晶體的物理性質表現為什麼

A. 歸納總結3種典型的晶體結構的晶體學特徵

1、金剛石（C）：為典型的共價鍵晶體（原子晶格），所以不遵循最緊密堆積原理。每個C原子與周圍另外四個C原子以sp3雜化軌道形成共價鍵；其晶胞也為立方面心格子，立方對稱。

2、石墨（C）：石墨與金剛石是C的兩個同質多像（同素異形）變體。石墨結構中有共價鍵、分子鍵等，所以也不遵循最緊密堆積原理。石墨是一個典型的層狀結構，層內每個C與周圍三個C以sp2雜化軌道形成共價鍵，還有一個p軌道沒有參加雜化，這些沒有參加雜化的p軌道以垂直於層是方向平行排列，形成一個大p鍵（相當於金屬鍵），層間還有分子鍵。

3、NaCl晶體：Cl-離子做立方最緊密堆積，Na+離子充填於所有的八面體空隙中，立方對稱。因為n個球形成的八面體空隙也為n個，所以陰、陽離子數量比為1：1。

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晶體的共性

1、自范性

晶體物質在適當的結晶條件下，都能自發地成長為單晶體，發育良好的單晶體均以平面作為它與周圍物質的界面，而呈現出凸多面體。

2、守恆定律

同一種晶體在相同的溫度和壓力下，其對應晶面之間的夾角恆定不變。

3、解理性

當晶體受到敲打、剪切、撞擊等外界作用時，可有沿某一個或幾個具有確定方位的晶面劈裂開來的性質。

4、各向異性

晶體的物理性質隨觀測方向而變化的現象稱為各向異性。晶體的很多性質表現為各向異性，如壓電性質、光學性質、磁學性質及熱學性質等。

B. 「晶體」有哪些特性

1.長程有序：晶體內部原子在至少在微米級范圍內的規則排列。

2.均勻性：晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的。

3.各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質。

4.對稱性：晶體的理想外形和晶體內部結構都具有特定的對稱性。

5.自限性：晶體具有自發地形成封閉幾何多面體的特性。

6.解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質。

7.最小內能：成型晶體內能最小。

8.晶面角守恆：屬於同種晶體的兩個對應晶面之間的夾角恆定不變。

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有四種主要的晶體鍵。離子晶體由正離子和負離子構成，靠不同電荷之間的引力（離子鍵）結合在一起。氯化鈉是離子晶體的一例。原子晶體（共價晶體）的原子或分子共享它們的價電子（共價鍵）。鑽石、鍺和硅是重要的共價晶體。

金屬晶體是金屬的原子變為離子，被自由的價電子所包圍，它們能夠容易地從一個原子運動到另一個原子，可形象的描述為沉浸在自由電子的海洋里（金屬鍵）。當這些電子全在同一方向運動時，它們的運動稱為電流。分子晶體的分子完全不分享它們的電子。

它們的結合是由於從分子的一端到另一端電場有微小的變動。因為這個結合力很弱（范德華力和氫鍵），這些晶體在很低的溫度下就熔化，且硬度極低。典型的分子結晶如固態氧和冰。

在離子晶體中，電子從一個原子轉移到另一個原子。共價晶體的原子分享它們的價電子。金屬原子的一端有少量的負電荷，另一端有少量的正電荷。一個弱的電引力使分子就位。

用來製作工業用的晶體的技術之一，是從熔液中生長。籽晶可用來促進單晶體的形成。在這個工序里，籽晶降落到裝有熔融物質的容器中。籽晶周圍的熔液冷卻，它的分子就依附在籽晶上。這些新的晶體分子承接籽晶的取向，形成了一個大的單晶體。

C. 從物理性質來看,晶體與非晶體的最基本的特徵是什麼

1.晶體與非晶體最本質的區別是什麼?准晶體是一種什麼物態?

答：晶體和非晶體均為固體，但它們之間有著本質的區別。晶體是具有格子構造的固體，即晶體的內部質點在三維空間做周期性重復排列。而非晶體不具有格子構造。晶體具有遠程規律和近程規律，非晶體只有近程規律。准晶態也不具有格子構造，即內部質點也沒有平移周期，但其內部質點排列具有遠程規律。因此，這種物態介於晶體和非晶體之間。

2.在某一晶體結構中，同種質點都是相當點嗎?為什麼?

