1、 形成晶体的方式 成核作用 层生长理论 螺旋生长理论 影响晶体生长的外因因素 影响晶体生长的内因第七章第七章 晶体生长简介晶体生长简介1.由液相转变为晶体由液相转变为晶体 熔体 晶体 溶液1）从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出，即过冷却条件下晶体才能发生。一一.形成晶体的方式形成晶体的方式 2）从溶液中结晶 当溶液处于过饱和时，溶质从溶液中的结晶出来。其方式有：A温度降低温度降低，如岩浆期后的热液，远离岩浆源越远温度将依次降低，各种矿物晶体陆续析出。如含有各种金属物质的热水溶液中，可沉淀出各种金属或非金属矿物，方铅矿、闪锌矿、萤石、方解石等。B水分蒸发水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，盐
2、类矿物结晶出来。C通过化学反应通过化学反应，生成难溶物质。2由气相转变为晶体由气相转变为晶体 气体在过饱和蒸气压过饱和蒸气压或过冷却温度过冷却温度下，直接由气体转变为晶体。在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠晶体。萤石、绿柱石、电气石等等矿物也可在岩浆作用期后由气体直接生成。雪花就是水蒸气冷却直接结晶而成的晶体。3由固相直接转为固相由固相直接转为固相 环境的变化可以引起矿物的成分在固态情况下产生改组，使原矿物的颗粒变大颗粒变大或生成新的矿物生成新的矿物。这种再结晶可有以下几种情况：1）同质多象转变）同质多象转变 指某种晶体在热力学条件改变时，转变为另一种在新条件下稳定的晶体，它们在转
3、变前后的成分相同，但晶体结构不同。2）原矿物晶粒逐渐变大原矿物晶粒逐渐变大 如由细粒方解石组成的石灰石与岩浆接触时，受热结晶成为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。3）固溶体分解）固溶体分解 在一定温度下固熔体可以分解成为几种独立的矿物。如由一定比例的闪锌矿和黄铜矿在高温时组成为均一相的固熔体，而在低温时就分离为两种独立的矿物。4）变晶）变晶 矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直压力方向上再结晶，因而形成一向延长或二向延展的变质矿物，如角闪石、云母等，这样的变质矿物称为“变晶”5）由固态非晶质体结晶）由固态非晶质体结晶 由非晶质体向晶体的转化是自发的，是释放能量的过程。这种由玻璃质转化为结晶质的作用为
4、晶化作用晶化作用或脱玻化作用脱玻化作用。与上一作用相反，一些含放射性元素的晶体，由于受到放射性元素发生蜕变时释放出来的能量的影响，使原晶体的格子遭到破坏变为非晶质体，这一作用称为变生非晶质化变生非晶质化或玻璃化作用玻璃化作用）。二、成核作用二、成核作用 晶体的生成一般是先生成晶核，然后再逐渐长大。晶核：从母相中初始析出并达到某个临界大小，从而得以继续成长的结晶相微粒。均匀成核作用 初次成核作用成核作用 非均匀成核作用 二次成核作用 晶核可由已达过饱和或过冷却的流体相本身自发地产生，这种成核作用叫均匀成核作用；晶核也可借助于非结晶相外来物的诱导而产生，叫非均匀成核作用；晶体还可由体系中业已存在的
5、晶体的诱导而产生，这种成核作用叫二次成核作用。成核能成核能体系总的能量变化：G=-G1+G2其中：-G1=f(r3)为体系降低的自由能 G2=f(r2)为晶核表面上的自由能rc为可以使晶体得以继续成长的临界尺寸。成核能(G)的大小随着晶核临界尺寸(rc)的不同而变化，而rc又与溶液的过饱和度密切相关。过饱和度越高，晶核的rc以及 G就越小，相应地成核几率就越大，成核速率（单位时间内所形成的晶核之总体积）就越高。反之，过饱和度很低，rc以及 G就越大，G可能超出体系的能量起伏的变化幅度，此时尽管溶液已达饱和，但仍不能有晶核自发地产生，低过饱和溶液可以无限期地保持稳定。非均匀成核和二次成核作用也需
