晶体的形成精选课件.ppt

关于晶体的形成第一页，本课件共有26页一、晶体形成的方式 形成晶体的作用，称为形成晶体的作用，称为结晶作用结晶作用。晶体的形成过程就是晶体的形成过程就是由任一种物相转变为结晶固相由任一种物相转变为结晶固相的过程。晶体有下列的过程。晶体有下列四种四种主要主要形成方式：形成方式：（1 1）由液相）由液相结晶固相。结晶固相。（2 2）由气相）由气相结晶固相。结晶固相。例如例如 火山喷出硫蒸气，在火山口附近因温度降低而结晶出火山喷出硫蒸气，在火山口附近因温度降低而结晶出自然硫晶体自然硫晶体；水蒸汽遇冷凝结水蒸汽遇冷凝结雪花雪花。可分为可分为由溶液由溶液(过饱和过饱和)开始结晶开始结晶。例如盐湖因蒸发作用达例如盐湖因蒸发作用达到过饱和而结晶出到过饱和而结晶出石盐石盐、钾盐钾盐、石膏石膏等晶体等晶体。由熔体由熔体(过冷却过冷却)开始结晶。开始结晶。例如铁水冷凝成例如铁水冷凝成铁铁晶体晶体。第二页，本课件共有26页（3 3）由非晶质固相）由非晶质固相结晶固相。结晶固相。自然界的非晶质固相物质自然界的非晶质固相物质 例如例如 火山玻璃火山玻璃 石英石英、长石的微晶长石的微晶（晶化或脱玻化晶化或脱玻化）；）；非晶质胶体矿物蛋白石非晶质胶体矿物蛋白石隐晶质玉燧隐晶质玉燧 石英晶体石英晶体。（4 4）由一种结晶固相）由一种结晶固相另一种结晶固相。另一种结晶固相。同质多象转变同质多象转变。如石墨石墨(C)金刚石金刚石(C).再结晶。再结晶。如石灰岩石灰岩(细粒方解石)大理岩大理岩(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火山玻璃。胶体溶液脱水，形成非晶质固相物质。如如蛋白石蛋白石等等。高T高PT在地质作用过程中在地质作用过程中,绝大多数矿物晶体绝大多数矿物晶体 都是从都是从液相中液相中结晶形成的结晶形成的。第三页，本课件共有26页二、晶核的形成(晶体的发生)晶体的成长。晶体的成长。晶核晶核(亦称晶芽亦称晶芽):是晶体生长最原始的胚胎是晶体生长最原始的胚胎(生长生长点点),是极微小的微晶粒，是晶体成长的中心。是极微小的微晶粒，是晶体成长的中心。外来晶核外来晶核，非自成的。非自成的。例如人工合成例如人工合成水晶水晶，就是在溶液，就是在溶液中放入一个中放入一个石英晶粒石英晶粒(籽晶籽晶)作为作为晶核晶核。当当过冷却过冷却或或过饱和度过饱和度很高时很高时,产生的产生的晶核数目晶核数目多多;反之则少反之则少.晶体形成全过程晶体形成全过程包括两个阶段两个阶段形成晶核的条件形成晶核的条件 自发晶核自发晶核(质点聚合质点聚合)溶液过饱和溶液过饱和熔体过冷却熔体过冷却形成晶核。形成晶核。第四页，本课件共有26页三、晶体的成长 实际上是实际上是晶核晶核形成后，质点按格子构造规律在晶形成后，质点按格子构造规律在晶核上不断地堆积过程。核上不断地堆积过程。晶体生长的两种主要理论：1.1.层生长理论层生长理论:要讨论的关键问题关键问题是: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晶体理想生长过程中质点堆积顺序的晶体理想生长过程中质点堆积顺序的晶体理想生长过程中质点堆积顺序的图解图解图解图解1 12 23 3位置位置1 1-三面凹角三面凹角;位置位置2 2-两面凹角两面凹角;位置位置3 3-一般位置一般位置第五页，本课件共有26页 图图表示表示质点质点往往晶芽上晶芽上堆积时堆积时，在其表面只有三种可能的堆在其表面只有三种可能的堆积位置积位置1 1、2 2和和3 3,分别称为分别称为三面凹角三面凹角、两面凹角两面凹角和和一般位置一般位置.每每种位置上因种位置上因成键数目成键数目不同不同,新质点就位后的新质点就位后的稳定程度稳定程度亦亦不同。不同。不同。不同。因此，因此，最佳生长位置是最佳生长位置是三面凹角位三面凹角位，其次是，其次是两面凹角两面凹角位位,最不容易生长的位置是最不容易生长的位置是平坦面平坦面。这样，这样，最理想的晶体生长方式就是最理想的晶体生长方式就是:先在先在三面凹角三面凹角上生长上生长成一行，以至于成一行，以至于三面凹角三面凹角消失，再在消失，再在两面凹角两面凹角处生长一个质处生长一个质点，以形成点，以形成三面凹角三面凹角，再生长一行，重复下去。，再生长一行，重复下去。