答：晶體結構中的同種質點並不一定都是相當點。因為相當點是滿足以下兩個條件的點：a.點的內容相同；b.點的周圍環境相同。同種質點只滿足了第一個條件，並不一定能夠滿足第二個條件。因此，晶體結構中的同種質點並不一定都是相當點。

3.從格子構造觀點出發，說明晶體的基本性質。

答：晶體具有六個宏觀的基本性質，這些性質是受其微觀世界特點，即格子構造所決定的。現分別敘述：

a.自限性 晶體的多面體外形是其格子構造在外形上的直接反映。晶面、晶棱與角頂分別與格子構造中的面網、行列和結點相對應。從而導致了晶體在適當的條件下往往自發地形成幾何多面體外形的性質。

b.均一性 因為晶體是具有格子構造的固體，在同一晶體的各個不同部分，化學成分與晶體結構都是相同的，所以晶體的各個部分的物理性質與化學性質也是相同的。

c.異向性 同一晶體中，由於內部質點在不同方向上的排布一般是不同的。因此，晶體的性質也隨方向的不同有所差異。

d.對稱性 晶體的格子構造本身就是質點周期性重復排列，這本身就是一種對稱性；體現在宏觀上就是晶體相同的外形和物理性質在不同的方向上能夠有規律地重復出現。

e.最小內能性 晶體的格子構造使得其內部質點的排布是質點間引力和斥力達到平衡的結果。無論質點間的距離增大或縮小，都將導致質點的相對勢能增加。因此，在相同的溫度條件下，晶體比非晶體的內能要小；相對於氣體和液體來說，晶體的內能更小。

D. 晶體具有固定的熔點物理性質和表現什麼性

A、溫度是分子的平均動能的標志，溫度越高分子的運動越激烈，所以溫度越高，氣體分子的擴散越快，故A正確；
B、晶體都具有固定的熔點，單晶體的物理性質都表現為各向異性，多晶體的物理性質表現為各向同性．故B錯誤；
C、根據壓強的微觀意義可知，氣體壓強是由於氣體分子頻繁撞擊容器壁表面產生的，故C正確；
D、飽和水然汽的壓強僅僅與溫度有關，溫度越高，飽和蒸汽壓越大，隨溫度的升高而增大，故D正確；
E、根據熱力學第二定律可知，熱量不可能自發地從低溫物體傳向高溫物體，但在一定的條件下可以從低溫物體傳向高溫物體，但會引起其他的變化，如空調．故E錯誤．
故選：ACD．

E. 晶體的物理性質

1、長程有序：晶體內部原子在至少在微米級范圍內的規則排列。
2、均勻性：晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的。
3、各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質。
4、對稱性：晶體的理想外形和晶體內部結構都具有特定的對稱性。
5、自限性：晶體具有自發地形成封閉幾何多面體的特性。
6、解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質。
7、最小內能：成型晶體內能最小。
8、晶面角守恆：屬於同種晶體的兩個對應晶面之間的夾角恆定不變。

F. 晶體有哪些物理性質

1、自限性：晶體具有自發形成幾何多面體形態的性質,這種性質成為自限性.
2、均一性和異向性：因為晶體是具有格子構造的固體,同一晶體的各個部分質點分布是相同的,所以同一晶體的各個部分的性質是相同的,此即晶體的均一性；同一晶體格子中,在不同的方向上質點的排列一般是不相同的,晶體的性質也隨方向的不同而有所差異,此即晶體的異向性.
3、最小內能與穩定性：晶體與同種物質的非晶體、液體、氣體比較,具有最小內能.晶體是具有格子構造的固體,其內部質點作規律排列.這種規律排列的質點是質點間的引力與斥力達到平衡,使晶體的各個部分處於位能最低的結果.

