礦石學(xué)基礎(chǔ)課件

1結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)閆峻陳天虎2第一部分結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第一章緒論第二章晶體及其基本性質(zhì)第三章

晶體的發(fā)生與成長第四章

晶體的宏觀對(duì)稱第五章晶體的定向和晶面符號(hào)第六章晶體的理想形態(tài)第七章晶體的規(guī)則連生第八章晶體結(jié)構(gòu)的幾何理論第九章晶體化學(xué)3第一章

緒論結(jié)晶學(xué)（crystallography）：是以晶體為研究對(duì)象的一門科學(xué)自然界中的絕大多數(shù)礦物都是晶體，要了解這些結(jié)晶的礦物，就必須了解和掌握結(jié)晶學(xué)特別是幾何結(jié)晶學(xué)的基本知識(shí)。如：冰、雪、土壤、金屬、礦物、陶瓷、水泥、化學(xué)藥品等4

石英（Quartz）

什么是晶體？鉻鉛礦（Crocoite

）

5

電氣石(Tourmaline)石膏(Gypsum)鉬鉛礦(Wulfenite)6祖母綠(EmeraldBrooch)鉆石(Diamond)金剛石(Diamond)7石榴子石(Garnet)

火蛋白石(FireOpals)8紫鋰輝石(Kunzite)

軟玉(Nephrite)常林鉆石重158.786克拉9晶體和非晶質(zhì)體：人們常見的晶體有水晶、石鹽、蔗糖等，在一般人的心目中就認(rèn)為晶體就像水晶和石鹽那樣，具有規(guī)則的幾何多面體形狀。晶體—具有格子構(gòu)造的固體,或內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間成周期性重復(fù)排列的固體。

homogeneoussolidcontaininglong-rangeorderinthreedimensionalspace.

10石鹽的晶體結(jié)構(gòu)11

研究表明，數(shù)以千計(jì)的不同種類晶體盡管各種晶體的結(jié)構(gòu)各不相同，但都具有格子狀構(gòu)造，這是一切晶體的共同屬性。與晶體結(jié)構(gòu)相反，內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不作周期性的重復(fù)排列的固體，即稱為非晶質(zhì)體。12水晶玻璃13研究簡史：★1000多年前，認(rèn)識(shí)了石英和石鹽具有規(guī)則的外形；★

17世紀(jì)中葉前，以外形研究為主；★

1912年，X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)成功，結(jié)晶學(xué)進(jìn)入快速發(fā)展階段；★

19世紀(jì)中葉開始對(duì)晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)探索，逐漸發(fā)展成為一門獨(dú)立的學(xué)科；★

20世紀(jì)初,內(nèi)部結(jié)構(gòu)的理論探索。結(jié)晶學(xué)的研究意義：是礦物學(xué)的基礎(chǔ)是材料科學(xué)的基礎(chǔ)是生命科學(xué)的基礎(chǔ)

…...14現(xiàn)代結(jié)晶學(xué)的幾個(gè)分支：1、晶體生成學(xué)：研究天然及人工晶體的發(fā)生、成長和變化的過程與機(jī)理，以及控制和影響它們的因素。2、幾何結(jié)晶學(xué)：研究晶體外表幾何多面體的形狀及其規(guī)律性。3、晶體結(jié)構(gòu)學(xué)：研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)排列的規(guī)律性，以及晶體結(jié)構(gòu)的不完善性。4、晶體化學(xué)：研究晶體的化學(xué)組成與晶體結(jié)構(gòu)以及晶體的物理、化學(xué)性質(zhì)之間關(guān)系的規(guī)律性。5、晶體物理學(xué)：研究晶體的各項(xiàng)物理性質(zhì)及其產(chǎn)生的機(jī)理。15思考題什么是礦物？什么是晶體？晶體和非晶體有何本質(zhì)區(qū)別？現(xiàn)代結(jié)晶學(xué)有哪幾個(gè)分支?判斷下列物質(zhì)中哪些是晶體，哪些是非晶體？哪些是礦物，哪些不是礦物？

冰糖金剛石瀝青水晶玻璃水空氣方解石16第二章晶體及其基本性質(zhì)

晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體；或者說是具有格子狀構(gòu)造的固體。礦物學(xué)上，凡結(jié)晶顆粒能用一般放大鏡分清者，稱為顯晶質(zhì)；無法分辨者稱為隱晶質(zhì)。非晶質(zhì)體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間不成周期性重復(fù)排列的固體。外形上是一種無規(guī)則形狀的固體，也稱之為無定形體。沒有固定的熔點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上是一種呈凝固態(tài)的過冷卻液體。

非晶質(zhì)體自發(fā)地外界能量晶體17一、晶體的空間格子規(guī)律

晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的最基本的特征是質(zhì)點(diǎn)在三維空間作有規(guī)律的周期性重復(fù)排列。

18空間點(diǎn)陣的引出：A－NaCl中沿y軸Na+和Cl-排列的情況B－Na+的直線排列C－抽象為直線點(diǎn)陣

等同點(diǎn)的條件是：在晶體結(jié)構(gòu)中占據(jù)相同的位置；具有相同的環(huán)境。一維圖案19二維圖案(a)－NaCl中xy平面Na+和Cl-排列的情況(b)－Na+或Cl-的平面排列(c)－抽象為平面點(diǎn)陣(c)20三維圖案左－NaCl中Na+和Cl-排列的情況右－抽象為空間點(diǎn)陣