位置 最近质点间的成键数 新质点就位后的稳定程度1-三 面 凹 角2-两 面 凹 角3-一 般 位 置3(释 放 出 能 量 最 大)2(释 放 出 能 量 较 大)1(释 放 出 能 量 最 小)最稳定(最有利的生长位置)次稳定(次有利的生长位置)不稳定(最不利的生长位置)第七页，本课件共有26页层生长过程层生长过程第八页，本课件共有26页 结论结论:晶体在理想情况下生长时晶体在理想情况下生长时,一旦有一旦有三面凹角三面凹角存在存在,质点质点则优先沿三面凹角位置生长一条行列则优先沿三面凹角位置生长一条行列;而当而当这一条行列这一条行列长满后长满后,就只有就只有两面凹角两面凹角了了,质点就质点就只能在两面凹角处生长只能在两面凹角处生长,这时又会产生三面凹角位置这时又会产生三面凹角位置,然后然后将重复上述过程将重复上述过程生长相生长相邻行列邻行列;在在长满一层面网后长满一层面网后,质点就只能在任意的质点就只能在任意的一般位一般位置置上生长上生长,接着就会有两面凹角产生接着就会有两面凹角产生,随后又会有三面凹角随后又会有三面凹角的形成的形成 ,再开始生长第二层面网再开始生长第二层面网。晶面晶面 (最外层面网最外层面网)是是平行向外推移生长的。这就是晶体的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 。第九页，本课件共有26页 层生长理论可以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、棱直的几晶体常生长为面平、棱直的几何多面体形态。何多面体形态。（2）晶体断面上的环带构造 各个环带各个环带代表了在晶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,在晶体内留下的在晶体内留下的当时晶形轮廓的痕迹当时晶形轮廓的痕迹。它表明晶体是平行向。它表明晶体是平行向外推移生长的。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。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）生长锥或沙钟构造 晶体由小长大晶体由小长大,许多晶面许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体。向外平行移动的轨迹形成以晶体中心为顶点的锥状体。第十页，本课件共有26页普通辉石的普通辉石的沙钟构造沙钟构造-石英晶体横断面上烟灰色和乳石英晶体横断面上烟灰色和乳白色相间的白色相间的环带构造环带构造-石英晶体的石英晶体的带状构造带状构造合成红宝石的合成红宝石的六方色带六方色带有什么现象可以证明有什么现象可以证明层生长理论层生长理论?第十一页，本课件共有26页第十二页，本课件共有26页 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，这叫长了，这叫阶梯状生长阶梯状生长，最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶，最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。梯。阶梯状生长阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。是属于层生长理论范畴的。总之，总之，层生长理论层生长理论的中心思想是：晶体的中心思想是：晶体生长过程是晶面层层外推的过程。生长过程是晶面层层外推的过程。但但是是，层层生生长长理理论论有有一一个个缺缺陷陷：当当将将这这一一界界面面上上的的所所有有最最佳佳生生长长位位置置都都生生长长完完后后，如如果果晶晶体体还还要要继继续续生生长长，就就必必须须在在这这一一平平坦坦面面上上先先生生长长一一个个质质点点，由由此此来来提提供供最最佳佳生生长长位位置置。这这个个先先生生长长在在平平坦坦面面上上的的质质点点就就相相当当于于一一个个二二维维核核，形形成成这这个个二二维维核核需需要要较较大大的的过过饱饱和和度度，但但许许多多晶晶体体在在过过饱饱和和度度很很低低的的条条件件下下也也能能生生长长，为为了了解解决决这这一一理理论论模模型型与与实实验验的的差差异异，弗弗兰兰克克(Frank)(Frank)于于19491949年年提提出出了了螺螺旋旋位错生长机制位错生长机制。第十三页，本课件共有26页2 2螺旋生长理论（螺旋生长理论（BCFBCF理论）理论）该模型认为晶面上存在该模型认为晶面上存在螺旋位错螺旋位错露头点可以作为露头点可以作为晶体生长的晶体生长的台阶源台阶源,可以对可以对平坦面的生长起着催化作用平坦面的生长起着催化作用,这种台阶源这种台阶源永不消失永不消失，因此，因此不需要形成不需要形成二维核二维核，这样便，这样便成功地解释了晶体在成功地解释了晶体在很低过很低过饱和度下饱和度下仍能生长这一实验仍能生长这一实验现象现象。