G. 晶體的基本性質

由於一切晶體內部質點的排列都遵循格子構造的規律而與其他物質相區別，因此所有晶體應該具有一些由格子構造所決定的共同區別於其他物質的性質，我們把這些性質稱為晶體的基本性質。現簡述如下。

1.自限性

晶體的自限性（self-confinement）是指晶體在合適條件下生長時總能自發地形成具有一定凸幾何多面體外形的性質。在晶體的凸幾何多面體上，平整的面稱為晶面，兩個晶面的交線稱為晶棱，晶棱匯聚成的尖頂稱為角頂。晶面數（F）、晶棱數（E）和角頂數（V）的關系符合歐拉定律：

F+V=E+2

晶體的幾何多面體形態，是晶體內部格子構造的外部表現。晶體外形上的晶面、晶棱與角頂，實際上對應著格子構造中的面網、行列及結點。晶體的格子構造及其所制約的凸多面體形態均服從於一定的結晶學規律。

應當注意的是，准晶體也具有自限性。

2.均一性

晶體的均一性（homogeneity）是指同一晶體的任何部位其性質是完全相同的。例如，假定我們把一個晶體分成許多小晶塊，那麼每一塊這樣的小晶塊的物理性質與化學性質都是相同的。這主要是因為在晶體的各個部分都具有相同的格子構造，也即各部分的質點分布相同，因此性質也相同。

若設在x處和x+x′處取得小晶體，則晶體的均一性可作如下數學表示：

F（x）≡F（x+x′）

這里的F為相應晶塊的化學組成和物理性質。

必須注意的是，非晶質體也具有均一性，如玻璃的不同部分在折射率、膨脹系數、熱導率等性質方面都是相同的。但非晶質體的這種均一性是統計意義上的、平均近似的均一性，稱為統計均一性，它與晶體由內部格子構造決定的嚴格的結晶均一性有著本質的區別，而與液體和氣體的統計均一性相似。

3.異向性

晶體的異向性（anisotropy）指晶體的性質因觀察方向的不同而表現出差異的特性。同一礦物在不同方向上其解理的發育程度存在明顯的差別，這是晶體異向性最明顯的例子。晶體的凸6多面體形態也是其異向性的表現。此外，晶體的刻劃硬度，只要作精確的測定，都可以發現隨刻劃方向的不同而異，其中最明顯的例子是藍晶石。在平行藍晶石晶體延長方向上，其摩斯硬度值約為4，而在垂直晶體延長方向上，其摩斯硬度值約為6，故藍晶石又被稱為二硬石。

由格子構造規律我們知道，晶體結構中質點排列方式和間距，在相互平行的方向上都是一致的，但在不相平行的方向上，一般來說都是有差異的。因此，當沿不同方向進行觀察時，晶體的各項性質將表現出一定的差異，這就是晶體具有各向異性的根源。

4.對稱性

晶體的對稱性（symmetry）是指晶體中的相同部分或性質在不同的方向或位置上有規律地重復出現的特性。我們常常可以看到，在一個晶體的不同方向出現形狀和大小完全相同的晶面，這就是晶體外形上的一種對稱性。其實，晶體內部質點在三維空間周期性平移重復排列本身就是一種微觀的對稱性，盡管晶體結構中質點的排列在不同方向上一般是有差異的，但並不排斥其在某些特定方向上的重復。因此，晶體的宏觀對稱性是其微觀對稱性的體現，是晶體最重要的性質，也是晶體對稱分類的基礎。有關晶體的對稱性，將在第四章中作進一步的討論。

5.最小內能性

晶體的最小內能性（minimum internal energy）是指，在相同的熱力學條件下，較之於同種化學成分的氣體、液體及非晶體而言，晶體的內能最小。這從晶體熔融時要吸熱、熔體結晶時會放熱得到部分的直觀證明。

晶體具有最小內能主要是因為，晶體內部質點在三維空間呈周期性重復的規律排列，這種規則排列是質點間的引力和斥力達到平衡的結果。在此情況下，無論是使質點間的距離增大或是減小，都將導致質點的勢能增加。至於氣體、液體和非晶質體，由於它們內部質點的排列是無規則的，因此質點間的距離不等於平衡距離，因而它們的勢能比晶體大。這就意味著，在相同的熱力學條件下，晶體的內能應為最小。

6.穩定性

晶體的穩定性（stability）是指，對於化學組成相同但處於不同物態下的物質而言，以晶體最為穩定。例如，非晶體可以自發轉化為晶體，釋放出能量，而晶體不可能自發轉化為其他物態。

