晶體基本性質(zhì)結(jié)晶學(xué)礦物學(xué)巖石學(xué)晶體光學(xué)參考書目：1、《結(jié)晶學(xué)及礦物學(xué)》，潘兆櫓主編，地質(zhì)出版社，1993年。2、《硅酸鹽巖相學(xué)》，邵國(guó)有主編，武漢工業(yè)大學(xué)出版社，1991年。第2頁,共61頁，星期六，2024年，5月第一篇幾何結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)緒論第一章晶體的基本性質(zhì)第二章晶體的投影第三章晶體的對(duì)稱第四章單形和聚形第五章晶體定向和結(jié)晶符號(hào)第六章晶體構(gòu)造的幾何理論第七章晶體的規(guī)則連生結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)第3頁,共61頁，星期六，2024年，5月一、礦物的概念礦物是指地質(zhì)作用和天體作用中形成的單質(zhì)或化合物；具有一定的化學(xué)成分；具有一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)；在一定的物化條件下穩(wěn)定；是組成巖石和礦石的基本單元。地殼中的礦物約3000種礦物形式:固態(tài)（絕大多數(shù)是晶質(zhì)體）、液態(tài)（汞、水）、氣態(tài)（火山噴氣中的二氧化碳、水蒸氣）人造礦物、合成礦物、隕石礦物、月巖礦物、宇宙礦物礦物的用途廣泛：直接利用礦物本身的特性（物化性質(zhì)）；從礦物中提取有用元素（化學(xué)成分）緒論緒論第4頁,共61頁，星期六，2024年，5月二、晶體和非晶質(zhì)體的概念

1、晶體晶體的研究首先是從研究晶體幾何外形的特征開始在古代，無論中外，都把具有規(guī)則的幾何多面體形態(tài)的水晶稱為晶體凡是具有（非人工琢磨而成）幾何多面體形態(tài)的固體都稱之為晶體（石鹽、方解石、磁鐵礦等）以上兩種定義都是不正確的自然界的礦物一般都是天然晶體。研究礦物將涉及晶體許多固有的特性和結(jié)晶學(xué)法則與定律。因此，學(xué)習(xí)礦物學(xué)必須具備結(jié)晶學(xué)的基礎(chǔ)。緒論第5頁,共61頁，星期六，2024年，5月無色水晶緒論第6頁,共61頁，星期六，2024年，5月水晶晶簇水晶晶簇緒論第7頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第8頁,共61頁，星期六，2024年，5月黃鐵礦石鹽緒論第9頁,共61頁，星期六，2024年，5月冰州石緒論第10頁,共61頁，星期六，2024年，5月石榴石緒論第11頁,共61頁，星期六，2024年，5月長(zhǎng)石緒論第12頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第13頁,共61頁，星期六，2024年，5月綠柱石緒論第14頁,共61頁，星期六，2024年，5月鉆石原石緒論第15頁,共61頁，星期六，2024年，5月金剛石緒論第16頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第17頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第18頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第19頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第20頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第21頁,共61頁，星期六，2024年，5月常林鉆石常林鉆石緒論第22頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第23頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第24頁,共61頁，星期六，2024年，5月石墨緒論第25頁,共61頁，星期六，2024年，5月螢石緒論第26頁,共61頁，星期六，2024年，5月鈣沸石緒論第27頁,共61頁，星期六，2024年，5月1912年，X射線晶體衍射實(shí)驗(yàn)成功，對(duì)晶體的研究從晶體的外部進(jìn)入到晶體的內(nèi)部，使結(jié)晶學(xué)進(jìn)入一個(gè)嶄新的發(fā)展階段?，F(xiàn)已證明，一切晶體不論其外形如何，它的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）都是在三維空間有規(guī)律排列，主要表現(xiàn)為同種質(zhì)點(diǎn)的周期重復(fù)，構(gòu)成了所謂的“格子構(gòu)造”。所有晶體都具有格子構(gòu)造——晶體的共同特點(diǎn)。緒論第28頁,共61頁，星期六，2024年，5月Cl-Na+石鹽晶體結(jié)構(gòu)緒論晶體的正確的定義：晶體是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體；或者說晶體就是具有格子構(gòu)造的固體。第29頁,共61頁，星期六，2024年，5月緒論第30頁,共61頁，星期六，2024年，5月2、非晶質(zhì)體

