1樓:中地數媒
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**(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**
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。
水的結晶是什麼,又是怎樣形成的(小學生能
2樓:匿名使用者
結晶:物質從液態(溶液或熔融狀態)昇華到氣態時形成的晶體。
晶體,即原子、離子或分子按一定的空間次序排列而形成的固體。也叫結晶體。一般由純物質生成,具有固定的熔點,旋光度。
水結晶是水(化學式:h₂o)溫度降低到凝固點以下後(通常為零度,稱為冰點)形成的固體,也就是冰。通過高倍顯微鏡(電鏡)可以觀察到水在某些苛刻情況下的單結晶體。
雪、霜、和某些寒冷狀態下霧,都是水的結晶體。相似環境下的水結晶體具有相似性。
自然界中常見於寒冷的冬季,在溫度較低時凍結的冰塊、水霧在氣溫驟降時附著在樹枝上形成的霧凇、過冷水從雲層中落下碰到物體後形成的凍雨、雲層自然凝結並結晶形成的雪花、冬季室內空氣中的水汽遇到寒冷玻璃形成的霜花等等,都是液體水或者氣體水在凝固點溫度以下所凝固成晶體後的巨集觀結果。這是一種常見的自然現象。
產生機理
自然界中液體凝固成晶體的過程叫做結晶。水(h₂o)會在特定的環境下形成固體,水的固態——冰,一般是呈多晶體狀態,雖然和晶體一樣有固定的熔點,但有一些晶體特徵它不具備,如各向異性和規則形狀。由於冰不具備規則的質點排列形狀,因此冰的微觀形態是不固定的。
從微觀上看,水在溫度降低到凝固點以下且有凝結核的情況下,會首先結晶成單晶,然後以單晶為凝結核繼續結晶,形成形狀各異的結晶(多晶)。受結晶時的溫度、壓力、雜質等很多因素的影響,水結晶(多晶)的微觀形狀各不相同。
研究歷史
加州理工學院物理系主任ken***h lebbrecht在研究水結晶的過程中發現,水分子可以形成六角形的晶格結構,這些六角體有兩個六角形的面和六個正方形的面。
水分子排列形成晶體,紅色點代表氧原子
(水分子可以通過有規律地排列形成晶體,圖中紅色的點代表氧原子)
如果晶體向兩個六角形的面的方向生長,就會變成一個柱狀晶體;而如果向六個正方形面的方向生長,則會形成一個片狀的六邊形晶體
晶體生長方向很大程度上決定晶體形狀
(晶體的生長方向很大程度上決定了晶體的最終形狀)
在此基礎上,片狀或柱狀晶體還能長成更加複雜的結構,最終形成各式各樣的雪花。
雪花的形成過程
(雪花的形成過程)
ken***h lebbrecht發現,溫度和溼度是決定雪花形狀的最重要的兩個因素。如果結晶溫度在-5℃到-10℃之間,晶體更容易形成柱狀或是針狀的結構。而在-15℃左右的情況下,水氣傾向於結成片狀的雪花。
至於雪花的複雜程度,則和溼度有關。溼度越小,雪花的形狀就越簡單。
3樓:平常心新號
冰 bīng
水在零攝氏度或零度以下凝結成的固體:湖裡結~了。
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