结晶学与矿物学晶体化学精选文档.ppt

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1、结晶学与矿物学晶体化学本讲稿第一页，共六十页晶体化学晶体化学：研究晶体化学组成与晶体结构及其相互关系研究晶体化学组成与晶体结构及其相互关系的学科。的学科。（从化学的角度研究晶体结构）。（从化学的角度研究晶体结构）。本讲稿第二页，共六十页一、最紧密堆积原理（一、最紧密堆积原理（Closest packingClosest packing）晶体结构中，质点间总是趋于紧密堆积，以达到晶体结构中，质点间总是趋于紧密堆积，以达到内能最小，结构最稳定。内能最小，结构最稳定。1.1.等大球体最紧密堆积等大球体最紧密堆积本讲稿第三页，共六十页1 1）堆积方式：）堆积方式：第一层：同一层紧密排列，一个球周围有6

2、个球和6个 空隙；第二层：每个球唯一地堆积在第一层的凹陷空隙处；第三层：两种堆积方法：A A）重复第一层；）重复第一层；ABABABABABABABABABAB B B）与第一、第二均不重复。）与第一、第二均不重复。ABCABCABCABCABCABCABCABC本讲稿第四页，共六十页六方六方最紧密堆积最紧密堆积ABABABABAB立方立方最紧密堆积最紧密堆积ABCABCABCABC第二种情况第二种情况第一种情况第一种情况本讲稿第五页，共六十页第一层：同一层紧密排列，一个球周围有6个球和6个 空隙；第二层：每个球唯一地堆积在第一层空隙处；第三层：两种堆积方法：A A）重复第一层；）重复第一层；

3、ABABABABABABABABABAB B B）与第一、第二均不重复。）与第一、第二均不重复。ABCABCABCABCABCABCABCABC堆积方式：堆积方式：本讲稿第六页，共六十页 A种情况相当于六方原始格子，也称六方最紧密堆积六方最紧密堆积，即AB（二层重复）重复型。（p154）B种情况相当于立方面心格子，也称立方最紧密堆积立方最紧密堆积，即ABC（三层重复）（L3方向成层）。（p155）上述两种堆积方式是最基本、最常见的堆积方式。实际晶体中可以有无数种堆积方式，实际晶体中可以有无数种堆积方式，但都可看作是这两种堆积的组合。但都可看作是这两种堆积的组合。本讲稿第七页，共六十页六六方方最

4、最紧紧密密堆堆积积图图示示（六六方方原原始始格格子子）本讲稿第八页，共六十页立方立方最紧密堆积图示最紧密堆积图示（立方面心格子）（立方面心格子）本讲稿第九页，共六十页2）球体间空隙：）球体间空隙：紧密堆积使得所有相邻球体均彼此接触，但 仍然存在约25.95的空隙。空隙只有两种：（a）四面体空隙）四面体空隙：由四个球体围成的空隙。将四个球体中心连线构成一个四面体，故称四面体空隙；（b）八面体空隙）八面体空隙：由六个球体围成的空隙。将六个球体中心连线构成一个八面体，故称八面体空隙；本讲稿第十页，共六十页本讲稿第十一页，共六十页 无论六方紧密堆积还是立方紧密堆积，形成的空隙无论六方紧密堆积还是立方紧

5、密堆积，形成的空隙 类型和数目是一样的。类型和数目是一样的。一个球体周围总是均匀分布着一个球体周围总是均匀分布着 6 6个八面体空隙和个八面体空隙和8 8个四面体空隙。个四面体空隙。空隙数规律：空隙数规律：N 个球最紧密堆积，有个球最紧密堆积，有N个八面体空隙，个八面体空隙，2N个四面体空隙。个四面体空隙。本讲稿第十二页，共六十页一个球体周围总是均匀分布着一个球体周围总是均匀分布着 6 6个八面体空隙和个八面体空隙和8 8个四面体空隙。个四面体空隙。本讲稿第十三页，共六十页2非等大球最紧密堆积非等大球最紧密堆积 （多数实际矿物晶体中的质点堆积为此类堆积）（多数实际矿物晶体中的质点堆积为此类堆积