有些狀似固體的物質(zhì)如玻璃、琥珀、松香等，它們的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不作規(guī)則排列，不具有格子構(gòu)造，稱為非晶質(zhì)體或非晶體。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，非晶體中質(zhì)點(diǎn)的分布頗似于液體，嚴(yán)格地說，它們不是固體，是過冷液體。只有晶體才能稱為真正的固體。緒論第31頁,共61頁，星期六，2024年，5月1985年電子顯微鏡研究發(fā)現(xiàn)了一種新的物態(tài)，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的具體形式雖然仍在探索之中，但從其對(duì)稱性可見，其質(zhì)點(diǎn)的排列應(yīng)是長(zhǎng)程有序，但不體現(xiàn)周期重復(fù)，不存在格子構(gòu)造，人們把它稱為準(zhǔn)晶體。3、準(zhǔn)晶體緒論第32頁,共61頁，星期六，2024年，5月三、結(jié)晶學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容晶體生長(zhǎng)學(xué)：研究晶體發(fā)生、成長(zhǎng)機(jī)理和晶體的合成。幾何結(jié)晶學(xué)：研究晶體外形的幾何規(guī)律。晶體結(jié)構(gòu)學(xué)：研究晶體結(jié)構(gòu)的幾何規(guī)律、結(jié)構(gòu)型式和構(gòu)造的缺陷。晶體化學(xué)：主要研究晶體的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，并進(jìn)而探討成分、結(jié)構(gòu)與其性能和生成條件的關(guān)系。晶體物理學(xué)：研究晶體的物理性質(zhì)及其產(chǎn)生機(jī)理。緒論第33頁,共61頁，星期六，2024年，5月四、礦物學(xué)主要研究?jī)?nèi)容主要研究對(duì)象：地殼中產(chǎn)出的、無機(jī)的、晶質(zhì)礦物。主要研究?jī)?nèi)容：礦物化學(xué)成分、內(nèi)部構(gòu)造、形態(tài)、物理性質(zhì)及其相互關(guān)系，并闡明地殼中礦物的形成和變化歷史，探討其時(shí)間和空間分布的規(guī)律及其實(shí)際用途。緒論第34頁,共61頁，星期六，2024年，5月晶體的空間格子構(gòu)造規(guī)律第一章晶體的基本性質(zhì)

晶體的基本性質(zhì)

晶體發(fā)育的一般規(guī)律第35頁,共61頁，星期六，2024年，5月1、空間格子2、空間格子要素一、晶體的空間格子構(gòu)造規(guī)律

晶體的基本性質(zhì)第36頁,共61頁，星期六，2024年，5月1、空間格子茲以氯化銫（CsCl）的晶體結(jié)構(gòu)為例。無論Cl-

或Cs＋在晶體結(jié)構(gòu)的任何一方向上都是每隔一定的距離重復(fù)出現(xiàn)一次。晶體的基本性質(zhì)第37頁,共61頁，星期六，2024年，5月為進(jìn)一步揭示質(zhì)點(diǎn)周期性重復(fù)規(guī)律，我們可對(duì)它作某種抽象。先在結(jié)構(gòu)中選出任一幾何點(diǎn)，該點(diǎn)可以取在陰或陽離子中心，也可取它們之間的任意一點(diǎn)，然后在結(jié)構(gòu)中找出與此點(diǎn)相當(dāng)?shù)膸缀吸c(diǎn)，稱為“相當(dāng)點(diǎn)”。相當(dāng)點(diǎn)的條件是：⑴若原始幾何點(diǎn)取在質(zhì)點(diǎn)中心，則相當(dāng)點(diǎn)所占的質(zhì)點(diǎn)種類應(yīng)相同，即占據(jù)同種質(zhì)點(diǎn)的中心；⑵質(zhì)點(diǎn)周圍的環(huán)境以及方位應(yīng)是相同的，也就是說這些質(zhì)點(diǎn)周圍相同的方向上要有相同的質(zhì)點(diǎn)。晶體的基本性質(zhì)第38頁,共61頁，星期六，2024年，5月晶體的基本性質(zhì)第39頁,共61頁，星期六，2024年，5月晶體的基本性質(zhì)相當(dāng)點(diǎn)可以簡(jiǎn)單的定義為晶體結(jié)構(gòu)中物質(zhì)環(huán)境和幾何環(huán)境完全相同的點(diǎn)，也稱“等同點(diǎn)”。在氯化銫晶體結(jié)構(gòu)中，無論原始點(diǎn)選在Cl－還是Cs＋的中心，或其它任何地方，找出的相當(dāng)點(diǎn)的分布相同。相當(dāng)點(diǎn)的分布可體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中所有質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)規(guī)律。第40頁,共61頁，星期六，2024年，5月為研究晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的重復(fù)規(guī)律不受晶體大小限制，設(shè)想空間格子為無限圖形?？臻g格子晶體的基本性質(zhì)例如：1mm3的NaCl晶體結(jié)構(gòu)中包含大約7×1017個(gè)相當(dāng)于一個(gè)晶胞的小立方體，這樣的圖形，完全可以看成是無限的。相當(dāng)點(diǎn)在三維空間作規(guī)則排列而成的格子狀幾何圖形稱為空間格子。第41頁,共61頁，星期六，2024年，5月2、空間格子要素

