影响晶体生长速度的因素

晶体生长的形态主要是由晶体内部的结构决定的，因此晶体结构是决定晶体生长形态的内因，但是晶体在生长过程中所处的外界环境条件，也会对晶体的形态产生一定的影响。下面我们对影响晶体生长的几种主要外部因素分析如下。图2-9 生长介质流动方向对晶体生长的约束（据陈光远等，1988）1—层理；2—剪切裂隙；3—磁铁矿1.涡流和生长介质的流动方向在晶体的生长过程中，随着晶体周围溶液中的溶质向晶体上的粘附以及晶体生长释放出来的热量增加，晶体周围的溶液密度减小温度升高而在重力作用下上升，从而使远离晶体的冷的重溶液向晶体方向流动，从而形成涡流。涡流使晶体生长的物质供给不均匀，悬浮在溶液中的晶体下部易得到溶质的供应，而贴着基底的晶体底部得不到溶质的供给，因而造成晶体的形态特征不同。生长介质流动方向对晶体生长的影响与此类似：面对介质来源方向的晶面生长速度快而其相反方向生长较慢（图2-9）。2.温度图2-10 锡石晶体形态与温度关系图解（据陈光远等，1988）四方双锥s｛111｝；四方柱a｛100｝；m｛110｝在不同的温度条件下，同一种晶体的不同晶面，其相对生长速度会有所改变，从而影响其生长形态。如方解石（CaCO3）在较高温度下常形成扁平状的层解石，而在常温的地表水溶液中多生成细长晶体。许多链状结构矿物如辉锑矿、锡石、角闪石的晶体生长与温度的关系均如此（图2-10）。其成因是高温条件下强键对质点的获取优势不甚明显而低温时则十分突出。3.杂质与酸碱度溶液中杂质的存在可以改变晶体上不同面网的表面能，从而使其相对生长速度也随之变化，进而影响晶体的形态。例如，在纯净水中石盐常结晶出立方体晶形，而在溶液中有少量硼酸存在时则出现立方体和八面体聚形。晶体不同方向面网的性质可以有明显差异，有的适合在碱性条件下生长而有的适合在酸性条件下生长，故溶液的酸碱度也能影响晶体的形态。4.黏度在黏度较大的情况下，溶液中质点的供给主要以扩散的方式进行。在这种情况下，晶体上容易接受溶质的棱、角部分生长较快，而晶面的中心部分生长较慢，甚至不生长。许多矿物的树枝状晶和骸晶（图2-11）常常是在高黏度溶液中生成的。5.结晶速度结晶速度越快，则形成的结晶中心越多，在围绕多个结晶中心生长的情况下，晶体不易长大，因此形成的晶体多为细粒状。反之，结晶速度越慢，体系中结晶中心的数量越少，越有利于晶体的长大，晶体多呈粗粒状。例如，岩浆在地下深处缓慢结晶时，形成的矿物晶体粗大，如花岗岩中的石英、长石矿物晶体等；同样的岩浆在地表快速结晶时，则形成细粒矿物晶体，如流纹岩中的石英、长石晶体等。图2-11 自然铜的树枝状晶和自然硫的骸晶（a.中国地质大学（北京）博物馆收藏；b.据陈光远等，1988）此外，快速生长时晶体也能偏离其平衡态，从而形成骸晶（图2-12）和树枝晶。图2-12 玻基玄武岩中橄榄石骸晶的正交偏光显微照片（10×10）（据路凤香，2001）6.生长顺序与生长空间晶体生长的空间对晶体的生长形态影响较大，早期析出的晶体，具有较多的自由生长空间，晶形完整，自形程度较高；后期析出的晶体，只能在已形成的晶体残留的空间中生长，因此其晶形一般不完整，常呈半自形晶或他形晶。例如，在花岗岩中早期结晶形成的长石晶形自形程度总是高于晚期形成的石英。7.应力作用此外，对于在固相中形成的晶体形态而言，外部应力的作用十分重要：一般垂直于压应力轴的晶面较大；在剪切应力作用下形成的晶体可呈不对称椭球状或丝状。这对应力作用方向的判别有重要意义。

当温度接近熔点时球晶可以长得很大，而接近玻璃化转变温度结晶时球晶数目多而尺寸小。

在实验室里为获得较大的完整晶体，常使用缓慢降低温度，减慢结晶速率的方法。

通过改变温度或减少溶剂的办法，可以使某一温度下溶质微粒的结晶速率大于溶解的速率，这样溶质便会从溶液中结晶析出。

球晶的形成：

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。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。

均匀成核是指在一个体系内，各处的成核几宰相等，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。

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