结晶学与矿物学S

1、晶体的概念1.晶体：内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体 。或：具有格子状构造的固体2.等同点：晶体结构中物质环境（周围质点的种类）和几何环境（周围质点的分布方位和距 离）都相同的点 3.空间格子：由结点在三维空间作周期性重复排列后构成的无限图形。构成：结点：构成空间格子的几何点，代表晶体结构中一类等同点的位置行列：由任意两个结点连成的直线，有无数个行列 结点间距：每个行列上最小的结点重复周期，等于一个行列上两个相邻结点间的距离 规律： 平行的各个行列上结点间距相等；不平行的行列，其上的结点间距一般不等 面网：结点在平面上的分布即构成面网面网密度：单位面积内的结点数 。 面网间距：两个相邻

2、面网的垂直距离 规律：相互平行的面网，其面网密度和面网间距都相等。不平行的面网，其面网密度和面网间距一般不等 。面网密度大的面网之间，其面网间距大 。面网密度小，其面网间距小。平行六面体：与三个共点但不共面的行列相对应的三组平行行列构成分成一系列平行叠置的平行六面体。三斜格子abc, abg90，单斜格子 abc, a=g=90，b90 。六方格子 a=bc, a=b=90，g=120 。正交格子abc, a=b=g=90， 。立方格子a=b=c, a=b=g=90， 三方格子a=b=c, a=b=g90， 。四方格子a=bc, a=b=g=90， 4.十四种布拉维格子：三斜原始，单斜原始，单

3、斜底心，正交原始格子，正交底心格子，正交体心格子，正交面心格子，四方原始格子，四方体心格子，六方原始格子，三方原始格子，立方原始格子 ，立方体心格子，立方面心格子。5.晶体的基本性质：自限性，对称性，异向性，均一性，内能最小性，最稳定性6.准晶体：内部结构由多级呈自相似的配位多面体,在三维空间作长程定向有序分布的固体固态到晶体：同质多象转变，固溶体分解，非晶体的晶化，变晶。7.晶体的生长理论层生长理论：晶体上存在三种位置，优先占三面凹角。晶体的生长先长满一层面网，再长相邻的一层，逐层的向外平行推移，当生长停止时，最外层的面网即表现为实际的晶面。螺旋生长理论：由于晶核中螺旋位错的出现，从而 在晶

4、面上形成一个永不消失的阶梯，在临近位错线处，永远存在三面凹角，质点首先将在位错线附近的三面凹角处填补，从而使新的质点面网一层接一 层的做螺旋式地生长 8.布拉维法则：实际晶体的晶面常常平行于面网密度最大的面网 9.居里-吴尔夫原理：晶体所具有的形态应使其总的表面能最小。晶面的生长速度与其比表面能成正比。10.面角：晶面法线之间的夹角，其数值等于相应晶面的实际夹角的补角。11.面角守恒定律：成分和结构均相同的所有晶体，对应晶面夹角恒等 晶体的宏观对称：1.对称:就是物体或一图形中相同部分有规律的重复2.晶体宏观对称：为晶体外部性质亦即外表形态上的对称性。表现：相同的晶面、晶棱和角顶作有规律的重复

5、 3.对称操作：为使晶体上的相同部分作有规律的重复所进行的操作4.对称要素：在进行对称操作时所凭借的辅助几何要素对称面：将物体（图形）平分为互为镜象的两个相同部分的假想平面 。对称轴（Ln） 定义：通过晶体几何中心的一根假想的直线 对称中心（C） 旋转反伸轴（Lin） 一根过晶体几何中心假想的直线晶体的定向和晶面符号 1.晶体定向：就是在晶体上建立坐标系统,即选定坐标轴（晶轴）和确定各晶轴上单位长（轴长）之比（轴率） 原则：晶体的对称特点，晶轴必须符合晶体固有的对称性，选择的晶轴之间垂直或近于垂直，使长轴尽可能相等。晶体的理想形态单形：由对称要素联系起来的一组晶面的总合或晶体中彼此间能对称重复

