结晶学与治金行业生产管理及体性质生长规律学(PPT 54页).ppt

1、1,结晶学与矿物学crystallography and mineralogy,黄静宜 地质教研室 地震科学系,2,结晶学与矿物学crystallography and mineralogy,结晶矿物学是地球科学专业基础课 课程研究对象：晶体和矿物 晶体和矿物在工业、农业、国防上意义重大； 晶体和矿物与我们日常生活也有密切联系： 衣 防火衣 （石棉） 食 中药矿物药：朱砂安神丸（辰砂）；硫磺（内外用）；思密达（蒙脱石） 住 石材（大理石、水泥方解石） 行 沥青 宝玉石、化妆品,3,结晶学与矿物学crystallography and mineralogy,4,结晶学与矿物学crystallog

2、raphy and mineralogy,5,结晶学与矿物学crystallography and mineralogy,第一篇 结晶学基础（50%学时） 第一章 晶体与晶体的基本性质 第二章 晶体生长模型与面角恒等定律 第三章 晶体的测量与投影 第四章 晶体的外部对称 第五章 晶体定向与晶体符号 第六章 单形与聚形 第七章 晶体的规则连生 第八章 晶体结构 第九章 晶体化学,6,第二篇 矿物学（50%学时） 第十章 矿物与矿物学的发展趋势 第十一章 矿物的型态 第十二章 矿物的物理性质 第十三章 矿物的化学成分 第十四章 矿物的命名与分类 第十五章 自然元素矿物大类 第十六章 金属互化物矿物

3、大类 第十七章 硫化物及其类似化合物矿物大类 第十八章 氧化物和氢氧化物矿物大类 第十九章 含氧盐矿物大类（一） 第二十章 含氧盐矿物大类（二） 第二十一章 卤化物矿物大类,结晶学与矿物学crystallography and mineralogy,7,第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,本章概要 1.晶体、非晶体 2.空间格子抽象，难点 3.晶体6个基本性质,8,第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crysta

4、l,矿物几乎全是晶体,9,第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,第一节 结晶学研究对象及其科学地位 结晶学与矿物学：地球科学专业的主干课程，专业基础课。 结晶学crystallography ：矿物 晶体 （生成和变化、外部形态几何性质、内部结构、化学成分、物理性质及其相互关系,10,第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念 问：生活中很多是晶体：？ 水晶、食盐、冰糖 水晶 花岗岩中石英 晶体？非晶体？ 1912年 劳埃利（M.V.Laue德,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the

5、ultimate properties of crystal,11,晶体,非晶体,12,第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念 1.晶体与非晶质体 晶体crystal ： 内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列形成的具有格子构造的固体。 短程有序长程有序（short+long range order） 非晶体noncrystal ： 仅短程有序,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,短程有序：质点在三维空间排布的局部的规律性，叫做近程规律或短程有序。 长程有序：质点排布方式在整个晶体中贯穿始终的规律称为长程规律或长

6、程有序（long range order,13,晶体,非晶体,SiO2,14,第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念 玻璃化、非晶化 晶体 非晶体 脱玻化、晶化 问：稳定性？火山玻璃雏晶，放射性蜕变,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,15,第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念 2.准晶体 quasicrystal ： 质点的排列符合短程有序但不体现周期平移重复，即不存在格子构造。 准晶体：有严格的位置序和自相似分行结构 非晶体,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate prop

7、erties of crystal,16,具五次对称轴，无格子构造,短程有序,17,第三节 空间格子-space lattice 1.空间格子的导出 相当点：环境、方位相同几何点，空间意义 CsCl晶体结构 空间格子 空间格子：就是表示晶体内部质点在三维空间做周期 性平移重复排列的几何图形,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,18,第三节 空间格子-space lattice 2.空间格子要素及基本规律 （1） 结点-node,代表相当点，几何点，几何意义 （2） 行列-row，任意二结点，结点间距（row-

8、spacing） （3）面网-net 面网密度、面网间距 （4）平行六面体-parallel hexahedron 实际晶体单位晶胞,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,19,第三节 空间格子-space lattice,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,空间格子中的结点、行列与面网,model,Node Row Net,20,面网密度与面网间距关系示意图,平行六面体,21,第四节 晶体的基本性质 -the ultimat

9、e properties of crystal 1 自限性 self- confinement， 形态，晶面面网、晶棱行列、角顶结点 2 均一性 homogeneity 各部分完全相等；非晶体统计学意义相等 3 异向性 anisotropy 方向上 4 对称性 symmetry 5 最小内能 minimum internal energy 结晶时放热、熔融吸热 6 稳定性 stability,第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,22,矿物自限性,23,矿物自限性,F V E 2 （欧拉定律） 晶面数 角顶数

