结晶学及矿物学讲稿.pdf

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1、结晶学及矿物学讲稿第一章 绪论第一节 矿物及矿物学概述一.矿物及矿物学矿物：矿物是由天然产出且具有特定的（但一般是非固定的）化学成分和内部结晶构造的均匀固体。通常由无机作用所形成。例：石英、金刚石。这一概念强调了以下几点：它是天然产物，包括了宇宙矿物（月岩矿物、陨石矿物）。必为固体，例：长石、云母，自然汞（液态）除外。有特定的成分和结构，例：石英，SiO2。一般由无机作用所形成，例：长石、云母；部分为有机起源，例：石墨、方解石。注意：煤和石油不是矿物。矿物学：矿物学是以矿物为研究对象的一门地质基础学科。它是研究地球物质成分的学科之一。二.结晶学及矿物学的研究内容1.结晶学及其研究内容结晶学是研

2、究晶体的一门科学，研究晶体的生长、形貌、内部结构及其物理性质等。主要研究内容：晶体生长学：研究晶体发生、成长的机理和晶体的人工合成。几何结晶学：研究晶体外形的几何规律。晶体结构和化学：研究晶体成分、结构及其关系。晶体物理：研究晶体物性及其产生机理。2.矿物学研究内容研究矿物的化学组成，例：金刚石。研究矿物的内部结构，例：金刚石。研究矿物的外表形态，例：金刚石。研究矿物的物理和化学性质，例：金刚石。研究矿物在地质作用过程中的形成及变化。研究矿物的应用。3.矿物学的分支学科及其与其它学科的关系矿物学的分支学科：成因矿物学、找矿矿物学晶体化学矿物物理学应用矿物学矿物学与其它学科的关系矿物学是岩石学、

3、矿床学的基础，是宇宙中元素存在和运动的一种基本形式（地球化学）。此外，矿物学与地史古生物、构造地质学等均有一定的联系。主要参考书：潘兆撸等结晶学及矿物学（上、下）1993。罗古风结晶学到论1985。陈武、季寿元矿物学到论1985。第二节 晶体、非晶质体及准晶体一.晶体、非晶质体及准晶体的概念晶体晶体：晶体是内部原子或离子在三维空间成周期性平移重复排列的固体。或是具有格子构造的固体。例：石英、金刚石（图）。非晶质体非晶质体：非晶质体是内部原子或离子在三维空间不呈规律性重复排列的固体。例：石英玻璃。准晶体准晶体：准晶体是一种固体，但其内部原子既不象非晶质体那样成完全无序的分布，也不具有象晶体那样的

4、三维周期性平移有序。钱逸泰认为：它是物质的质点具有长程有序，但不表现出周期性的重复，即无格子构造。例：AlMn 合金。二.空间格子1.空间格子的概念空间格子空间格子是表示晶体内部质点在三维空间平移周期性重复规律的几何图形（图）。空间格子为抽象而得，其抽象为：相当点平移重复连接成无限图形（空间格子）。2.空间格子要素：结点结点：空间格子中的点。行列行列：结点在直线上的排列。面网面网：结点在平面上的分布。平行六面体：平行六面体：空间格子中最小的重复单位。相当于实际晶体中的单位晶胞。平行六面体的选择原则：要反映其整体的对称性。平行六面体中棱与棱之间尽可能平行或垂直。其体积应最小。按上述原则可以确定出

5、7 种平行六面体（P49）（模型）立方格子：a=b=c,=90；四方格子：a=b c,=90；正交格子：a b c,=90；单斜格子：a b c,=90，90三斜格子：a b c,90三方格子：a=b=c,=90，60，10928六方格子：a=b c,=90，=1203.14 种布拉维格子（图、模型）根据平行六面体中结点的分布规律，可以划分出4 种格子类型：简单（原始）格子（P）：结点仅在平行六面体的角顶分布。底心格子（C）：结点分布于其角顶及相对面中心。体心格子（I）：结点分布于其角顶及体中心。面心格子（F）：结点分布于其角顶及每个面中心。由 7 种平行六面体和 4 种结点分布规律相结合，可

