结晶学复习.doc

结晶学一、 晶体及其基本性质1. 晶体、非晶体、准晶体的概念、举例晶体:内部质点在三维空间周期性的重复排列构成的固体物质.非晶体:不具备格子构造的物质为非晶体.准晶体:介于非晶态与结晶态之间的一种新物质.2. 晶体的基本性质及概念的理解自限性(晶体多面体形态受格子构造制约,它服从于一定的结晶学规律)均一性(在同一晶体的各个不同部分,质点多的分布是一样的,所以晶体的各个部分的物理性质和化学性质也是相同的,取决于其格子构造)异向性(同一格子构造中,在不同方向上质点排列一般是不样的,因此,晶体的性质也随方向的不同而有所差异,即异向性)对称性(晶体在某些特定的方向上具有相同的性质，这种相同的性质在不同的方向或位置上有规律地重复，就是对称性)最小内能性、稳定性3、空间格子、相当点的概念及具体应用分析 空间格子：表示晶体内部结构中质点周期性重复排列规律的几何图形。 相当点：1.点的内容（或种类）相同，2.点的周围环境相当。相当点按照一定的规则连接起来，就形成了空间格子空间格子的几种要素：1.结点;又称格点，是空间格子中的点，他们代表结构中的相当点）2.行列;结点在直线上的排列即构成行列3.面网：结点在平面上的分布即构成面网4.平行四面体：即晶胞，晶胞的形状取决轴长（abc）和轴角（,）4、晶胞：实际晶体结构中所划分出的最小重复单位称为晶胞二、 晶体的测量及投影面网守恒定律:同种矿物的晶体，其对应晶面间角度守恒.晶面的投影：（一）极射赤平投影：投影的原理及过程：投影球、投影面（赤平面）、投影轴, 北极点与南极点（目测点）。方位角(晶面法线所在平面与大圆的夹角)在基圆上度量，极距角（投影轴与晶面法线的夹角）则体现为投影点距圆心的距离三、 晶体的对称分类体系晶体对称的特点：1）由于晶体内部都具有格子构造，通过平移，可使相同质点重复，因此，所有的晶体结构都是对称的。2）晶体的对称受格子构造规律的限制，因此，晶体的对称是有限的，它遵循“晶体对称定律” 。3）晶体的对称不仅体现在外形上，同时也体现在物理性质。对称要素：对称面P 对称轴 对称中心C 旋转反伸轴 对称要素组合定理，P30,P35表3-4很重要晶体定向规则：晶体定向方法：以晶体中心为原点建立一个坐标系,由X,Y,Z三轴组成,也可由X,Y,U,Z四轴组成(对三方晶系与六方晶系). 选晶轴的原则: 1）与晶体的对称特点相符合(既一般都以对称要素作晶轴，要么对称轴，要么对称面法线);2）在遵循上述原则的基础上尽量使晶轴夹角为90度.（P42表4-1非常重要）各晶系常数特点：对称型的国际符号要领：对称轴以 1，2，3，4，6表示;对称面以m表示,旋转反伸轴以（1、2、3、4、6其上加负号）表示,若对称面与对称轴垂直，则两者之间以斜线或横线隔开，如L2PC以2/m表示，L4PC以4/m表示(由此可以看出，对称中心C就不必再表示出来了，因为偶次轴垂直对称面定会产生一个C)。（P56表4-3很重要）晶面符号： (hkil), 晶棱符号：:rst3、对称分类体系：230种空间群，32点群（对称型），3个晶族，7个晶系，47种几何单形（P73），146种结晶单形，14种空间格子四、 单形与聚形单形:是由对称要素联系起来的一组晶面的组合。也就是说，单形是一个晶体上能够由该晶体的所有对称要素操作而使它们相互重复的一组晶面。单形的推导：可以在对称型中假设一个原始晶面，通过对称操作的作用而得到其它晶面，这些晶面共同组成一个单形，这就是单形的推导。