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  • 1 # 使用者9866520236700

    晶體形成的過程,大致可分為晶芽形成和晶體長大兩個階段(以從液體中形成晶體為例):

    (一)晶芽的形成、長大與科塞爾理論

    晶芽(或稱晶核),是液體中物質結晶的中心,本質上乃是細小的晶體。

    以過飽和的NaCl溶液中NaCl晶體的形成過程為例:在過飽和的NaCl溶液中,有大量帶正、負電荷的Na和Cl離子。在一定的熱力學條件下,隨著溫度的逐漸降低,離子的動能減小,Na與Cl離子間引力作用增大,相互結合首先形成線晶(圖1-16A),線晶的相互靠攏而成面晶(圖1-16B),面晶的相互疊合而成結晶格子(圖1-16C),結晶格子就是很小的晶體,即為晶芽。

    圖1-16線晶(A)、面晶(B)與晶芽(C)

    晶芽除了上述自發形成外,也可以是外來的雜質、晶體的碎塊、膠體質點、氣泡等,以它們作為溶液中物質的結晶中心。

    晶芽在不飽和溶液中也可能形成,但形成後很快又被溶解而消失,因此不飽和溶液中不能形成晶體。

    晶體的長大,實質是溶液中過剩的質點向晶芽上粘附並按結晶格子擴大的過程。質點以何種方式和次序向晶芽上粘附?科塞爾認為:晶體長大過程中,質點是以一個一個地方式往晶芽上粘附,其次序是先完成一條行列再長相鄰的行列;長完一層面網之後再長第二層面網,即面網呈層平行向外推移。這就是科塞爾理論。

    這一理論可用圖1-17加以解釋。他設想了一個正在生長著的單種原子所組成的立方格子晶體,新質點首先被吸附在具有三面凹角的“1”處。因為該處有三個最近鄰的質點對它吸引,且吸引力最大。當不存在三面凹角位置時,新質點被粘附在具有兩面凹角的“2”處,因該處有兩個最近鄰的質點對它吸引,其吸引力較“1”次之。當上述位置都沒有時,新質點才被粘附在“3”處,此處只被晶體上最近鄰的一個質點所吸引。按此方式和次序,顯然是長完一條行列,再長相鄰的行列,長滿一層網面,再長相鄰的網面,整個面網呈層平行向外推移。

    圖1-17晶體生長的科塞爾理論圖解(據戈定夷等,1989)

    圖1-18石英晶體的帶狀構造

    這一理論對解釋晶體的自限性,某些晶體呈帶狀構造(圖1-18),以及後面將講的面角恆等定律等都有著重要的意義。

    (二)晶面的生長速度與布拉維法則

    晶體生長過程中,面網平行向外推移,各面網向外推移的距離不完全相等。如圖1-19所示,晶面a和c向外推移距離比晶面b和d要大。

    圖1-19晶體的生長速度圖解

    我們將晶面在單位時間內沿其法線方向向外推移的距離稱為晶面的生長速度。

    在一個晶體上,各晶面之間的相對生長速度與晶面本身的面網密度成反比。一般面網密度較大的晶面其生長速度較慢,而面網密度較小的晶面,則生長速度較快。生長速度快的晶面(圖1-19中a,c)逐漸縮小,以至消失;而生長速度慢的晶面(圖1-19中b,d)逐漸擴大,最後保留在晶體上。因此,實際晶體被面網密度大的晶面所包圍。此理論稱為布拉維法則。

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