6、以导出晶体中只可能出现14 种不同形式的空间格子。这是布拉维 1848 年最先导出的，因此称为 14 种布拉维格子。它表明实际晶体中抽象出来的空间格子只有14 种。但是，由 7 种平行六面体和 4 种结点分布规律应有 74=28 种，为什么只有 14 种格子类型？这是将重复者和不存在者去掉的缘故。例：四方底心格子等于四方原始格子（图）。第三节 晶体的基本性质一.自限性晶体在适当的条件下，可以自发地形成几何多面体外形的性质。例：石盐。布拉维法则布拉维法则（图）：晶体上的实际晶面平行于对应空间格子中面网密度大的面网。且面网密度越大，相应晶面的重要性越大。即：实际晶体通常由面网密度大的面网所包围。面

7、角恒等定律面角恒等定律（图）：面角恒等定律也称为斯丹诺定律，指同种晶体之间，对应晶面间的夹角恒等。二.均匀性晶体中各个部分的物理效应和化学组成是相同的。三.各向异性晶体的几何度量和物理效应常随方向不同而表现出差异。例：石英的压电性。四.对称性晶体相同的性质在不同方向或方位上作有规律的重复。五.最小内能在相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质体、液体相比较，其内能最小。六.稳定性晶体应其内能最小，因此是一个相对稳定的状态。第二章 晶体的对称第一节 对称的概念和晶体对称的特点一.对称的概念对称对称是指物体（或图形）中，其相同部分之间的有规律的重复。例：蝴蝶、花冠、地质宫外形。晶体的对称表现为晶面

8、、晶棱、角顶作有规律的重复。二.晶体对称的特点1.完全性：所有晶体都具有对称性。2.有限性：晶体的对称要素是有限的。3.一致性（表里如一）：晶体的外形、物理性质等都具有对称性。第二节 对称变换（操作）与对称要素一.对称变换和对称要素的概念对称变换对称变换是指能够使对称物体中的各个相同部分作有规律重复的变换动作。对称要素对称要素是指在进行对称变换时所凭借的几何要素（点、线、面）。二.晶体宏观的对称要素1.对称中心（C）对称中心为一假想的点，相对应的对称变换是反伸（地大 P31 图 4-10）。在晶体中可以没有对称中心，若有则只能有1 个，出现在晶体的中心。2.对称面（P）对称面为一假想的面，相对

9、应的对称变换是反映（地大 P28 图 4-4）。晶体中可以没有对称面，也可以有对称面，但最多只能有9 个对称面。其出现的位置多于晶面、晶棱、角顶相关。3.对称轴（Ln）对称轴为一假想的直线，相对应的对称变换是旋转（模型）。旋转一周重复的次数称为轴次（n），重复时所旋转的最小角度为基转角（），二者之间的关系为 n=360/。4.倒转轴（Lin）(旋转反伸轴)其辅助的几何要素有2 个,1 个是直线(对称轴),1 个是点(对称中心)。相对应的对称变换是旋转反伸。5.晶体的对称定律晶体的对称定律晶体的对称定律为晶体中只能出现轴次为1、2、3、4、6 的对称轴，而不能出现5 和高于 6 次的对称轴。第三

10、节 对称要素的组合一.对称面和对称轴的组合（模型）Ln P()Lnn P定理 1：如果有一个对称面包含一个 n 次对称轴 Ln，则必有 n 个 P 同时包含 Ln，且任两相邻 P 之间的交角均等于 360/2n。例：L22P、L33P、L44P、L66P（投影图）。二.对称轴与对称轴的组合（模型）Ln L2（）Lnn L2定理 2：如果一个 L2垂直于 Ln时，则必有 n 个共同点的 L2同时垂直此 L2，且任两相邻的 nL2之间的交角均等于 360/2n。例：3L2、L33L2、L44L2、L66L2（投影图）。三.对称轴与对称中心、或对称轴垂直对称面、或对称中心与对称面的组合（模型）Ln

11、C=LnP（）LnPC（n 为偶数）定理 3：如果有一个偶次对称轴Ln与对称中心共存时，则通过C 且垂直于此 Ln的平面必为一对称面 P。例：L2PC、L4PC、L6PC（投影图）四.倒转轴与对称面或对称轴的组合Lin P()=Lin L2（）Linn/2 L2 n/2 P定理 4：如果有一个 P 包含 n 次倒转轴 Lin，或有 1 个 L2垂直于 n 次倒转轴 Lin时，则都将产生相同的结果，必有 x 个 P 同时包含此 Lin，并且还有 x 个共点的 L2垂直此 Lin，且 P之法线与相邻 L2之间的交角均为 360/2n。在此：当 n 为偶数时，x=n/2。例：Li42 L22P；L

