3宝石结晶学和矿物学性质

1,宝石的结晶学和矿物学性质,第三章,2,目的要求:1.掌握结晶学基本的理论2.准确理解基本概念及宝石学意义3.认识及描述常见宝石晶体,第一节结晶学基础,3,一、晶体与非晶体,1.晶体是具有格子构造的固体。内部质点在三维空间有序排列，晶形的充分发育导致外部具有一定的几何形态。如：石榴石、水晶、刚玉等。,4,钻石和碧玺晶体,3.单晶体整个宝石仅由一个晶体，或者几个密切相连的晶体组成，大多数宝石为单晶体,5,非晶态的欧泊与玻璃,2.非晶体内部质点无规则排列，不具有格子构造的固体。如玻璃、琥珀、塑料等,6,7,5.晶体与玻璃的区分,8,玻璃的漩涡纹,脱玻化玻璃,玻璃猫眼,9,二、空间格子（十四种空间格子）,1.定义由一系列有规律地在三维空间呈周期性重复排列的几何点（即结点）所连结成的无限的立体几何图形。它是从具体的晶体结构中抽象出来的。,（1）结点结点在直线上的排列构成行列（2）面网结点在平面上的分布构成面网,10,2.空间格子的特点（1）同一行列中及相互平行的行列上，结点间距是相同的；（2）不同方向的行列中，结点间距通常是不同的。（3）凡相互平行的面网，其单位面积的结点数（面网密度）和相邻面网间的距离（面网间距）必定全部相同；（4）互不平行的面网，面网密度一般不同。,11,3.平行六面体,（1）定义一个空间格子总是可以被三组相交的面网划分成一系列相互平行叠置的一个最小重复单位，那就是单位平行六面体。,12,（2）分类根据单位平行六面体对称性的不同，空间格子分别归属于7个晶系；再根据结点在单位平行六面体中的分布情况,将其划分为原始格子、底心格子、体心格子和面心格子。在晶体中共有14种不同的空间格子型式。,13,14,三、晶体分类1.晶体对称：不同的晶体因其内部质点排列的规则不同具有不同的对称性。它包括几何对称和物理性质（光学、力学、电学和热学性质）对称。2.对称要素：通常描述晶体对称的几何要素包括：对称面、对称轴、对称中心。,15,1）对称面（P）：为一假想的平面，它将晶体平分为互为镜像的两个相同部分。对称面可以包含晶棱、垂直晶棱并通过它的中心，垂直并平分晶面。同一晶体内可以包含多个对称面。,16,2）对称轴（Ln）：为一根假想的直线，当晶体围绕此直线旋转一周时，晶体中相同的部分可重复2次、3次、4次或6次。对应的分别描述为L2、L3、L4、L6。,17,3.对称中心（C）：为一假想的点，通过此点作任意直线，则在此直线上距对称中心等距离的两端必定可找到对应点。晶体若存在对称中心时其晶面必然是两两平行并且相等。,18,4.晶体分类,根据晶体对称性特点，分为七大晶系,19,根据是否有高次轴及其数量分三大晶族,20,等轴晶系,21,四方晶系,22,四方晶系,23,三方晶系,24,六、方晶系,25,斜方晶系,26,单斜晶系,三斜晶系,27,四、晶体形态分类,1.单形由对称要素联系起来的一组晶面的总合。在理想情况下同一单形的所有晶面同形等大，包括开形和闭形。,28,（1）开形：单形的晶面不能够完全包围空间，如四方柱、四方锥、平行双面等。（2）闭形：单形的晶面能够完全包围空间，如立方体、八面体、四方双锥等。（3）聚形：由2个或2个以上的单形聚合。通常是属于同一对称型的单形才能相聚。如立方体与八面体聚形、方柱与四方双锥聚形等。,29,开形,闭形,闭形,聚形,30,2.单形的种类共47种几何单形，146种结晶单形,31,五、结晶习性,2.影响因素由成分、内部结构和生长条件共同决定的。生长条件包括温度、压力、空间、组份浓度和成份等。,1.定义矿物常见的晶体形态称为结晶习性。,32,33,34,35,托帕石晶体,36,37,38,39,尖晶石晶体,绿柱石晶体,40,六、平行连生和双晶两类1.