Author:ASH
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Last Update: 2026/8/6 - 22:22
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固体是物质的一种存在状态,与液体和气体相比,固体有固定的体积和形状,这表明固体内原子、分子或离子之间具有很强的吸引力,位置较固定,不易进行相对运动.与气体相比,固体扩散的速率极小.
自然界中,大部分的无机物在常温常压下以固体的形式存在,而固体中绝大多数是晶体,只有极少数非晶体.
根据固体的内部结构,固体可分为晶体和非晶体
晶体 : 构成固体的粒子在空间按一定的规律周期性地重复排布.非晶体 : 粒子在空间不呈周期性地重复排布,只具有短程有序,但不具有长程有序的固体,也叫无定形体或玻璃体.还有一种准晶体,也称为"准晶"或"拟晶",具有介于晶体和非晶体之间的固体结构.
非晶体不具备规则的几何外形非晶体的物理性质在各个方向上是相同的,即 各向同性非晶体一般没有固定的熔点因此非晶体属于不稳定的固体.非晶体有逐渐结晶化的趋势
自然界中绝大多数的固体属于晶体.晶体由于其内部粒子按规律周期性地排布,而具有一些宏观上的特性.
晶体在生长过程中会自发地形成有规则的多面体几何外形,即自范性.两个晶面的交线称为晶棱,多个晶棱的交点称为顶点.晶体内部粒子呈周期性规律排列,使得晶体的几何度量和宏观物理性质随方向的不同而表现出差异性,这种现象称为 各向异性晶体结构具有周期性,其各部分都按同一方式排列,这种微观上的均匀性使晶体具有固定的熔点根据晶体中粒子之间相互作用的性质,可以将晶体分成4种基本类型:分子晶体、离子晶体、金属晶体和原子晶体.除此之外还有混合晶体.
对称操作 和 对称元素 :绕着通过其中心且垂直于其所在平面的直线所进行的旋转称为对称操作,而对称操作赖以进行的这条直线称为对称元素
若图形绕对称轴旋转,每旋转 $\frac{360\degree}{n}$ 图形复原一次,或者说旋转 $360\degree$ 图形将复原 $n$ 次,则称该轴为该图形的 $n$ 重旋转轴,或 $n$ 重轴.
旋转轴用 $C_n$ 表示, $n$ 为轴次
同一个几何图形中可能包含多个旋转轴,通常情况下将轴次最高的旋转轴称为主轴,其他的旋转轴称为次轴.
平面镜成像这种对称操作称为反映,反映操作所凭借的对称元素称为镜面,用 $\sigma$ 表示.
矩形上的所有点,沿着其与矩形两对角线交点 $O$ 的连线及其延长线按等距离移到 $O$ 点的另一方后,图形复原.上述对称操作称为反演,反演操作所凭借的对称元素称为对称中心,用 $i$ 表示.
此外还有其他组合操作,例如旋转反演,即旋转后接着凭借轴上的中心点再进行反演的组合操作,此操作所凭借的对称元素称为反轴.
| 晶系 | 特征对称元素 |
|---|---|
| 立方晶系 | $4$ 条 $3$ 重对称轴 |
| 六方晶系 | $1$ 条 $6$ 重旋转轴或 $6$ 重反轴 |
| 四方晶系 | $1$ 条 $4$ 重旋转轴或 $4$ 重反轴 |
| 三方晶系 | $1$ 条 $3$ 重旋转轴或 $3$ 重反轴 |
| 正交晶系 | $3$ 条互相垂直的 $2$ 重旋转轴或 $2$ 个互相垂直的对称面 |
| 单斜晶系 | $1$ 条 $2$ 重旋转轴或 $1$ 个镜面 |
| 三斜晶系 | 无 |
平行六面体晶胞是实际晶体的代表.晶胞不仅代表晶体的化学组成,也代表晶体结构的对称性.数量巨大的晶胞 无隙并置起来就得到晶体.
描述晶胞的结构特征则要使用平行六面体的3个棱长 $a$ , $b$ , $c$ 及棱之间的夹角 $\alpha$ , $\beta$ , $\gamma$
其中 $a$ 和 $b$ 的夹角为 $\gamma$ , $a$ 和 $c$ 的夹角为 $\beta$ , $b$ 和 $c$ 的夹角为 $\alpha$ . $a$ , $b$ , $c$ , $\alpha$ , $\beta$ , $\gamma$ 称为晶胞参数.根据晶体的对称性,6个晶胞参数并非完全独立.
| 晶系名称 | 晶胞参数特征 | 独立晶胞参数 |
|---|---|---|
| 立方晶系 | $a = b = c$; $\alpha = \beta = \gamma = 90\degree$ |
$a$ |
| 四方晶系 | $a = b \neq c$; $\alpha = \beta = \gamma = 90\degree$ |
$a$,$c$ |
| 正交晶系 | $a \neq b \neq c$; $\alpha = \beta = \gamma = 90\degree$ |
$a$,$b$,$c$ |
| 单斜晶系 | $a \neq b \neq c$; $\alpha = \gamma = 90\degree$,$\beta \neq 90\degree$ |
$a$,$b$,$c$,$\beta$ |
| 三斜晶系 | $a \neq b \neq c$; $\alpha \neq \beta \neq \gamma \neq 90\degree$ |
$a$,$b$,$c$,$\alpha$,$\beta$,$\gamma$ |
| 六方晶系 | $a = b \neq c$; $\alpha = \beta = 90\degree$,$\gamma = 120\degree$ |
$a$,$c$ |
| 三方晶系 | $a = b = c$; $\alpha = \beta = \gamma \neq 90\degree$ |
$a$,$\alpha$ |