高中化学 第3章 物质的聚集状态与物质性质 3.1 认识晶体素材 鲁科版选修3-鲁科版高中选修3化学素材.doc

第一节认识晶体多彩的人工晶体顾名思义人工晶体就是使用人工方法合成出的晶体。我们生活周围的很多物质都是晶体比如地上的石头、沙土。沙土颗粒虽小人用肉眼无法观察到它的晶面、晶形但它却实实在在是由晶体构成的。构成物质的原子、离子或分子在空间作长程有序的排列形成一定的点阵结构就是晶体；而内部没有长程有序排列（只有短程有序）的物质就是非晶态固体如玻璃、石蜡、橡胶等。晶体通常具有规则的外形棱角分明。人工晶体的分类人工晶体按照功能不同可粗略分为半导体晶体激光晶体非线性光学晶体光折变晶体闪烁晶体电光、磁光、声光调制晶体压电晶体红外探测晶体光学晶体双折射晶体宝石晶体与超硬晶体等十二类。1.宝石晶体有极高的硬度、奇特的星彩闪光或艳丽颜色的晶体是大家所熟悉的宝石晶体。立方氧化锆的硬度仅次于金刚石折射率也相当大可以有很高的星彩效应。下图是用氧化锆晶体制作的孔雀由于不同的掺杂显现出不同的颜色。除金刚石外其它宝石主要是人工合成品。人工合成金刚石已达到宝石级尺寸但因价格十分昂贵尚未进入市场。2.会唱歌的压电晶体当对某些晶体挤压或拉伸时该晶体的两端就会产生不同的电荷这种晶体就叫压电晶体。当然产生的电荷的量是非常少的但却是仪器可以检测到的并能够加以利用。手表中用于稳定频率的谐振子就是用水晶这种压电晶体制作的。压电晶体只有按照一定的方向切割才具有压电效应。切割方向不同对晶体的压电效应影响很大。如果在特定方向的压电晶片上镀上电极加上交流电则压电晶片会作周期性的伸长或缩短产生振荡如同人唱起歌来一样。水晶的压电效应并不是最好但因价格较便宜稳定性与机械强度很好至今仍是用量最多的一种压电晶体。人工合成水晶主要是在高压釜中生长一次可以生长大批的水晶。晶体的X射线衍射1914年诺贝尔物理学奖授予德国法兰克福大学的劳厄（M·Laue1879-1960）以表彰他发现了晶体的X射线衍射。劳厄发现X射线衍射是20世纪物理学中的一件有深远意义的大事因为这一发现不仅说明了X射线是一种比可见光波长短1000倍的电磁波使人们对X射线的认识迈出了关键的一步而且还第一次对晶体的空间点阵假说作出了实验验证使晶体物理学发生了质的飞跃。劳厄当时正在德国慕尼黑大学任教。同在慕尼黑任教的索末菲把编纂《数学科学百科全书》中“波动光学”条目的任务交给劳厄。为此劳厄研究了晶格理论。晶体的点阵结构在当时虽然还是一种假设但是在劳厄看来却是合情合理的。他坚决站在原子论这一边反对某些哲学家怀疑原子论这一边反对某些哲学家怀疑原子存在的观点。他认为：没有什么无懈可击的认知论论据能够驳斥这一事实实际经验却不断地提供新鲜证据支持这一事实由于他对晶体空间点阵有如此深刻的认识所以当索末菲的博士研究生厄瓦尔德和他讨论晶体光学问题时他敏锐地抓住了晶格间距的数量级判定晶体可以作为X射线的天然光栅。他的灵感来自他日夜的苦思同时也是由于他对这两个互不相干的假设都有明确具体的概念。劳厄不止一次地提到：如果不确信原子的存在他永远也不会想到利用X射线透射的方法来进行实验。