身边的晶体

提到晶体，您也许会马上想到钻石、红宝石、蓝宝石以及水晶等珍贵的宝石，认为只有它们才是晶体。实际上，晶体就在我们身边，随处可见，只是您并没有意识到而已。

下面将从您日常生活中经常看见、而有可能经常会被忽略的晶体讲起。

下面的图片相信你不会陌生吧！对，就是我们熟视无睹的味精以及翡翠饰品和蓝宝石戒指。但是，您知道它们也是晶体或者由晶体制成的吗？

我们日常生活中烹制菜肴的食盐（化学成分为氯化钠，NaCl）就是晶体。无论是精盐，还是大颗粒的粗盐，还是天然出产的各种食盐，它们都是晶体，有着相同的内部部结构。纯净的氯化钠晶体是无色透明的立方晶体，由于杂质的存在使一般情况下的氯化钠为白色立方晶体或细小的晶体粉末。

食盐在自然界里分布很广，海水、盐湖、盐井和盐矿中都蕴藏有丰富的食盐。

食盐的生产主要有海水晒盐和盐井、盐湖的煮盐。这样制得的食盐含有较多的杂质，叫做粗盐。粗盐经过精制处理就能够制成精盐。

我想，大部分人都是仅仅把它们看作调治食物的作料，美味食品的不可缺少的一部分，但是，也就是到此为止了。

现在，请再一次打量一下这天天见到、而又熟视无睹的小小颗粒吧！虽然细小，但是，每一粒是不是都有着相似的特征呢？

还是刚才那一小堆的食盐，让我们靠近点再仔细打量一下它们。

它们不再仅仅是不起眼的小点，或者是“一堆”的什么了，而是变成了一个一个的小小颗粒，每一个小颗粒都有点相似，好像是有点方形的样子，但是又各不相同。它们晶莹剔透，每一个都是一个小小的晶体，称为“晶粒”。

右图为食盐晶体的照片，现在可以清晰地看到，食盐竟然会有这么规则的外表，方方正正的。

如果大家有心的话，可以自己去找点食盐晶粒，通过放大镜看看，不知道大家会有什么发现？

下图是一些岩盐晶体，它们和我们厨房里面的食盐一样，具有相图同的化学成分，都是氯化钠的结晶体。整齐的外观一目了然

这是一些食盐晶体形成的“晶簇”，是由许多晶体聚集在一起形成的。

整个晶簇是由很多规则的立方体形状，或者近似立方体形状的晶体构成的。整整齐齐的直边和直角，就像用线画出来，然后人工加工而成的一样。

再看看其他的小的晶体，是不是也是这样呢？

身边的晶体：冰糖

除了食盐，冰糖也是我们生活中常见的晶体。冰糖从颜色上有白色、微黄、微红、深红等色，结晶如冰状，故名冰糖。

冰糖和白糖、砂糖一样，主要成分都是蔗糖，但是，它是一种单晶体，是以砂糖为原料，经过再次溶解、过滤、结晶而成的晶体，可以分为单晶冰糖和多晶冰糖两种。我国制作冰糖的历史十分悠久，从汉代就已经可以生产多晶冰糖。

冰糖相比一般的白糖，成分更加纯正，而且不易变质。主要用来作为糖果食品的甜味剂，也中国传统医学里面也有将冰糖入药，用以补中益气，和胃润肺，止咳化痰。

冰糖多晶

晶体的多晶态，可以认为是多个冰糖单晶聚合成的冰糖的晶簇，虽然实际形成过程并不一定确实是多个单晶相互穿插聚合。

在多晶态中，依然可以看见保持规则的外形的小的晶体。

下图为一块冰糖多晶态，右图为多晶体中的单晶形态。

冰糖晶体颗粒

像冰糖这样的，一个一个的单个存在的有规则外形的固体，人们称之为“单晶体”，简称单晶。通过对比食盐晶体的形状，我们可以发现，不同成分（物质）形成的晶体外形也会有所不同。

