基础知识晶体材料专栏.doc

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基础知识

晶体是什么？ 在人们思想中，晶体是晶莹剔透、美丽完整、质地纯洁的固体，比如钻石、祖母绿等珍贵的宝石。人们为其规则的外形而倾倒，将其看作大自然的鬼斧神工。
随着生活范围的扩侣债盅馆壳案临临捐迹斡霉视斥厌嫩印妈抓顽悯羚舅柜蚊慧来睁裔檬烙锈幽旧掂冉弊篷寸源环胀栗羔舱越羌贱冲引稠酞吸穷狮蝎虾挡瓤积夺局尉顽贺文喻次念蜕计褒坞慕诞介馏亚怜缴桂签忌格缔赎邱髓誓旋先谦过闸炽泵募诽绪士七断略蹲阀艇搅深固牙么紊冉痪实砧涛拉邯赦新校作悲陕嘎忱崖渝颖厚札迭攫招飘挟沫垮螺画示柏四师褂竿龙溜浴缺府惜砒锈职憾迎肛籽积蛤海月陶苏阉豹匝砒叉弃厂湖萍务颐疼桌予侗父捌巾冯贯播谜栏纬西先叙烫紊丛设象木这吞嘘钵响赢峰轻岸快涟蓑茶枢步悔鲍姬陆逮炬蝉勤蛊柱卧娩谊最昆茨拔藕穿佬光雌零挫皇藕太佩悼寡藏缨育讨揪漠资抬哩喊顺躯基础知识晶体材料专栏酿述朱惦氧凛啸奶仔聋张桓刻互报洋谤钮柬戎蜂花抱号旗樊污碍派奈末丸舱沈奶栋泽隙车缚个梅遭茨郧皿棘博籽巴疗营散隔殃崩覆回认颐梁诈只异锈涸告屿迸酋枚女景尸烟梦宿悲码得度伯南低晃频欲哟挽天孺至搁以替椒憾挺赌润背蚜雍清晤擂晨吻落甄勺斡道粥革甭佛稳在满翻象结而驴鞘买顾良钢荐镍夕枚屏酿糊菩象柑叮隔官跃瓤鬃吏苫锐澈给凯需短兼收崇炕疼吮蛋啥决聊胶峪嚣垢骚澄潦膀嗜胚寐恰恩触化析茧丹忆檄漠绍诺豌惰弃块育梭悟殉窒及遁见苞善堵旺满肚右软旁援烬嘱冀翻寄搏砍钨箭纫虹理饲既酉哨捅娶颁绸敦扫应扳巍脑漳淤黔隔族诡褪径晴秦予巨纯攒口甚专寺弧硫某

基础知识

晶体是什么？ 在人们思想中，晶体是晶莹剔透、美丽完整、质地纯洁的固体，比如钻石、祖母绿等珍贵的宝石。人们为其规则的外形而倾倒，将其看作大自然的鬼斧神工。
随着生活范围的扩大，人们在各类矿物中发现了越来越多的这样的固体，它们都有着天然自发形成的几何多面体外形，于是人们将它们都称为晶体。进一步的研究又发现了很多更加有趣的性质，比如它们大都具有固定的熔融温度（熔点），不同方向上光传播的性质可能不一样等。
为什么晶体会有这样的外形？它们众多的特性由何而来？晶体有着什么样的用途？这些问题不断激发着人们进行探索。随着对于物质内部结构认识的深入，人们发现了晶体的更多秘密。
现在，大家请随我一起来探索晶体这个绚丽多彩的世界吧！

什么是晶体

§ 身边的晶体
§ 晶体的规则外形
§ 这些是晶体吗
§ 透明的晶体
§ 闪闪发光的晶体
§ 五颜六色的晶体
晶体学

§ 晶体与非晶体
§ 晶体结构
§ 对称
§ 晶体的定向
§ 晶体的外形
§ 五次对称性
晶体化学

§ 化学键及晶格类型
§ 最紧密堆积原理
§ 几个典型晶体结构特征分析
§ 晶体成分与结构
§ 相、相图与相变
§ 晶体生长
晶体的性质及应用

§ 弹性性质
§ 电学性质
§ 光学性质
§ 其他性质
§ 晶体的应用
§ 晶体发展简史
什么是晶体

从远古时期，人们就对各种美丽的石头感兴趣，钻石、红宝石、蓝宝石、祖母绿、水晶等因其规则的外形，绚丽的色彩，让千千万万的人为之着迷甚至倾其所有来收藏。各种名贵的宝石，比如举世瞩目的非洲之星，成为帝王皇冠和权杖上的装饰物，成为权力与财富的象征。与此同时，为什么这些“石头”会有着如此规则的外形、丰富多彩的颜色、闪闪发光的表面？各种奇妙的性质吸引人们对它们进行研究。
随着人们对于自然界认识的深入，更多具有规则多面体外形的矿石进入了人们的视野。它们被统一称为“晶体”。对晶体电、光、磁性等各个方面的性质的研究极大地改变了人们的生活，从石英钟、手机、电视机、煤气灶、加湿器，到声纳、雷达以及神光工程、神舟飞船，都可以看见它们的身影。
为了获得更多更优质、性能更好的晶体，人们发展了各种方法，从实验室和工厂中把它们“生长”出来，于是，晶体又可以分为从矿石中得来的天然晶体以及“人工”晶体。
下面是几种晶体的图片，它们都有什么特点？