6、的一组晶面的组合 晶面与对称要素（结晶轴）之间的位置关系左右形只出现于仅具对称轴而不具对称面、对称中心和旋转反伸轴的对称型中 定形与变形：单形中晶面与晶轴间的夹角恒等者称为定形；晶面与晶轴间的夹角可变者被称为变形。 矿物的晶体化学1.晶体化学 是研究单质或化合物中离子、分子或原子在晶体内的分布规律，并从而阐明化学成分与晶体结构以及与晶体的物理性质、化学性质之间关系的分支学科2.元素的离子类型：惰性气体型离子（ns2np6，1s2）（卤化物，氧化物，含氧盐） 2，铜型离子 （ns2np6nd10）（硫化物）4，过渡型离子（ns2np6nd1-9）33.等大球体的最紧密堆积立方最紧密堆积 ：三层重

7、复 ABCABCABC.最紧密堆积面（111）六方最紧密堆积 ：两层重复ABABAB. 最紧密堆积面（0001）空隙率29.5% 当n个球做最紧密堆积时四面体空隙数=2n、八面体空隙数=n4.不等大球体的最紧密堆积：阴离子作最紧密堆积阳离子充填其空隙5.配位数：每个原子或离子周围与之呈配位关系的原子或异号离子的数目影响配位数的因素：质点的相对大小，堆积的紧密程度及质点间化学键的性质 温度增高 配位数减小 。压力增大 配位数增高6.配位多面体：以任一原子或离子为中心，将其周围与之呈配位关系的原子或异号离子的中心联线所形成的几何图形 7.类质同像 ：晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他类似

8、的质点所代替，仅晶格常数发生不大的变化，而结构型式并不改变的这种现象 完全的类质同像：两种质点可以任意比例相互取代 有限类质同像：两种质点的相互代替局限在一个有限的范围内等价的类质同像 Fe2+Mg2+ Fe2+Zn2+ 异价的类质同像 Na+Ca2+ Al3+Si4+ 类质同像的形成条件：原子和离子半径，离子电价，离子类型和化学键温度增高有利于类质同像的产生，而温度降低则将限制类质同像的范围并促使离 。压力增大将限制类质同像代替的范围并促使其离溶。组分浓度 满足矿物组分之间的量比8. 研究类质同像的意义：1、有助于阐明矿物床中元素赋存状态、寻找稀有分散元素、进行矿床的综合评价 、2、有助于了

9、解成矿环境。 3、类质同象代替所引起的矿物化学成分的规律变化，必然会导致矿物的一系列物理性质（如颜色、光泽、条痕、折光率、比重、硬度、熔点等等）的规律变化，系统地研究这些规律变化的相互关系就可以使我们根据矿物物性的测定来确定矿物组分的变化9.同质多象：同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件下，形成不同结构的晶体的现象 10.多形：种元素或化合物以两种或两种以上层状结构存在的现象 矿物的化学成分1.克拉克值：地壳中化学元素平均含量的质量百分数2.胶体矿物及其特征：非晶质，无规则几何外形 ，可变性和复杂性 胶体矿物形成 海滨地带和岩石风化壳中矿物/岩石 （风化）胶体溶液 （凝聚，蒸发，中和）胶体

10、矿物 3.水在矿物中的存在形式不参加矿物晶格的水：吸附水，参加矿物晶格的水：结晶水和结构水，过渡类型的水：层间水和沸石水吸附水：中性水，不带电荷，不进入矿物晶体结构，存在于矿物的表面、裂隙中，失水温度很低（0-110之间）。含量不固定，随环境温度和湿度而变，不计入化学式(胶体水除外) 。吸附水的存在不影响矿物的结构。结晶水：以中性水分子的形式存在于晶体结构中，有固定的位置和配位数，有固定的含量，失水温度高（110-230），并影响矿物的结构和性质。结晶水多出现于具有大半径络阴离子的含氧盐矿物中，有一个或几个固定的脱水温度 ，结构水：以H+, H3O+, (OH)-形式存在于晶体结构中。有固定的