6、要一定的成核能（G）。若 G G，晶核与固相外来物之间完全没有亲和力，不发生均匀成核和二次成核；若 G0，说明固相外来物与所结晶物质是同种晶体，优先二次成核。晶种 若 G G0，固相外来物与所结晶物质两者的内部结构越接近，G就越小，越容易发生非均匀成核或二次成核作用。三、层生长理论层生长理论 （Kossel 1927）晶体在理想情况下生长时，先长一条行列，然后长相邻的行列；在长满一层面网后，再开始长第二层面网；晶面（最外面的面网）是平行向外推移而生长的。1晶体常生长成面平、棱直的多面体形态。2在晶体生长过程中，环境会有变化，不同时刻生成的晶体在物理性质和成分等方面可能有细微的变化，因而在晶体的
7、端面上常常可以看到带状构造，晶面是平行向外推移生长的。3由于晶面是平行向外推移生长的，所以同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变。4晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体，称为生长锥。层生长的特点：120o120o120o120o120o120o120o四、四、螺旋生长理论螺旋生长理论 Frank(1949)等科学家的研究表明，在达不到过饱和或过冷却的条件下，晶体照样可以生长，这种现象是层生长理论所不能解释的。根据实际晶体结构中最常见的位错现象，提出了螺旋生长理论。即在晶体生长界面上，螺旋位错露头点所出现的凹角，及其延伸所形成的二面凹角，可作为晶体生长的台阶源，促
8、进光滑界面上的生长。晶体生长速率晶体生长速率R与溶液过饱和度与溶液过饱和度S的关系的关系 五、影响晶体生长的内因（布拉维法则）五、影响晶体生长的内因（布拉维法则）实际晶体的晶面常常平行于面网结点密度最大的面网。这就是布拉维法则。面网密度：面网密度：ABDCBC生长速度：生长速度：ABDCBC因此：面网密度小的面，其面网间距也小，从而相邻面网间的引力就大，因此将优先生长。反之，面网密度大的面，成长就慢。各晶面间的相对生长速度与其本身面网密度的大小成反比。生长速度快的晶面，在晶体的生长过程中，将会缩小而最终消失，实际上保留下来的晶面将是面网密度大的晶面。面网密度越大，被保留下来的几率就越大，晶面本
9、身的面积相应也越大。六、六、影响晶体生长的外部因素影响晶体生长的外部因素 1.涡流涡流 晶体在生长时，周围溶液中的溶质粘附于晶体上，溶质浓度降低，晶体生长时放出的热量，使溶液比重减小。由于重力的作用，轻的上浮，周围重的补充进来，从而形成涡流。晶体生长时涡流向上，而溶解时则相反。涡流使溶液物质供给不均匀，有方向性，因而使处于不同位置的晶体形态特征不同。2.温度温度 温度的变化直接导致过饱和度或过冷却度的变化，从而改变了晶面的比表面自由能及不同晶面间的相对生长速度，所以会形成不同的晶体形态晶体形态。3.杂质杂质 溶液中杂质的存在，可以改变晶体不同面网面网的表面能的表面能，所以其相对生长速度也会随只
10、变化而影响晶体的形态。4.粘度粘度 粘度的加大，会防防碍涡流碍涡流的产生，溶质的供给只能一扩散的方式来进行，造成物质供给不足。产生骸晶。5.结晶速度结晶速度 结晶速度大，则结晶中心增多，晶体长的细小，且往往长成针状、树枝状。反之，结晶速度小，晶体长得粗大。七、七、晶体的溶解与再生晶体的溶解与再生1.晶体的溶解晶体的溶解 晶体在不饱和的溶液中就会溶解，由于角顶和棱与溶剂接触的机会多，所以这些地方溶解得快些，因而晶体可溶成近似球状。2晶体的再生晶体的再生 破坏和溶解了的晶体在合适的环境，又可恢复多面体形态，称为晶体的再生。晶体的再生面角恒等定律面角恒等定律 对于一种晶体而言，往往只有几种比较固定的
11、面网，才能发育成为实际的晶面。晶体生长时，常受到外界因素的影响，使晶面发育不完整，形成“歪晶歪晶”。研究发现：成分和结构均相同的所有晶体，不论它们的形状和大小如何，一个晶体上的晶面夹角与另一些晶体上的相对应的晶面夹角恒等。称为面角恒等定律面角恒等定律。面角是指晶面法线之间的夹角。120o120o120o120o120o120o120o思考题1形成晶体有哪些方式？2成核作用分为哪几种类型？3在溶液中，过饱和度为低、中、高的情况 下，晶体的生长分别以什么方式？4为什么晶核一定要达到一个临界尺寸才可以 继续生长？5阐述布拉维法则的内容，并加以定性论证。6影响晶体生长的外部因素有哪些？7阐述面角守恒定律的内容。
