第二章 晶体的形成.ppt

1、第二章 晶体的形成,晶体形成的方式,晶核的形成,晶体的成长,晶面的发育,面角守恒定律,一、晶体形成的方式,形成晶体的作用，称为结晶作用。晶体的形成过程就是 由任一种物相转变为结晶固相的过程。晶体有下列四种主要 形成方式： （1）由液相结晶固相。 （2）由气相结晶固相。 例如 火山喷出硫蒸气，在火山口附近因温度降低而结晶出自然硫晶体； 水蒸汽遇冷凝结雪花。,可分为,由溶液(过饱和)开始结晶。例如盐湖因蒸发作用达到过饱和而结晶出石盐、钾盐、石膏等晶体。,由熔体(过冷却)开始结晶。例如铁水冷凝成铁晶体。,（3）由非晶质固相结晶固相。 自然界的非晶质固相物质 例如 火山玻璃 石英、长石的微晶（晶化或脱

2、玻化）； 非晶质胶体矿物蛋白石隐晶质玉燧 石英晶体。 （4）由一种结晶固相另一种结晶固相。 同质多象转变。如石墨(C) 金刚石(C). 再结晶。如石灰岩(细粒方解石) 大理岩(粗粒方解石).,火山喷发出的熔岩流迅速冷却，固结为非晶质的火山玻璃。,胶体溶液脱水，形成非晶质固相物质。如蛋白石等。,高T高P,T,在地质作用过程中,绝大多数矿物晶体 都是从液相中结晶形成的。,二、晶核的形成(晶体的发生),晶体的成长。 晶核(亦称晶芽): 是晶体生长最原始的胚胎(生长 点), 是极微小的微晶粒，是晶体成长的中心。 外来晶核，非自成的。例如人工合成水晶，就是在溶液 中放入一个石英晶粒(籽晶)作为晶核。 当

3、过冷却或过饱和度很高时,产生的晶核数目多; 反之则少.,晶体形成全过程包括两个阶段,形成晶核的条件,自发晶核(质点聚合),溶液过饱和,熔体过冷却,形成晶核。,三、晶体的成长,实际上是晶核形成后，质点按格子构造规律在晶 核上不断地堆积过程。 晶体生长的两种主要理论： 1. 层生长理论: 要讨论的关键问题是: 在一个面尚未生长完全前, 在这一界面上找出最佳生长位置。,晶体理想生长过程中质点堆积顺序的图解,1,2,3,位置1-三面凹角;位置2-两面凹角;位置3-一般位置,(h)孔,图表示质点往晶芽上堆积时，在其表面只有三种可能的堆 积位置1、2和3, 分别称为三面凹角、两面凹角和一般位置.每 种位置

4、上因成键数目不同, 新质点就位后的稳定程度亦不同。 因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角位, 最不容易生长的位置是平坦面。 这样，最理想的晶体生长方式就是:先在三面凹角上生长 成一行，以至于三面凹角消失，再在两面凹角处生长一个质 点，以形成三面凹角，再生长一行，重复下去。,层生长过程,结论: 晶体在理想情况下生长时, 一旦有三面凹角存在, 质点则优先沿三面凹角位置生长一条行列;而当这一条行列 长满后, 就只有两面凹角了, 质点就只能在两面凹角处生长, 这时又会产生三面凹角位置, 然后将重复上述过程生长相 邻行列; 在长满一层面网后, 质点就只能在任意的一般位 置上生长,接着就会有两面

5、凹角产生, 随后又会有三面凹角 的形成 , 再开始生长第二层面网。晶面 (最外层面网) 是 平行向外推移生长的。这就是晶体的 层生长理论 。,层生长理论可以解释如下一些生长现象： （1）晶体的自限性 晶体常生长为面平、棱直的几 何多面体形态。 （2）晶体断面上的环带构造 各个环带代表了在晶 体成长的不同阶段中，由于介质性质或环境条件的某种变化, 在晶体内留下的当时晶形轮廓的痕迹。它表明晶体是平行向 外推移生长的。 （3）面角守恒定律 由于晶面是向外平行推移生长 的，所以同种矿物不同晶体上对应晶面间的夹角不变。 （4）生长锥或沙钟构造 晶体由小长大, 许多晶面 向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为

