第二章 晶体的形成
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
晶体是具有格子构造的固体。它的发
生和成长，实质上是在一定的条件下组成
物质的质点按照格子构造规律排列的过
程。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
目的和要求
? 了解晶体的形成及其影响因素
? 理解布拉维法则,层生长理论,螺旋生长理论 。
? 了解周期性键链理论。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
主要内容
§ 2— 1 晶体形成的方式
§ 2— 2 晶核的形成
§ 2— 3 晶体的成长
§ 2— 4 晶面的发育
§ 2— 5 影响晶体生长的外部因素
§ 2— 6 晶体的溶解与再生
§ 2— 7 人工合成晶体
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 1 晶体的形成
晶体是在物相转变的情况下形成的。
物相有三种,气相、液相、固相
图 2－ 1 气相（ a）、液相（ b）、固相（ c）的质点排列示意图
（ a） （ b） （ c）
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
只有晶体才是真正的固体。由气相、液相转
变成固相时形成晶体，固相之间也可以直接
产生转变。
1,由液相转变为固相
2,由气相转变为固相
3,由固相再结晶为固相
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
1,由液相转变为固相
（ 1）,从熔体中结晶
当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说，只
有当熔点过冷却时晶体才能发生。
如：水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体
冷却到熔点以下结晶成金属晶体。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
（ 2）,从熔液中结晶
当溶液达到过饱和时，才能析出晶体。其方式有：
1) 温度降低，如岩浆期后的热液越远离岩浆源则
温度将渐次降低，各种矿物晶体陆续析出；
2) 水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，盐类矿物结
晶出来；
3) 通过化学反应，生成难溶物质 。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2,由气相转变为固相
由气相直接转变成固相的条件是,要有足够低的蒸气
压 。
如：在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯
化钠的晶体。
雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶成的晶体。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
3,由固相再结晶为固相
1) 同质多象转变
? 某种晶体在热力学条件改变时转变为另一种
在新的条件下稳定的晶体。它们在转变前后的成
分相同，但晶体结构不同。
? 如：在 573?C以上可形成高温石英，当温度
降低到 573?C以下则转变成晶体结构不同的低温
石英。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2) 原矿物晶粒逐渐变大 如：由细粒方解石组成的
石灰岩与岩浆岩接触时，受热再结晶成为由粗粒
方解石晶体组成的大理岩（重结晶现象）
3) 固溶体分解 在一定温度下固溶体可以分离成几
种独立矿物。如由一定比例的闪锌矿（ ZnS）和
黄铜矿（ CuFeS2）在高温时成为均一相的固溶体，
而在低温时分离成两种独立矿物。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
4) 变晶 矿物在定向的压力方向上溶解，而在垂直
与压力方向上在结晶，因而形成一向延长或二相
延展的变质矿物，如：角闪石、云母晶体等。
5) 由固态非晶质结晶 火山喷发的熔岩迅速冷却，
固结成为非晶质的火山玻璃（脱玻化）。这种火
山玻璃经过千百年以上的长时间以后，可逐渐转
变成为结晶质。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 2 晶核的形成
晶体生长的一般过程是先生成晶核而后再逐渐长
大。
?晶体的生长阶段：
介质达到过饱和，
过冷却阶段
成核阶段 生长阶段
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?晶核的形成
? 在某种介质体系中，过饱和、过冷却状态的出现，
并不意味着整个体系的同时结晶。
? 成核作用示意图
体系内各
处首先出
现瞬时的
微细结晶
粒子
体系内出现局
部过饱和度、
过冷却度较高
的区域
结晶粒子的
大小达到临
界值以上，
形成晶核
温度、浓度的
局部变化
杂质粒子的影
响
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?成核速度
在单位时间内，单位体积中所形成的核的数目称
为成核速度 。它决定于物质的过饱和度或过冷却度。
过饱和度和过冷却度越高，成核速度越大。成核速度还
与介质的粘度有关。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 3 晶体的生长