晶體的穩定性是晶體具有最小內能的必然結果，而從根本上講，它也是由晶體的格子構造規律所決定的。

晶體因其內部質點已達到平衡位置，具有最小內能，要破壞晶體的這種狀態，就必須從外界吸收能量，如加熱等。同時，由於使晶體中每個質點脫離平衡位置所需能量都是相等的，因此每種晶質體都有自己確定的熔點（非晶質體沒有固定的熔點）。與此相反，無論氣體、液體或是非晶質體，由於它們內部質點未達平衡位置，當使它們的質點趨向於規則排列而達到平衡位置，亦即向晶體轉化時，必定會釋放出多餘的能量。所以，根據熱力學定律，結晶態是最穩定的物態，它不會自發地轉化為其他物態。

思考題及習題

1）晶體、非晶質體、准晶體有何區別？

2）結點間距、面網密度、面網間距之間有何聯系？

3）如何根據晶體的格子構造解釋其基本性質？

4）晶體不一定呈規則的幾何多面體外形，這是否與晶體的自限性矛盾？

5）某些固體生長時可以自發地形成規則的幾何多面體外形，這些固體肯定是晶體嗎？為什麼？

6）為什麼晶體具有確定的熔點而非晶體不具有確定的熔點？

7）下圖的左圖和右圖分別為石墨晶體結構中平行和垂直結構層的兩種碳原子面。試分別以兩圖中的a，b，c為基點，畫出對應的相當點分布圖和面網並比較之。

石墨晶體結構中碳原子的分布

（據羅谷風，1985）

H. 晶體的物理性質

1、長程有序：晶體內部原子在至少在微米級范圍內的規則排列。 2、均勻性：晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的。 3、各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質。 4、對稱性：晶體的理想外形和晶體內部結構都具有特定的對稱性。 5、自限性：晶體具有自發地形成封閉幾何多面體的特性。 6、解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質。 7、最小內能：成型晶體內能最小。 8、晶面角守恆：屬於同種晶體的兩個對應晶面之間的夾角恆定不變。

I. 晶體的基本性質是什麼

晶體都有固定的熔點
晶體的基本性質
1．自限性
晶體在適當的條件下可以自發的形成幾何多面體的性質．
2．均一性
同一晶體的各個不同部分具有相同的性質．
3．異向性（各向異性）
晶體的性質因方向不同而有所差異的特性．
4．對稱性
晶體中相等的晶面、晶棱和角頂，以及晶體物理化學性質在不同方向上或位置上做有規律的重復出現．
5．最小內能
在相同的熱力學條件下，與同種化學成分的非晶質體、液
體、氣體相比較其內能最小．
6．穩定性
在相同的熱力學條件下，具有相同化學成分的晶體和非晶質體相比
，晶體是穩定的

J. 「晶體」有哪些特性

1.長程有序：晶體內部原子在至少在微米級范圍內的規則排列。
2.均勻性：晶體內部各個部分的宏觀性質是相同的。
3.各向異性：晶體中不同的方向上具有不同的物理性質。
4.對稱性：晶體的理想外形和晶體內部結構都具有特定的對稱性。
5.自限性：晶體具有自發地形成封閉幾何多面體的特性。
6.解理性：晶體具有沿某些確定方位的晶面劈裂的性質。
7.最小內能：成型晶體內能最小。
8.晶面角守恆：屬於同種晶體的兩個對應晶面之間的夾角恆定不變。
晶體（crystal）即是物質的質點（分子、原子、離子）在三維空間作有規律的周期性重復排列所形成的物質。從宏觀上看，晶體都有自己獨特的、呈對稱性的形狀，如食鹽呈立方體；冰呈六角稜柱體；明礬呈八面體等。晶體在不同的方向上有不同的物理性質，如機械強度、導熱性、熱膨脹、導電性等，稱為各向異性。
晶體有固定的熔化溫度—熔點（或凝固點）。晶體的分布非常廣泛，自然界的固體物質中，絕大多數是晶體。氣體、液體和非晶物質在一定的合適條件下也可以轉變成晶體。