12、i63 L23P。当 n 为奇数时，x=n。例：L i33 L23P定理 5（欧拉定理）：两对称轴的适当组合（斜交），可以产生第三个对称轴。第四节 对称型和晶体的对称分类一.对称型1.对称型和晶类的概念对称型对称型是指宏观晶体中之对称要素的集合。晶类晶类是指按对称型进行归类时，所划分成的晶体类别。2.三十二种对称型由于晶体对称要素的有限性，对称要素组合的有规律性，因此，晶体中的对称型也是有限的。这种有限性表现在实际晶体中只有32 种对称型。32 种对称型可以分成A 类（27 种）和 B 类（5 种）。A、B 类对称型都可以用投影的方式表达（推导）出来。32 种对称型要求重点掌握的对称型有 11

13、 种（P37 表 4-3）。A 类对称型的推导原始式倒转原始式中心式轴式面式倒转面式面轴式CL2（）P()P()CP()L2（）L1CPL2PCL23L2L22P3L23PCL3L3CL33L2L33PL33L23PCL4Li4L4PCL44L2L44PLi42L22PL44L25PCL6L i6L6PCL66L2L66PL i63L23PL66L27PCB 类对称型共有 5 种：3L24L3、3L24L33PC、3L24L36L2、3Li44L36P、3L24L36L29PC。推导从略。3.对称型的符号（P4 表 4-4）（1）习惯符号 3L23PC（2）国际符号 mmm（3）圣拂利斯符号

14、D2h=Vn二.晶体的对称分类根据晶体的对称特点，可以将其划分为三个晶族、七个晶系（P43 表 4-5）。晶 族晶 系对称型个数对称特点高级晶族立方晶系5有 4 L3中级晶族四方晶系7有 1 个 L4六方晶系7有 1 个 L6三方晶系5有 1 个 L3低级晶族正交晶系3L2或 P 多于 1 个单斜晶系3L2或 P 等于 1 个三斜晶系2无 L2和 P第三章 单形和聚形第一节 单形一.单形的概念单形单形是指一个晶体中彼此间能对称重复的一组晶面的组合。即由对称要素所联系的一组晶面的总和。二.47种几何单形1.低级晶族的单形（7 种，图）单面、平行双面、双面、菱方柱、菱方锥、菱方双锥、菱方四面体。2

15、.中级晶族的单形（25 种，图）柱类：三方柱、复三方柱、四方柱、复四方柱、六方柱、复六方柱单锥类：三方单锥、复三方单锥、四方单锥、复四方单锥、六方单锥、复六方单锥双锥类：三方双锥、复三方双锥、四方双锥、复四方双锥、六方双锥、复六方双锥偏方面体类：三方偏方面体、四方偏方面体、六方偏方面体其它：四方四面体、复四方偏三角面体、菱面体、复三方偏三角面体3.高级晶族的单形（15 种，图）四面体组：四面体、三角三四面体、四角三四面体、五角三四面体、六四面体八面体组：八面体、三角三八面体、四角三八面体、五角三八面体、六八面体立方体组：立方体、四六面体其它：五角十二面体、菱形十二面体、偏方复十二面体三.146

16、种结晶单形若不仅考虑单形的几何形态，同时还考虑其对称性，则单形共有 146 种，称为 146 种结晶单形。例：L4中的四方柱；L4PC 中的四方柱；属于 2 个结晶单形，1 个几何单形。146 种几何单形见 P74 表 6-16-6。第二节 聚形一.概念聚形聚形是指两个或两个以上单形的聚合。实际晶体绝大多数为聚形。例：萤石、橄榄石等。二.聚形分析例：552、757。注意：只有属于同一对称型的单形才能组合成聚形。第四章 晶体定向及结晶符号第一节 晶体定向及整数定律一.晶体定向的概念对晶体按晶系选用适当的坐标系，称为晶体的定向晶体的定向。具体的说来晶体定向就是在晶体中选择坐标轴和确定晶轴上的单位长

17、（轴长）之比（轴率）。1.结晶轴结晶轴系交于晶体中心的三条或四条直线，它有正、负之分（前、右、上为正，后、左、下为负）。具有三个结晶轴的晶系有立方晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。具有四个结晶轴的晶系有三方晶系、六方晶系。2.轴角轴角是指晶轴正端的夹角。通常用、表示。3.轴单位与轴率晶轴是空间格子中的行列，该行列上结点的间距称为轴单位。即a、b、c。轴率为 abc。4.晶体几何常数轴率 abc 和轴角、合称为晶体的几何常数。它是表示一个晶体结晶学坐标特征的一组参数。不同物质组成的晶体结构不同，结点间距不同，轴单位各异。因此，可以利用轴单位与轴率来鉴定矿物（例：X-射线衍射分析等）。