11、位置和确定的含量比 ，失水温度高（500,600-1200），失水后，很难重新得到。失水后，离子发生重新排列，变为另一种矿物，矿物中结构水的作用（1）平衡晶体中多余的电荷（2）充填结构空隙层间水和沸石水：以中性水分子的形式存在于层状硅酸盐结构单元层之间（层间水）或架状结构硅酸盐沸石族矿物结构的孔隙和空洞中（沸石水）。参与晶格但含量与吸附阳离子的种类以及环境的温度和湿度有关，介于结晶水和吸附水之间。 有一定的配位数，失水后，矿物结构基本不变，只是矿物的物理化学性质发生一些变化，失水温度低，失水后可以重新获得 4. 晶体化学式: 表明矿物中各组分的种类及数量比及其在矿物结构中的占位 矿物的物理性质

12、1.矿物的呈色机理 带隙跃迁：（1）矿物带隙宽度窄（DEg3.10ev)大与可见光的能量，可将光不被吸收而大部分透过，矿物无色透明内电子转移过渡元素离子的呈色 过渡金属元素具有未充满的d、f电子，进入晶体场后发生晶体场分裂，使离子外层电子轨道重新排列，新形成轨道能级间的能量落在可见光区，为维持新的能量状态需要吸收一定波长的可见光，当矿物受到可见光照射时，便吸收该波长光波，使矿物呈现其互补色。电荷转移含不同价态离子矿物的呈色（电子跃迁）色心呈色：色心是一种晶体结构缺陷，主要是晶格位置未被离子占据而形成的空位为电子所占据而呈现颜色。最常见的是F色心，系以电子占据了阴离子的空位。物理光学效应光的反射

13、、干涉等物理因素所引起的矿物成色2. 矿物颜色的类型 自色是指矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色.自色对矿物鉴定有着重要的意义。他色是由杂质、气液包裹体所引起的颜色假色是因物理光学效应而产生的颜色 体色：物体内部所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一定深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而呈现出其互补色，为矿物所固有的颜色，如橄榄石吸收紫光而呈橄榄绿色表色：即反射色，亦即反射光所呈现的颜色。3. 矿物的条痕：矿物的条痕是指矿物粉末的颜色。将矿物在白色无釉瓷板上刻划后，观察其留下的粉末颜色。矿物的条痕可以消除假色、减弱他色，因而比矿物颜色更稳定应用对象：有色矿物 低硬度矿物（硬度2.8GPa

14、)的产物标型矿物可以表征特定的地质作用条件。因此，标型矿物本身就是成因上的标志 3、矿物的组合、共生和伴生矿物组合 不管生成时间先后，只要在空间上共同存在的不同矿物就称为一个矿物组合共生组合 同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）的矿物组合伴生组合 不同成因或成矿期（或成矿阶段）的矿物组合 矿物的分类体系：大类 类 （亚类） 族 种 （亚种）矿物的晶体化学分类：第一大类自然元素：金属元素 、半金属元素 、非金属元素 第二大类 硫化物及类似化合物：简单硫化物 、复硫化物 、硫盐 第三大类 氧化物及氢氧化物:氧化物、氢氧化物 第四大类 含氧盐：硅酸盐 、硼酸盐 、磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐 、钨酸盐、钼酸

15、盐 、铬酸盐 、硫酸盐 、碳酸盐 、硝酸盐第五大类卤化物矿物：1：金刚石与石墨同为碳原子组成，为什么差异极大金刚石在高温高压条件下形成。产于与超基性岩有关的金伯利岩（角砾云母橄榄岩、橄榄岩）和钾镁煌斑岩中。它们通常呈岩管、岩墙和岩脉产出，也可呈喷发状态产出。此外，金刚石也可来自榴辉岩中 石墨在高温条件下形成。分布最广的是石墨的变质矿床。这种矿床多产在受强烈区域变质或接触变质的岩层，如片麻岩、片岩、石灰岩等，系由原来岩层所含碳质沉积物或煤层受变质作用或岩浆侵入作用的影响而成 2.各大类矿物在风化过程中的稳定性：层状结构、含水及变价元素的矿物比较容易风华；硫化物、碳酸盐矿物较容易风化；硅酸盐、氧化