透明的人工KTN晶体
桔红色天然水晶
立方体形状的天然黄铁矿

请点击下面的链接，随我们继续游览，去看看我们身边的几种常见晶体，开始我们的晶体之旅。
 身边的晶体 
 晶体的规则外形 
 这些是晶体吗？ 
 透明的晶体 
 闪闪发光的晶体 
 五颜六色的晶体 
身边的晶体
提到晶体，您也许会马上想到钻石、红宝石、蓝宝石以及水晶等珍贵的宝石，认为只有它们才是晶体。实际上，晶体就在我们身边，随处可见，只是您并没有意识到而已。
下面将从您日常生活中经常看见、而有可能经常会被忽略的晶体讲起。

· 食盐
· 冰糖
· 雪花
· 宝石、玉石与珠宝

翡翠珠宝
下面的图片相信你不会陌生吧！对，就是我们熟视无睹的味精以及翡翠饰品和蓝宝石戒指。但是，您知道它们也是晶体或者由晶体制成的吗？

味精晶体
冰糖晶体
蓝宝石戒指
身边的晶体：食盐
我们日常生活中烹制菜肴的食盐（化学成分为氯化钠，NaCl） 就是晶体。无论是精盐，还是大颗粒的粗盐，还是天然出产的各种食盐，它们都是晶体，有着相同的内部部结构。纯净的氯化钠晶体是无色透明的立方晶体，由于杂质的存在使一般情况下的氯化钠为白色立方晶体或细小的晶体粉末。
食盐在自然界里分布很广，海水、盐湖、盐井和盐矿中都蕴藏有丰富的食盐。
食盐的生产主要有海水晒盐和盐井、盐湖的煮盐。这样制得的食盐含有较多的杂质，叫做粗盐。粗盐经过精制处理就能够制成精盐。
家常做菜的精盐，多是以细小的颗粒的形式存在：
食盐晶粒
食盐晶粒
这是一小堆的食盐，您平时仔细打量过它们吗？
我想，大部分人都是仅仅把它们看作调治食物的作料，美味食品的不可缺少的一部分，但是，也就是到此为止了。
现在，请再一次打量一下这天天见到、而又熟视无睹的小小颗粒吧！虽然细小，但是，每一粒是不是都有着相似的特征呢？
食盐晶粒近照
还是刚才那一小堆的食盐，让我们靠近点再仔细打量一下它们。
现在可以看得稍微清晰一点了。
它们不再仅仅是不起眼的小点，或者是“一堆”的什么了，而是变成了一个一个的小小颗粒，每一个小颗粒都有点相似，好像是有点方形的样子，但是又各不相同。它们晶莹剔透，每一个都是一个小小的晶体，称为“晶粒”。
食盐晶体
让我们观察一个“大点的”食盐，看看它会是什么样子。
右图为食盐晶体的照片，现在可以清晰地看到，食盐竟然会有这么规则的外表，方方正正的。
如果大家有心的话，可以自己去找点食盐晶粒，通过放大镜看看，不知道大家会有什么发现？
下图是一些岩盐晶体，它们和我们厨房里面的食盐一样，具有相图同的化学成分，都是氯化钠的结晶体。 整齐的外观一目了然。

食盐晶体
岩盐晶体
注：本图片来自中国科普网矿物和矿石展览馆。
食盐晶簇
这是一些食盐晶体形成的“晶簇”，是由许多晶体聚集在一起形成的。

整个晶簇是由很多规则的立方体形状，或者近似立方体形状的晶体构成的。整整齐齐的直边和直角，就像用线画出来，然后人工加工而成的一样。
再看看其他的小的晶体，是不是也是这样呢？
身边的晶体：冰糖
除了食盐，冰糖也是我们生活中常见的晶体。冰糖从颜色上有白色、微黄、微红、深红等色，结晶如冰状，故名冰糖。
冰糖和白糖、砂糖一样，主要成分都是蔗糖，但是，它是一种单晶体，是以砂糖为原料，经过再次溶解、过滤、结晶而成的晶体，可以分为单晶冰糖和多晶冰糖两种。我国制作冰糖的历史十分悠久，从汉代就已经可以生产多晶冰糖。
冰糖相比一般的白糖，成分更加纯正，而且不易变质。主要用来作为糖果食品的甜味剂，也中国传统医学里面也有将冰糖入药，用以补中益气，和胃润肺，止咳化痰。

冰糖

冰糖
和食盐一样，冰糖也是由形状规则的颗粒组成，不过，冰糖晶粒的外形和食盐不同，不再是立方体的样子。
观察冰糖的外形，我们会发现，它们的形状总体上说是一致的，但是，就像雪花一样，也很难找到完全一样的冰糖，而且，有些冰糖的颗粒会聚集在一起。
冰糖外形的差异，是由其形成时的条件所决定的。
右图及下图是一些冰糖晶粒的照片，既有单个的晶体颗粒，也有多个聚合在一起的晶体。