6、）同种元素组成的晶体结构（自然元素类矿物，特别是自 然金属元素矿物）可以看作是等大球最紧密堆积。由阴阳离子组成的化合物可以看作非等大球堆积。一般来说，非等大球堆积形成的晶体结构中，大半径阴离子呈一般来说，非等大球堆积形成的晶体结构中，大半径阴离子呈 紧密堆积，小半经阳离子充填其所形成的四面体或八面体空隙。紧密堆积，小半经阳离子充填其所形成的四面体或八面体空隙。本讲稿第十四页，共六十页二配位数和配位多面体二配位数和配位多面体1 1配位数配位数：晶体结构中，原子或离子周围临近的、与其有配位关 系的原子或异号离子的数目。2 2配位多面体：配位多面体：在一个原子（或离子）周围，呈配位关系的原子（或 离

7、子）的中心连线所构成的几何多面体。本讲稿第十五页，共六十页3配为数与配为多面体的关系配为数与配为多面体的关系配位数 配位多面体2-哑铃状3-三角形4-四面体6-八面体8-立方体12-立方八面体本讲稿第十六页，共六十页4 4紧密堆积、配位数和晶体结构稳定性紧密堆积、配位数和晶体结构稳定性 非等大球堆积中，具有一定配位关系的阴阳非等大球堆积中，具有一定配位关系的阴阳 离子相互接触，结构是稳定的（图解离子相互接触，结构是稳定的（图解a a、b b）。）。如果阴阳离子半径相差悬殊，则结构不稳定如果阴阳离子半径相差悬殊，则结构不稳定（图解（图解c c、d d），且将引起配位数改变（图解），且将引起配位数

8、改变（图解e e）。）。本讲稿第十七页，共六十页本讲稿第十八页，共六十页1 离子键与离子晶格离子键与离子晶格 离子键离子键：是组成晶格的质点之间，彼此间以得、失：是组成晶格的质点之间，彼此间以得、失 电子而形成的静电作用。电子而形成的静电作用。离子键没有方向性和饱和性。离子间的配置方式符合鲍林法则(Paulings rules，1928年)。第三节化学键和晶格类型第三节化学键和晶格类型本讲稿第十九页，共六十页鲍林法则：鲍林法则：法则法则1 1（配位法则）：（配位法则）：围绕每个阳离子形成一个阴离子 配位体，阴、阳离子的间距取决 于它们的半径之和，阳离子的配 位数取决于它们的半径之比。法则法则2

9、 2（静电价法则）：（静电价法则）：每一个阴离子的电价等于或近 似等于与其相邻的阳离子至该 阴离子的各静电键强度的总和。本讲稿第二十页，共六十页法则法则3 3（配位多面体要素共用法则（配位多面体要素共用法则）：）：在配位结构 中，两个阴离子多面体以共棱、特别是共面的 方式存在时，结构的稳定性便降低。对于高电 价、低配位数的阳离子来说，这个效应尤为明 显。法则法则4 4（配位多面体要素共用法则（配位多面体要素共用法则）：）：在含有多种阳离 子的晶体结构中，电价高、配位数低的阳离子倾 向于相互不共用其配位多面体的几何要素。所谓 配位多面体的几何要素是指配位多面体的角顶、棱、面等。本讲稿第二十一页，

10、共六十页法则法则5 5（结构组元最少法则）：（结构组元最少法则）：在晶体结构中，本质不 同的结构组元的种数，倾向于最小限度。鲍林法则从简单的几何观点阐述晶体结构，对离子化合 物晶体结构的剖析具有指导作用。离子晶格的特点：离子晶格的特点：离子晶格中，电子皆属于一定的离子，质点间电子密度小，对光的吸收少，因此，其晶体透明、半透明。不导电但熔化 后导电。由于离子键的作用力比较强，所以晶体硬度较大。本讲稿第二十二页，共六十页2 2 共价键与原子晶格共价键与原子晶格 共价键：共价键：是以质点间共用电子对的方式构建的相互作 用。共价键具有方向性和饱和性，因而一般不能形成最紧 密堆积结构。原子晶格的特点原子