等同點(diǎn)的分布可以體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中所有質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)規(guī)律。等同點(diǎn)在三維空間作格子狀排列，我們稱為空間格子。同一晶體結(jié)構(gòu)，其空間格子一定是固定和相同的。21空間格子的基本規(guī)律：

A.結(jié)點(diǎn)空間格子中的點(diǎn)，它們代表晶體結(jié)構(gòu)中的等同點(diǎn)。在實(shí)際晶體中，在結(jié)點(diǎn)的位置上可為同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。B.行列結(jié)點(diǎn)在直線上的排列即構(gòu)成行列。結(jié)點(diǎn)間距：行列上兩個(gè)相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離，即最小重復(fù)周期。在一個(gè)空間點(diǎn)陣中，可以有無窮多不同方向的行列，相互平行的行列，其結(jié)點(diǎn)間距必定相等；不相平行的行列，一般說其結(jié)點(diǎn)間距亦不相等。C.面網(wǎng)結(jié)點(diǎn)在平面上的分布即構(gòu)成面網(wǎng)。任意兩個(gè)相交的行列就可決定一個(gè)面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)的結(jié)點(diǎn)數(shù)稱為面網(wǎng)密度。相互平行的面網(wǎng)，其面網(wǎng)密度相同?；ゲ黄叫械拿婢W(wǎng)，其面網(wǎng)密度一般不同。22D.平行六面體聯(lián)接分布在三維空間內(nèi)的結(jié)點(diǎn)就構(gòu)成了空間點(diǎn)陣。空間點(diǎn)陣本身將被三組相交行列劃分成一系列平行疊置的平行六面體，結(jié)點(diǎn)就分布在它們的角頂上。平行六面體的大小和形狀可由結(jié)點(diǎn)間距a、b、c及其相互之間的交角a、b、g

表示，它們被稱為點(diǎn)陣參數(shù)。23任兩相鄰平行面網(wǎng)之間的垂直距離－面網(wǎng)間距。同一點(diǎn)陣中，面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)，其面網(wǎng)間距亦大；反之，密度小間距亦小。d1d2d324二、晶體的基本性質(zhì)自限性：晶體能自發(fā)地形成封閉的凸幾何多面體外形的特性。任何晶體在生長過程中，只要有適宜的空間條件，它們都能自發(fā)地長成規(guī)則幾何多面體。晶體為平的晶面所包圍，晶面相交成直的晶棱，晶棱相交會(huì)聚成尖的角頂。晶面、晶棱和角頂分別與格子構(gòu)造中的面網(wǎng)、行列和結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。晶體多面體形態(tài)受格子構(gòu)造制約，它服從于一定的結(jié)晶學(xué)規(guī)律。均一性：晶體內(nèi)部任意兩個(gè)部分的化學(xué)組成和物理性質(zhì)是等同的?？梢杂脭?shù)學(xué)公式來表示,設(shè)在晶體的x處和x+x’處取得小晶體,則

F(x)

F(x+x’)

此處F表示化學(xué)組成和性質(zhì)等物理量度。

非晶質(zhì)體也具有其均一性，但由于非晶質(zhì)體的質(zhì)點(diǎn)排列不具有格子構(gòu)造，所以其均一性是統(tǒng)計(jì)的、平均近似的均一，稱為統(tǒng)計(jì)均一性；而晶體的均一性是取決于其格子構(gòu)造的，稱為結(jié)晶均一性。??25異向性：晶體的幾何量度和物理性質(zhì)與其方向性有關(guān)。設(shè)在晶體任意取兩個(gè)方向n1和n2,則有

F(n1)

F(n2)

即在不同方向上,晶體的幾何量度和物理性質(zhì)均有所差異。對(duì)稱性：指晶體中相同部分（如外形上的相同晶面、晶棱，內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的相同面網(wǎng)、行列或原子、離子等）或性質(zhì)，能夠在不同的方向或位置上有規(guī)律重復(fù)出現(xiàn)的特性。最小內(nèi)能性:在相同的熱力學(xué)條件下，與同種化學(xué)成分的氣體、液體及非晶質(zhì)體相比，以晶體的內(nèi)能為最小。

內(nèi)能=動(dòng)能+勢(shì)能質(zhì)點(diǎn)在平衡點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)間相對(duì)周圍作無規(guī)則位置所產(chǎn)生振動(dòng)的能量能量???26穩(wěn)定性：在相同的熱力學(xué)條件下，具有相同化學(xué)成分的晶體和非晶質(zhì)體相比，晶體是穩(wěn)定的，而非晶質(zhì)體是不穩(wěn)定的。對(duì)于化學(xué)成分相同的物質(zhì)，以不同的物理狀態(tài)存在時(shí)，其中以結(jié)晶狀態(tài)最為穩(wěn)定。這一性質(zhì)與晶體的內(nèi)能最小是吻合的。在沒有外加能量的情況下，晶體是不會(huì)自發(fā)地向其它物理狀態(tài)轉(zhuǎn)變的。思考題：

1、面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)，其面網(wǎng)間距也大，這種說明對(duì)不對(duì)？試畫簡圖加以定性的說明。

2、晶體和非晶體在內(nèi)部結(jié)構(gòu)和基本性質(zhì)上的主要區(qū)別是什么？

3、為什么晶體具有均一性和異向性？?27第三章

晶體的發(fā)生與成長一、形成晶體的方式晶體是在物相轉(zhuǎn)變的情況下形成的。物相有三種，即氣體、液體和固體。液相氣相晶體固相281.由液相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w熔體晶體溶液1）

