是矢量a和c之间的交角，是矢量a和b之间的交角。素晶胞是指只包含一个重复单位的晶胞，复晶胞是指只包含一个以上重复单位的晶胞。分数坐标是指原子在晶胞中的坐标参数(x, y, z)，坐标参数(x, y, z)是由晶胞原点指向原子的矢量r用单位矢量a, b, c表达，即
第七章 晶体的点阵结构和晶体的性质
§7.1.晶体结构的周期性和点阵
7.1.1晶体结构特征
世界上的固态物质可分为二类，一类是晶态，一类是非晶态。自然界存在大量的晶体物质，如高山岩石、地下矿藏、海边砂粒、两极冰川都是晶体组成。人类制造的金属、合金器材，水泥制品及食品中的盐、糖等都属于晶体，不论它们大至成千万吨，小至毫米、微米，晶体中的原子、分子都按某种规律周期性地排列。另一类固态物质，如玻璃、明胶、碳粉、塑料制品等，它们内部的原子、分子排列杂乱无章，没有周期性规律，通常称为玻璃体、无定形物或非晶态物质。
晶体结构最基本的特征是周期性。晶体是由原子或分子在空间按一定规律周期重复排列构成的固态物质，具有三维空间周期性。由于这样的内部结构，晶体具有以下性质：
1、均匀性：一块晶体内部各部分的宏观性质相同，如有相同的密度，相同的化学组成。晶体的均匀性来源于晶体由无数个极小的晶体单位（晶胞）组成，每个单位里有相同的原子、分子按相同的结构排列而成。气体、液体和非晶态的玻璃体也有均匀性，但那些体系中原子无规律地杂乱排列，体系中原子的无序分布导致宏观上统计结果的均匀性。
2、各向异性：晶体在不同的方向上具有不同的物理性质，如不同的方向具有不同的电导率，不同的折光率和不同的机械强度等。晶体的这种特征，是由晶体内部原子的周期性排列所决定的。在周期性排列的微观结构单元之中，不同方向的原子或分子的排列情况是不同的，这种差异通过成千上万次叠加,在宏观体现出各向异性。而玻璃体等非晶态物质，微观结构的差异，由于无序分布而平均化了，所以非晶态物质是各向同性的。例如玻璃的折光率是各向等同的，我们隔着玻璃观察物体就不会产生视差变形。
3、各种晶体生长中会自发形成确定的多面体外形。
晶体在生长过程中自发形成晶面，晶面相交成为晶棱，晶棱聚成顶点，使晶体具有某种多面体外形的特点。 熔融的玻璃体冷却时，随着温度降低，粘度变大，流动性变小，逐渐固化成表面光滑的无定形物，工匠因此可将玻璃体制成各种形状的物品，它与晶体有棱、有角、有晶面的情况完全不同。
【优化指导】2014高考化学总复习 第3章 晶体结构与性质课时演练 新人教版选修3
1．下列叙述正确的是( )
A．分子晶体中的每个分子内一定含有共价键
B．原子晶体中的相邻原子间只存在非极性共价键
C．离子晶体中可能含有共价键
D．金属晶体的熔点和沸点都很高
2．在通常条件下，下列各组物质的性质排列正确的是( )
A．熔点：CO2>KCl>SiO2
B．水溶性：HCl>H2S>SO2
C．沸点：乙烷>戊烷>丁烷
D．热稳定性：HF>H2O>NH3
解析：选项A，SiO2是原子晶体，熔点最高。选项B，HCl、SO2、H2S分子中键的极性依次减弱，在极性溶剂H2O中的溶解性也依次减小。选项C，戊烷的相对分子质量最大，其沸点最高。选项D，元素非金属性越强，其氢化物越稳定，正确。
答案：D
3.已知X、Y、Z三种元素组成的化合物是离子晶体，其晶胞如图所示，则下面表示该化合物的化学式正确的是( )
A．ZXY3 B．ZX2Y6
C．ZX4Y8 D．ZX8Y12
解析：由晶胞可知X占据8个顶点，属于该晶胞中X的个数为8×18＝1；Y占据12条棱的中间，属于该晶胞中Y的个数为12×14＝3；Z占据该晶胞的体心，属于该晶胞中Z的个数为1，X、Y、Z粒子的个数之比为1∶3∶1，故该化合物的化学式为ZXY3。 答案：A
4．下列物质发生变化时，所克服的粒子间相互作用属于同种类型的是( )
A．液溴和苯分别受热变为气体
B．干冰和氯化铵分别受热变为气体
C．二氧化硅和铁分别受热熔化
D．食盐和葡萄糖分别溶解在水中
5．(2013·大同调研)有a、b、c、d、f五种前四周期元素，原子序数依次增大，a、b、c三种元素的基态原子具有相同的能层和能级，I1(a)
(1)写出bc＋2的电子式________，基态f原子的核外电子排布式________。
(2)b的简单氢化物极易溶于c的简单氢化物，其主要原因有两个：一是__________________________________________________，
第七章 晶体生长动力学
生长驱动力与生长速率的关系（动力学规律或界面动力学规律），先解决生长机制问题。
§1 邻位面生长——台阶动力学
邻位面生长——奇异面上的台阶运动问题
1． 界面分子的势能
1→2 : 2Φ1+8Φ2;
1→3 : 4Φ1+12Φ2;
1→4 : 6Φ1+12Φ2 分子最稳定位置（相变潜热）
单分子相变潜热： lsf=Ws+Wk
① 流体分子 ⑴ 吸附分子 ⑵ 台阶分子⑶ 扭折 ⑷
邻位面上不同位置的吸附分子[3] 界面上不同位置的势能曲线
体扩散 面扩散
线扩散 ② 流体分子 ⑴ 吸附分子 ⑵ 扭折 ⑷
③ 流体分子 ⑴ 扭折 ⑷
2．面扩散
Ws=2Φ1+8Φ2 吸附分子→流体需克服的势垒
sfsl20122 面扩散激活能
υ∥ 吸附分子在界面振动频率
吸附分子在晶面发生漂移的机率为：)/exp(kTs，面扩散系数为：Ds
Ds=[υ∥)/exp(kTs]
吸附分子平均寿命：τs, s1脱附频率
)/exp(/1kTWss
)/exp(1kTWss
Xs: 吸附分子在界面停留的平均寿命τs内，由于无规则漂移而在给定方向的迁移（分子无规则漂移的方均根偏差）
sssDX2 （爱因斯坦公式）
kTWXsss2/]exp[21
由于对一般的晶面：sfsslW45.0 υ∥=υ⊥ 体扩散 面扩散
体扩散 ]/22.0exp[21kTlXsfs
Xs 决定了晶体生长的途径。
3． 台阶动力学——面扩散控制
台阶的运动受面扩散控制
界面某格点出现吸附分子的机率：00NNss
界面N0，格点Ns有吸附分子：
)/exp(0kTWks