11、晶格的特点：共价键的键强较大，所以原子晶格的晶体机械强度 高、熔点高、不导电、透明至半透明，玻璃金刚光 泽。本讲稿第二十三页，共六十页3 3 金属键与金属晶格金属键与金属晶格 金属键金属键；借助整个晶格内运动着的“自由电子”成键。金属键没有方向性和饱和性。质点通常形成等 大球最紧密堆积。金属晶格的特点金属晶格的特点：由于金属晶格具自由电子，是电的良导体，不透明，高反射率，金属光泽。具高密度，硬度一般较低。本讲稿第二十四页，共六十页4 4 分子键与分子晶格分子键与分子晶格 分子键分子键：是分子之间由范德华力引起的相互 作用。分子晶格的特点：分子晶格的特点：分子键的作用力很弱，所以分子晶格的晶体一

12、般熔点低，可压缩性大，热膨胀率大，导热率小，硬度低，透明，不导电。本讲稿第二十五页，共六十页5 5 氢键与氢键型晶格氢键与氢键型晶格氢键氢键：是一种由氢原子参与成键的特殊键型，其性质 介于共价键与分子键之间。氢键具有方向性和饱和性；其键强虽比分子键 强，但仍与一般分子键属于同一数量级。氢键主要存在于一些氢氧化物、层状结构硅酸盐等矿物中。本讲稿第二十六页，共六十页 氢键型晶格的特点氢键型晶格的特点：氢键的作用力虽不强，但对物质的性质产生明显的影响，分子间形成氢键会使物质的熔点、沸点增高；分子内形成氢键则会使物质的熔点、沸点降低。但一般来说氢键晶格的晶体具有配位数低、熔点低、密度小的特征。本讲稿第

13、二十七页，共六十页6 6 单键、多键与过渡型键及其晶格单键、多键与过渡型键及其晶格（1 1）单键型晶体结构：）单键型晶体结构：一些晶体结构中，只存在单纯的一种键 力。（2 2）多键型晶体结构：）多键型晶体结构：一些晶体结构中，存在多种化学键力。（3 3）过渡型化学键：）过渡型化学键：许多晶体结构中，化学键的性质具有过渡 性。本讲稿第二十八页，共六十页1.1.概念概念 晶体结构中，某质点被类似质点代替，结构型式晶体结构中，某质点被类似质点代替，结构型式 不变，但晶格常数略有变化，这种现象称为类不变，但晶格常数略有变化，这种现象称为类 质同像替代。质同像替代。如如：（1 1）MgCOMgCO3 3

14、FeCOFeCO3 3 Mg Mg 与与Fe Fe 可以任意比例相互替代。可以任意比例相互替代。（2 2）MgMg2 2SiOSiO4 4(Mg,Fe)(Mg,Fe)2 2SiOSiO4 4 Mg Mg 与与Fe Fe 可以任意比例相互替代。可以任意比例相互替代。（3 3）ZnS(Zn,Fe)S Fe ZnS(Zn,Fe)S Fe 可以有限替代可以有限替代Zn Zn ，小于，小于27%27%。第四节第四节 类质同象类质同象本讲稿第二十九页，共六十页2 2晶体化学式中类质同像元素的书写原则晶体化学式中类质同像元素的书写原则 A A）属于类质同像替代的元素用（）属于类质同像替代的元素用（）括起）括