10、晶棱数,24,矿物均一性,石英,F（x）F（xx,25,矿物异向性,菱 猛 矿,蓝晶石,26,矿物对称性,石 榴 子 石,27,矿物最小内能性、稳定性,吸热，内能增大 晶体 非晶体 放热，内能减小,小结 自限性对称性 均一性异向性 最小内能性稳定性,28,第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal,本章思考题及习题： 1.晶体、非晶质体、准晶体有何区别？ 2.结点间距、面网密度、面网间距之间有何联系？ 3.如何根据晶体的格子构造解释其基本性质？ 4.晶体不一定呈规则的几何多面体外形，这是否与晶体的自限性

11、矛盾？ 5.某些固体生长时可以自发地形成规则的几何多面体外形，这些固体肯定是晶体吗？为什么？ 6.为什么晶体具有确定的熔点而非晶体不具有确定的熔点,29,本章结束第二章,30,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,本章概要 1.晶体生长途径 2.晶体生长二个理论：层生长、螺旋生长理论 3.晶面发育理论：布拉维法则、周期键链 4.影响晶体生长外因、几何淘汰率 5.面角守恒定律,31,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第一节 晶体生长的途径 The ways of crystal formation 1. 气相-固相 如火山喷气S，窗花等凝华作用 2. 液相-固相 熔体中结晶，如岩浆岩，金属晶体

12、溶液中结晶，如温度降低，水分蒸发，化学反应,32,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第一节 晶体生长的途径 3 固相-晶体 非晶体晶体：火山玻璃石英长石雏晶 晶体晶体：同质多相：石英 石英 固溶体分离 再结晶：变质作用,33,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第二节 晶体的层生长和螺旋生长 晶体生长的二个重要理论，晶体生长模型 1.层生长理论 layer growth -W.KosselI.N.Stranski二维成核理论,三面凹角,二面凹角,一般位置,34,1. 层生长理论,石英的环带结构,35,1. 层生长理论,黄铁矿面平棱直,36,1. 层生长理论,面角守恒定律：同种物质的晶体上对应

13、晶面间的夹角不变,37,2. 螺旋生长理论 晶面上的螺旋纹,38,2. 螺旋生长理论 spiral growth,螺旋位错,F.C.Frank,W.K.Burton等人提出。 位错凹角堆积螺旋生长,凹角,39,螺旋生长模型,40,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第三节 晶面发育的二个理论 布拉维法则和周期键链理论 何种面网发育成晶面？ 1.布拉维法则 -法国结晶学家A.bravis 提出：实际晶体的面网常常是由晶体格子构造中面网密度大的面网发育成的,41,晶面生长速度与面网密度关系,面网密度小生长速度快，晶面消失快； 面网密度大生长速度慢，易保留下来成为晶面。 理想状态，不考虑外界条件,生

14、长速度,面网密度小,42,晶面交角和生长速度对晶面发育的约束,43,2. 周期键链（PBC）理论 periodic bond chain 1955年P.Hartman and N.G.Perdok提出 （1）概念 晶体存在强键链。晶体平行键链生长，键力最强的方向生长最快；平行强键链最多的面常成为晶面,44,强键链方向,黑电气石,金绿柱石,45,2）周期键链理论对晶面发育的解释,比较 K S F 面成长速度 F面：平坦面，有两个以上的PBC与之平行，面网密度最大 生长速度最慢易成为晶面 S面：阶梯面，有一个PBC与之平行，面网密度中等 生长速度中等 K面：扭折面，不平行任何PBC，面网密度小 生

15、长速度最快，消失快,46,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第四节 影响晶体生长的外部因素 介质流动、温度、杂质与酸碱度、粘度、结晶速度、生长顺序与生长空间、应力作用,47,1、晶簇 丛生于岩石空洞或裂缝中某一基底之上，另一端朝向自由空间并具有完好晶形的单晶体群,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第五节 晶簇与几何淘汰率,48,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第五节 晶簇与几何淘汰率 2、几何淘汰率 生长速度最大方向与基底平面垂直的晶体继续生长,49,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第六节 歪晶和面角守恒定律 1. 歪晶 distorted crystal,石英的理想晶体,歪晶,5

16、0,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第六节 歪晶和面角守恒定律 2.面角守恒定率 law of constancy of angle 1669年丹麦学者N.Steno 研究石英和赤铁矿晶体，发现 同种物质的晶体，其对应晶面间的角度守恒 重要发现，为几何结晶学研究奠定基础,51,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,第六节 歪晶和面角守恒定律 层生长,石英的理想晶体,歪晶,52,第二章 晶体生长模型与面角守恒定律,思考题及习题: 1.自然界中晶体生长的途径主要有哪些？试举例说明。 2.矿物晶体按照层生长或螺旋生长机制生长的标志有哪些？ 3.晶面发育的布拉维法则和周期键链理论的表述和本质涵义有何异同？ 4.试根据晶面发育的理论阐明通常情况下小颗粒的矿物不同晶面数目较多、形态较复杂，而大颗粒的矿物不同晶面的数目较少、形态较简单。 5.何为歪晶？它是如何形成的？它在矿物成因研究中有何意义？ 6.从晶