18、二.整数定律1874 年法国学者阿羽依发现“晶体上任意两晶面在相交于一点且不在同一平面内的晶棱上的截距的比值之比为简单的整数比”，即整数定律或有理数定律整数定律或有理数定律。即：若以平行于三根不共面晶棱的直线作为结晶轴，则晶体上任意两晶面在三个坐标轴上所截截距的比值之比为一简单的整数比。如图（钱 P38，图 2-22）在晶体中选三个不共面、相交于一点O 的三条晶棱 O、O、O，再在这个晶体上取两个不平行的晶面 A1、B1、C1和 A2、B2、C2。这两个晶面在晶棱上的截距分别为OA1、OB1、OC1和 OA2、OB2、OC2。根据整数定律则有OA1/OA2OB1/OB2OC1/OC2=efg其

19、中 efg 为简单的整数比。证明从略。三.宏观晶体中坐标系的选择1.晶轴的选择原则应符合晶体所固有的对称性。因此，选择晶轴时，首选对称轴，次之对称面法线、最后选相对发育的晶棱。例：钾长石，L PC，L Y，相对发育的晶棱X、Z。在上述前提下，尽可能使晶轴间相互垂直或近垂直，并使轴单位趋于相等。即尽可能使 =90，a=b=c。如三斜晶系。2.各晶系的定向特点（P54 表 5-1）三轴定向的晶系有：立方晶系、四方晶系、正交晶系、单斜晶系、三斜晶系。四轴定向的晶系有：三方晶系、六方晶系。第二节 晶面符号一.晶面符号的概念晶面符号晶面符号是表征晶面空间方位的符号。通常用米氏（英国人米勒，1839 年创

20、立）符号表示。二.米氏符号的构成米氏符号采用晶面在三个（或四个）结晶轴上的截距系数的倒数比来表示（地大 P57图-5-3）。例：设有 1 个晶面 HKL 在 X、Y、Z 轴上的截距分别是 2a、3b、6c，截距系数分别为 2、3、6，其倒数比则为 1/2、1/3、1/6。通分后即为321，去掉比例符号，用小括号括之为（321），即该晶面的米氏符号。其中，括号内 321 称为晶面指数。因此，晶面符号也可以说是用小括号括上晶面指数。对三轴定向的晶系而言：晶面指数按X、Y、Z 轴的顺序排列，一般写作（hkl）。例：立方晶系 757（110）、（100）（模型或投影图）；单斜晶系 2510（010）（

21、模型或投影图）。对四轴定向的晶体而言：晶面指数按X、Y、U、Z 轴顺序排列，一般写作（hkil），例：三方晶系 552（1010）（模型或投影图）。三.米氏符号的含义1.米氏符号中某个数为 0 时，表示该晶面与相应的晶轴平行。2.同一米氏符号中，晶面指数越大，表示晶面在相应结晶轴上的截距系数越小。此外，由于晶轴有正、负方向之分，因此，若相交于晶轴负端，则在晶面指数上加“”；对四轴定向的晶体而言，前三个晶面指数的代数和为0。例：橄榄石（模型）。第三节 晶棱符号一.晶棱符号概念晶棱符号晶棱符号是表征晶棱空间方位的符号。它不涉及晶棱的具体位置，即所有平行的晶棱都具有同一个晶棱符号。二.晶棱符号的构成

22、确定晶棱符号的方法：将晶棱平移，使之通过晶体晶轴的交点，然后任取一点，求此点在三个晶轴上的坐标（X、Y、Z），并以轴长度量。晶棱符号采用uvw，uvw 是 X、Y、Z轴的轴单位系数。如图（地大 P58 图-5-6），设晶体上有一晶棱 OP，将其平移晶轴交点 O，并在其上任取一点M，M 点在三个晶轴上的坐标分别为 MR、MK、MF，三个轴的轴长分别为 a、b、c，则 uvw=MR/aMK/bMF/c=1a/a2b/b3c/c=123，即123。22第四节 单形符号一.单形符号的概念单形符号是表征单形空间方位的符号。即以数字符号的形式表征一个单形的所有晶面及其在晶体上的取向。二.单形符号的构成通常