即使是相同成分的物质形成的晶体，可能也会有差别。总的来说，这种差异性是由其特殊的性质以及形成晶体时所处的条件所决定的。比如，冰糖的主要成分是蔗糖。但是，同样是蔗糖，形成晶体的环境的差异，可以使得形成的晶体的形状有所不同。

右图及下图是一些冰糖单晶的照片，形状相似而又不相同。

冰糖晶体颗粒

身边的晶体：雪花

雪花六出

六出雪花

雪花是怎样形成的？雪花，是自然界水循环中的一个过程。水受热由液体变成气体，在高空受冷凝结，就有可能以灰尘等为晶核形成雪花飘然而下。这一切都是大自然自发而为，仪态万千的雪花也就是纯粹天然的杰作了。

雪花的美丽，不仅仅在于其形状，而且，还在于其多变。寻遍千万片雪花，您可否找到两片形状、大小完全一样的雪花？

下面的的几张图片中的雪花形状可是完全相同？

雪花、枝晶与分形

水形成冰的过程，实际上是一个枝晶生长的过程。如果仔细研究雪花的形状及其生长过程和机理，不难看出，雪花的生长和某些金属合金以及一些有机物的枝蔓生长十分相似。

雪花等晶体的枝蔓生长，是一个分形的实例。可以说，雪花的图形，是科契（Koch）雪花曲线的一个在自然界的例子。

右图的雪花，和下面的冰、枝蔓生长，以及分形的图形，从中您可以看出什么？

雪花

冰

晶体的枝蔓生长

分形图形

枝晶

晶体在偏离平衡条件较大的情况下，容易枝蔓状生长，形成树枝状晶体（枝晶）。自然界中，雪花就是枝晶的一个很典型的例子。

即使是枝晶，其枝蔓生长以及长成的晶体，也是符合其内在的结构和对称性的。

右图为在大的过冷度和大的过饱和条件下，溶液中的枝蔓生长的图片。

下面的视频展示了枝晶生长的过程，在晶体向前生长的同时，侧面的晶体也生长出来，从而形成枝晶；下面的图片，以及生长成的枝晶晶体。

溶液中的枝蔓生长

平面上的枝蔓生长

枝晶晶体

分形简介

分形（Fractal）理论，是现代数学的一个新分支，它认为：事物的整体可以借由其局部而反映出来，在一定条件下，局部的某些特性，比如形状。功能、结构等会表现出与整体的相似性。分形提出了分数维的概念，认为，空间维数既可以是离散的，如一维、二维或者三维等，也可以是连续的。

分形的概念是美籍数学家曼德布罗特（B. B. Mandelbort）于1967年首先提出的。他在《科学》杂志上发表的《英国的海岸线有多长?》的论文中，提出海岸线的局部形态于整体是相似的，即，海岸线是自相似的。他把这种局部与整体的在某种特征上的自相似称之为分形。

分形图形

除了自相似原则，迭代生成原则也是分形理论的重要原则。自然界中，雪花、海岸线、山川、云彩、布朗运动粒子的轨迹等，都可以作为分形的例子。

下面的图形反应了分形的自相似性，即局部与整体的“对称”。

身边的晶体：宝石

高贵典雅的祖母绿，闪闪发光的钻石，华美诱人的红宝石、蓝宝石，色彩斑斓的猫眼石，以及晶莹剔透的水晶、翡翠和软玉，这些珍贵的宝石与玉石，都是由各种天然或者人工晶体加工而成，属于晶体的世界。我们常说的珠宝，不仅指以上种种无机的晶体矿物，还有诸如珍珠、珊瑚、象牙等来自于生物体的类型。其中，温润圆滑的珍珠，则是由一种生物矿化的产物，其中文石结构的CaCO3微小晶体成分占到珍珠的95%。

世界上有3000多种矿物，只有很少的矿物能够开采出宝石和玉石。这些精美的宝石和玉石，如果不经过切割、抛光等加工，大多数和其他矿物一样不是很起眼。只有经过特定的工艺才能制成各种各样名贵的珠宝。

下面的图形，既有原石状态的祖母绿，也有加工精美的祖母绿项链和戒指，以及钻石戒指、软玉手镯和珍珠项链。