平行连生：指同种晶体的个体彼此平行地连生在一起，连生着的每一个晶体的相应的晶面和晶棱都相互平行。如荧石立方体晶体的平行连生。,41,2.双晶是两个或两个以上的同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生，相邻的两个个体的相应的面、棱并非完全平行，但它们可以对称操作，使两个单体彼此重合或平行。,42,双晶要素包括双晶面、双晶轴和双晶中心,（3）双晶中心为一假想的点，双晶的一个单体可以通过它的反伸可与另一个单体重合,（1）双晶面为一个假想的平面，通过反映可以使相邻的两个个体重合或平行,（2）双晶轴为一根假想的直线，其中一个单体围绕此直线旋转一定角度（常为180）后可与另一个单体平行或重合,43,3.双晶的类型按照双晶个体的连生方式可分为：（1）接触双晶：两个个体以某一平面相接触而形成的。如尖晶石、石膏的接触双晶等。（2）聚片双晶：由多个个体以同一双晶律连生在一起，结合面相互平行。如钠长石的聚片双晶。,44,（3）穿插双晶两个个体相互穿插而形成的双晶。如萤石和十字石的穿插双晶。,（4）轮式双晶由两个以上的单体，按同一双晶律组成，结合面表现为等角的相交，总体称环状或放射状。如金绿宝石和文石的三连晶。,45,4.双晶的形成（1）在晶体生长过程中形成；（2）在同质多象转变过程中形成，如石英转变为石英石可形成双晶；（3）由机械作用形成，如方解石在机械压力作用下可形成双晶。5.双晶识别（1）双晶多有凹角，单晶为凸多面体；（2）聚片双晶在解理面上显示聚片双晶纹；（3）双晶的结合面在晶体表面表现为“缝合线”（可以是直线或不规则曲线）。,46,七、晶体的定向1.晶轴：通过晶体中心、描述晶体或晶面在空间分布的坐标轴。2.坐标系：常用X、Y、Z或a、b、c表示。三方、六方晶系用4根轴的坐标系，用a1、a2、a3、c表示4根轴。,47,48,第二节、矿物的类质同象,目的要求:1.掌握结晶学基本的理论2.准确理解基本概念及宝石学意义3.认识及描述常见宝石晶体,49,1类质同象的定义：晶体结构中某质点（原子、离子或分子）为其它类似的质点所代替，其结构型式不发生改变，晶格常数发生不大的变化，物理性质可发生较大的变化。（注意与同质多象的区分）。2.按相互替代质点的价态分：（1）同价类质同象：如K+Na+、Zn2+Fe2+（2）异价类质同象：如Al3+Si4+、Na+Ca2+,50,（1）原点半径相近易发生替代（2）相同的化学键或者离子类型化学健（离子键、共价键、金属键）离子类型(铜型离子、惰性气体型)（3）电价平衡：单一：Mg2+Fe2+或Ca2+方解石成对：Na+Si4+Ca2+Al3+斜长石不等量：2Al3+3Mg2+云母,2.类质同象的条件内部条件：质点半径，离子类型，化学键外部条件：温度、压力和成分,51,（4）温度：温度升高有利于类质同象发生及替代比例增大；（5）压力：压力升高限制类质同象替代比例，并使其出溶。（6）环境组分和浓度的作用当介质中某一组分不足时，与之相似组分最容易以类质同象方式进行补偿。,52,3类质同象的意义（1）通过研究化学成分的规则变化，了解宝石物理性质的变化规律，如颜色、RI、DR、SG、硬度、熔点等，为鉴定宝石的种属服务。（2）研究宝石的成矿的环境条件。,53,4.类质同象对宝石性质影响（1）对宝石颜色的影响：如碧玺：颜色的复杂性体现有各种颜色均有且深浅不一；同一晶体沿C轴不同位置颜色不同，如双色、三色碧玺；同一晶体自中心至边缘不同，如西瓜碧玺。