從熔體中結(jié)晶當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)時(shí)，晶體開始析出，即過冷卻條件下晶體才能發(fā)生。292）從溶液中結(jié)晶當(dāng)溶液處于過飽和時(shí)，溶質(zhì)從溶液中的結(jié)晶出來。其方式有：

A．溫度降低，如巖漿期后的熱液，遠(yuǎn)離巖漿源越遠(yuǎn)溫度將依次降低，各種礦物晶體陸續(xù)析出。如含有各種金屬物質(zhì)的熱水溶液中，可沉淀出各種金屬或非金屬礦物，方鉛礦、閃鋅礦、螢石、方解石等。

B．水分蒸發(fā)，如天然鹽湖鹵水蒸發(fā)，鹽類礦物結(jié)晶出來。

C．通過化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)。302．由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w氣體在過飽和蒸氣壓或過冷卻溫度下，直接由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。在火山口附近常由火山噴氣直接生成硫、碘或氯化鈉晶體。螢石、綠柱石、電氣石等等礦物也可在巖漿作用期后由氣體直接生成。雪花就是水蒸氣冷卻直接結(jié)晶而成的晶體。3．由固相直接轉(zhuǎn)為固相環(huán)境的變化可以引起礦物的成分在固態(tài)情況下產(chǎn)生改組，使原礦物的顆粒變大或生成新的礦物。這種再結(jié)晶可有以下幾種情況：

1）同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變 指某種晶體在熱力學(xué)條件改變時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N在新條件下穩(wěn)定的晶體，它們?cè)谵D(zhuǎn)變前后的成分相同，但晶體結(jié)構(gòu)不同。

2）

原礦物晶粒逐漸變大 如由細(xì)粒方解石組成的石灰石與巖漿接觸時(shí)，受熱結(jié)晶成為由粗粒方解石晶體組成的大理巖。

3）固溶體分解

在一定溫度下固熔體可以分解成為幾種獨(dú)立的礦物。如由一定比例的閃鋅礦和黃銅礦在高溫時(shí)組成為均一相的固熔體，而在低溫時(shí)就分離為兩種獨(dú)立的礦物。31

4）變晶

礦物在定向壓力方向上溶解，而在垂直壓力方向上再結(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、云母等，這樣的變質(zhì)礦物稱為“變晶”

5）由固態(tài)非晶質(zhì)體結(jié)晶

由非晶質(zhì)體向晶體的轉(zhuǎn)化是自發(fā)的，是釋放能量的過程。這種由玻璃質(zhì)轉(zhuǎn)化為結(jié)晶質(zhì)的作用為晶化作用或脫?；饔谩Ｅc上一作用相反，一些含放射性元素的晶體，由于受到放射性元素發(fā)生蛻變時(shí)釋放出來的能量的影響，使原晶體的格子遭到破壞變?yōu)榉蔷з|(zhì)體，這一作用稱為變生非晶質(zhì)化或玻璃化作用）。32二、成核作用

晶體的生成一般是先生成晶核，然后再逐漸長大。晶核：從母相中初始析出并達(dá)到某個(gè)臨界大小，從而得以繼續(xù)成長的結(jié)晶相微粒。均勻成核作用初次成核作用成核作用非均勻成核作用二次成核作用晶核可由已達(dá)過飽和或過冷卻的流體相本身自發(fā)地產(chǎn)生，這種成核作用叫均勻成核作用；晶核也可借助于非結(jié)晶相外來物的誘導(dǎo)而產(chǎn)生，叫非均勻成核作用；晶體還可由體系中業(yè)已存在的晶體的誘導(dǎo)而產(chǎn)生，這種成核作用叫二次成核作用。33

三、層生長理論（Kossel1927）晶體在理想情況下生長時(shí)，先長一條行列，然后長相鄰的行列；在長滿一層面網(wǎng)后，再開始長第二層面網(wǎng)；晶面（最外面的面網(wǎng)）是平行向外推移而生長的。341．晶體常生長成面平、棱直的多面體形態(tài)。2．在晶體生長過程中，環(huán)境會(huì)有變化，不同時(shí)刻生成的晶體在物理性質(zhì)和成分等方面可能有細(xì)微的變化，因而在晶體的端面上常常可以看到帶狀構(gòu)造，晶面是平行向外推移生長的。3．由于晶面是平行向外推移生長的，所以同種礦物不同晶體上對(duì)應(yīng)晶面間的夾角不變。4．晶體由小長大，許多晶面向外平行移動(dòng)的軌跡形成以晶體中心為頂點(diǎn)的錐狀體，稱為生長錐。層生長的特點(diǎn)：35四、

螺旋生長理論

Frank(1949)等科學(xué)家的研究表明，在達(dá)不到過飽和或過冷卻的條件下，晶體照樣可以生長，這種現(xiàn)象是層生長理論所不能解釋的。根據(jù)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中最常見的位錯(cuò)現(xiàn)象，提出了螺旋生長理論。即在晶體生長界面上，螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)所出現(xiàn)的凹角，及其延伸所形成的二面凹角，可作為晶體生長的臺(tái)階源，促進(jìn)光滑界面上的生長。3637晶體生長速率R與溶液過飽和度S的關(guān)系38