6、顶点的锥状体。,普通辉石的沙钟构造,- 石英晶体横断面上烟灰色和乳白色相间的环带构造,- 石英晶体的带状构造,合成红宝石的六方色带,有什么现象可以证明层生长理论?,实际晶体生长也可能一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长，最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。 总之，层生长理论的中心思想是：晶体 生长过程是晶面层层外推的过程。 但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有最佳生长位置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在这一平坦面上先生长一个质点，由此来提供最佳生长位置。这个先生长在平坦面上的质点就相当于一个二维核，形成这个二维核需要

7、较大的过饱和度，但许多晶体在过饱和度很低的条件下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差异，弗兰克(Frank)于1949年提出了螺旋位错生长机制。,2螺旋生长理论（BCF理论） 该模型认为晶面上存在 螺旋位错露头点可以作为 晶体生长的台阶源,可以对 平坦面的生长起着催化作用, 这种台阶源永不消失，因此 不需要形成二维核，这样便 成功地解释了晶体在很低过 饱和度下仍能生长这一实验 现象。,螺旋生长过程,有什么现象可证明螺旋生长理论？,SiC晶体表面的生长螺纹,这两个理论有什么联系与区别？ 联系：都是层层外推生长； 区别：生长新的一层的成核机理不同,四、晶面的发育,在晶体生长过程中，不同晶面的相

8、对生长速度不同。 晶体的形态取决于晶面的相对生长速度。 所谓晶面生长速度：是指晶面在单位时间内沿其法线 方向所增长的速度。 生长速度慢，晶面扩大，最后包围整个晶体。 生长速度快，晶面缩小，最终消失。 晶体是被生长速度慢的晶面所包围。 布拉维法则指出：晶体上的实际晶面平行于面网密度 大的面网；且面网密度越大，相应晶面的重要性也越大。,若,晶面的重要性可由晶面本身的大 小, 在各个晶体上出现的频数，以及 是否平行解理面来衡量。,阐述：右图为一晶体格子构造的一个切面, AB，BC, CD为三个 晶面的迹线，相应面网的面网密度是ABCDBC，面网密度大 的晶面,面网间距大也, 对外的质点吸引力就小,

9、质点就不易生长上去， 如图所示。当晶体继续 生长，质点将优先堆积 1位置，其次是2，最后 是3位置。于是,晶面BC 将优先生长，CD次之， 而AB则落在最后。晶面 生长速度是：ABCDBC。,A,B,C,D,a,b,A,B,C,D,2,1,3,晶体构造中面网密度与生长速度关系图解 面网密度是 ABCDBC； 晶面生长速度是 ABCDBC。,(b),(a),a b,结论：在一个晶体上，各晶面间相对的生长速度与它们 本身面网密度的大小成反比，即面网密度越大的晶面，其生 长速度越慢；反之则快。 保留下来的实际晶面便将是面网密度大的晶面, 而且面网 密度越大, 被保留下来的几率也越大，晶面本身的面积相

10、应 也大。 解释了从小晶体成长为大晶体时晶面数目趋于减少,晶 形趋于简单的原因。 不足之处：不能解释有时同一种矿物在不同的生长环境 中形态不同。即没有考虑外界温度、压力、溶液溶度、所含 杂质及晶体内部缺陷对晶面生长速度的影响。,五、决定晶体生长形态的外因(P133),温度 杂质 粘度 结晶速度 涡流 所有这些外因是通过内因起作用的。,六、面角守恒定律：,实际晶体形态（歪晶）：偏离理想晶体形态。 尽管形态各不相同, 看似无规律, 但对应的晶面面角相等, 即“面角守恒定律”。 同种矿物的晶体，其对应晶面间角度守恒。 面角守恒定律的意义：结晶学发展的奠基石。,- 石英晶体的理想形态(A)和歪晶(B) 均由六方柱m1010及菱面体r1011和菱面体z0111组成,A,B,-,-,-,本章重点总结:,形成晶体的四种方式 成核的条件 晶体生长的两种主要理论 影响晶体形态的因素、布拉维