,54,（2）对RI、DR、SG的影响,宝石系列折射率双折率相对密度镁铝榴石-铁铝榴石1.74-1.83/3.7-4.2镁碧玺-铁碧玺1.61-1.680.014-0.0303.03-3.25钠柱石-钙柱石1.54-1.580.006-0.0362.50-2.78镁橄榄石-铁橄榄石1.64-1.690.035-0.0403.28-3.50钠长石-钙长石1.53-1.580.007-0.0132.6-2.8,55,（3）对宝石硬度的影响矿物中化学成分的差异影响宝石的硬度，例如橄榄石中：Fe2+Mg2+H：6.57，Fe2+含量增大，H增大；碧玺、尖晶石等成分中Fe含量的增高大，导致硬度增大。碧玺硬度变化为7-7.5尖晶石硬度变化为88.25。（4）对宝石光谱的影响如：刚玉、翡翠、绿柱石等。,56,第三节宝石的矿物学特征,目的要求:1.掌握结晶学基本的理论2.准确理解基本概念及宝石学意义3.认识及描述常见宝石晶体,57,一、实际晶体与晶面条纹1.理想晶体与实际晶体理想晶体：面平棱直的规则几何多面体，属同一单形的各晶面同形等大.实际晶体：因自然生长条件复杂性使晶体偏离理想状况，常见的有：歪晶、凸晶、弯晶。,2.实际晶体（1）歪晶：在非理想环境下生长的、偏离理想晶体的实际晶体，表现为同一单形的各晶面发育不等或缺失。但晶面交角与理想晶体一致。,58,（2）凸晶晶面相对凸起而呈曲面，晶棱弯曲而呈弧线的实际晶体，如钻石的菱形十二面凸晶，常因遭受不均匀溶蚀所致。（3）弯晶晶体总体呈弯曲形态，如白云石晶体。,2.晶面条纹晶体在生长过程中由邻接面与主晶面交替出现所形成的表面直线纹。石英：六方柱与菱面体交替组成；碧玺：三方柱与六方柱交替组成；黄铁矿：立方体与五角十二面体交替组成。,59,黄铁矿,碧玺,60,二、宝石的光学性质1.颜色：是眼底视神经对光波的感应而在大脑中产生的感觉。可见光经物体选择性吸收后，其残余光的混合色即是该物体的颜色。,61,2.条痕：是指将矿物在白色无釉瓷板上刻划后留下的矿物粉末的痕迹，条痕色是指留下的矿物粉末的颜色。矿物的条痕可消除假色，减弱他色，因而比矿物颜色更有鉴定意义。条痕测试是破坏性测试，只能用于未加工的宝石或琢型宝石不显眼的部位。,62,3.光泽：材料表面反光的能力和特征。它主要与材料的折射率、反光率有关，但也与材料的颗粒集合方式表面平整程度以及抛光质量和硬度有关。矿物学中，通常按光泽的强弱将光泽分为四级：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽和玻璃光泽以及一些特殊的光泽如：丝绢光泽、珍珠光泽、蜡状光泽、油脂光泽等。,63,4.透明度：指宝石材料透光的程度。分为：透明、次透明、半透明、微透明、不透明。,64,三、宝石的力学性质1.解理：矿物受外力(敲打,挤压等)作用后,沿着一定的结晶方向发生破裂,并能裂出光滑平面的性质称为解理。解理是由矿物的晶体结构决定的。由于晶体具有各向异性，键力在不同的结晶方位是有差异的，解理往往沿着面网间化学键力最弱的方向产生。解理按产生的难易程度，一般分以下几种类型：完全解理；中等解理；不完全解理。,65,2.断口晶体或材料受到外力作用发生随机的无方向性的破裂,由于断口常具有一定的形态，因此可用来作为鉴定矿物的一种辅助特征。常见的断口类型有：贝壳状断口；锯齿状断口；土状断口。,66,与解理不同，裂理常沿着双晶结合面特别是聚片双晶的结合面发生。当某一种面网存在有它种成分的细微包裹体或固溶体离溶物，而这些物质又作为方向面网间的夹层有规律地分布时，也可以产生裂理。,3.裂理是晶体在外力作用下，沿着一定结晶方向裂开的性质。裂开的面称为解理面。,67,4.硬度矿物的硬度是指矿物抵抗外来刻划,压入或研磨等机械作用的能力