15、起 。B B）顺序遵循前多后少原则。）顺序遵循前多后少原则。如如 (Mg,Fe)(Mg,Fe)2 2 SiO SiO4 4 意指意指MgMg含量多于含量多于FeFe含量。含量。（FeFe，MgMg）COCO3 3 指指 Fe Fe含量多于含量多于MgMg含量。含量。本讲稿第三十页，共六十页3.3.类质同像与固溶体概念的关系类质同像与固溶体概念的关系类质同像类质同像混合物混合物也称类质同像混晶，是一种固溶体。也称类质同像混晶，是一种固溶体。固溶体：即是指固体状态下，一组分溶于另一种组分固溶体：即是指固体状态下，一组分溶于另一种组分 之中而形成的均匀固体。固溶体包括之中而形成的均匀固体。固溶体包括

16、“代代 替固溶体替固溶体”和和“侵入固溶体侵入固溶体”。本讲稿第三十一页，共六十页4.类质同像类型类质同像类型 1）依据替代范围分为：）依据替代范围分为：（1 1）完全类质同像系列）完全类质同像系列 MgMg2 2SiOSiO4 4 FeFe2 2SiOSiO4 4 镁橄榄石镁橄榄石铁橄榄石系列；铁橄榄石系列；（2 2）不完全类质同像：）不完全类质同像：(Zn,Fe)S (Zn,Fe)S 闪锌矿系列。闪锌矿系列。本讲稿第三十二页，共六十页 2）依据相互替代离子的电价）依据相互替代离子的电价 （1）等价类质同像）等价类质同像 Mg2+Fe2+,Fe2+Zn2+（2）异价类质同像）异价类质同像 N

17、a1+Ca2+本讲稿第三十三页，共六十页5.5.影响类质同像的因素影响类质同像的因素 1 1）原子或离子的半径原子或离子的半径 半径相近的原子或离子易发生替代。一般地，半径相近的原子或离子易发生替代。一般地，R1R1：代表较大的离子，：代表较大的离子，R 2R 2：代表较小的离子。：代表较小的离子。若若 (R 1-R 2(R 1-R 2）/R 2 15%/R 2 30%/R 2 30%难发生替代。难发生替代。本讲稿第三十四页，共六十页周期表中对角线法则：周期表中对角线法则：对角线方向，左上与右下离子半径相近，对角线方向，左上与右下离子半径相近，右下易代替左上。右下易代替左上。本讲稿第三十五页，

18、共六十页2 2）电价电价（必须满足总电价平衡）（必须满足总电价平衡）在类质同像的代替中，必须保持总电价的平衡。在类质同像的代替中，必须保持总电价的平衡。简单的代替：如简单的代替：如MgMg COCO3 3FeFe COCO3 3中的中的MgMg2+2+和和FeFe2+2+的代替。的代替。成对的代替：成对的代替：异价离子之间替代时，需成对代替。异价离子之间替代时，需成对代替。如在斜长石如在斜长石NaNaAlSiAlSi3 3O O8 8-Ca-CaAlAl2 2SiSi2 2O O8 8系列中系列中 NaNa+SiSi4+4+CaCa2+2+AlAl3+3+。不等量的代替：少量高价阳离子与多个低

19、价阳离子之间的代替。不等量的代替：少量高价阳离子与多个低价阳离子之间的代替。如在云母中如在云母中MgMg2+2+、AlAl3+3+间以间以2Al2Al3+3+3Mg 3Mg2+2+方式代替；方式代替；本讲稿第三十六页，共六十页3）离子的类型和键性）离子的类型和键性 同类型离子之间易发生类质同像代换，同类型离子之间易发生类质同像代换，否则难以发生代换。否则难以发生代换。化学键近似者易发生代换。化学键近似者易发生代换。本讲稿第三十七页，共六十页4 4）晶格特点）晶格特点如果晶体的晶格中存在巨大空隙，则大半径阳离子如果晶体的晶格中存在巨大空隙，则大半径阳离子可以充填其中，容易实现类质同像代换。可以充