第十四页，本课件共有26页螺旋生长过程第十五页，本课件共有26页第十六页，本课件共有26页 有什么现象可证明有什么现象可证明螺旋生长理论螺旋生长理论？SiC晶体表面的生长螺纹晶体表面的生长螺纹第十七页，本课件共有26页这两个理论有什么联系与区别？这两个理论有什么联系与区别？联系：都是层层外推生长；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区别：生长新的一层的成核机理不同第十八页，本课件共有26页四、晶面的发育 在晶体生长过程中，不同晶面的相对生长速度不同。在晶体生长过程中，不同晶面的相对生长速度不同。晶体的形态取决于晶面的相对生长速度晶体的形态取决于晶面的相对生长速度。所谓所谓晶面生长速度：晶面生长速度：是指晶面在单位时间内沿其法线是指晶面在单位时间内沿其法线方向所增长的速度。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。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。晶体是被生长速度慢的晶面所包围。布拉维法则布拉维法则指出：指出：晶体上的实际晶面平行于面网密度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。大的面网；且面网密度越大，相应晶面的重要性也越大。若若第十九页，本课件共有26页 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。第二十页，本课件共有26页阐述：阐述：右图为一右图为一晶体格子构造的一个切面晶体格子构造的一个切面,AB，BC,CD为三个为三个晶面的迹线晶面的迹线，相应面网的，相应面网的面网密度是面网密度是ABABCDCDBCBC，面网密度大面网密度大的晶面的晶面,面网间距大也面网间距大也,对外的质点吸引力就小对外的质点吸引力就小,质点就不易生长上去，质点就不易生长上去，如图所示。如图所示。当晶体继续当晶体继续生长，质点将生长，质点将优先堆积优先堆积1 1位置位置，其次其次是是2 2，最后最后是是3 3位置位置。于是于是,晶面晶面BC将优先生长，将优先生长，CD次之，次之，而而AB则落在最后。则落在最后。晶面晶面生长速度是：生长速度是：ABCDBC。ABCDabABCD213晶体构造中面网密度与生长速度关系图解晶体构造中面网密度与生长速度关系图解 面网密度是面网密度是 ABCDBC；晶面生长速度是晶面生长速度是 ABCDBC。(b)(a)a b第二十一页，本课件共有26页 结论结论：在一个晶体上，各晶面间相对的生长速度与它们在一个晶体上，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。长速度越慢；反之则快。保留下来的实际晶面保留下来的实际晶面便将是面网密度大的晶面便将是面网密度大的晶面,而且面网而且面网密度越大密度越大,被保留下来的几率也越大被保留下来的几率也越大，晶面本身的面积相应晶面本身的面积相应也大也大。解释了解释了从小晶体成长为大晶体时从小晶体成长为大晶体时晶面数目晶面数目趋于减少趋于减少,晶晶形形趋于简单的原因。趋于简单的原因。不足之处：不足之处：不能解释有时同一种矿物在不同的生长环境不能解释有时同一种矿物在不同的生长环境中形态不同。中形态不同。即没有考虑外界温度、压力、溶液溶度、所含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。杂质及晶体内部缺陷对晶面生长速度的影响。第二十二页，本课件共有26页五、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。第二十三页，本课件共有26页六、面角守恒定律：实际晶体形态实际晶体形态（歪晶）：（歪晶）：偏离理想晶体形态。偏离理想晶体形态。尽管形态各不相同尽管形态各不相同,看似无规律看似无规律,但对应的晶面面但对应的晶面面角相等角相等,即即“面角守恒定律面角守恒定律”。同种矿物的晶体，其对应晶面间角度守恒。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。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AB-第二十四页，本课件共有26页本章重点总结:形成晶体的四种方式形成晶体的四种方式成核的条件成核的条件晶体生长的两种主要理论晶体生长的两种主要理论影响晶体形态的因素、布拉维法则影响晶体形态的因素、布拉维法则面角守恒定律面角守恒定律第二十五页，本课件共有26页感谢大家观看第二十六页，本课件共有26页