23、在单形中选择一个代表晶面，将其晶面指数用括起来，它表示了该单形晶面的结晶学取向。单形代表晶面的确定原则：中、低级晶族：上、前、右；高级晶族：前、右、上。例：橄榄石（模型，投影图）萤石（模型，投影图）第五章 晶体化学第一节 键和晶格类型一.离子晶格在离子晶格中，离子间靠离子键相结合，这种结合无饱和性和方向性。离子间的配置方式，取决于阴阳离子的离子半径、电价等。例：石盐、萤石。二.原子晶格在原子晶格中，原子彼此间以共价键相结合。由于共价键的饱和性和方向性，因此原子排列受键的取向控制。例：金刚石。三.金属晶格在金属晶格中，金属原子以金属键，彼此间借助于在整个晶格内活动的“自由电子”而相互维系，形成金

24、属单质或金属互化物。在金属晶格中，由于每个原子的结合力都是呈球形对称分布的，没有饱和性和方向性，并且各个金属原子又具有相同或近似的半径，因而它们通常成最紧密堆积或密堆积。例：Au、Cu、Ag，立方面心结构；Mg、Ca、Zn 等，六方原始结构；K、Na、Rb、Ti、Cr 等，立方体心结构。立方面心结构和六方原始结构的空间利用律是 74.05%，立方体心结构的空间利用律为68.02%。四.分子晶格在分子晶格中，分子间由范德华力相维系。它们相互间的空间配置方式主要取决于分子本身的几何特征。而分子内部原子间的结合，主要为共价键。例：自然硫。此外，也可以根据晶体存在化学键种类的多少，将晶格分为：单键型晶

25、格，如金刚石；多键型晶格，如方解石。第二节 球体紧密堆积原理由于离子晶体和金属晶体的化学键以离子键和金属键为主，它们呈球形分布，因此，可以利用球体密堆积原理加以讨论。一.等大球体的最紧密堆积（图、模型）一层分布：等径球在一个平面内的最紧密堆积只有一种形式。此时，每个球周围有6个球，其空隙有 2 种类型：一类弧线三角形朝下（B）；一类弧线三角形朝上（C）。二层分布：在继续堆积第二层球时，球可以放在B 处，也可以放在 C 处。但是，二者只要旋转 180后，则完全相同。因此，只有一种堆积形式。三层分布：当堆积第三层时，有两种情况。第1 种情况：第三层球与第一层球重复，之后，第四层球与第二层球重复，即

26、ABAB堆积，称为六方最紧密堆积。第2 种情况：第三层球与前两层球都不重复，如第二层球位于B 处，则第三层球位于 C 处，而第四层球与第一层球重复，第二层球与第五层球、第三层球与第六层球重复，即 ABCABC堆积，称为立方最紧密堆积。上述两种堆积方式是最主要的最紧密堆积形式。二.不等大球体的密堆积1.最紧密堆积的空隙类型最紧密堆积中的空隙类型有2 种，一种是四面体，一种是八面体。在六方最紧密堆积中，其四面体空隙和八面体空隙上下相对；而在立方最紧密堆积中，四面体空隙和八面体空隙相间分布（图）。在六方和立方最紧密堆积中，每 1 个球周围所具有的四面体和八面体空隙的数目是固定的，即每 1 个球周围有

27、 6 个八面体空隙和 8 个四面体空隙。由于八面体由 6 个球心的联线组成，因此，每1 个球所应具有的八面体空隙数目为1/66=1；而四面体由 4 个球心联线组成，每 1 个球所具有的四面体空隙数目为1/48=2。显然，若有 n 个球作最紧密堆积，则应有n 八面体空隙，2n 个四面体空隙。2.离子晶体的堆积通常认为：阴离子（离子半径大）作近似密堆积阳离子（离子半径小）充填空隙例：阳离子充填空隙的类型与其半径等因素有关。例：NaCl、ZnS。第三节 配位数和配位多面体一.配位数配位数是指晶体结构中，在该原子或离子的周围，与它直接相邻结合的原子或异号离子的个数。一般讲：单质晶体，配位数大，通常为1

