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晶体的形成方式

发布时间:2023-03-27人气:66

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。晶体是在物相(气相、液相、固相)转变的情况下形成的。 
        
一、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,只有当熔体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.
从溶液中结晶
        
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。
        
外来物质的加入可以促使过饱和溶液结晶,如过饱和的二氧化硅溶液流到有石英颗粒的围岩(如花岗岩)中时,使围岩中的石英颗粒长大,形成水晶。
        
在自然界岩浆期后产生含有各种金属物质的热水溶液。从这种热液中沉淀出各种金属矿物和非金属矿物,如方铅矿、闪锌矿、萤石、方解石等,就是从溶液中生成晶体的例子。
        
二、由气相转变为固相
        
从气相直接转变为固相的条件是要有足够低的蒸汽压。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。这样的作用在地下深处亦有发生,如有些矿物就可以在岩浆作用期后由气体中直接生成(萤石、绿柱石、电气石等)。
        
三、由固相再结晶为固相
        
再结晶作用可以有以下几种情况:
        1.
同质多象转变
        
所谓同质多象转变是指某种晶体,在热力学条件改变时转变为另一种在新条件下稳定的晶体。它们在转变前后的成分相同,但晶体结构不同。如在573度以上二氧化硅可以形成高温石英,而当温度降低到573度以下时则转变为晶体结构不同的低温石英(水晶)。
        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,结晶成为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。
        3.
固溶体分解
        
在一定温度下固溶体可以分离成为几种独立矿物。例如由一定比例的闪锌矿和黄铜矿在高温时组成为均一相的固溶体,而在低温时就分离成为两种独立矿物。
        4.
变晶

        矿物在定向的压力方向上溶解,而在垂直于压力方向上再结晶,因而形成一向延长或二向延展的变质矿物,如角闪石、云母晶体等。这样的变质矿物称为变晶。有时在变质岩中发育成斑状晶体称为变斑晶
         5.
由固态非晶质结晶
         
火山喷发出的熔岩流迅速冷却,固结为非晶质的火山玻璃(黑耀石)。这种火山玻璃经过千百年以上的长时间以后,可逐渐变为结晶质。
       
焦作科尔光电为您介绍上述各种形成晶体的结晶过程,最初都需要先形成微小的晶核,然后再发育长大成为一定大小的晶体。一般认为晶体从液相或气相中的生长有三个阶段:介质达到过饱和、过冷却阶段;成核阶段;生长阶段。

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。体系内各处首先出现瞬时的微细结晶粒子。这时由于温度或浓度的局部变化,外部撞击,或一些杂质粒子的影响,都会导致体系中出现局部过饱和度、过冷却度较高的区域,使结晶粒子的大小达到临界值以上。这种形成结晶微粒子的作用称之为成核作用。

介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相,称为均匀成核作用。

在体系内的某些局部小区首先形成新相的核,称为不均匀成核作用。

均匀成核是指在一个体系内,各处的成核几率相等,这要克服相当大的表面能位垒,即需要相当大的过冷却度才能成核。

非均匀成核过程是由于体系中已经存在某种不均匀性,例如悬浮的杂质微粒,容器壁上凹凸不平等,它们都有效地降低了表面能成核时的位垒,优先在这些具有不均匀性的地点形成晶核。因之在过冷却度很小时亦能局部地成核。

在单位时间内,单位体积中所形成的核的数目称成核速度。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,粘度大会阻碍物质的扩散,降低成核速度.

晶核的形成又分自发晶核和外来晶核。溶液过饱和和熔体过冷却会自发形成成晶核;外来晶核,非自成的,如人工合成晶体时所用的籽晶(晶种)就是作为晶核。

晶核形成以后,质点按照格子构造规律在晶核上不断地堆积过程,即晶体生长的过程。


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