单形符号用大括号，推导：先前次右后上记住一些单形名称的方法: 1、面类2、柱类3、单锥类4、双锥类5、面体类6、偏方面体类 等轴晶系：1、四面体组2、八面体组3、立方体组 （P73很重要）单形的分类：1、特殊形和一般形（根据单形晶面与对称型中对称要素的相对位置可以将单形划分成一般形和特殊形。），2、开形和闭形（根据单形的晶面是否可以自相闭合来划分）3、左形和右形（形态完全类同，在空间的取向上正好彼此相反的两个形体，可用对称面使彼此重合。）4、正形和负形：取向不同的两个相同单形，相互之间能够借助于旋转操作彼此重合5、定形和变形：一种单形其晶面间的角度为恒定者，称定形；反之，称变形。（凡单形符号为数字的，一定是定形，凡单形符号是字母的，一定是变形。）聚 形 ：两个以上的单形聚合在一起，这些单形共同圈闭的空间外形形成聚形。单形相聚的原则：单形的相聚不是任意的，必须是具有相同对称性的单形才能相聚在一起；换句话说，聚形的必要条件是组成聚形的各个单形都必须属于同一对称型(这里的对称型是指结晶单形的对称型)。聚形分析：1、先确定单形个数2、选择每个单形中的代表晶面（先前次右后上的原则）3、写出单形形号（代表晶面的晶面符号）4、查表得到准确的单形名称五、 空间格子十四种空间格子（十四种布拉维格子）：平行六面体的选择原则：1）所选取的平行六面体应能反映结点分布整体所固有的对称性；2）在上述前提下，所选取的平行六面体中棱与棱之间的直角关系力求最多；3）在满足以上二条件的基础上，所选取的平行六面体的体积力求最小。 平行六面体中结点的分布（即格子类型）：1）原始格子（P）：结点分布于平行六面体的八个角顶上。2）底心格子（C、A、B）：结点分布于平行六面体的角顶及某一对面的中心。3）体心格子（I）：结点分布于平行六面体的角顶和体中心。4）面心格子（F）：结点分布于平行六面体的角顶和三对面的中心。 六、晶体的规则连生平行连生（晶）：同种晶体不同单体之间所有的结晶方向(包括各个对应的结晶轴、对称要素、晶面及晶棱的方向)都一一对应、相互平行而组成的连生体。（各单体间的格子构造是连续的，它们实际上是外形上象多晶体的单晶体。）双晶的概念：两个或两个以上的同种晶体按一定的对称关系相互取向连生。各单体间的格子构造是不连续的。双晶要素：双晶中相邻单体之间存在的对称要素。（注意双晶要素与对称要素之间的区别, 双晶要素是存在于两个单体之间的, 而对称要素是存在于一个单体内部的。）(1)双晶面 (2)双晶轴 (3)双晶中心 （双晶面不能平行对称面，双晶轴不能平行偶次对称轴）双晶律的概念 ：单体之间形成双晶的具体规律。用双晶要素及其方向、双晶接合面及其方向来表征，并可命名。双晶类型 ：(1)接触双晶 a. 简单接触双晶（两个单体以平直接合面接触形成）b. 聚片双晶（多个单体以相同的双晶律、相互平行的结合面反复交替形成）c. 环状双晶（多个单体以相同的双晶律、不平行的结合面形成）d. 复合双晶（多个单体以不同的双晶律形成，这些不同的双晶律（或双晶要素）会发生复合，就像对称要素要发生组合一样）。(2)贯穿双晶：a、两个单体贯穿形成 b、多个单体以相同的双晶律贯穿形成 c、多个单体以不同的双晶律贯穿形成（十字石）双晶的成因及成因类型：(1)生长双晶 原生双晶 (2)转变双晶 次生双晶(3)机械双晶 次生双晶矿物中双晶分布的概况：双晶的分布很不均衡，有的矿物基本上都以双晶的形式出现，偶次对称越多的越不易出现双晶，双晶轴往往平行3次轴产生。双晶的识别 ：(1)凹入角（有些双晶有凹入角，但并不是都有 ；有凹入角的一定不是单晶体）(2)假对称（有些贯穿双晶形似一个单晶体，但所表现出来的对称要比该晶体的单晶体对称程度高）(3)双晶缝合线（两个单体之间的接合缝。缝合线两边反光不同或晶面花纹不连贯）(4)聚片双晶纹（一系列密集的缝合线）(5)蚀像（a.