t晶胞辨析(吴国庆教授).docx

t晶胞辨析(吴国庆教授).docx晶胞辨析北京师范大学教授吴国庆1998年高屮学生化学竞赛(初赛)笫5题涉及晶胞概念。1999年全国高考化学试题笫33题木不必借助晶胞概念就能得解,但许多人却将之与去年竞赛题联系起来,认为引入晶胞概念会有助于解题,引发了如图1***化钠晶胞究竟是实线小立方体呢还是虚线大立方体的争论。还有人问:为什么说***化钠是血心立方晶胞?有没有一种简单的方法判断某晶体是简单晶胞抑或面心晶胞、体心品胞?这使笔者联想起1998年4月28口某发行量极大的面向屮学生的刊物的第一版上有一篇题为《对晶体空间结构的分析》的文章错谋地称:“NaCl晶体是一种简单立方……。’”'CsCl晶体是一种立方体心......。”“干冰晶体是一种立方面心……。”等等。本文由此而发。晶胞概念是晶体学基木概念,木应在建立点阵概念后再作讨论,但点阵概念较抽象,许多读者或称虽学过却天长口久忘了,或称原先就稀里糊涂,眼下也无精力时间再去深抠,要求笔者撇开点阵概念讨论晶胞。笔者被逼无奈,作了几次尝试,渐渐形成一篇讲稿,听讲人觉得接受起来轻松得多,现特将这份被逼出来的讲稿整理加工如下,以谢诸公相助。一、晶胞具有平移性晶胞是描述晶体微观结构的基木单位。分析一个晶胞屮原子的排列,就等于分析了整块晶体。整块品体可视作成千上万个晶胞“无隙并置"地堆积而成。所谓“无隙”,指晶胞与晶胞总是共瓯共顶角共梭地比邻,晶胞河不留任何空隙;所谓“并叠”,是指从一个晶胞到另一个晶胞,无须转动,是简单平移,或者说,晶体是由许许多多方向完全一致的晶胞在晶体微观空间的任何一个方向上平行地排列着的,晶体中不存在取向不同的晶胞。其实,“无隙并置"NaCl 金刚石图1实线小工方体不是晶胞而虚线大工方体才是晶胞是晶胞木质特征—“平移性”的另一表述而已。晶胞具有平移性,因而,观察一个晶胞,绝对不能把它当作游离孤立的几何体,而需“想见”它的上下左右前后都有共血共顶共棱的完全等同的晶胞与Z比邻。晶胞的平移性决定了:晶胞的顶角、平行面、平行棱一定是等同的。由此就不难判断,例如图1屮的实线小立方体不是“***化钠晶胞呀『金刚石晶胞”,十分明显,它们的顶角不等同,反乙其x倍体积的虚线大立方体才分别是***化钠和金刚石的晶胞,其上下左右前后部有等同比邻晶胞,虽未在图屮画出,却不应不想见,这点想彖力大家都有,只是有时忘记了,才引出错误。诚然,实际晶体跟被看作简单平移无隙并置的晶胞堆积而成的理想模型是有羌别的,实际晶体经常出现备种缺陷,例如,按理想模型该有原了的地方可能缺失了原了或被另一种原了替代了,而不该有原了的地方可能嵌入了某个原了,晶胞与晶胞也可能发生位错,并非完全“并置”,萇至近年还发现许多晶体中原子重复出现的周期并不单调而有涨落而被称为“非公度晶体实际晶体的许多独特性质止与这些偏离理想模型的结果。但这些事实不能动摇晶体理想模型的基础地位,因为晶体缺陷的浓度一般仅力•分之几而己。二、晶胞是平行六面体图2屮的5种多面体均可具平移性,可无隙并置,可用作晶胞,称为费多罗夫体,19世纪中叶俄国晶体学家费多罗夫()正是通过考察这5种多面体的拓扑变形(图2最右两图是正六方柱体变形的个别例子)呈现的对称性,推证出晶体三维微观对称类型一230空间群,竖起人类思想史上的一块丰碑(,SymmestryofCrystals,ACAMonogra