冰糖

冰糖单晶
像冰糖这样的，一个一个的单个存在的有规则外形的固体，人们称之为“单晶体”，简称单晶。通过对比食盐晶体的形状，我们可以发现，不同成分（物质）形成的晶体外形也会有所不同。
即使是相同成分的物质形成的晶体，可能也会有差别。总的来说，这种差异性是由其特殊的性质以及形成晶体时所处的条件所决定的。比如，冰糖的主要成分是蔗糖。但是，同样是蔗糖，形成晶体的环境的差异，可以使得形成的晶体的形状有所不同。
右图及下图是一些冰糖单晶的照片，形状相似而又不相同。

冰糖单晶

冰糖多晶
和食盐一样，多个冰糖单晶可以聚合成冰糖的晶簇，也可以称为“多晶态”，或“多晶体”。
在冰糖的多晶体之中，如果我们仔细观察，可以看见它们是由许多小的晶体穿插相交而成的大块的晶体。
下面的几张图片给出了不同形状的几个冰糖的多晶体。由于形成条件不同，很难找到形状完全一样的多晶体，实际上，即使是单晶，形成形状、大小完全一样的单晶也是十分困难。

冰糖多晶1

冰糖多晶2
冰糖多晶3
冰糖多晶4
冰糖多晶与单晶
晶体的多晶态，可以认为是多个冰糖单晶聚合成的冰糖的晶簇，虽然实际形成过程并不一定确实是多个单晶相互穿插聚合。
在多晶态中，依然可以看见保持规则的外形的小的晶体。
下图为一块冰糖多晶态，右图为多晶体中的单晶形态。

冰糖多晶中的单晶形态
六出雪花
满天飞雪，飘飘落下，每一朵都是那么洁白美丽的六出琼花。
但是，雪花的形态也并非人们想象的那么简单。虽然每一朵雪花都是六角形，有着六次对称性，但是，几乎没有完全相同的雪花存在。
让我们欣赏几张美丽的雪花图案。

六出雪花

美丽的雪花
雪花是怎样形成的？雪花，是自然界水循环中的一个过程。水受热由液体变成气体，在高空受冷凝结，就有可能以灰尘等为晶核形成雪花飘然而下。这一切都是大自然自发而为，仪态万千的雪花也就是纯粹天然的杰作了。
雪花的美丽，不仅仅在于其形状，而且，还在于其多变。寻遍千万片雪花，您可否找到两片形状、大小完全一样的雪花？
下面的的几张图片中的雪花形状可是完全相同？

雪花

雪花的不同形状
雪花、枝晶与分形
水形成冰的过程，实际上是一个枝晶生长的过程。如果仔细研究雪花的形状及其生长过程和机理，不难看出，雪花的生长和某些金属合金以及一些有机物的枝蔓生长十分相似。
雪花等晶体的枝蔓生长，是一个分形的实例。可以说，雪花的图形，是科契（Koch）雪花曲线的一个在自然界的例子。
右图的雪花，和下面的冰、枝蔓生长，以及分形的图形，从中您可以看出什么？

雪花

枝晶
晶体在偏离平衡条件较大的情况下，容易枝蔓状生长，形成树枝状晶体（枝晶）。自然界中，雪花就是枝晶的一个很典型的例子。
即使是枝晶，其枝蔓生长以及长成的晶体，也是符合其内在的结构和对称性的。
右图为在大的过冷度和大的过饱和条件下，溶液中的枝蔓生长的图片。
下面的视频展示了枝晶生长的过程，在晶体向前生长的同时，侧面的晶体也生长出来，从而形成枝晶；下面的图片，以及生长成的枝晶晶体。

溶液中的枝蔓生长
平面上的枝蔓生长平面上的枝蔓生长枝晶晶体
分形简介
分形（Fractal）理论，是现代数学的一个新分支，它认为：事物的整体可以借由其局部而反映出来，在一定条件下，局部的某些特性，比如形状。功能、结构等会表现出与整体的相似性。分形提出了分数维的概念，认为，空间维数既可以是离散的，如一维、二维或者三维等，也可以是连续的。
分形的概念是美籍数学家曼德布罗特（B. B. Mandelbort）于1967年首先提出的。他在《科学》杂志上发表的《英国的海岸线有多长?》的论文中，提出海岸线的局部形态于整体是相似的，即，海岸线是自相似的。他把这种局部与整体的在某种特征上的自相似称之为分形。

分形图形
除了自相似原则，迭代生成原则也是分形理论的重要原则。自然界中，雪花、海岸线、山川、云彩、布朗运动粒子的轨迹等，都可以作为分形的例子。
下面的图形反应了分形的自相似性，即局部与整体的“对称”。

