晶体由原子、分子或离子有序排列而成的物质组成。形成的格子在三维空间中向外延伸。因为有重复的单位,晶体有可识别的结构。大晶体显示平面区域(面)和明确的角度。有明显平面的晶体称为自形晶体,而没有明确面的晶体称为自形晶体。由不总是周期性的原子有序排列组成的晶体称为准晶体。
“水晶”一词来源于古希腊语的克鲁斯托斯,意思是“岩石晶体”和“冰”,对晶体的科学研究被称为结晶学。
晶体的例子
作为晶体的日常材料有食盐(氯化钠或石盐晶体)、糖(蔗糖)和雪花。许多宝石都是晶体,包括石英和钻石。
还有许多材料类似于晶体,但实际上是多晶体。当显微晶体融合在一起形成固体时,就会形成多晶体。这些材料不包括有序的格子。多晶的例子包括冰、许多金属样品和陶瓷。非晶态固体内部结构紊乱,显示的结构甚至更少。无定形固体的一个例子是玻璃,它在刻面时可能类似于晶体,但不是。
晶体中的化学键
晶体中原子或原子群之间形成的化学键的类型取决于它们的大小和电负性。有四类晶体按它们的键合而分类:
共价晶体-共价晶体中的原子通过共价键连接。纯非金属与共价化合物(如硫化锌)一样形成共价晶体(如金刚石)。
分子晶体-整个分子以有组织的方式彼此结合。一个很好的例子是含蔗糖分子的糖晶体。
金属晶体-金属通常形成金属晶体,其中一些价电子在晶格中自由移动。例如,铁可以形成不同的金属晶体。
离子晶体-静电力形成离子键。一个典型的例子是石盐或盐晶体。
水晶格子
有七种晶体结构体系,也称为晶格或空间晶格:
立方或等角-这种形状包括八面体、十二面体以及立方体。
四方-这些晶体形成棱柱和双金字塔。除了一个轴比另一个轴长之外,这种结构就像一个立方晶体。
正交-这些是菱形棱柱和双锥酰胺,类似于四角体,但没有方形横截面。
六边形-具有六边形横截面的六边形棱柱。
三角-这些晶体有一个三重轴。
三斜晶-三斜晶往往是不对称的。
单斜-这些晶体类似于歪斜的四方形状。
晶格每个单元可以有一个或多个晶格点,共产生14种布拉维斯晶格类型。布拉维斯格,以物理学家和晶体学家奥古斯特·布拉维斯命名,描述了由一组离散点构成的三维阵列。
一种物质可以形成多个晶格。例如,水可以形成六角形冰(如雪花)、立方冰和菱形冰。它也能形成无定形的冰。碳可以形成金刚石(立方点阵)和石墨(六角形点阵)。
晶体是如何形成的
形成晶体的过程称为结晶。结晶通常发生在固态晶体从液体或溶液中生长时。当热溶液冷却或饱和溶液蒸发时,粒子足够靠近以形成化学键。晶体也可以直接从气相沉积形成。液晶具有以有组织的方式定向的粒子,如固体晶体,但能够流动。