16、物矿物比较稳定；自然元素矿物最稳定。3.自然界s的价态、矿物类型、成因特征？自然界中硫元素在不同的氧化还原条件下，呈现不同氧化状态：S2-S22-S0S4+S6+。S2-, S22-组成硫化物，S0形成自然硫，S4+是SO2 ，S6+以SO42-存在于硫酸盐中硫化物中阴离子硫可以具有不同的价态，大部分硫以S2-的形式与阳离子结合，亦可以对硫S22-的形式与阳离子结合，还可以与半金属元素As, Sb, Bi组成络阴离子团AsS33-、SbS33-等形式与阳离子结合形成硫的类似化合物。 阳离子：阳离子主要是铜型离子以及靠近铜型离子一边的过渡型离子。主要是Cu, Pb, Zn, Ag, Hg, Fe

17、, Co, Ni等。本类矿物类质同像代替非常广泛，在阳离子或阴离子之间都可有类质同象产生。阴离子S, Se, Te, As, Sb, Bi之间常发生完全的或不完全的类质同像。特别是，在硫化物中一些稀有分散元素往往呈类质同象混入物存在。例如，Re常在辉钼矿中作为类质同象混入物代替Mo，但它却很少与硫组成独立矿物。这些硫化物矿物可作为稀有金属矿床综合利用。因而具有重要的经济价值。 4.【s2】2-和【s】2-的区别？对硫硫化物矿物类主要以金属阳离子与 S22- AsS2-形成的硫化物，以密度大、硬度大、无解理为其特征。也以此区别于简单硫化物。5.黄铁矿和黄铜矿的区别？黄铜矿(chalcopyrit

18、e) CuFeS2黄铜色，条痕绿黑色，金属光泽。无解理。摩氏硬度34，性脆，比重4.14.3。黄铁矿(pyrite) FeS2浅黄（铜黄）色，条痕绿黑色，强金属光泽，不透明，无解理，参差状断口。摩氏硬度较大，达6-6.5，小刀刻不动。比重4.9-5.2。在地表条件下易风化为褐铁矿6.褐铁矿和铝土矿的概念及地质意义？褐铁矿是一种常见的铁矿，常形成于铁矿床的氧化带中，多以次生矿形态存在。也经常因沉积作用生成于河床、海床、沼泽中。不会形成晶体结构，通常为结核状、乳状、土块状出现。并具有放射状的结构。铝土矿(Bauxite)是最重要的含铝矿物，主要成分为Al(OH)3、软水铝石、硬水铝石，及针铁矿、赤

19、铁矿、石英等。褐铁矿和铝土矿是长期风化、风化壳的指示矿物。7.碳酸盐矿物：菱面体晶形，解理，低硬度，与酸反应。方解石型结构方解石的晶体结构可视为NaCl型结构的衍生结构，即若将NaCl结构中的Na+和Cl-分别用Ca2+和CO32-取代，其原立方面心晶胞沿其中一个3次轴方向压扁而呈钝角菱面体状后，就成为方解石结构。 Ca2+的配位数为6。由于NaCl结构中的100方向为电性中和面，从而产生该方向的完全解理，与此相似，方解石具有1011的完全解理文石型结构：正交晶系，无解理或010，不完全解理。文石的晶体结构与方解石不同，文石的结构中Ca2+和CO32-是按六方最紧密方式排列的，每一个钙离子为6

20、个CO32-所包围，与钙离子相邻接触的氧原子为9个，钙离子的配位数是9，文石型结构为正交晶系方解石：三方晶系，菱面体晶形，菱面体完全解理，硬度3, 相对密度2.72。形成于多种地质条件下：中低温热液；风化作用石钟乳；海相沉积石灰岩；文石：斜方晶系，柱状晶形和柱状不完全解理，硬度3.5-4 相对密度 2.95。主要形成于外生作用，近代海洋沉积物及金属矿床氧化带；现代温泉沉积物；低温热液 。文石不稳定常转变为方解石并保留文石的假象 8.硫酸盐矿物：硫酸盐矿物的晶体结构中，络阴离子SO42-呈四面体，半径很大，稳定性弱，低温热液和化学沉积作用，含结晶水的矿物。9. 简述硅氧骨干的特征？硅酸盐的基本构