?晶核形成后，将近一步成长。下面介绍关于晶
体生长的两种主要的理论。
?层生长理论
?螺旋生长理论
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?层生长理论
1,科塞尔 1927年提出，后经斯特兰斯基加以发展。
2.理论基础：质点在界面上进入晶格“座位”的最佳位
置是具有三面凹入角的位置。（ 如图） 因为此位置上与
晶核结合成键放出的能量最大，也就是最可能结合的位
置。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
图 2－ 2 晶体生长过程中表面状态图解
P 平坦面； S 台阶； K 曲折面； A 吸附分子； h 孔
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
3.生长过程：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（最外的
面网）是平行向外推移而生长的。
4.可以解释的生长现象：
1）晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态；
2）不同时刻生成的晶体在物性和成分等方面有细微
的变化，因而在晶体的断面上常可见带状构造；
3）同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变；
4）许多晶面形成以晶体中心为顶点的锥状体。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?螺旋生长理论
1.所谓螺旋生长理论，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，促进光滑界面上的生长。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2.生长过程 如下图,
图 2－ 3 螺旋生长模式
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 4 晶面的发育
?布拉维法则
1.概念, 布拉维法则即实际晶体的晶面常常平行网面
结点密度最大的面网 。
如图
图 2－ 4 晶体构造中网面密度与生长速度关系图解
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2.晶面生长速度,
指单位时间内晶面在其垂直方向上增长的厚度。
3.不足之处,
1）依据的仅是由抽象的结点所组成的空间格子，而
非真实的晶体结构；
2）只考虑晶体的本身，而忽略了生长晶体的介质条
件。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?居里 — 吴里夫原理和周期键链（ PBC）理论是
晶面发育的另两个理论，在此不赘述。详见相
关文献及知识。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 5 影响晶体生长的外部因素
决定晶体生长的形态，内因是基本的，而生成时
所处的外界环境对晶体形态的影响也很大。同一种
晶体在不同的条件生长时，晶体形态是可能有所差
别的。影响晶体生长的几种主要外部因素如下：
1,涡流
2,温度
3,杂质
4,粘度
5,结晶速度
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
1,涡流,涡流使溶液物质供给不均匀，使得生
长形态特征不同。
2,温度,在不同的温度下，同种物质的晶体其
不同晶面的相对生长速度有所改变，影响晶
体形态。
3,杂质,溶液中杂质的存在可以改变晶体上不
同面网的表面能，其相对生长速度也随之变
化而影响晶体形态。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
4,粘度,粘度的加大 涡流产生困难 溶质供
给不足 棱角生长快于晶面 形成骸晶
5,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，则晶体粗大。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 6 晶体的溶解与再生
?晶体的溶解
1.特征：
晶体置于不饱和溶液中就开始溶解
棱角圆化
2.蚀像：
晶面溶解时，将首先在一些薄弱地方溶解
出小凹坑，称为蚀像。（图 2－ 5）
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
图 2－ 5 方解石（ a）和白云石（ b）的蚀像
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?晶体的再生
破坏了的和溶解了的晶体处于合适的环
境又可恢复多面体形态，称为晶体的再生。
注意：溶解和再生不是简单的相反的现象。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
图 2－ 6 晶体的再生 图 2－ 7 石英颗粒的再生
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 7 人工合成晶体
对天然矿物晶体生长的研究有助于了解矿物、
岩石、地质体的形成及发展历史，并为矿物资源的
开发和利用提供一些有益的启发资料。人工合成晶
体则不仅可以模拟和解释天然矿物的形成条件，更
重要的是能够提供现代科学技术所急需的晶体材料。