20、填其中，容易实现类质同像代换。架状结构矿物的架状结构矿物的格架空隙格架空隙、环状结构矿物的、环状结构矿物的环形孔道环形孔道以及层以及层状结构矿物的状结构矿物的层间域层间域，都是可容纳大离子的空间，有利于，都是可容纳大离子的空间，有利于类质同像代换。类质同像代换。绿柱石绿柱石BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818 中中L Li i+CsCs+BeBe2+2+的代换，的代换，大阳离子大阳离子CsCs+就是充填在其结构孔道中的。就是充填在其结构孔道中的。本讲稿第三十八页，共六十页5 5）能量系数）能量系数一个离子从自由态结合到晶格中时所释放的能量称为一个离子从自由态结合到晶格中时所

21、释放的能量称为该离子的能量系数（该离子的能量系数（EKEK）。）。在其他条件相似的情况下，由在其他条件相似的情况下，由EKEK大的离子代替大的离子代替EKEK小的小的离子有利于降低晶体的内能而使之更趋稳定，这样的离子有利于降低晶体的内能而使之更趋稳定，这样的代换易于发生，反之则不易发生。代换易于发生，反之则不易发生。例如例如:Ba2+的EK值为1.35，K+的EK值为0.36，故钾的矿物中常见Ba2+代替K+，而钡的矿物中很少有K+代替Ba2+。此外此外，REE被Th、Ti被Nb、Ce族被Ca的单向代换。本讲稿第三十九页，共六十页6 6）温度）温度高温时类质同象易于发生，而低温时类质同象的范围

22、高温时类质同象易于发生，而低温时类质同象的范围将受到限制。将受到限制。高温时形成的类质同象混晶（固溶体）由于温度降低高温时形成的类质同象混晶（固溶体）由于温度降低可分离成两种结晶相，称为离溶作用（可分离成两种结晶相，称为离溶作用（exsolutionexsolution）。）。例如例如:高温下高温下K K+与与NaNa+相互替代形成碱性长石相互替代形成碱性长石(K,Na)AlSi(K,Na)AlSi3 3O O8 8 或或(Na,K)AlSi(Na,K)AlSi3 3O O8 8，温度降低时发生离溶形成钾长石，温度降低时发生离溶形成钾长石（以（以KAlSiKAlSi3 3O O8 8 为主）和

23、钠长石（以为主）和钠长石（以NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8 为主）为主）两结晶相组成的条纹长石；两结晶相组成的条纹长石；本讲稿第四十页，共六十页7 7）压力）压力一般而言，高压下类质同象不易发生，并可能促使一般而言，高压下类质同象不易发生，并可能促使相对低压下形成的类质同象混晶离溶。相对低压下形成的类质同象混晶离溶。本讲稿第四十一页，共六十页8 8）组分浓度）组分浓度结晶时如果介质中各组分浓度若不能满足它应有的量比，将有与结晶时如果介质中各组分浓度若不能满足它应有的量比，将有与之类似的组分加入晶格予以替代补偿。之类似的组分加入晶格予以替代补偿。例如例如:磁铁矿（磁铁矿（FeFe2+

24、2+FeFe2 23+3+0 04 4中）中）FeFe2+2+：FeFe3+3+1 1：2 2，当岩浆中当岩浆中FeOFeO：FeFe2 2O O3 31 1：2 2，即，即FeFe2 2O O3 3的浓度过小的浓度过小而而V V2 2O O3 3、TiTi2 2O O3 3的浓度又较大时，则后者可进入晶格的浓度又较大时，则后者可进入晶格形成钒钛磁铁矿形成钒钛磁铁矿FeFe2+2+（FeFe3+3+，V V，TiTi）2 2O O4 4。介质的氧化电位（介质的氧化电位（EhEh）在一定程度上也能影响矿物晶体的类质同）在一定程度上也能影响矿物晶体的类质同象替代。象替代。本讲稿第四十二页，共六十页

