晶体结构

晶体以其内部原子、离子、分子在空间作三维周期性的规则排列为其Z基本的结构特征。任一晶体总可找到一套与三维周期性对应的基向量及与之相应的晶胞，因此可以将晶体结构看作是由内含相同的具平行六面体形状的晶胞按前、后、左、右、上、下方向彼此相邻“并置”而组成的一个集合。晶体学中对晶体结构的表达可采取原子分立分布的方式，亦可用具连续分布的电子密度函数的方式。

晶体按照内部质点间作用力性质不同，晶体可分为离子晶体、原子晶体、分子晶体、金属晶体等四大典型晶体。按其内部结构可分为立方晶系、正方晶系、斜方晶系、单斜晶系、三斜晶系、三方晶系、六方晶系等七大晶系。

晶体结构描述

1、晶格

为了描述晶体的结构，我们把构成晶体的原子当成一个点，再用假想的线段将这些代表原子的各点连接起来，就绘成了像图中所表示的格架式空间结构。这种用来描述原子在晶体中排列的几何空间格架，称为晶格。

2、晶胞

由于晶体中原子的排列是有规律的，可以从晶格中拿出一个完全能够表达晶格结构的Z小单元，这个Z小单元就叫作晶胞。其形状、大小与空间格子的平行六面体单位相同，保留了整个晶格的所有特征。晶胞是能完整反映晶体内部原子或离子在三维空间分布之化学-结构特征的平行六面体Z小单元。其中既能够保持晶体结构的对称性而体积又Z基本特称“单位晶胞”，但亦常简称晶胞。

3、晶粒

许多取向相同的晶胞组成晶粒，由取向不同的晶粒组成的物体，叫做多晶体，而单晶体内所有的晶胞取向完全一致，常见的单晶如单晶硅、单晶石英。大家Z常见到的一般是多晶体。晶粒是结晶物质在生长过程中，由于受到外界空间的限制，未能发育成具有规则形态的晶体，而只是结晶成颗粒状，称晶粒，晶粒的内部晶胞方向与位置基本一致而外形不规则。

晶体结构类型--四大典型晶体

a、离子晶体

离子晶体是指由离子化合物结晶成的晶体，离子晶体属于离子化合物中的一种特殊形式，不能称为分子。由正、负离子或正、负离子集团按一定比例通过离子键结合形成的晶体称作离子晶体。强碱、活泼性金属氧化物和大多数的盐类均为离子晶体。

离子晶体一般硬而脆，具有较高的熔沸点，熔融或溶解时可以导电。

b、原子晶体

相邻原子之间只通过强烈的共价键结合而成的空间网状结构的晶体叫做原子晶体。

在原子晶体这类晶体中，晶格上的质点是原子，而原子间是通过共价键结合在一起，这种晶体称为原子晶体。如金刚石晶体，单质硅，SiO2等均为原子晶体。

c、分子晶体

由于分子间通过分子间作用力构成的晶体叫分子晶体。分子晶体是由分子组成，可以是极性分子，也可以是非极性分子，在固态和熔融状态时都不导电。所有非金属氢化物、大部分非金属单质、所有的酸都是分子晶体。

d、金属晶体

金属晶体都是金属单质，构成金属晶体的微粒是金属阳离子和自由电子（也就是金属的价电子）。在金属晶体中，金属原子以金属键相结合。从价键法的角度看，在金属晶体中，金属原子的价电子不会只与邻近的某一金属原子以共价键结合(也没有这么多价电子与所有的邻近金属原子形成共价键)，而是金属原子以其价电子公共化。

晶体结构类型——七大晶系

a、立方晶系

立方晶系是指具有4个立方体对角线方向三重轴特征对称元素的晶体。立方晶系晶体对称性Z高，其晶体理想外形必具有能内接于(内)球面的几何特点。立方晶系的特征对称性决定了此类晶体具有立方体形状的晶胞，三个具相等长度的基向量互相垂直，即其晶胞参数有a=b=c，α=β=γ=90°的特征。