28、2。例：Au、Cu。共价晶体，受共价键的影响，配位数偏小。例：金刚石（4）。离子晶体，当异号离子相互接触时，晶体结构最为稳定，否则，结构不稳定。从几何观点看，离子的配位数取决于离子的相对大小，即r+/r 决定着配位数。当在某一配位数时，阴离子相互接触，阳离子也相互接触。此时的半径比r+/r，可视为该配位数的半径比下限。离子半径与配位数的关系（P111表 8-4）r+/r配位数构 型0.155 3三角形0.225 4四面体0.414 6八面体 三方柱形0.732 8立方体112立方八面体 复七面体离子半径与配位数的关系，可举例如下：例：四面体配位的 r+/r（钱 P192 图 7-12）四面体配

29、位可用立方体辅助计算其半径下限。若立方体边长为 a，则四面体边长为2a，勾股定理（a2a2=2a2）它恰是 r 的 2 倍，即 r-=2/2 a，而立方体的体对角线的长度恰是 2r2 r+的距离（密堆积沿 L3明显）。则立方体体对角线长（X）为：X2=a2（2 a）2=a22 a2=3 a2，X=3 a对角线长的一半为 r+r 之和，等于3/2 a；r+=（r+r）r=3/2 a 2/2 a所以：3/2 a 2/2 a32r+/r=0.2252/2 a3显然，0.225 是四面体配位的稳定下限。例：八面体配位的 r+/r（P110 图 8-6）八面体配位阳离子周围有6 个阴离子分布于八面体的

30、6 个角顶，有（2 r）2（2 r）2=（2 r+2 r）2有 8 r2=（2 r+2 r）2，开方后 r+r=2 r，则 r+=2 r r=r（21）所以：r（21）r+/r=21=0.414r或 Sin45=r/r+r；2/2=r/r+r，r+r=2 r/2由于 2/2=2 所以 r+r=2 r显然，这是八面体配位的稳定下限，也是四面体配位的稳定上限。二.配位多面体配位多面体配位多面体是指在晶体结构中，与某一阳离子成配位关系而相邻结合的各个阴离子，它们的中心联线所构成的多面体。但在实际晶体中，由于晶体中多键性的影响，常导致配位多面体畸变，使阳离子的配位数发生变化。例：AgIAg+与 I-的

31、距离，按半径和为 0.113+0.220=0.333 nm或等于 3.33，但是，其实际距离为 0.299nm，或 2.99。例：CdSr+/r=0.53，Cd 的配位数应该为 6，但是实际上 Cd 的配位数是 4。此外，当配位多面体共棱、特别是共面时，会降低晶体结构的稳定性。其实质是随着相邻的配位多面体共角顶共棱共面，其中心阳离子间距逐渐变小，而库仑斥力增大。例：四面体共角顶、共棱、共面的离子间距比为：10.580.33八面体共角顶、共棱、共面的离子间距比为：10.710.58因此，在实际晶体中，共面相联的八面体少见，共面的四面体几乎尚未发现。第四节 类质同像一.类质同像的概念类质同像类质同

32、像是指在确定的某种晶体晶格中，本应全部由某种离子或原子占有的结构位置，一部分被性质相似的他种离子或原子所替代占有，共同结晶成均匀的，呈单一相的混合晶体，但不引起键性和晶体结构形式发生质变的现象。例：Mg2SiO4与 Fe2SiO4，形成（Mg，Fe）2SiO4固溶体是固溶体是指在固态条件下，一种组分内“溶解”了其他的组分，由此所组成的呈单一结晶相的均匀晶体。它可以分为：固态溶剂较多的组分；溶质较少的组分。固溶体可以分为：填隙式固溶体；替位式固溶体（相当于类质同相混晶）；缺位式固溶体。二.类质同像的类型1.完全与不完全类质同像（1）完全类质同像系列例：MnWO4(Mn,Fe)WO4 FeWO4钨

33、锰矿黑钨矿钨铁矿（2）不完全类质同像系列例：ZnS FeS (Zn,Fe)S，其中 Fe2+在 ZnS 中的替代 Zn2+的量不能超过阳离子数的 45%。2.等价与异价类质同像（1）等价类质同像例：红宝石 Al2O3中 Cr3+Al3+，因 Al3+的离子半径是 0.57，Cr3+的离子半径是 0.64，置换前纯 Al2O3的 a0=4.75，c0=12.97；置换后含 4%Cr2O3的 a0=4.93，c0=13.51，结构无根本的变化。（2）异价类质同像例：Na(AlSi3)O8Na1-xCax(Al1+x,Si3-x)O8Ca(Al2Si2)O8Na+Si4+Ca2+Al3+三.决定和影