25、6.6.研究类质同象的意义研究类质同象的意义（1 1）类质同像可以引起矿物成分的变化，进而导致物性的变化。）类质同像可以引起矿物成分的变化，进而导致物性的变化。所以，可以通过类质同像研究矿物变化规律。如闪锌矿。所以，可以通过类质同像研究矿物变化规律。如闪锌矿。（2 2）可以研究矿物的形成条件。因为类质同像的发生与温度、）可以研究矿物的形成条件。因为类质同像的发生与温度、压力等有关。闪锌矿中铁的含量反映成矿温度的变化。压力等有关。闪锌矿中铁的含量反映成矿温度的变化。（3 3）可以寻找分散元素矿产，或综合利用有用元素。）可以寻找分散元素矿产，或综合利用有用元素。如稀有分散元素如稀有分散元素In,C

26、d,Ga In,Cd,Ga 等常在等常在ZnS ZnS 中以类质同相出现。中以类质同相出现。ReRe常在常在MoSMoS2 2 中出现。中出现。金矿中黄铁矿、石英等。金矿中黄铁矿、石英等。（4 4）类质同像分解可造成某些元素富集。）类质同像分解可造成某些元素富集。如超基性岩中溶离出的铁、锰、镍、钴可富集成矿。如超基性岩中溶离出的铁、锰、镍、钴可富集成矿。本讲稿第四十三页，共六十页六同质多像六同质多像 1.1.定义：化学成分相同的物质，在不同物化环境定义：化学成分相同的物质，在不同物化环境 （P/T/Eh/pHP/T/Eh/pH）下，形成不同结构晶体的现象。）下，形成不同结构晶体的现象。同成分而

27、不同结构的晶体称同质多相变体。同成分而不同结构的晶体称同质多相变体。如，如，C:C:金刚石金刚石石墨石墨FeSFeS2 2：黄铁矿黄铁矿(m3)(m3)白铁矿（白铁矿（mmmmmm）TiOTiO2 2：金红石金红石锐钛矿锐钛矿板钛矿板钛矿AlAl2 2SiOSiO5 5：红柱石红柱石蓝晶石蓝晶石矽线石矽线石SiOSiO2 2：高温石英和低温石英。高温石英和低温石英。同质多相变体，常依据形成温度的高低，同质多相变体，常依据形成温度的高低，依次冠名依次冠名、等。等。本讲稿第四十四页，共六十页2 2同质多像的转变同质多像的转变（1 1）物化环境的变化，可导致变体间发生互相转变。如，常压下）物化环境的

28、变化，可导致变体间发生互相转变。如，常压下 573 870 1470 573 870 1470 石英石英 石英石英 -磷石英磷石英 17201720 方英石方英石 熔体熔体 一般来说，温度增高使配位数减少，变体的密度减小，而压力一般来说，温度增高使配位数减少，变体的密度减小，而压力 增加的作用则相反。增加的作用则相反。另外，介质成分、杂质、酸碱度也对变体间转化有影响。另外，介质成分、杂质、酸碱度也对变体间转化有影响。本讲稿第四十五页，共六十页注意：注意：在一定温度或一定压力下发生的变体转化，可以指示在一定温度或一定压力下发生的变体转化，可以指示 矿物形成时的温度和压力（称为矿物形成时的温度和压

29、力（称为矿物温压计矿物温压计），所以，），所以，有时把这些变体称作有时把这些变体称作“地质温度计地质温度计”、“地质压力计地质压力计”。如如红柱石：低温低压低温低压变质条件；蓝晶石：低温高压低温高压变质条件；矽线石：高温低压高温低压变质条件。Al2SiO5本讲稿第四十六页，共六十页（2 2）同质多像转变有可逆和不可逆两种类型。）同质多像转变有可逆和不可逆两种类型。如：如：石英与为石英与为石英之间的转化是可逆的；石英之间的转化是可逆的；低温形成的文石转变为方解石，属不可逆型。低温形成的文石转变为方解石，属不可逆型。发生同质多像转变后，新变体保留了原矿物的外形，可发生同质多像转变后，新变体保留了原