21、造单元中Si和O组成的硅氧四面体SiO44-，在硅酸盐结构中SiO44-四面体既可以孤立地被其它阳离子包围起来，也可以彼此以共角顶的方式连结起来形成各种形式的硅氧骨干与其它阳离子结合。岛状硅氧骨干：孤立四面体SiO44-；两个硅氧四面体共用一个角顶构成双四面体Si2O76-环状硅氧骨干：三方环Si3O96-、四方环Si4O128-及六方环Si6O1812-链状硅氧骨干：硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成一向延伸的单链Si2O64-，硅氧四面体部分共用两个角顶，部分共用三个角顶相互联接构成一向延伸的双链Si4O116-层状硅氧骨干：硅氧四面体共用三个角顶构成二向延展的平面层状Si4O104-架状

22、硅氧骨干:络阴离子可用通式(AlxSin-x)O2nx-表示10.Al的作用硅酸盐矿物的分类Al可以呈4次配位，代替部分的Si4+进入络阴离子，形成铝硅酸盐，如钠长石NaAlSi3O8Al可以呈6次配位，存在于硅氧骨干之外，作为阳离子，形成铝的硅酸盐，如高岭石Al4Si4O10(OH)8Al的两种配位形式可以同时存在于同一构造中，形成铝的铝硅酸盐，如白云母KAl2AlSi3O10(OH)2对硅酸盐矿物结构的影响A1O4四面体为不稳定的配位形式，在结构中需要由SiO4四面体的支持，只有在具有无限延伸的硅氧骨干(链、层、架)的结构中，Al代Si才有可能，而在具有架状硅氧骨干的硅酸盐中，Al代Si是

23、必须的。Al代Si的易难顺序如下、架状、层状、双链和和单链。在晶体结构，两个AlO4不能相连，Al代Si的数目不能超过硅氧骨干中Al和Si的总数的一半。即Al:Si1:1。 11. 离子的堆积具有岛状硅氧骨干结构的矿物中，O常作最紧密堆积，金属阳离子充填在八面体、四面体空隙中，如橄榄石的晶体结构；当阳离子的配位数为8时，虽然氧不作紧密排列，但整个结构则为最紧密堆积。如锆石、石榴石。具有环状硅氧骨干结构的矿物中，环与环之间作近密集平行排列，环间空隙被其它金属阳离子充填。环中间具有较大空隙，如绿柱石、电气石。具有链、层状硅氧骨干结构的矿物中，链状或层状硅氧骨干作尽可能的紧密平行排列，硅氧骨干之间被

24、其它金属阳离子充填，整个结构堆积的比较紧密，如辉石、角闪石、云母类。具有架状硅氧骨干结构的矿物中。离子不作紧密堆积。如长石结构。12.矿物的形态：具岛状硅氧骨干的硅酸盐在形态上常呈三向等长粒状；具环状硅氧骨干的硅酸盐常呈柱状习性，柱状习性往往属六方或三方晶系，柱的延长方向垂直于环状硅氧骨干的平面；具链状硅氧骨干的硅酸盐常呈柱状或针状晶体，晶体延长的方向平行链状硅氧骨干的延长方向；具层状硅氧骨干的硅酸盐呈板状、片状、甚至鳞片状，延长方向平行层状硅氧骨干延长的方向；架状硅氧骨干的硅酸盐其形态决定于架内化学键的分布，可形成柱状、层状等晶形物性：解理:具岛状和环状硅氧骨干的硅酸盐一般解理不好；具链状骨干者常平行链延长的方向产生解理；具层状骨干者常平行层面有极完全解理；具架状骨干者，解理决定于架中化学键的分布相对密度一般具岛状硅氧骨干的硅酸盐具有较大的相对密度；具有层状、架状硅氧骨干的硅酸盐的相对密度较小；含水的硅酸盐矿物相对密度较小13.怎样区别辉石族与角闪石族矿物？相同点：具有相似的化学成分络阴离子 Si-O骨干，阳离子：Mg、Fe、Ca、Na、K绝大多数为单斜晶系，少数为斜方晶系；晶体沿链间发育为柱状、针状、纤维状；矿物颜色类似、硬度较大（5-6）皆发育两组柱面解理 不同点：形态上角闪石的柱状更明显、更长； 晶体横断面 辉石：呈假八边形 角闪石：假六边形或假菱形