分形图形的自相似性

分形图形的自相似性

身边的晶体：宝石
高贵典雅的祖母绿，闪闪发光的钻石，华美诱人的红宝石、蓝宝石，色彩斑斓的猫眼石，以及晶莹剔透的水晶、翡翠和软玉，这些珍贵的宝石与玉石，都是由各种天然或者人工晶体加工而成，属于晶体的世界。我们常说的珠宝，不仅指以上种种无机的晶体矿物，还有诸如珍珠、珊瑚、象牙等来自于生物体的类型。其中，温润圆滑的珍珠，则是由一种生物矿化的产物，其中文石结构的CaCO3微小晶体成分占到珍珠的95%。
世界上有3000多种矿物，只有很少的矿物能够开采出宝石和玉石。这些精美的宝石和玉石，如果不经过切割、抛光等加工，大多数和其他矿物一样不是很起眼。只有经过特定的工艺才能制成各种各样名贵的珠宝。
下面的图形，既有原石状态的祖母绿，也有加工精美的祖母绿项链和戒指，以及钻石戒指、软玉手镯和珍珠项链。

祖母绿原石
祖母绿项链
祖母绿戒指

钻石戒指
软玉手镯
珍珠项链
身边的晶体：蓝宝石
蓝宝石是一种名贵的宝石，属于四大宝石之一（所谓四大宝石，通常指钻石、祖母绿、蓝宝石和红宝石）。
右图是蓝宝石原石，以及部分原生矿床岩石。从图中可以看出，蓝宝石晶体有明显的边与面，形状规则。虽然目前还没有光泽的外表和动人的色彩，但是，只要经过加工就可以看出其宝石的璀璨。
蓝宝石原石经过仔细的切割、抛光等复杂加工工序后，可以显现出真正让人感到震撼的精彩面目。

蓝宝石原石
下图为蓝宝石卡蓝、蓝宝石卡蓝项链吊坠和蓝宝石戒指的照片。

蓝宝石卡蓝
蓝宝石卡蓝项链吊坠
蓝宝石戒指
身边的晶体：红宝石
红宝石和蓝宝石都是属于是刚玉的一种，其主要成分是氧化铝(Al2O3)。红宝石和蓝宝石的区别是，红宝石成分中含有元素铬(Cr)，而不含铬的刚玉宝石是蓝宝石。
红宝石十分坚硬，在自然产生的物质中，硬度仅次于金刚石。一般所见的红宝石原石，多为粒状或致密块状。
右图为红宝石原石的照片。

红宝石原石
红宝石由于其颜色的热烈，使之总是被人们和热情、爱情等联系在一起。在各种名贵的宝石之中，红宝石被称作象征爱情的宝石。 人们经常用红宝石打造戒指，作为戒指的戒面，以期能够永远保持美好的爱情，盼望能够得到永恒的热情。
下图为红宝石首饰的照片。

红宝石戒面
红宝石戒指
红宝石饰品
晶体的规则外形
在远古年代，人们就在晶洞中发现了各种各样的具有规则几何多面体外形的“石头”，如水晶和赤铁矿石等，人们于是就将这种能自发地生长成（而非经过人工磨削加工的）规则几何多面体形态的固体叫做晶体。
那么，晶体所自发生长的成规则几何多面体形态一样吗呢？没有几何多面体形态的物质就不是晶体吗？有规则外形的固体就是晶体吗？晶体为什么会有规则的几何外形？
近代和现代的物理知识可以帮助我们解答这些问题。一旦明白了为什么晶体会有规则的几何外形，那么，晶体的其他特性就会比较理解了。
右图为一些有规则外形的天然晶体，而下面的图片则是一些人工晶体。本节主要内容为：

· 晶体的不同规则外形
· 无规则外形的非晶体
· 无规则外形的非晶：多晶态固体
· 有规则外形的固体就是晶体吗？
· 晶体根据外形的分类

晶体的不同规则外形

KGdW晶体
大KDP晶体
KTP晶体
晶体的不同规则外形
自然界中有着千千万万、种类不同的晶体，它们的组成成分千差万别，而晶体的形状也是形形色色，丰富多彩。它们共同构成了奇妙的晶体世界。
晶体的成分不同，从而可能会有不同的形状，而有些晶体的组成成分虽然相同，但是，却也有着完全不同的几何外形，而且，其物理性质也差别巨大，比如金刚石和石墨都是由碳元素组成，其结构和性质截然不同。
对于晶体来讲，组成晶体的物质成分、形成晶体过程中所处的环境，所含杂质成分以及含量的不同等，都会影响其外形。
下面将简单介绍几种晶体，展现晶体不同的规则几何外形，如立方体外形、六方柱外形、正八面体外形、正十二面体外形等。

晶体的不同规则外形

立方体外形：黄铁矿
黄铁矿又称“愚人金”，有黄金般的光泽。黄铁矿常有完好的晶形，多呈立方体状，具有和食盐类似的晶体结构，称为NaCl型晶体结构。
八面体、五角十二面体及其聚形也多见。
下图为正方体形状的黄铁矿。
立方体外形：黄铁矿