人工合成晶体的主要途径是从溶液中培养和在
高温高压下通过同质多像转变来制备，具体方法主
要有水热法、提拉法、焰熔法几种。具体方法在后
续课程详细介绍。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
晶体是具有格子构造的固体。它的发
生和成长，实质上是在一定的条件下组成
物质的质点按照格子构造规律排列的过
程。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
目的和要求
? 了解晶体的形成及其影响因素
? 理解布拉维法则,层生长理论,螺旋生长理论 。
? 了解周期性键链理论。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
主要内容
§ 2— 1 晶体形成的方式
§ 2— 2 晶核的形成
§ 2— 3 晶体的成长
§ 2— 4 晶面的发育
§ 2— 5 影响晶体生长的外部因素
§ 2— 6 晶体的溶解与再生
§ 2— 7 人工合成晶体
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 1 晶体的形成
晶体是在物相转变的情况下形成的。
物相有三种,气相、液相、固相
图 2－ 1 气相（ a）、液相（ b）、固相（ c）的质点排列示意图
（ a） （ b） （ c）
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
只有晶体才是真正的固体。由气相、液相转
变成固相时形成晶体，固相之间也可以直接
产生转变。
1,由液相转变为固相
2,由气相转变为固相
3,由固相再结晶为固相
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
1,由液相转变为固相
（ 1）,从熔体中结晶
当温度低于熔点时，晶体开始析出，也就是说，只
有当熔点过冷却时晶体才能发生。
如：水在温度低于零摄氏度时结晶成冰；金属熔体
冷却到熔点以下结晶成金属晶体。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
（ 2）,从熔液中结晶
当溶液达到过饱和时，才能析出晶体。其方式有：
1) 温度降低，如岩浆期后的热液越远离岩浆源则
温度将渐次降低，各种矿物晶体陆续析出；
2) 水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，盐类矿物结
晶出来；
3) 通过化学反应，生成难溶物质 。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2,由气相转变为固相
由气相直接转变成固相的条件是,要有足够低的蒸气
压 。
如：在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯
化钠的晶体。
雪花就是由于水蒸气冷却直接结晶成的晶体。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
3,由固相再结晶为固相
1) 同质多象转变
? 某种晶体在热力学条件改变时转变为另一种
在新的条件下稳定的晶体。它们在转变前后的成
分相同，但晶体结构不同。
? 如：在 573?C以上可形成高温石英，当温度
降低到 573?C以下则转变成晶体结构不同的低温
石英。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2) 原矿物晶粒逐渐变大 如：由细粒方解石组成的
石灰岩与岩浆岩接触时，受热再结晶成为由粗粒
方解石晶体组成的大理岩（重结晶现象）
3) 固溶体分解 在一定温度下固溶体可以分离成几
种独立矿物。如由一定比例的闪锌矿（ ZnS）和
黄铜矿（ CuFeS2）在高温时成为均一相的固溶体，
而在低温时分离成两种独立矿物。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
4) 变晶 矿物在定向的压力方向上溶解，而在垂直
与压力方向上在结晶，因而形成一向延长或二相
延展的变质矿物，如：角闪石、云母晶体等。
5) 由固态非晶质结晶 火山喷发的熔岩迅速冷却，
固结成为非晶质的火山玻璃（脱玻化）。这种火
山玻璃经过千百年以上的长时间以后，可逐渐转
变成为结晶质。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 2 晶核的形成
晶体生长的一般过程是先生成晶核而后再逐渐长
大。
?晶体的生长阶段：
介质达到过饱和，
过冷却阶段
成核阶段 生长阶段
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?晶核的形成
? 在某种介质体系中，过饱和、过冷却状态的出现，
并不意味着整个体系的同时结晶。
? 成核作用示意图
体系内各
处首先出
现瞬时的
微细结晶
粒子
体系内出现局
部过饱和度、
过冷却度较高
的区域
结晶粒子的
大小达到临
界值以上，
形成晶核
温度、浓度的
局部变化
杂质粒子的影
响
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?成核速度
在单位时间内，单位体积中所形成的核的数目称
为成核速度 。它决定于物质的过饱和度或过冷却度。
过饱和度和过冷却度越高，成核速度越大。成核速度还
与介质的粘度有关。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 3 晶体的生长