30、矿物的外形，可以称新变体呈原矿物的以称新变体呈原矿物的副像副像。(假像：假像：新矿物交代原有矿物后保留原矿物形态。新矿物交代原有矿物后保留原矿物形态。)本讲稿第四十七页，共六十页同质多像的形成与环境密切相关，因此可以用来推测同质多像的形成与环境密切相关，因此可以用来推测矿物形成时的物理化学条件。矿物形成时的物理化学条件。上述上述C C、SiOSiO2 2、AlAl2 2SiOSiO5 5、FeSFeS2 2及等同质多象变体，是环境及等同质多象变体，是环境温度、压力、介质组分及酸碱度等物理化学条件及其温度、压力、介质组分及酸碱度等物理化学条件及其转换的矿物学依据。转换的矿物学依据。地质学家利用地

31、质学家利用SiOSiO2 2的超高压变体的超高压变体柯石英和斯石英柯石英和斯石英在地表大陷坑中的出现判断陨石撞击作用，利用其在在地表大陷坑中的出现判断陨石撞击作用，利用其在我国苏鲁大别地区的出现判断超高压变质作用。我国苏鲁大别地区的出现判断超高压变质作用。3 3 同质多像研究的意义同质多像研究的意义本讲稿第四十八页，共六十页七七.多型多型1.1.定义：具有层状结构的矿物，存在两种以上层状结定义：具有层状结构的矿物，存在两种以上层状结 构的现象。构的现象。例如：石墨、云母、辉钼矿、高岭石、纤维锌矿例如：石墨、云母、辉钼矿、高岭石、纤维锌矿2.2.特点：特点：（1 1）结构单元层相同，仅结构层的叠

32、置顺序不同。）结构单元层相同，仅结构层的叠置顺序不同。可以看作是一维的同质多相。可以看作是一维的同质多相。（2 2）不同的多型之间，空间群可相同可不同。）不同的多型之间，空间群可相同可不同。本讲稿第四十九页，共六十页3.3.多型符号表达：数字字母多型符号表达：数字字母 其中，数字代表重复周期，字母代表对称晶系其中，数字代表重复周期，字母代表对称晶系C Cubicubic等轴晶系，等轴晶系，H Hexagonalexagonal六方晶系，六方晶系，T Trigonalrigonal三方晶系，三方晶系，R Rhombohedralhombohedral三方菱面体格子，三方菱面体格子，Q Quate

33、rnaryuaternary四方晶系，四方晶系，OrOrthorhombicthorhombic斜方晶系，斜方晶系，M Monocliniconoclinic单斜晶系单斜晶系 如：2H2H指重复周期为2 2的六方晶系。3T指重复周期为3的三方晶系。本讲稿第五十页，共六十页4.4.多型产生的原因多型产生的原因 在热力学条件（温度、压力、杂质等）的在热力学条件（温度、压力、杂质等）的 影响下，导致晶体发生堆积层错是形成多型影响下，导致晶体发生堆积层错是形成多型 的主要原因。的主要原因。本讲稿第五十一页，共六十页3.3.研究多型的意义研究多型的意义温度、压力和杂质的存在都可能导致多型的出现，温度、压

34、力和杂质的存在都可能导致多型的出现，因此，具有成因意义。因此，具有成因意义。本讲稿第五十二页，共六十页七型变（晶变）现象七型变（晶变）现象1.1.定义：同类型化合物，由于定义：同类型化合物，由于化学成分有规律的变化学成分有规律的变 化化而引起晶体而引起晶体结构形式有规律的变化结构形式有规律的变化的现的现 象，称为型变（晶变）现象。象，称为型变（晶变）现象。主要发生在二价阳离子无水碳酸盐矿物中。主要发生在二价阳离子无水碳酸盐矿物中。本讲稿第五十三页，共六十页（1 1）半径小于）半径小于 CaCa2+2+（0.1nm0.1nm）的离子）的离子Mg,Co,Zn,Fe,MnMg,Co,Zn,Fe,Mn