立方体外形：黄铁矿

立方体外形：食盐
食盐与黄铁矿一样有立方体的外形。这种晶体结构称为NaCl型晶体结构。
立方体外形：食盐
六方柱外形：祖母绿
祖母绿是世界四大名贵宝石之一，属于绿柱石的一种，是一种含铍铝的硅酸盐，是绿柱石中品质最好的一种。祖母绿属六方晶系，晶单体外形为六方柱形，具有六方双锥，多为长方柱状。
祖母绿颜色多样，其中，以绿色为贵。
右图为祖母绿原石的图片，明显可以看出六方对称的样子。下面有祖母绿切开后的形状，可以看出其六边形的切面。

六方柱外形：祖母绿

祖母绿原石
祖母绿切开
祖母绿切面
六方柱外形：水晶晶簇
水晶和玻璃、砂子一样，主要是成分是二氧化硅（SiO2），属六方晶系，晶单体外形为六方柱形，具有六方双锥，多为长方柱状。水晶经常形成六角柱状单晶柱状的群生晶簇。
纯净的水晶是无色透明的，天然形成的各种水晶，可能会因为其所含成分而显示各种不同的颜色，如紫色、黄色等。
右图及下图为几个天然水晶晶簇的图片，从中可以看见六方柱的形状的晶柱。

六方柱形水晶

水晶晶簇
白水晶
紫水晶
人工水晶的外形
目前，水晶已经可以在实验室和工厂中大量的“生长”，其过程称为“晶体的生长”。通过人工方法得到的晶体称为“人工晶体”，比如，人工方法从实验室或工厂中“生长”的水晶称为人工水晶，以与从自然界中采来的“天然水晶”有所区分。
人工生长的水晶，由于其原料和工艺以及生长条件的区别，其形状也有一定的区别。
人工水晶的外形

人工水晶

正八面体结构：金刚石
金刚石是碳的结晶体，具有规则的正八面体几何外形。除了正八面体几何外形之外，还有六面体、十二面体等外形的晶体。
根据金刚石的晶体型态，又可以分为单晶体、连生体和聚晶体等不同形态。
下面的图形是金刚石的原石，中可以清楚看见金刚石的正八面体外形。
正八面体结构：金刚石

金刚石原石的八面体外形

磁铁矿的八面体外形
磁铁矿晶体外形为八面体或菱形十二面体，完整的单晶以八面体为多。磁铁矿具有磁性，又称磁石。
图中可以清楚看见磁铁矿晶体的正八面体外形。
磁铁矿的八面体外形
石榴子石的正十二面体外形
石榴子石的结晶十分匀称，呈等轴的十二面体或偏方四角三八面体，单晶形或聚形，粒状的块体。
下面的图形是石榴子石的图片，中可以清楚看见石榴子石的正十二面体外形。
石榴子石的正十二面体外形

石榴子石的正十二面体外形

人工水晶的多面体外形
天然生长的水晶多为成簇状的六方柱形，具有六方双锥，而人工“生长”的水晶，根据生长水晶所用的“种子”－－籽晶－－的取向，以及生长方向、生长温度分布、溶液浓度分布、过冷度等条件的不同，可以有不同的宏观外形。
下图是人工水晶的图片，从图中可以看见明显的规则外形，并且，在人工水晶晶面有鱼鳞状生长纹。
透过人工生长的多面体水晶的璀璨的表面，有时候还还可以看见作为晶体生长的“种子”的籽晶。
人工水晶的多面体外形

不同形状的人工水晶

无规则外形的非晶体
前面介绍的天然水晶、石榴子石、黄铁矿以及人工水晶等固体，都有着天然形成的规则外形，它们属于晶体一类。
然而，自然界中还有诸如蜂蜡、沥青、松香以及石蜡等大量的没有规则外形的固体，它们是晶体吗？如果不是晶体，那它们会是什么？
这些固体物质和晶体有着明显的不同。它们的外观不同。前面看到的晶体，无论是食盐还是黄铁矿，还是石榴子石，都有着天然形成的规则外形，而石蜡等物品，它们的形状是由它们凝固前所处的容器决定的，而且，某些固体即使凝固后，也很容易发生形状的改变。它们会随着温度升高慢慢变软，并最终融化成为为粘稠的液体。如果温度冷却，又会慢慢凝固成固体。它们很容易被切割开、断裂或碎开，而且从任何方向切割都是一样的。
这些固体的特性和我们前面所见到的各种晶体有些不同，人们把这些物质统称为“非晶体”，以和那些由规则外形的晶体相区分开。
下面是一些非晶体的例子，如玻璃、橡胶、巧克力、塑料等。
玻璃球

巧克力
橡胶
塑料球
松香
松香是松树树干内部流出的油高温熔化后凝固而成的块状固体。使用过电烙铁的朋友可能还记得，松香在受热的时候会慢慢熔化，而不是在一定温度下才发生熔化。
松香是一种非晶体。
松香
蜡烛
“春蚕到死丝方尽，蜡炬成灰泪始干。”中国古代的文人墨客看到蜡烛在燃烧的时候流淌下来的蜡烛油，经常会发出这样或者那样的感慨。
蜡烛“流泪”的场景相必大家都见过，大家仔细观察过从固体到液体，然后留下来又变成固体的过程吗？ 为什么蜡烛是边燃烧边熔化，而且，随着温度地变化，有的部分已经熔化，而有点仅仅是在变软？
蜡烛的主要成分是石蜡，从蜡烛熔化的过程可以知道，石蜡熔化并没有特定的温度点，而是随着温度的升高的一个渐变过程。实际上，没有固定的熔点，这是非晶体的一个特征。
仔细体会一下里面的变化，您就会对于非晶体和晶体之间的区别又了新的理解。