缝合线两边因结晶方位不同导致的蚀像花纹不同;b.缝合线本身是一个晶格缺陷，容易被腐蚀而突出的表现出来）浮生与交生：浮生：一种晶体以一定的结晶学方位附生于另一晶体的表面。（不同晶体之间的规则连生 ）交生：一种晶体嵌于另一种晶体中，但有方向性。能构成浮生、交生的内因是： 不同晶体之间有相似面网。七、最紧密堆积最紧密堆积原理:对离子键和金属键类质同像：在晶体结构中某离子被其它类似的离子代替，但不引起键性和晶体结构型式发生质变的现象。例如镁橄榄石Mg2SiO4晶体，其晶格中Mg2+可以被Fe2+所替代占据，由此形成的橄榄石 (Mg, Fe)2SiO4晶体。并且 Mg2+被Fe2+替代可以任意比例，形成一个系列：Mg2SiO4-（Mg，Fe）2SiO4-Fe2SiO4镁橄榄石 橄榄石混晶或固溶体（前多后少） 铁橄榄石这种情况称完全类质同像系列。在闪锌矿ZnS中，部分的Zn2+可被Fe2+类质同象替代，其替代量最大只达到原子数的40% ，如果代替量大于40% ，闪锌矿的结构将被破坏。ZnS- - - - - - FeS这种情况称不完全类质同像系列类质同象的类型：完全类质同象系列 -不完全类质同象系列 等价类质同象-异价类质同象 例如：霓辉石（Na, Ca）(Fe3+,Fe2+)Si2O6 存在两种取代: Na+-Ca2+ Fe3+-Fe2+ 取代后总电价平衡影响类质同象的因素 (条件)：内因:l 原子或离子的大小： 大小越接近, 越容易发生替代; (离子对角线法则)l 离子的类型和键型： 类型和键型应相同;l 电价平衡：替代前后电价应平衡, 这是先决条件; 如果发生异价替代, 则要求同时发生多个替代来达到总电价平衡.异价替代时电价平衡是主要条件, 半径大小退居次要地位. 外因:l 温度：高温易发生,低温不易发生,而且还会发生固溶体离溶; l 压力: 高压不易发生;l 组份浓度：周围环境的某离子浓度越高越容易替代进入晶格.类质同像混晶的分解（固溶体离溶或出溶）研究类质同像的意义：1）矿物晶体成分变化的主要原因；2）了解稀有元素的赋存状态；3）反映矿物的形成条件。同质多像 ：同种化学成分的物质，在不同的条件下形成不同结构的晶体的现象。这样一些物质成分相同而结构不同的晶体，则称为同质多像变体。例如：金刚石与石墨，a-石英和b-石英 同质多像变体的转变：一种物质的各同质多像变体均有自己特定的形成条件和稳定范围。当外界条件（主要是温度和压力）改变到一定程度时，各变体之间会发生转变。 一种变体继承了另一种变体之晶形的现象，称为副象 。例如: b-石英(六方双锥) 转变为a-石英 后,依然保留六方双锥形状型变(晶变)：随着成分系列变化,晶体结构也相应发生系列变化,并从渐变(量变)到突变(质变)的整个过程. 结构渐变过程相当于类质同像,结构突变过程相当于同质多像.例如碳酸盐矿物中：MgFeMnCaSrPbBa 方解石型结构 文石型结构 多 型：一种单质或化合物，以两种或两种以上不同层状晶体结构存在的现象；但组成这些层状结构的结构单元层基本相同，只是层的叠置方式不同。（是一种特殊的同质多像） 多型符号：由两个位构成，2H-MoS2，3R-MoS2，第一个位上的阿拉伯数字代表多型的重复层数；第二个位上的字母指示所属的晶系（C-立方；H六方；T三方；R三方菱面体格子；Q四方；O或OR-斜方；M单斜）有序-无序的概念 ：有序无序指晶体结构中，在可以被两种或两种以上的不同质点所占据的某种位置上，若这些不同的质点各自有选择地分别占有其中的不同位置，相互间成有规则的分布时，这样的结构状态称为有序态；反之，若这些不同的质点在其中全都随机分布，便称为无序态。