34、响类质同像发生的因素1.原子或离子的大小（1）当（R1-R2）/R1 30%时，难于形成类质同像。此时离子半径相差较大，晶体结构易遭到破坏，因此难于形成类质同像。2.离子的类型和键性离子类型与键性相关。一般讲，惰性气体型离子通常形成离子化合物，为离子键结合；铜型离子则易形成共价化合物，为共价键。因此，它们之间很难发生类质同像置换。例：Ca2+惰性气体型离子，离子半径 0.100nm（1.00），Hg铜型离子，离子半径0.102nm（1.02）。虽然二者的离子半径相近，但也不能相互置换。3.电价类质同像置换前后，晶体总的电价要平衡，这是总的规律。若异价置换，则要遵循对角线法则（P123 表 8-

35、5）。LiNaMgAlKCaScTiRbSrYZrNbMoCsBaTRHfTaWRe4.温度一般讲，高温有利于类质同像置换。例：碱性长石（K，Na）（AlSi3）O8，高温时互溶；低温时，分解成两种物相（钾长石和钠长石）。这种现象称为离溶或解溶或出溶。四.研究意义1.理论意义研究类质同像的条件及机理等2.实际意义指导找矿或综合利用。第五节 同质多相一.同质多相的概念同质多相同质多相是指一种物质（单质或化合物）能够结晶成若干不同晶体结构的现象。也可以称之为多晶现象或多形现象。例：金刚石、石墨。二.同质多相转变及其类型一种物质的同质多相变体，均有自身稳定的温度范围。由于环境温压条件的改变，使一种同

36、质多相变体在固态条件下转变为另一种变体的过程称为同质多相转变同质多相转变。例：573 870 1470 1720 石英 石英 2鳞石英 方石英（熔体）同质多相转变类型1.移位型转变这种转变仅键角发生变化。如 石英 石英时，SiOSi 键角从 150变成 137。2.重建型转变（1）第一级配位（配位多面体）不变，但联结方式改变。例：石英转变为2鳞石英时，SiO4不变，但联结的方式由螺旋状排列变成层状排布。（2）第一级配位形式发生改变例：石英在超高压变成斯石英时，硅与氧由四配位变成六配位（四面体八面体）。（3）键型发生改变例：石墨 金刚石3.有序无序转变有序无序有序无序是指存在于某些晶体中的两种不

37、同的结构状态。有序无序的结构状态可以分为：完全有序，有序度是1；完全无序，有序度是 0；部分有序，有序度为 01。例：AuCu3（P120 图 8-13，A 完全有序；B 完全无序）。4.研究同质多相的意义（1）理论意义研究晶体结构变化的物化条件等。（2）实际意义指导利用。例：石墨金刚石。三.多型性（一维同质多相）多型性多型性是指一种单质或化合物，能结晶出两种或两种以上不同的层状晶体结构的特性。例：石墨的 2H 和 3R 型。多型的表示：阿拉伯数字表示多型的重复层数，拉丁字母表示晶系。如 C立方晶系；Q 或 Tr四方晶系；H六方晶系；T三方原始格子；R三方菱面体格子；O 或 Or正交晶系；M单

38、斜晶系；A 或 Tc三斜晶系。第六章 矿物的形态第一节 矿物的单体形态一.晶体习性晶体习性晶体习性是指一个晶体外表的一般形态。晶体习性分三类：1.一向延伸晶体形态通常为拄状、针状。例：辉锑矿、辉石、角闪石。2.二向延展晶体形态通常为板状、片状。例：云母、石膏。3.三向等长晶体形态通常为粒状。例：石榴石、橄榄石、长石。晶体习性与其化学成分及内部结构中强键的方向基本一致。或由于晶体内部化学组成的有规律的排列，可以导致其具有一定的习性。但是，结晶习性与其形成的环境也有关系，故其可以反应形成环境。例：锆石（P114，图 10-2）A-碱性火山岩，或片碱性花岗岩，锆石为粒状B-正常花岗岩，锆石为短拄状C

