09 晶体形成与生长
- 晶格: 原子在空间中的重复排列模式
- 单元晶胞: 定义晶体结构的最小重复单位
- 晶面: 由晶格限定的平坦表面
- 晶形: 反映内部原子排列的外部形状
均匀成核
晶体在过饱和溶液中自发形成，无需外部表面。需要高过饱和度，临界成核势垒较高，在自然界相对少见。
非均匀成核
晶体在现有表面（如尘粒或容器壁）上形成。在自然界更常见，成核势垒较低，种子表面降低了成核能量。
临界核尺寸
晶体团簇必须达到的最小尺寸，以继续生长而不是重新溶解。由Gibbs-Thomson效应控制，尺寸越小溶解度越高。
层状生长
原子逐层添加到晶面。产生光滑、形状良好的晶面。符合经典的层状生长理论，需要过饱和度超过临界值。
螺旋生长
围绕螺旋位错的生长在晶面产生螺旋图案。允许连续生长，即使在低过饱和度下也能维持。Frank机制的经典例子。
枝晶生长
当扩散限制向生长晶体的物质供应时的分支、树状生长模式。常见于快速冷却条件下，如雪花、冰晶形成。
- 过饱和度: 高于平衡溶解度的浓度驱动生长
- 温度: 影响溶解度、扩散速率和生长动力学
- 压力: 影响矿物稳定性和生长速率
- pH和化学环境: 控制哪些矿物可以形成
- 时间: 更长时间允许更大、更完美的晶体
- 空间: 可用空间影响最终晶体大小和形状
高温条件
快速生长速率，更多缺陷，如果时间允许可形成大晶体。在火成环境中常见。原子活动性强，但也易产生缺陷结构。
低温条件
缓慢生长速率，较少缺陷，较小晶体。在沉积环境中常见。生长缓慢但结构完善，晶体质量较高。
温度梯度
在晶体中产生成分变化的环带模式。记录了生长过程中环境条件的变化，是重要的地质历史记录器。
- 蒸发: 浓缩溶解离子，导致沉淀
- 冷却: 降低溶解度，引起过饱和
- 化学反应: 产生沉淀的新化合物
- pH变化: 影响矿物溶解度和沉淀
冷却速率
缓慢冷却：大晶体（花岗岩）。快速冷却：小晶体或玻璃（黑曜岩）。冷却速率是控制晶体大小的关键因素。
成分变化
早期晶体移除元素，改变剩余熔体成分（分离结晶）。导致岩浆成分演化，产生不同类型的火成岩。
结晶序列
不同矿物在不同温度下结晶（鲍温反应系列）。反映了矿物热力学稳定性的差异，是火成岩分类的基础。
- 重结晶: 小晶体长大以减少表面能
- 相变: 相同成分，不同晶体结构
- 交代: 一种矿物在保持形状的同时被另一种替代
- 出溶: 单一晶体分离成两种不同矿物
点缺陷
缺失原子（空位）或错位原子。影响颜色和电学性质。如刚玉中的铬离子产生红宝石的红色。
线缺陷
晶格被破坏的位错。影响机械性质和生长。位错运动是塑性变形的主要机制。
面缺陷
晶界、孪晶面和层错。在晶体中产生内部表面。影响晶体的光学和机械性质。
- 震荡环带: 反映变化条件的交替成分带
- 正常环带: 从核心到边缘的系统成分变化
- 反向环带: 与正常环带相反，指示条件改变
- 扇形环带: 不同晶面掺入元素的差异
自形晶体
具有完美晶面的良形晶体。在空间和时间允许不受限制生长时形成。如石英晶洞中的水晶。
半自形晶体
由于相邻晶体或有限空间的干扰而部分形成晶面。常见于中等结晶条件下的岩石中。
他形晶体
由于完全干扰而无晶面。在粗粒岩石中常见。晶体边界完全由相邻矿物控制。
- 溶液生长: 缓慢蒸发或温度降低
- 热液生长: 高温高压条件
- 熔剂生长: 使用溶剂降低结晶温度
- 气相生长: 升华和凝华过程
- 合成宝石: 生长红宝石、蓝宝石和钻石
- 电子学: 计算机芯片用硅晶体
- 制药: 控制药物晶型
- 冶金学: 控制金属晶体结构以获得强度
伟晶岩
极其缓慢的冷却允许形成巨大晶体，有些达数米大小。含有稀有元素矿物，是重要的宝石和稀有金属来源。
晶洞
空腔充填产生具有良好晶面的完美晶体标本。提供理想的晶体生长环境，无外界干扰。
热液脉
热流体循环产生独特的矿物组合和结构。常伴随金属矿化，形成重要的矿床类型。
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