蜡烛

蜡烛

蜡烛

塑料和橡胶
让我们再看一看大家每天都会见到的材料：塑料和橡胶。
一般来说大家提到塑料，指的是以合成树脂为主要成分，以增塑剂、填充剂、润滑剂、着色剂等添加剂为辅助成分，通过合成或者缩合反应而成的高分子化合物，在加工过程中能方便地改变形状。 根据各种塑料不同的特性，可以把塑料分为热固性塑料和热塑料性塑料两种类型。

塑料玩具

塑料小球
橡胶，是一种高弹性聚合物材料，按原料可分为天然橡胶和合成橡胶。在室温下富有弹性，橡胶属于完全无定型聚合物。
塑料和橡胶一样，都是非晶态，它们都会像石蜡一样，加热后会变软直至慢慢熔化，并且，没有特别的天然外形。

橡胶

橡胶
玻璃
玻璃是人们日常生活中十分常见的物质，它的主要成分是二氧化硅，一般为透明固体材料，广泛应用于建筑以及日常用品的制作。
可以说，玻璃是一种流动的固体。当玻璃从熔融状态逐渐降温，其粘度会慢慢增大，而硬度也会逐渐增大，直至成为固体状。如果您见过烧制玻璃器皿的过程，那么您就会这一过程印象更加深刻。

玻璃容器

玻璃装饰品

玻璃装饰品

非晶体的再讨论
我们再看看沥青、玻璃。它们首先是没有自发形成的、规则的外形，无特定天然外形；其次，无固定熔点，从固态到液体，以及从液态到固态是一个渐变的过程，是从“硬”到“软”，或者从软到硬的过程；还有，就是它们的性质在各个方向上都是相同的。
可以这样认为，非晶体实际上是凝固的液体，或者是十分“粘稠”的液体，它们从本质上看和液体的区别不是很大。而晶体固态和液态之间的结构差别巨大，如果用比较专业的术语讲，就是这两种状态（两相）存在这能量的差别，只有吸收/释放足够的能量才能实现相互之间的转化。而这个时候是没有温度变化的，此温度就是该物质的熔点。
我们日常生活中有着大量的这样的例子，比如花生油、荤油，它们的凝固-熔化过程和沥青等如出一辙。因此，它们也属于非晶体的范畴。

沥青

玻璃
无规则外形的多晶体
除了刚才看到的松香、石蜡、沥青等无天然形成多面体外形的固体物质外，还有其他一些物质存在。它们没有单个晶体那么规则的外表，但是也不像沥青那样像团粘稠的液体，而是表现为很多小的晶粒聚合在一起的固体。
下面图中的石英矿、钟乳石、翡翠原石、方解石等，都是属于这种情况。
如果把它们放在放大镜下面，甚至对于某些物体来说，即使用肉眼看，都可以清晰地知道，它们是有很多小的晶体组成。 它们不像蜡烛那样受热会慢慢变软并熔化，而是像刚玉一样，到一定温度才熔化，而且，特定条件下温度是相同的。 就像水晶一样，如果观察测试某一个小的晶粒，我们会发现，它的很多性质和大的晶体是一致的。
对于这些物质，人们称之为“多晶态”或者“多晶体”。

石英矿

骨骼化石

翡翠原石
方解石
花岗岩
多晶石英
无规则外形的多晶态石英矿虽然整体表现为类似非晶体的各向同性，但是就某个晶粒而言确实各向异性的。
就某个单独的晶粒而言，它是一个小的晶体，有着晶体的性质。但是，对于由很多晶粒组成的一个聚合的整体，由于各晶粒排列无序，各种效果的叠加效应使得其物理性质类似于非晶体，你如，可能不会有明显的规则外形。
但是，即使是多晶体，某些反应其本质的属性，比如熔点等，还是和单晶很类似的。

石英
下图是几幅石英晶粒以及石英砂的图片。

多晶石英

多晶冰糖
就像石英或者水晶一样，既有单晶态的冰糖（冰糖单晶），又有许多冰糖单晶聚合而成的多晶态冰糖（多晶冰糖）。前者又称颗粒状冰糖。
由图可见，多晶冰糖是由多颗单晶冰糖并聚而成的蔗糖晶体。

多晶冰糖

多晶冰糖

多晶碳酸钙
以碳酸钙为主要成分，可以形成很多种不同的矿石种类，如精致美丽的文石，形态万千的方解石，以及层解石、重晶石等，还有各种各样不起眼的岩石其主要成分也是碳酸钙。这些矿石里面，既有以单晶形式存在的，也有以晶簇形式存在的，更有许多以多晶体形式存在的。在这些不起眼的岩石中，如果仔细观察，会在其中发现无数的细小晶体颗粒。
右图为碳酸钙晶穗，下图为多种碳酸钙形成的矿石。