五、影響晶體生長的內(nèi)因（布拉維法則）實(shí)際晶體的晶面常常平行于面網(wǎng)結(jié)點(diǎn)密度最大的面網(wǎng)。這就是布拉維法則。面網(wǎng)密度：AB>DC>BC生長速度：AB<DC<BC39因此：面網(wǎng)密度小的面，其面網(wǎng)間距也小，從而相鄰面網(wǎng)間的引力就大，因此將優(yōu)先生長。反之，面網(wǎng)密度大的面，成長就慢。各晶面間的相對(duì)生長速度與其本身面網(wǎng)密度的大小成反比。生長速度快的晶面，在晶體的生長過程中，將會(huì)縮小而最終消失，實(shí)際上保留下來的晶面將是面網(wǎng)密度大的晶面。面網(wǎng)密度越大，被保留下來的幾率就越大，晶面本身的面積相應(yīng)也越大。40六、

影響晶體生長的外部因素

1.渦流晶體在生長時(shí)，周圍溶液中的溶質(zhì)粘附于晶體上，溶質(zhì)濃度降低，晶體生長時(shí)放出的熱量，使溶液比重減小。由于重力的作用，輕的上浮，周圍重的補(bǔ)充進(jìn)來，從而形成渦流。晶體生長時(shí)渦流向上，而溶解時(shí)則相反。渦流使溶液物質(zhì)供給不均勻，有方向性，因而使處于不同位置的晶體形態(tài)特征不同。412.溫度溫度的變化直接導(dǎo)致過飽和度或過冷卻度的變化，從而改變了晶面的比表面自由能及不同晶面間的相對(duì)生長速度，所以會(huì)形成不同的晶體形態(tài)。423.雜質(zhì)溶液中雜質(zhì)的存在，可以改變晶體不同面網(wǎng)的表面能，所以其相對(duì)生長速度也會(huì)隨只變化而影響晶體的形態(tài)。4.粘度粘度的加大，會(huì)防礙渦流的產(chǎn)生，溶質(zhì)的供給只能一擴(kuò)散的方式來進(jìn)行，造成物質(zhì)供給不足。產(chǎn)生骸晶。5.結(jié)晶速度結(jié)晶速度大，則結(jié)晶中心增多，晶體長的細(xì)小，且往往長成針狀、樹枝狀。反之，結(jié)晶速度小，晶體長得粗大。43七、

晶體的溶解與再生1.晶體的溶解晶體在不飽和的溶液中就會(huì)溶解，由于角頂和棱與溶劑接觸的機(jī)會(huì)多，所以這些地方溶解得快些，因而晶體可溶成近似球狀。44

2．晶體的再生破壞和溶解了的晶體在合適的環(huán)境，又可恢復(fù)多面體形態(tài)，稱為晶體的再生。

晶體的再生45面角恒等定律對(duì)于一種晶體而言，往往只有幾種比較固定的面網(wǎng)，才能發(fā)育成為實(shí)際的晶面。晶體生長時(shí)，常受到外界因素的影響，使晶面發(fā)育不完整，形成“歪晶”。研究發(fā)現(xiàn)：成分和結(jié)構(gòu)均相同的所有晶體，不論它們的形狀和大小如何，一個(gè)晶體上的晶面夾角與另一些晶體上的相對(duì)應(yīng)的晶面夾角恒等。稱為面角恒等定律。面角是指晶面法線之間的夾角。46思考題1．形成晶體有哪些方式？2．成核作用分為哪幾種類型？3．在溶液中，過飽和度為低、中、高的情況下，晶體的生長分別以什么方式？4．影響晶體生長的外部因素有哪些？47第四章

晶體的宏觀對(duì)稱

crystalsymmetry

晶體的對(duì)稱性是晶體的基本性質(zhì)之一。內(nèi)部特征格子構(gòu)造外部現(xiàn)象晶體的幾何多面體形態(tài)晶體的物理性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)48一、對(duì)稱的概念是宇宙間的普遍現(xiàn)象。是自然科學(xué)最普遍和最基本的概念，是建造大自然的密碼。對(duì)稱是指物體相等部分作有規(guī)律的重復(fù)。對(duì)于晶體外形而言，就是晶面與晶面、晶棱與晶棱、角頂與角頂?shù)挠幸?guī)律重復(fù)。49二、晶體的對(duì)稱1.由于晶體都具有格子狀構(gòu)造，而格子狀構(gòu)造就是質(zhì)點(diǎn)在三維空間周期重復(fù)的體現(xiàn)，因此，所有的晶體都是對(duì)稱的。2.晶體的對(duì)稱受格子構(gòu)造規(guī)律的限制。即只有符合格子構(gòu)造規(guī)律的對(duì)稱才能在晶體上出現(xiàn)，因此，晶體對(duì)稱又是有限的。3.晶體的對(duì)稱既然取決于格子構(gòu)造，因此晶體的對(duì)稱不僅體現(xiàn)在外形上，也體現(xiàn)在物理性質(zhì)上（光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)）。50三、晶體的對(duì)稱操作和對(duì)稱要素

在對(duì)晶體的對(duì)稱研究中，為使晶體上相同部分作有規(guī)律重復(fù)，必須借助一定的幾何要素（點(diǎn)、線、面）進(jìn)行一定的操作（如反映、旋轉(zhuǎn)、反伸等）才能實(shí)現(xiàn)，這些操作稱為對(duì)稱操作(symmetryoperation)，在操作中所借助的幾何要素，稱為對(duì)稱要素(symmetryelement)。對(duì)稱中心(centerofsymmetry)對(duì)稱面(symmetryplane)對(duì)稱軸(symmetryaxis)倒轉(zhuǎn)軸(rotoinversionaxis)51

