晶體是具有格子構(gòu)造的固體。它的發(fā)生和成長,實質(zhì)上是在一定的條件下組成物質(zhì)的質(zhì)點按照格子構(gòu)造規(guī)律排列的過程。晶體是在物相(氣相、液相、固相)轉(zhuǎn)變的情況下形成的。
一、由液相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?/span>
1.從熔體中結(jié)晶
當(dāng)溫度低于熔點時,晶體開始析出,也就是說,只有當(dāng)熔體過冷卻時晶體才能發(fā)生。如水在溫度低于零攝氏度時結(jié)晶成冰;金屬熔體冷卻到熔點以下結(jié)晶成金屬晶體。
2.從溶液中結(jié)晶
當(dāng)溶液達到過飽和時,才能析出晶體。其方式有:
(1)溫度降低,如巖漿期后的熱液越遠離巖漿源則溫度將漸次降低,各種礦物晶體陸續(xù)析出;
(2)水分蒸發(fā),如天然鹽湖鹵水蒸發(fā),鹽類礦物結(jié)晶出來;
(3)通過化學(xué)反應(yīng),生成難溶物質(zhì)。
外來物質(zhì)的加入可以促使過飽和溶液結(jié)晶,如過飽和的二氧化硅溶液流到有石英顆粒的圍巖(如花崗巖)中時,使圍巖中的石英顆粒長大,形成水晶。
在自然界巖漿期后產(chǎn)生含有各種金屬物質(zhì)的熱水溶液。從這種熱液中沉淀出各種金屬礦物和非金屬礦物,如方鉛礦、閃鋅礦、螢石、方解石等,就是從溶液中生成晶體的例子。
二、由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔?/span>
從氣相直接轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔嗟臈l件是要有足夠低的蒸汽壓。在火山口附近常由火山噴氣直接生成硫、碘、或氯化鈉的晶體。這樣的作用在地下深處亦有發(fā)生,如有些礦物就可以在巖漿作用期后由氣體中直接生成(螢石、綠柱石、電氣石等)。
三、由固相再結(jié)晶為固相
再結(jié)晶作用可以有以下幾種情況:
1.同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變
所謂同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變是指某種晶體,在熱力學(xué)條件改變時轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N在新條件下穩(wěn)定的晶體。它們在轉(zhuǎn)變前后的成分相同,但晶體結(jié)構(gòu)不同。如在573度以上二氧化硅可以形成高溫石英,而當(dāng)溫度降低到573度以下時則轉(zhuǎn)變?yōu)榫w結(jié)構(gòu)不同的低溫石英(水晶)。
2.原礦物晶粒逐漸變大
如由細粒方解石組成的石灰?guī)r與巖漿巖接觸時,結(jié)晶成為由粗粒方解石晶體組成的大理巖。
3.固溶體分解
在一定溫度下固溶體可以分離成為幾種獨立礦物。例如由一定比例的閃鋅礦和黃銅礦在高溫時組成為均一相的固溶體,而在低溫時就分離成為兩種獨立礦物。
4.變晶
礦物在定向的壓力方向上溶解,而在垂直于壓力方向上再結(jié)晶,因而形成一向延長或二向延展的變質(zhì)礦物,如角閃石、云母晶體等。這樣的變質(zhì)礦物稱為“變晶”。有時在變質(zhì)巖中發(fā)育成斑狀晶體稱為“變斑晶”。
5.由固態(tài)非晶質(zhì)結(jié)晶
火山噴發(fā)出的熔巖流迅速冷卻,固結(jié)為非晶質(zhì)的火山玻璃(黑耀石)。這種火山玻璃經(jīng)過千百年以上的長時間以后,可逐漸變?yōu)榻Y(jié)晶質(zhì)。
焦作科爾光電為您介紹上述各種形成晶體的結(jié)晶過程,最初都需要先形成微小的晶核,然后再發(fā)育長大成為一定大小的晶體。一般認為晶體從液相或氣相中的生長有三個階段:①介質(zhì)達到過飽和、過冷卻階段;②成核階段;②生長階段。
在某種介質(zhì)體系中,過飽和、過冷卻狀態(tài)的出現(xiàn),并不意味著整個體系的同時結(jié)晶。體系內(nèi)各處首先出現(xiàn)瞬時的微細結(jié)晶粒子。這時由于溫度或濃度的局部變化,外部撞擊,或一些雜質(zhì)粒子的影響,都會導(dǎo)致體系中出現(xiàn)局部過飽和度、過冷卻度較高的區(qū)域,使結(jié)晶粒子的大小達到臨界值以上。這種形成結(jié)晶微粒子的作用稱之為成核作用。
介質(zhì)體系內(nèi)的質(zhì)點同時進入不穩(wěn)定狀態(tài)形成新相,稱為均勻成核作用。
在體系內(nèi)的某些局部小區(qū)首先形成新相的核,稱為不均勻成核作用。
均勻成核是指在一個體系內(nèi),各處的成核幾率相等,這要克服相當(dāng)大的表面能位壘,即需要相當(dāng)大的過冷卻度才能成核。
非均勻成核過程是由于體系中已經(jīng)存在某種不均勻性,例如懸浮的雜質(zhì)微粒,容器壁上凹凸不平等,它們都有效地降低了表面能成核時的位壘,優(yōu)先在這些具有不均勻性的地點形成晶核。因之在過冷卻度很小時亦能局部地成核。
在單位時間內(nèi),單位體積中所形成的核的數(shù)目稱成核速度。它決定于物質(zhì)的過飽和度或過冷卻度。過飽和度和過冷卻度越高,成核速度越大。成核速度還與介質(zhì)的粘度有關(guān),粘度大會阻礙物質(zhì)的擴散,降低成核速度.
晶核的形成又分自發(fā)晶核和外來晶核。溶液過飽和和熔體過冷卻會自發(fā)形成成晶核;外來晶核,非自成的,如人工合成晶體時所用的籽晶(晶種)就是作為晶核。
晶核形成以后,質(zhì)點按照格子構(gòu)造規(guī)律在晶核上不斷地堆積過程,即晶體生長的過程。
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