?晶核形成后，将近一步成长。下面介绍关于晶
体生长的两种主要的理论。
?层生长理论
?螺旋生长理论
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?层生长理论
1,科塞尔 1927年提出，后经斯特兰斯基加以发展。
2.理论基础：质点在界面上进入晶格“座位”的最佳位
置是具有三面凹入角的位置。（ 如图） 因为此位置上与
晶核结合成键放出的能量最大，也就是最可能结合的位
置。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
图 2－ 2 晶体生长过程中表面状态图解
P 平坦面； S 台阶； K 曲折面； A 吸附分子； h 孔
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
3.生长过程：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（最外的
面网）是平行向外推移而生长的。
4.可以解释的生长现象：
1）晶体常生长成为面平、棱直的多面体形态；
2）不同时刻生成的晶体在物性和成分等方面有细微
的变化，因而在晶体的断面上常可见带状构造；
3）同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变；
4）许多晶面形成以晶体中心为顶点的锥状体。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?螺旋生长理论
1.所谓螺旋生长理论，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，促进光滑界面上的生长。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2.生长过程 如下图,
图 2－ 3 螺旋生长模式
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 4 晶面的发育
?布拉维法则
1.概念, 布拉维法则即实际晶体的晶面常常平行网面
结点密度最大的面网 。
如图
图 2－ 4 晶体构造中网面密度与生长速度关系图解
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
2.晶面生长速度,
指单位时间内晶面在其垂直方向上增长的厚度。
3.不足之处,
1）依据的仅是由抽象的结点所组成的空间格子，而
非真实的晶体结构；
2）只考虑晶体的本身，而忽略了生长晶体的介质条
件。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?居里 — 吴里夫原理和周期键链（ PBC）理论是
晶面发育的另两个理论，在此不赘述。详见相
关文献及知识。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 5 影响晶体生长的外部因素
决定晶体生长的形态，内因是基本的，而生成时
所处的外界环境对晶体形态的影响也很大。同一种
晶体在不同的条件生长时，晶体形态是可能有所差
别的。影响晶体生长的几种主要外部因素如下：
1,涡流
2,温度
3,杂质
4,粘度
5,结晶速度
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
1,涡流,涡流使溶液物质供给不均匀，使得生
长形态特征不同。
2,温度,在不同的温度下，同种物质的晶体其
不同晶面的相对生长速度有所改变，影响晶
体形态。
3,杂质,溶液中杂质的存在可以改变晶体上不
同面网的表面能，其相对生长速度也随之变
化而影响晶体形态。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
4,粘度,粘度的加大 涡流产生困难 溶质供
给不足 棱角生长快于晶面 形成骸晶
5,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，则晶体粗大。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 6 晶体的溶解与再生
?晶体的溶解
1.特征：
晶体置于不饱和溶液中就开始溶解
棱角圆化
2.蚀像：
晶面溶解时，将首先在一些薄弱地方溶解
出小凹坑，称为蚀像。（图 2－ 5）
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
图 2－ 5 方解石（ a）和白云石（ b）的蚀像
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
?晶体的再生
破坏了的和溶解了的晶体处于合适的环
境又可恢复多面体形态，称为晶体的再生。
注意：溶解和再生不是简单的相反的现象。
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
图 2－ 6 晶体的再生 图 2－ 7 石英颗粒的再生
§ 2— 3
§ 2— 4
§ 2— 2
§ 2— 1
§ 2— 5
§ 2— 6
§ 2— 7
§ 2— 7 人工合成晶体
对天然矿物晶体生长的研究有助于了解矿物、
岩石、地质体的形成及发展历史，并为矿物资源的
开发和利用提供一些有益的启发资料。人工合成晶
体则不仅可以模拟和解释天然矿物的形成条件，更
重要的是能够提供现代科学技术所急需的晶体材料。
人工合成晶体的主要途径是从溶液中培养和在
高温高压下通过同质多像转变来制备，具体方法主
要有水热法、提拉法、焰熔法几种。具体方法在后
续课程详细介绍。