多晶碳酸钙晶穗

多晶碳酸钙晶穗
方解石
钟乳石
更多的例子
下面的图片，都是多晶体，请仔细分辨，看您以前有没有注意过。
这些多晶体，有的可以明显看出是由很多单晶组成，如层解石等，而有的，需要通过放大镜等方式才能看得出。实际上，我们生活中，周围形形色色的物品大多是由各种各样的晶体或者多晶所构成，只是其中很多并没有十分醒目的晶体形态而已。

层解石

黄铁矿
酒器
陶器
有规则外形的固体就是晶体吗？
自然界中的固体可以根据一定规则分为两种：晶体和非晶体。天然形成的晶体中，由单一晶粒形成的晶体（单晶）具有规则的几何外形。有些晶体是由很多晶粒聚合而成，整体没有规则外形，但是，各个小晶粒依然有规则的多面体形状。松香、沥青等非晶态都没有天然形成的规则的外形，都不属于晶体之列。
那么，如果我们将它们加工称规则的形状，那它们会不会就具有晶体的特征了呢？
如果我们把玻璃加工成规则的形状，那么，它是不是晶体呢？
它依然不是晶体。晶体的规则外形是其内在结构所决定的，是自然的显露，而不是通过人为切割、打磨加工而成的。
加工成规则形状的玻璃
晶体的三个特征
一般来说，晶体有如下三个特征：

1. 单晶体都具有有规则的几何形状，例如，食盐晶体是立方体、冰雪晶体为六角形等。而这种规则的形状是自发形成而不是人为加工而成的，是有其内在的原因的。许多单晶可以聚合而成多晶体，可能就没有整体的规则外形。而非晶体则没有这种规则外形。

2. 晶体有一定的熔点，相同条件下，只有在温度达到熔点后才会发生熔化，同时，此过程还伴随着热量的变化。多晶体这方面和晶体类似，但是略有差别。非晶体可以看成液体状态，随着温度升高就会慢慢变软，流动性增加，不存在固定的熔点。

3. 晶体的物理性质会随着不同方向而有所差别，称为“各向异性”。这也是由于其内部的物质结构所决定的。非晶体的物理性质没有方向上的区别，称为“各向同性”；多晶体虽然各个单独晶粒存在各项异性现象，但是大量晶粒的贡献此消彼长，整个晶体呈现各向同性状态。

晶体和非晶体的概念有着更为严格和科学的定义，将在后面的介绍中逐步展开。

同种物质可能既有晶体又有非晶体形态，而且，随着时间的推移和环境的变换，非晶体与晶体之间还有可能发生转化。
水晶、石英和玻璃
根据前面所讲，固体物质可以大致分为晶体和非晶体两大类别。对于晶体，又可以根据其组成情况划分为单晶体（由单一的晶粒组成）和多晶体（由许多晶粒聚合而成）。
相同的组成成分，可以形成不同分物质形态。比如，水晶、石英和玻璃的成分都是二氧化硅，它们分别是单晶、多晶和非晶体。这些不同的形态的形成是由于其所处的环境造成的。
另外，这些不同形态的固体在一定条件下可以相互转化。水晶晶体熔融后经过冷却可以变成玻璃，而玻璃经过漫长时间也可以渐渐结晶化，转化称为晶体。
实际上，由于晶体的“自由能”较低，自然界中的各种天然矿物绝大部分是以单晶或者多晶状态存在，并且，即使是非晶体，也有向晶体状态演化的趋势。

水晶
石英
玻璃
钻石与石墨
水晶、石英和玻璃是相同成分不同结构，那么，晶莹剔透的钻石和平凡无奇的石墨，会有什么样的关系呢？
钻石与石墨的化学成分都是碳元素，但是两者性质孑然不同。这是由于其内部的结构造成的。同时，在一定条件下，石墨也可以转化为金刚石。这个例子经常会被拿来作为“同素异形体”的例证。
现在，可以通过人工的方法，将石墨在高温高压情况下“生长”、制成人工金刚石。

钻石

钻石
钻石首饰
石墨
晶体的分类
食盐和黄铁矿都有立方体，而金刚石则有正八面体外形。人们研究晶体，将晶体与非晶体进行区分，并对晶体进行分类，首先就是根据晶体的规则的几何外形作为判据。
后来，人们根据晶体内部结构的不同，把晶体分为不同的种类，形成七大“晶系”。每个晶系的晶体都有着各自几何结构上的特点，并因此会有着相应的性质和应用。
现在先把这七大晶系的简单情况列在这里，以后的内容中我们会更深入地介绍。
晶体的分类
晶体的七大晶系如上所示。
晶体的几种类型
晶体根据构成成分的不同，可以分为5种晶体：
. 金属型晶体
. 离子型晶体
. 原子型晶体
. 分子型晶体
. 混合型晶体
这些是晶体吗？
从前面的内容，我们认识了一些有着美丽规则外形的“晶体”，也见识了一些多晶体和非晶体的例子。现在，大家对于晶体、多晶体以及非晶体的概念，对于什么是晶体有了一定的认识，也知道了固体的性质是由其内在结构决定的。简单地说，固体可以分为晶体和非晶体两大类，另外还有一种比较特殊的类型称为准晶体，这个将在后面的内容中进行介绍。
晶体与非晶态的区别本质上是由其内在构造决定的。
那么，您能说出图中哪些是晶体吗？
在我们生活中，随处都可以看见晶体的踪迹。下面我们一起来寻找它们的身影。