属于立方晶系的有：面心立方晶胞、体心立方晶胞、简单立方晶胞。氯化钠晶体是典型的属于立方晶系的晶体，还有钻石、明矾、金铁铅等。

b、正方晶系

正方晶系也叫四方晶系。四方晶系属中级晶族，特征对称元素为四重轴。在惟一具有高次轴的c轴主轴方向存在四重轴或四重反轴特征对称元素的晶体归属于四方晶系。四重高次轴的特征对称性决定了四方晶系晶体的二个副轴基向量和必与主轴垂直，和的大小相等，并彼此直交，即其晶胞必具有四方柱的形状，晶胞参数有a=b≠c，α=β=γ=90° 的关系。

金红石（TiO2）和硫酸镍晶体、锡、金红石、白钨等多属于正方晶系。

c、斜方晶系

斜方晶系三条结晶轴彼此相互垂直但长度皆不同，外形为长方的柱状或板状结构。托帕石（Topaz）的柱状结晶是此晶系典型的例子。这一晶系的对称特点是无高次对称轴，但二次对称轴和对称面的总数不小于三个。晶体即以这三个相互垂直的二次轴或对称面的法线作结晶轴。轴角α=β=γ=90°但轴单位a≠b≠c。故斜方晶系具有更强的非均质性。平行c轴、b轴和a轴的折射率均不相同，即具有三个主折射率。

属于这个晶系的常见晶形有斜方柱、斜方双锥及它们的聚形。常见的宝石有黄玉、橄榄石、金绿宝石等。硫、碘、硝酸银等属于斜方晶系。

d、单斜晶系

单斜晶系属低级晶族。其对称特点是，无高次轴，且二次对称轴和对称面均不多于一个。晶体即以此二次对称轴或对称面发现作为b轴。b轴与a轴、c轴均成正交，a轴与c轴则斜交，轴角α=γ= 90°，β≠90°，轴单位a不等于b不等于c。属于单 斜晶系的有β-S、CaSO4·2H2O等。带有底轴面的棱晶常见于这种晶系中。

硼砂、蔗糖、石膏中多呈现单斜晶系结构。

e、三斜晶系

三斜晶系（triclinic system）是七个晶系中对称性Z差的晶系，其特点是既无高次对称轴，也无二次轴和对称面，有的可以有对称ZX，有的连对称ZX都没有。所以它的三个结晶轴均相互斜交，轴角a≠b≠c≠90°，轴单位口a≠b≠c。

三斜晶系矿物有胆矾、红硅钙锰、磷酸锌矿等。

f、三方（菱形）晶系

三方晶系属中级晶族。特征对称元素为三重对称轴。可划分出六方晶胞的菱面体晶胞。中级晶族包括有六方、四方和三方三个晶系。

g、六方晶系

六方晶系是指在唯yi具有高次轴的c轴主轴方向存在六重轴或六重反轴特征对称元素的晶体归属。亦称“六角星系”，属于中级晶族。六方晶系代表矿物有祖母绿、石英、碘化银、镁单质、硫化铜等。

晶体结构的特性

Z小内能与稳定性

晶体与同种物质的非晶体、液体、气体比较，具有Z小内能。晶体是具有格子构造的固体，其内部质点作规律排列。这种规律排列的质点是质点间的引力与斥力达到平衡，使晶体的各个部分处于位能Z低的结果。

均一性和异向性

因为晶体是具有格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点分布是相同的，所以同一晶体的各个部分的性质是相同的，此即晶体的均一性；同一晶体格子中，在不同的方向上质点的排列一般是不相同的，晶体的性质也随方向的不同而有所差异，此即晶体的异向性。

对称性

晶体的对称表现在晶体中相等的晶面，晶棱和角顶有规律的重复出现。这是由于它具有规律的格子构造。是其在三维空间周期性重复的体现。既晶体的对称性不仅表现在外部形态上，而且其内部构造也同样也是对称的。