盐——不为人知的晶体美


文章出自:中国国家地理 2011年第04期 作者: 甘晓 

标签: 化学地理   

晶体结构—盐的DNA

当看到化学实验室中形态各异、色彩艳丽的盐——一颗颗晶莹如红宝石的赤血盐、像盛开的蓝莲花般的胆矾、粒粒如针的紫色的高锰酸钾……你也许会产生这样的疑问:为什么同样是自然形成的盐,它们却与氯化钠的普通外表有如此巨大的差异?这是由它们内部的晶体结构差异所决定的。晶体结构就是组成盐类的各种离子的排列方式,它就像盐的DNA一样,任何一点细微的差异都会导致盐类颜色和形态截然不同。

虽然氯离子和钠离子以1:1的比例组成了食盐氯化钠,但它们并非一对一手拉手地排成队列,而是组合成了规则的立方体结构。

氯化钠不为人知的内部结构

用我们最熟悉的食盐——氯化钠举例:也许你很难想象组成氯化钠的最小单位竟然是一个正方体。这些正方体的尺寸极其微小,因此我们在吃盐的时候并不会感觉到它们的存在。如果可以像剥柑橘瓤一样单独剥出一个氯化钠正方体,我们就能看到,这个正方体中有13个钠离子,分别占据正方体的体心和12条棱;还有14个氯离子,分别占据正方体的8个顶点和6个面心。然而,由于无数这样的正方体延伸组合才能构成氯化钠的晶体结构,每个正方体中钠离子和氯离子都会与相邻的正方体共用,最后,真正属于一个单独正方体的钠、氯离子各有4个。事实上,这些正方体的“棱”和“面”并不是真实存在的,而是科学家们根据钠离子和氯离子的位置对晶体结构进行的抽象。盐类本身的结构都是自然之力精致的作品,如果没有遭到外力破坏,它们便会朝着规则的几何体生长。否则,它们的美好体态就将受到影响。

酱油是人们日常生活中离不开的调味品,它的咸味主要来自里面的食盐,即氯化钠。在显微镜下观察慢慢析干的酱油,无数个结晶成规则立方体的氯化钠晶体错落有致地叠排在一起,造就了晶体世界中一株株“参天大树”。摄影/张超

晶体结构的七大类别

正方体只是晶体结构中最简单的一种。如果把正方体中的长、宽、高按照不同长度配比,并进行不同角度倾斜,将会得到数以万计的晶体结构。大自然用上亿年的锤炼完成了这项伟大的工程。目前,我们已知的晶体形态超过了4万种,它们都归属于结晶学上所称的七大晶系——立方、六方、三方、四方、斜方、单斜、三斜晶系。

以氯化钠为代表的立方晶系的晶体结构从不同的角度看形态都差不多,大多呈正方体、八面体、四面体、菱形十二面体等形态,这类晶体的对称性是所有晶体中最高的。

责任编辑 / 姜烈夫  图片编辑 / 孙毅博 

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