有序度：结构的有序无序状态用有序度表示。随晶体结构的不同而异。完全有序和完全无序结构的有序度则分别为1和0。有序-无序转变：有序无序状态可以转变，从无序有序可自发进行，叫有序化。（一般来说，高温无序，低温有序；有序变体对称性总是低于无序变体；有序变体的单位晶胞的体积则往往数倍于无序变体）矿物学一、矿物的概念：1、地质作用或宇宙作用形成的，（强调非人工合成）2、具有一定化学成分与内部晶体结构，且在一定物理化学条件下相对稳定的化合物或单质，(由此可区分不同矿物)3、岩石和矿石的基本组成单位。（最基本的物相）矿物中的水：1、吸附水2、结晶水3、结构水4、层间水5、沸石水矿物的形态：单晶体形态：晶习（晶体习性）：矿物晶体在一定的外界条件下，常常趋向于形成某种特定的习见形态。（晶体习性是晶体的化学成分和内部结构以及生长环境的物理化学条件和空间条件的综合体现。） 大致轮廓的描述方法： 一向延长：柱状、针状、纤维状；二向延展：板状、片状、鳞片状；三向等长：粒状或等轴状。晶面花纹：1、晶面条纹（聚形纹2、晶面台阶（多边形，螺旋形3、生长丘（多边形凸像4、蚀像（多边形凹像集合体形态：显晶集合体：肉眼或借助于放大镜能分辨单晶体轮廓。根据单晶体晶习（粒状、片状、柱状）和集合方式（放射状、束状、簇状等）来描述。隐晶和胶态集合体：肉眼或借助于放大镜不能分辨单晶体轮廓。只能根据总体外貌，以及形成方式来进行分类和描述。有：分泌体（杏仁体）：从外向里层层沉淀充填形成结核：从里向外层层沉淀形成。鲕状、豆状：从里向外层层沉淀、包裹形成。成因上与结核体相似。（豆大肾小）钟乳状：从岩石裂隙处渗出的溶液或胶体，附在岩石上从里向外层层沉淀形成。根据具体形状还可以分为：葡萄状、肾状、石笋、石柱等等。成因上与结核体相似矿物的物理性质：矿物的光学性质颜色：1、条痕2、透明度3、光泽4、发光性矿物的力学性质：1、解理、裂开、断口2、硬度3、弹性与挠性4、脆性与延展性矿物的其他性质：1、密度（比重）2、磁性3、电性矿物的颜色：自色：矿物成分与结构决定的矿物本身固有的颜色；他色：矿物因含某种杂质而引起的颜色； 假色：由某种物理效应（干涉、衍射、散射）而引起的颜色，包括：锖色：矿物表面氧化薄膜使光发生干涉而呈现的各种彩色；晕色：矿物内部的裂隙使光发生散射、折射与干涉形成的彩色；变彩：矿物中含一些定向包裹体或出溶体，对光发生干涉、衍射所致；乳光：矿物中含一些细小包裹体或出溶体对光发生漫射而呈现。 自色是矿物固有的，是鉴定矿物的主要依据；他色不能鉴定矿物，但能帮助判断矿物成分的变化；假色也不能鉴定矿物，但能产生很好的光学效果，因此可以应用。矿物的条痕: 矿物粉末的颜色。通常在白色无釉瓷板上刻画所得。用处：矿物的条痕能消除假色、减弱他色、突出自色，矿物的透明度：透过光的程度。划分等级：透明、半透明、不透明。根据条痕划分：无色、白色条痕透明，彩色条痕半透明，黑色条痕不透明。矿物的光泽：矿物表面反光的能力。划分等级：金属光泽：反光最强，具金属色，条痕黑色，不透明。半金属光泽：反光较强，也具金属色，条痕深彩色，不透明半透明。金刚光泽：反光稍弱，不具金属色，条痕彩色，半透明透明。玻璃光泽：反光很弱，像玻璃，虽然很光亮，但不刺眼。条痕无色、白色，透明。特殊（变异）光泽树脂光泽：沥青光泽：珍珠光泽：丝绢光泽：油脂光泽：腊状光泽：土状光泽：矿物的发光性：在外加能量激发下矿物发出可见光。一般外加能量为高能辐射（紫外光、X射线等）；也可以为加热、摩擦等发光性分类：磷光：外能停止后还持续一段时间发光；荧光：外能停止后发光即停止。矿物各种光学性质的关系：条痕无色、白色透明玻璃光泽条痕彩色透明金刚光泽条痕深彩色半透明