對(duì)稱面（P）

對(duì)稱面是一個(gè)假想的平面，與之相應(yīng)的對(duì)稱操作是此平面的反映。由這個(gè)平面將物體平分后的兩個(gè)相等部分互成鏡像的關(guān)系。對(duì)稱面必通過晶體的中心。=symbolforamirrorplanem對(duì)稱面(mirror)Reflectionacrossa“mirrorplane”reproducesamotif52晶體中對(duì)稱面與晶面、晶棱有如下關(guān)系：（1）垂直并平分晶面；（2）垂直晶棱并通過它的中點(diǎn)；53

對(duì)稱軸為一假想的通過晶體幾何中心的直線，其對(duì)稱操作為繞此直線的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)晶體圍繞該直線每旋轉(zhuǎn)一定角度后，晶體上的相同部分便出現(xiàn)一次重復(fù)。在旋轉(zhuǎn)過程中，相等部分出現(xiàn)重復(fù)時(shí)所必須的最小旋轉(zhuǎn)角，稱為基轉(zhuǎn)角（α）。在晶體旋轉(zhuǎn)一周的過程中，相等部分出現(xiàn)重復(fù)的次數(shù)，稱為軸次（n）。顯然：

對(duì)稱軸（Ln）α＝360°/n或n＝360°/α

54二次對(duì)稱軸(two-foldrotation)(L2)α=360°/2=180°ASymmetricalPattern66180°rotation－toreproduceamotifinasymmetricalpatternMotifElementOperation－thesymbolforatwo-foldrotationfirstoperationstepsecondoperationstep55三次對(duì)稱軸(Three-foldrotation)(L3)α=360°/3=120°666step1step2step3ASymmetricalPattern120°rotation－toreproduceamotifinasymmetricalpatternOperation－thesymbolforathree-foldrotation5666666666666666661-fold2-fold3-fold4-fold6-fold其他的對(duì)稱軸(沒有5-fold

和>6-fold

的)57

對(duì)稱中心（C）

對(duì)稱中心是一個(gè)假想的點(diǎn)，與之相應(yīng)的對(duì)稱操作為對(duì)此一點(diǎn)的反伸(Inversion)。當(dāng)晶體具有對(duì)稱中心時(shí)，通過晶體中心點(diǎn)的任意一直線，在其距中心點(diǎn)等間距的兩端，必定出現(xiàn)晶體上兩個(gè)相等部分。

在晶體中，若存在對(duì)稱中心時(shí)，其晶面必兩兩平行、形狀相同、取向相反。這可用來判斷晶體有無對(duì)稱中心。58旋轉(zhuǎn)反伸軸（Lin

）

也稱為倒轉(zhuǎn)軸。其對(duì)稱操作是圍繞直線旋轉(zhuǎn)一定的角度和對(duì)于一定點(diǎn)的反伸。＝對(duì)稱軸＋對(duì)稱心

種類：

Li1=CLi2=PLi3=L3+CLi4

Li6=L3+P（Rotoinversion

）Li1=C592-foldrotoinversionStep1:rotate360°/2Note:thisisatemporarystep,theintermediatemotifelementdoesnotexistinthefinalpattern.Step2:invertThisisthesameasm,sonotanewoperationStep1Step2Li2

=P603-foldrotoinversionStep1:rotate360o/3Again,thisisatemporarystep,theintermediatemotifelementdoesnotexistinthefinalpatternStep2:invertthroughcenter1261Rotateanother360°/3Completesecondsteptocreateface3Thirdstepcreatesface4(3)(1)(4)Fourthstepcreatesface5(4)(2)(5)Fifthstepcreatesface6(5(3)(6)Sixthstepreturnstoface112341265Li3=L3+C624-foldrotoinversion1:Rotate360°/42:Invert3:Rotate360°/44:Invert63ABDCA’B’C’D’4-foldrotoinversionAmorefundamentalrepresentativeofthepatternThisisauniqueoperation646-foldrotoinversion4213Note:thisisthesameasa3-foldrotationaxisperpendiculartoamirrorplaneTopViewSoLi6=L3+P65四、對(duì)稱型的概念及晶體的分類

各種晶體的對(duì)稱程度有很大的差別，主要表現(xiàn)在它們所具有的對(duì)稱要素的種類、軸次和數(shù)目上。在結(jié)晶學(xué)中，把結(jié)晶多面體中全部對(duì)稱要素的總和，稱為對(duì)稱型。經(jīng)過數(shù)學(xué)推導(dǎo)，證明對(duì)稱型只有32種。我們將屬于同一對(duì)稱型的所有晶體，歸為一類，稱為晶類。晶類也只有32個(gè)。在32個(gè)晶類中，按它們所屬的對(duì)稱型特點(diǎn)劃分為七個(gè)晶系。再按高次對(duì)稱軸的有無和高次對(duì)稱軸的數(shù)目，將七個(gè)晶系并為三個(gè)晶族。