⑴結(jié)點(diǎn)：空間格子中的點(diǎn)，代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)，只具幾何意義，不代表任何質(zhì)點(diǎn)。但在實(shí)際晶體中，結(jié)點(diǎn)的位置可以被同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。⑵行列：結(jié)點(diǎn)在直線上的排列即構(gòu)成行列。行列中相鄰結(jié)點(diǎn)間的距離稱為該行列的結(jié)點(diǎn)間距。同一行列或彼此平行的行列上結(jié)點(diǎn)間距相等；不同方向的行列，其結(jié)點(diǎn)間距一般不等。行列晶體的基本性質(zhì)第42頁,共61頁，星期六，2024年，5月面網(wǎng)晶體的基本性質(zhì)⑶面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的數(shù)目稱為網(wǎng)面密度?；ハ嗥叫械拿婢W(wǎng)，網(wǎng)面密度相同；不平行的面網(wǎng)，網(wǎng)面密度一般不等。相互平行的相鄰兩面網(wǎng)之間垂直距離稱為面網(wǎng)間距。

第43頁,共61頁，星期六，2024年，5月由八個(gè)結(jié)點(diǎn)、六個(gè)兩兩平行而且相等的面組成。在實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中所劃分出這樣的相應(yīng)的單位稱為晶胞。整個(gè)晶體可以視為晶胞在三維空間平行地、毫無間隙地重復(fù)堆砌而成。平行六面體晶體的基本性質(zhì)⑷平行六面體：是空間格子在三維空間上可劃出的最小重復(fù)單位。第44頁,共61頁，星期六，2024年，5月二、晶體的基本性質(zhì)

晶體通常被平的晶面所包圍，晶面相交成直的晶棱，晶棱匯聚成尖的角頂。晶體多面體形態(tài)，是其格子構(gòu)造在外形上的直接反映。晶面、晶棱與角頂分別與格子構(gòu)造中面網(wǎng)、行列及結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。一切晶體所共有的，并且是由晶體的格子構(gòu)造所決定的性質(zhì)，稱為晶體的基本性質(zhì)。晶體的基本性質(zhì)1、自限性：是指晶體在適當(dāng)條件下可以自發(fā)地形成幾何多面體的性質(zhì)。第45頁,共61頁，星期六，2024年，5月3、異向性：同一晶體的格子構(gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)的排列一般不同，晶體的性質(zhì)也就隨著方向的不同而有所差異。如藍(lán)晶石的硬度、云母的解理、石英折射率等。4～4.56～7藍(lán)晶石晶體的硬度晶體的基本性質(zhì)2、均一性：由于晶體是具有格子構(gòu)造的固體，在同一晶體的各個(gè)不同部分，質(zhì)點(diǎn)的分布一樣，故晶體的各部分的物理化學(xué)性質(zhì)相同。非晶體也具均一性，因不具格子構(gòu)造，其均一性是統(tǒng)計(jì)的、平均近似的均一，稱為統(tǒng)計(jì)均一性；而晶體均一性取決于格子構(gòu)造，稱為結(jié)晶均一性。兩者有本質(zhì)區(qū)別。第46頁,共61頁，星期六，2024年，5月6、穩(wěn)定性：由于晶體具有最小內(nèi)能，因而結(jié)晶狀態(tài)是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，質(zhì)點(diǎn)只在其平衡位置上振動(dòng)。非晶體不穩(wěn)定，有自發(fā)地向晶體轉(zhuǎn)化的趨向。晶體和非晶體在一定條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的。非晶體轉(zhuǎn)化為晶體稱為晶化或脫玻化；反之稱為非晶化或玻璃化。晶體的基本性質(zhì)4、對(duì)稱性：是指某種相同的性質(zhì)在不同的方向或位置上作有規(guī)律地重復(fù)。對(duì)稱性是晶體非常重要的性質(zhì)，也是晶體分類的基礎(chǔ)。5、最小內(nèi)能：在相同的熱力學(xué)條件下晶體與同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體相比較，其內(nèi)能最小。第47頁,共61頁，星期六，2024年，5月三、晶體發(fā)育的一般規(guī)律晶體的發(fā)生和成長(zhǎng)，實(shí)質(zhì)上是在一定條件下組成物質(zhì)的質(zhì)點(diǎn)按照格子構(gòu)造規(guī)律排列的結(jié)果。1、晶體的形成方式⑴由液相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w

a、從熔體中結(jié)晶：熔體過冷卻b、從溶液中結(jié)晶：溶液過飽和（溫度降低、水分蒸發(fā)）、通過化學(xué)反應(yīng)生成難溶物質(zhì)。⑵由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w⑶由固相再結(jié)晶為固相：如由細(xì)粒方解石晶體組成的石灰?guī)r與巖漿巖接觸時(shí)，受熱后可以形成由粗粒方解石晶體組成的大理巖。再如玻璃轉(zhuǎn)化為結(jié)晶質(zhì)。晶體的基本性質(zhì)第48頁,共61頁，星期六，2024年，5月晶體的基本性質(zhì)2、晶核的形成