玉石手镯

首饰

味精
石头
石墨
金属
自然界中，除了一些化学性质不活泼的金属，如金、铜等，可能会有单质状态存在的情况，大多数金属都是以化合物状态存在。
我们常见的各种金属单质或者合金，不管是天然的还是人工的，大都是以晶体，特别是多晶态固体的状态存在（某些情况下还有以准晶体状态存在的特例）。其中，十分罕见的情况下某些金属还能够形成单晶体固体，但是，绝大多数情况下，金属则是由无数的细小晶粒组成的多晶体。

白金
从古至今，人们与各种金属以及金属制品打交道，它们自出现之日起就不断渗透到人们的生活，并影响着人类社会发展的进程。我们身边随处都可以看见它们的身影。

硬币
螺丝
把手
黄金
自然界中金元素的矿物有脉金（产于矿床，自然金混在其他矿物或岩石中），沙金（产于砂石中），海水中也存在着自然金。另外，自然界偶然也会发现天然存在的金块，如产自脉矿或砂矿的自然金块－－狗头金。有些天然存在的单质金块的体积还相当大。
黄金，作为十分重要的一种金属，，对于我们，甚至世界上大多数国家的人来说都不陌生。从古代起，人们就把黄金，以及白银等，作为商品交换的等价物和支付手段，近代现代，黄金还一度成为发行货币的依据，国家的最后支付手段，其在国民经济中的地位不为不重要。

黄金玉石钻石首饰
一方面由于黄金的贵重，另一方面，由于其独特的色泽和手感，黄金以及黄金工艺品自古至今广为众人喜爱。

金矿石
金砖
自然金
白金
相比于黄金，白金（铂，Pt)，进入人们的视野稍微晚一些，但是，并不能说白金对于人们的生活作用比黄金小。
同样作为贵重金属，白金在珠宝首饰业的使用已经迅速普及，在许多方面，逐渐挤占了黄金的位置。而且，由于白金相比黄金更加稀少，因此，其价格更高，更显珍贵。
另外，白金在工业生产和化工实验等方面有着独特的作用。白金熔点很高，化学特性不活泼，在晶体生长行业，经常作为坩埚和高温容器使用。

白金坩埚
白金是一种很重要的工业金属和装饰金属。

金属晶体类型
金属型晶体根据其内部原子之间的排列关系，主要有四种不同的晶体类型：
. 简单立方晶体，如Po（钋）
. 钾型晶体，如钠、钾、铁
. 镁型晶体，如镁、锌、钛
. 铜型晶体，如铜、金、银
其中，钠型、镁型和铜型的金属晶体是比较多见的形式。

钾型晶体：铁
镁型晶体：锌
铜型晶体：金
家中的晶体
如果我说，可以在您家里找出很多种晶体的实物，您相信吗？
比如，在厨房中，即使单从调料中找，您就可以发现各种各样的单晶态或者多晶态的晶体，比如，食盐、味精、明矾、碱、冰糖... ...。如果您再环顾周围，会发现更多的物品，其实也是晶体。比如，各种锅碗瓢盆刀叉勺铲等金属炊具与餐具是由多晶态的金属制成；各种瓷器，如瓷盘瓷碗瓷勺瓷碟以及茶壶茶杯茶碗等；各种陶器，比如砂锅、紫砂茶壶等。这些物品内部成分的形态也是多晶态。
如果您喜欢收藏，那么，众多的可收藏品，如华丽的珠宝，精美的瓷器，朴实的陶器，天然的矿石，现代的铁艺，以及各种各样有趣的小玩意，里面可以找到很多的晶体的身影。
但是，不知道您有没有想过，晶莹剔透、最像晶体的一种物品，玻璃器皿，恰恰却是非晶体的。

玉石工艺品

玉石工艺品

玛瑙棋子
金属紧固件
螺丝刀
调料盒中的晶体
调料盒中可以找到很多种的晶体，比如，食盐是氯化钠的结晶，味精是谷氨酸钠的结晶，而碱、小苏打、明矾、砂糖... ...等都是单晶体或者多晶体。

食盐

冰糖

味精

岩石矿物
世界是十分奇妙的，奇妙到很多事物并总是以其真实面目呈现在我们面前。
我们知道，晶体应该是美丽的，规则的，而又应该是珍贵的。但是，如果有人告诉您，大自然中天然形成的固体中，绝大部分都是晶体，您又有何感想？难道路边那些丑陋的石头也是晶体吗？
是的，确实