6667思考題怎樣劃分晶族和晶系？下列對(duì)稱型各屬何晶族和晶系？

L2PC3L2PCL44L25PCL66L27PCC3L44L36L29PCL33L2L33L23PC3L24L33PC對(duì)稱面、對(duì)稱軸可能出露的位置。晶體的理想形態(tài)第一節(jié)單形

第二節(jié)聚形及聚形分析69

按晶體上的晶面種類，可將晶體的理想形態(tài)分為兩類：一類是由等大同形的一種晶面組成，稱為單形，幾何形態(tài)不同的單形只有47種。另一類是由兩種或兩種以上的晶面所組成，稱為聚形。根據(jù)聚形上不同的晶面種類，可確定構(gòu)成該聚形的單形數(shù)目及單形名稱。對(duì)晶體形態(tài)的研究具有重要的理論意義和實(shí)際意義一方面，每一種晶體都有一定的格子構(gòu)造，因而常常具有一定的特殊形態(tài)，研究晶體的形態(tài)有助于鑒定礦物；另一方面，晶體的形態(tài)又受生長環(huán)境的影響，因此研究晶體的形態(tài)又有助于闡明礦物晶體的形成條件。雄黃雌黃辰砂透輝石認(rèn)識(shí)晶體只了解其對(duì)稱性是不夠的，還必須掌握晶體的具體形態(tài)晶體的理想形態(tài)嚴(yán)格地遵循格子構(gòu)造規(guī)律，是由晶體的對(duì)稱性決定的。但是屬于同一種對(duì)稱性的晶體又可以具有完全不同的形態(tài)。3L44L36L29PC晶體的理想形態(tài)可分為兩種類型單形－由同形等大的晶面組成的晶體理想形態(tài)。聚形－由兩種或兩種以上的單形聚合而成的晶體理想形態(tài)。砷鉛礦（六方柱、六方雙錐）螢石（立方體、八面體、菱形十二面體）第一節(jié)單形單形：由對(duì)稱要素聯(lián)系起來的一組晶面的總合

根據(jù)一個(gè)晶體的對(duì)稱型及單形的一個(gè)晶面，通過對(duì)稱操作，就可以推導(dǎo)出該單形的所有晶面一、單形的概念741、單形(simpleform)：一個(gè)晶體中，彼此間能對(duì)稱重復(fù)的一組晶面的組合。單形中所有晶面性質(zhì)、大小、形狀完全等同。對(duì)稱型L4PC單形的導(dǎo)出一個(gè)對(duì)稱型可能推導(dǎo)出的單形的數(shù)目，最多的是7個(gè)，最少的只有1個(gè)。用上述方法，推導(dǎo)出32種對(duì)稱型中所有可能存在的單形，總共是的146種。將其中重復(fù)的去掉，那么結(jié)晶多面體中幾何形態(tài)不同的單形總共有47種。四方柱平行雙面四方雙錐1、低級(jí)晶族單形（7種）二、四十七種單形2、中級(jí)晶族單形（25種）（1）柱類2、中級(jí)晶族單形（2）單錐類中級(jí)晶族單形（3）雙錐類20.三方雙錐中級(jí)晶族單形（4）四方面體和菱面體（5）四方偏三角面體和復(fù)三方偏三角面體中級(jí)晶族單形（6）偏方面體類3、高級(jí)晶族單形（15種）四面體類高級(jí)晶族單形八面體類高級(jí)晶族單形立方體類及十二面體類單形的命名原則對(duì)一個(gè)單形的描述，要注意晶面的數(shù)目、形狀、相互關(guān)系、晶面與對(duì)稱要素的相對(duì)位置以及單形的橫切面形狀等

1）

整個(gè)單形的形狀

柱、雙錐

立方體

2）

單形種晶面數(shù)目

單面

雙面

四面體

3）

單形所屬的晶系

斜方雙錐

四方四面體

4）

單形晶面的形狀

菱面體

五角十二面體

5）

單形橫切面的形狀

四方柱

六方柱開形和閉形：根據(jù)單形的晶面是否可以自相閉合來劃分

開形：單形的晶面不能封閉空間閉形：單形的晶面可以封閉空間幾個(gè)概念8747種幾何單形

17種開形的立體形態(tài)及其極射赤平投影8847種幾何單形

30種閉形的立體形態(tài)及其極射赤平投影8930種閉形的立體形態(tài)及其極射赤平投影(續(xù))47種幾何單形

9030種閉形的立體形態(tài)及其極射赤平投影(續(xù))47種幾何單形

左形和右形：互為鏡象，但不能以旋轉(zhuǎn)操作使之重合的兩個(gè)圖形，稱為左右形左右形只出現(xiàn)于僅具對(duì)稱軸而不具對(duì)稱面、對(duì)稱中心和旋轉(zhuǎn)反伸軸的對(duì)稱型中92左形右形五角十二面體的三個(gè)變形20.三方雙錐熟練掌握26種常見單形944、聚形和聚形分析聚形(combinations):兩個(gè)或兩個(gè)以上單形的聚合。在任何情況下，單形的相聚必定遵循對(duì)稱性一致的原則，即只有屬于同一對(duì)稱型的單形才能相聚!!!聚形分析：

同一單形的晶面形狀,大小,性質(zhì)完全相同;一個(gè)聚形最多只可能由7種單形相聚;