35、，分别，分别形成菱镁矿，菱钴矿，菱锌矿，菱铁矿，菱锰矿，白云石。形成菱镁矿，菱钴矿，菱锌矿，菱铁矿，菱锰矿，白云石。呈呈三方晶系方解石结构。三方晶系方解石结构。（2 2）半径大于）半径大于 CaCa2+2+（0.1nm0.1nm）的离子）的离子Ba,Sr,PbBa,Sr,Pb，分别形成碳酸钡矿，分别形成碳酸钡矿，碳酸锶矿，白铅矿。碳酸锶矿，白铅矿。呈呈斜方晶系的文石型结构斜方晶系的文石型结构。（3 3）半径为）半径为0.1nm 0.1nm 的的CaCa2+2+离子。离子。既可以形成方解石结构，也可以形成文石型结构。既可以形成方解石结构，也可以形成文石型结构。上述成分与结构有规律的变化系列称为型

36、变（晶变）系列。上述成分与结构有规律的变化系列称为型变（晶变）系列。本讲稿第五十四页，共六十页说明：说明：（1 1）以半径为）以半径为0.1nm 0.1nm 的的CaCa2+2+离子为界点，大或小半径离子离子为界点，大或小半径离子组成的矿物随成分变化，但结构型不变。组成的矿物随成分变化，但结构型不变。属类质同像系列变化属类质同像系列变化。（2 2）半径为）半径为0.1nm 0.1nm 的的CaCa2+2+离子既可以形成方解石结构，也可离子既可以形成方解石结构，也可以形成文石结构。以形成文石结构。属同质多像转变属同质多像转变。本讲稿第五十五页，共六十页八八.有序有序无序无序 Order diso

37、rderOrder disorder 1.概念：概念：两种（或以上）原子或离子在晶体结构中两种（或以上）原子或离子在晶体结构中 占据等同的晶格位置时，如果它们占据任占据等同的晶格位置时，如果它们占据任 何一个该种晶格位置的几率是相同的，所何一个该种晶格位置的几率是相同的，所 形成的结构称作无序结构；如果它们在晶形成的结构称作无序结构；如果它们在晶 体结构中各自占据特定的晶格位置，所形体结构中各自占据特定的晶格位置，所形 成的结构称作有序结构。成的结构称作有序结构。本讲稿第五十六页，共六十页例如：黄铜矿 CuFeS2 550以下形成时，Fe,Cu 离子在立方晶胞角顶和 面心（阳离子晶格位置）相间

38、规律分布，呈完全 有序结构。550以上形成时，Fe,Cu 离子在立方晶胞角顶和 面心（阳离子晶格位置）任意分布，呈完全无序 结构。碱性长石(K,Na)(Si,Al)4O8 结构中，高温时Al代替Si是任意的，呈无序结构，低温时Al只能代替特定硅氧四面体中Si的位置，呈有 序结构。本讲稿第五十七页，共六十页2.部分有序和有序度的概念部分有序和有序度的概念 晶体结构质点位置，表现为部分质点占据特定的晶 格位置，而另一些质点则占据任意的位置，这样的 结构呈部分有序结构。衡量结构有序程度的指数，称作有序度（，晶体 结构中占据正确位置的质点的比率减去占据错误位 置的质点比率）。=(p-r)/(1-r)p

39、:正确位置比率，r:错误位置比率。完全有序状态，1，完全无序状态，0，部分有序状态，01。本讲稿第五十八页，共六十页3.有序状态与无序状态的转化有序状态与无序状态的转化 一般来说，自然结晶过程中质点总是趋向于占据固 有的晶格位置，按照能量最低的方式结合，形成完 全有序结构。形成有序结构，放热多，结构稳定；反之，为无序结构，放热少，结构不稳定。改变热力学条件，可以使两种状态互相转化。本讲稿第五十九页，共六十页4.分析结构有序度的意义分析结构有序度的意义（1）分析矿物晶体结构的有序度，可以了解矿物的形 成条件和形成历史。（2）不同有序度的结构，有时反映出物理性质的差异，可以用来改变材料的物性。例如：金属材料缓慢退火，可以获得有序结构；如果快速冷却淬火，则获得无序结构。本讲稿第六十页，共六十页