晶體生成的一般過程是先生成晶核，而后再逐漸長(zhǎng)大。一般認(rèn)為晶體從液或氣相中生長(zhǎng)有三個(gè)階段：①介質(zhì)達(dá)到過飽和、過冷卻階段；②成核階段；③生長(zhǎng)階段。某種介質(zhì)體系中，過飽和、過冷卻狀態(tài)的出現(xiàn)，并不意味著整個(gè)體系的同時(shí)結(jié)晶，體系內(nèi)各處首先出現(xiàn)瞬時(shí)的微細(xì)粒結(jié)晶粒子，我們把這種最先形成的微晶粒稱為晶核（晶芽，籽晶）。然后，溶液中的質(zhì)點(diǎn)向晶核上粘附而使結(jié)晶格子逐漸擴(kuò)大，晶體圍繞著晶核生長(zhǎng)。第49頁,共61頁，星期六，2024年，5月

Kossel在1927年首先提出，后經(jīng)斯特蘭斯基（Stranski）加以發(fā)展的晶體層生長(zhǎng)理論。

晶核表面可能有三種不同的位置，即三面凹角1、二面凹角2和一般位置3。介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)被晶核吸附后，向晶核堆積時(shí)優(yōu)先粘附在三面凹角，其次是二面凹角，最后才在一般位置上堆積。3、晶體的生長(zhǎng)理論⑴層生長(zhǎng)理論（科塞爾－斯特蘭斯基理論）晶體的基本性質(zhì)第50頁,共61頁，星期六，2024年，5月晶體的基本性質(zhì)層生長(zhǎng)理論:晶體在理想情況下生長(zhǎng)時(shí)，先長(zhǎng)成一條行列，然后再長(zhǎng)相鄰的行列；在長(zhǎng)滿一層面網(wǎng)后，再開始長(zhǎng)第二層面網(wǎng)、第三層面網(wǎng)……。晶面（晶體最外層的面網(wǎng)）是平行向外推移生長(zhǎng)的。第51頁,共61頁，星期六，2024年，5月層生長(zhǎng)理論可以解釋：晶體生長(zhǎng)為面平、棱直的幾何多面體形態(tài)。晶體斷面上的帶狀構(gòu)造。反之表明晶面是平行向外推移生長(zhǎng)的。面角恒等定律。晶體由小長(zhǎng)大，許多晶面向外平行移動(dòng)的軌跡形成以晶體中心為頂點(diǎn)的錐狀體，稱“生長(zhǎng)錐”或“砂鐘狀構(gòu)造”。寶塔飛檐晶體的基本性質(zhì)第52頁,共61頁，星期六，2024年，5月①實(shí)際情況復(fù)雜很多，一次沉淀在一個(gè)晶面上的物質(zhì)層的厚度?？蛇_(dá)幾萬或幾十萬個(gè)分子層。同時(shí)也不一定是逐層堆積，而是一層尚未長(zhǎng)完，又一新層開始生長(zhǎng)，結(jié)果可能使晶面不平坦，成為階梯狀稱為“晶面階梯”。②已長(zhǎng)好的面網(wǎng)對(duì)溶液中的質(zhì)點(diǎn)的引力較小，不易克服質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)使質(zhì)點(diǎn)就位。因此在過飽和度或過冷卻度較低時(shí)，晶體的生長(zhǎng)需要用其它理論解釋。層生長(zhǎng)理論的不足：主要是把晶體生長(zhǎng)過程簡(jiǎn)單化。晶面的階梯狀生長(zhǎng)晶體的基本性質(zhì)第53頁,共61頁，星期六，2024年，5月晶體的基本性質(zhì)第54頁,共61頁，星期六，2024年，5月（2）螺旋生長(zhǎng)理論（弗朗克等，1949、1951，簡(jiǎn)稱“BCF理論”）

在晶體生長(zhǎng)界面上螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)所出現(xiàn)的凹角可作為晶體生長(zhǎng)的永不消失的臺(tái)階源，晶體就圍繞著螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)旋轉(zhuǎn)生長(zhǎng)。隨著晶體的不斷長(zhǎng)大，最終表現(xiàn)在晶面上形成能提供生長(zhǎng)條件信息的各種樣式的螺旋紋。成功解釋了晶體在很低的過飽和度下生長(zhǎng)的實(shí)際現(xiàn)象。晶體的基本性質(zhì)第55頁,共61頁，星期六，2024年，5月