聚形分析程序：

找出所有對(duì)稱要素,確定對(duì)稱型、晶系和晶族;根據(jù)原則進(jìn)行晶體定向;確定單形的數(shù)目,以及每種單形的晶面數(shù),與對(duì)稱要素間關(guān)系等;確定單形。95四方柱和四方雙錐的聚形示意圖立方體和菱形十二面體及其聚形96思考題單形和聚形單形和聚形的概念。菱面體和三方雙錐都是6個(gè)晶面，它們之間有什么區(qū)別？97第七章晶體的規(guī)則連生

天然礦物晶體，除以單體存在外，還常常規(guī)則地連生在一起，形成各種所謂的連生體。多個(gè)晶體連在一起生長，其分為不規(guī)則和規(guī)則連生。前者的晶體相互處于偶然的位置，彼此間沒有嚴(yán)格的規(guī)律。規(guī)則連生分為平行連生、雙晶和浮生。981、平行連生（parallelgrouping）由若干個(gè)同種的單晶體，按所有對(duì)應(yīng)的結(jié)晶學(xué)方向（包括各個(gè)對(duì)應(yīng)的結(jié)晶軸、對(duì)稱要素、晶面及晶棱的方向）全都相互平行的關(guān)系而組成的連生體。內(nèi)部格子構(gòu)造平行、連續(xù)。赤銅礦的連生晶體

鹵鈉石(sulphohalite)的平行連生體

99明礬八面體的平行連生螢石立方體的平行連生自然銅立方體的樹枝狀平行連生100內(nèi)部的晶體格子是連續(xù)的1012、雙晶（孿晶）

twin

定義：互不平行的同種單體，彼此間按一定的對(duì)稱關(guān)系相互取向而組成的規(guī)則連生晶體。

雙晶接合面(compositionsurface)：雙晶中相鄰單體間彼此結(jié)合的實(shí)際界面。氯銅銀鉛礦(Boleite)雙晶

雙晶結(jié)合的規(guī)律叫雙晶律。102雙晶要素使雙晶的相鄰兩個(gè)個(gè)體重合、平行而進(jìn)行操作時(shí)所憑借的輔助幾何圖形（點(diǎn)、線、面）稱為雙晶要素。

(1)雙晶面(twinning-plane)

是一個(gè)假想的面，通過它的反映，可使雙晶相鄰的兩個(gè)個(gè)體重合或平行。

(2)雙晶軸(twinning-axis)

是一個(gè)假想的直線，相鄰的兩個(gè)個(gè)體其中一個(gè)個(gè)體繞此直線旋轉(zhuǎn)180°后，可與另一個(gè)個(gè)體重合、平行或連成一個(gè)完整的單晶體。

(3)

雙晶中心(twinning-center)

是一個(gè)假想的點(diǎn)，雙晶的一個(gè)個(gè)體通過它的反伸，可與另一個(gè)晶體重合。103文石Aragonite

兩側(cè)格子不連續(xù)雙晶面/接合面104石膏gypsum雙晶面P雙晶軸105雙晶類型1)

簡單雙晶(simpletwin)：由兩個(gè)單體構(gòu)成的雙晶。

接觸雙晶(contacttwin):

兩個(gè)單體間依一個(gè)明顯而規(guī)則的接合面相接觸。

貫穿雙晶(interpenetratetwin)：兩個(gè)單體相互穿插，接合面常曲折而復(fù)雜。2)反復(fù)雙晶(multipletwin)

聚片雙晶(polysynthetictwin)：多個(gè)片狀個(gè)體以同一雙晶律連生，結(jié)合面彼此平行。聚片雙晶可在某些晶面或解理上形成聚片雙晶紋。

輪式雙晶(cyclictwin)：由兩個(gè)以上的單體按同一雙晶律所組成，表現(xiàn)為若干組接觸雙晶或貫穿雙晶的組合，各接合面依次成等角度相交，雙晶總體呈輪輻狀或環(huán)狀，環(huán)可以開口，也可以封閉。

3)復(fù)合雙晶(compoundtwin)：兩個(gè)以上的單體彼此間按不同的雙晶律所組成的雙晶。106接觸雙晶貫穿雙晶鈣十字沸石的復(fù)合雙晶

107cyclictwinningininvertedlowquartz輪式雙晶聚片雙晶1081)生長雙晶growthtwin

斜長石(Plagioclase)聚片雙晶雙晶成因1092)轉(zhuǎn)變雙晶Transformationtwin

堿性長石(K-feldspar)1103)機(jī)械雙晶 斜長石(Plagioclase)111Resultsfromshearstress.3)機(jī)械雙晶

方解石（Calcite）112雙晶的識(shí)別凹入角：單晶為凸多面體，而多數(shù)雙晶有凹角。(2)縫合線：雙晶結(jié)合面在晶體表面或斷面上的跡線，多數(shù)是直線或簡單的折線，少數(shù)呈不規(guī)則的復(fù)雜曲線。(3)假對(duì)稱：整個(gè)雙晶外形上表現(xiàn)出來的對(duì)稱性與單體所固有的對(duì)稱不同，是一種假對(duì)稱。(4)雙晶條紋：由一系列相互平行的接合面在晶面或解理面上的跡線（即雙晶縫合線）所構(gòu)成的直線條紋。(5)解理方向：雙晶中的兩個(gè)單體，只當(dāng)雙晶面或接合面正好平行于某個(gè)解理面時(shí)，兩者的解理方向才會(huì)平行一致；一般情況下，兩者的解理面不相平行。1133、衍生

不同種類晶體之間的規(guī)則連生

浮生overgrowth：是指一種晶體以一定的結(jié)晶學(xué)取向關(guān)系附生于另一種晶體表面之上或包圍于其四周的現(xiàn)象。附生的晶體形成晚于基底晶體。

交生intergrowth：是指兩種不同的晶體彼此間以一定的結(jié)晶學(xué)取向關(guān)系交互連生，或一種晶體嵌生于另一種晶體之中的現(xiàn)象。一般同時(shí)結(jié)晶。赤鐵礦和磁鐵礦的浮生角閃石和普通輝石的交生114思考題雙晶的定義。雙晶和平行連生有什么區(qū)別？雙晶面為什么不能平行晶體的對(duì)稱面？雙晶軸為什么不能平行晶體的偶次對(duì)稱軸？據(jù)雙晶個(gè)體間的連生方式，雙晶可分為哪些類型？從成因上，雙晶又可分為哪些類型？在晶體上如何識(shí)別雙晶？115第八章晶體結(jié)構(gòu)的幾何理論對(duì)于一個(gè)空間點(diǎn)陣，可以劃分出一個(gè)平行六面體作為一個(gè)基本單位，整個(gè)空間點(diǎn)陣可以由這個(gè)單位平行六面體在三維空間的平移而產(chǎn)生。劃分平行六面體的方式有很多，但應(yīng)遵循以下原則：

1、所選平行六面體的對(duì)稱性應(yīng)符合整個(gè)空間點(diǎn)陣的對(duì)稱性；

2、在不違反對(duì)稱的前提下，應(yīng)選擇棱與棱之間直角關(guān)系為最多的平行六面體；

3、在遵循前二條件的前提下，所選平行六面體的體積應(yīng)為最?。?/p>

4、當(dāng)對(duì)稱性規(guī)定棱間的交角不為直角時(shí)，則在遵循前三個(gè)條件的前提下，應(yīng)選擇結(jié)點(diǎn)間距小的行列作為平行六面體的棱，且棱間交角近于直角的平行六面體。116●●●●●●●a0c0γβαb0平行六面體參數(shù)：

a0、

b0、c0和α、β、γ對(duì)比晶體幾何常數(shù)117劃分7種平行六面體，對(duì)應(yīng)于7個(gè)晶系形狀及參數(shù)？空間格子的劃分

118平行六面體中4種結(jié)點(diǎn)類型：原始格子(primitive,P)

體心格子(body-centered,I)

面心格子(face-centered,F)

底心格子(end-centered,C,A,B)Whynot7×4=28??119七、

類質(zhì)同象1.

類質(zhì)同象的概念晶體結(jié)構(gòu)中某種質(zhì)點(diǎn)被它種類似的質(zhì)點(diǎn)所代替，僅使晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化，而結(jié)構(gòu)型式不變，這種現(xiàn)象稱為類質(zhì)同象。類質(zhì)同象混合物是一種固熔體。所謂固熔體實(shí)指在固態(tài)條件下，一種組分溶于另一種組分之中，而形成均勻的固體。它可以通過質(zhì)點(diǎn)的代替而形成“代替固熔體”；也可以通過某種質(zhì)點(diǎn)侵入它種質(zhì)點(diǎn)的晶格空隙而形成“侵入固熔體”。120

在類質(zhì)同象混晶中，若兩種質(zhì)點(diǎn)可以任意比例相互取代，則稱為完全的類質(zhì)同象，它們可以形成一個(gè)連續(xù)的類質(zhì)同象系列。

斜長石系列鈉長石————————鈣長石若兩種質(zhì)點(diǎn)的相互代替局限在一個(gè)有限的范圍內(nèi)，稱為不完全的類質(zhì)同象，它們不能形成連續(xù)的類質(zhì)同象系列。

鉀長石系列鈉長石————————鉀長石

121

2.

類質(zhì)同象代替的條件(1)

內(nèi)因

1)

原子或離子半徑形成類質(zhì)同象的容積條件。當(dāng)兩種質(zhì)點(diǎn)的半徑差不超過較小質(zhì)點(diǎn)的半徑之15%時(shí)，就可以在晶體結(jié)構(gòu)中互相代替。

10－15%一般形成完全類質(zhì)同象

20－25%

在高溫時(shí)形成完全類質(zhì)同象，當(dāng)溫度下降時(shí)，固熔體就發(fā)生離溶。

25－40%

在高溫下也只能形成不完全類質(zhì)同象，在低溫時(shí)更不能形成類質(zhì)同象。1222)

離子類型與鍵性惰性氣體型離子多形成離子鍵結(jié)合，而銅型離子的化合物則以共價(jià)鍵為主。離子類型不同的不易互相替代。3)

離子電價(jià)對(duì)離子化合物來說，代替與被代替的離子電價(jià)總和必須保持不變。4)

晶格能量若干代替后使晶格能量下降，則晶體容易穩(wěn)定，這樣的替代容易發(fā)生；相反替代后能量增加，則代替不易發(fā)生。5)

結(jié)構(gòu)單位堆積緊密程度在晶體結(jié)構(gòu)中的離子若堆積緊密程度越差，則對(duì)類質(zhì)同象的容量越大，類質(zhì)同象代替種類越多。123(2)

外因

1)

溫度溫度增高利于類質(zhì)同象的代替，下降則減弱。

2)

壓力壓力的增大，既限制類質(zhì)同象代替的范圍，又能促使固熔體離溶。

3)

組分濃度如