39、-中-基性火山岩，锆石为长拄状二.晶体表面的微形貌晶体表面的微形貌包括晶面条纹、生长层、螺旋纹、生长丘、蚀像等。它可以帮助我们鉴定矿物和判断成因。1.晶面条纹例：黄铁矿立方体表面的三组相互垂直的晶面条纹；电气石的拄面纵纹；石英的拄面横纹。2.生长层例：金刚石的生长层（地大 P185，表-3-1，图-3-6-7）。3.螺旋纹及生长丘例：石英的螺旋生长纹（地大 P186，图-3-9）。石英的生长丘（地大 P187，图-3-11）。4.蚀像例：石英的蚀像（地大 P186，图-3-13）。第二节 矿物的集合体形态一.矿物显晶质集合体形态按其习性可以分为：一向延伸通常表现为拄状、针状、束状集合体二向延展

40、通常表现为片状、板状、鳞片状集合体三向等长通常表现为粒状状集合体二.矿物隐晶质集合体形态通常以形象为其命名。1.放射状集合体例：红拄石（P142，图 10-5）2.纤维状集合体例：石棉（P142，图 10-6）3.晶族例：石英晶族（P143，图 10-7）4.分泌体例：玛瑙（P143，图 10-9）5.杏仁体例：方解石、沸石（P143，图 10-10）6.结核例：黄铁矿（P144，图 10-11）7.鲕状、豆状集合体例：鲕状、豆状赤铁矿（P144，TU 210-12）8.钟乳状集合体例：方解石（钟乳石）（P144，图 10-13）9.葡萄状、肾状集合体例：肾状赤铁矿（P145，图 10-15）

41、10.块状集合体例：磁铁矿11.土状集合体例：高岭石第三节 双晶一.概念双晶是指两个空间取向互不一致的同种晶体，彼此间按一定的对称关系，相互取向而组成的规则连生晶体。二.双晶的结合类型按双晶单体间的结合方式，可以分为：1.简单双晶它是由两个单体构成的双晶。（1）接触双晶例：锡石的膝状双晶（2）贯穿双晶例：正长石的卡式双晶、十字石的十字双晶2.反复双晶它是由若干个单体构成的双晶。（1）聚片双晶例：斜长石的钠长石律聚片双晶（2）轮式双晶（环状双晶）例：金红石的六连晶、白铅矿的三连晶（P94，图 7-6；7-7）。3.复合双晶它是由两个以上的单体按不同双晶律组成。例：十字石的复合双晶（地大，P87，

42、图 1-7-11）三.双晶的成因类型按双晶的形成机理可以分为：.1.生长双晶例：文石的文石律接触双晶（P94，图 7-8）2.转变双晶例：石英的道芬双晶（P97，图 7-13）3.机械双晶（滑移双晶、形变双晶）例：方解石的聚片双晶（P96，图 7-12）按双晶的形成时间可以分为：1.原生双晶例；生长双晶2.次生双晶例；机械双晶、转变双晶第七章 矿物的物理性质矿物的物理性质取决于矿物本身的成分和结构。第一节 矿物的光学性质一.矿物的透明度矿物的透明度矿物的透明度是指矿物允许可见光透过的程度。可见光：红橙黄绿青蓝紫波长：670-400 nm能量：1.77-4.13 eV矿物的透明度在肉眼鉴定中可以

43、分为三级：（1）透明：可透过 1cm 厚的矿物，看清楚物体的轮廓。例：石膏、冰洲石（2）半透明：当透过 1cm 厚的矿物时，可见物体的阴影。例：辰砂、浅色闪锌矿（3）不透明：当透过 1cm 厚的矿物时，看不见物体。例：石墨、磁铁矿在显微镜下：透明矿物是指，在0.03mm 厚的薄片上,能透过光。例：长石、石英；不透明矿物是指，在 0.03mm 厚的薄片上,不能透过光。例：方铅矿、磁铁矿。二.矿物的光泽矿物的光泽矿物的光泽是指矿物表面对可见光的反射能力。在肉眼鉴定中，可将其分为四级：（1）金属光泽：其反射能力强。例：自然金、方铅矿（2）半金属光泽：其反射能力较强。例：黑钨矿、磁铁矿（3）金刚光泽：

44、其反射能力稍强。例：金刚石、锡石表面，（4）玻璃光泽：其反射能力弱。例：石英、长石特殊光泽（变异光泽）：对矿物集合体或不平坦的单颗粒而言：（1）油脂光泽：例：石英的断口（2）树脂光泽：例：浅色闪锌矿（3）腊状光泽：例：叶腊石（4）土状光泽：例：高岭石（5）丝绢光泽：例；石棉（6）珍珠光泽：例；滑石三.矿物的颜色矿物的颜色矿物的颜色是指矿物对可见光选择性吸收的结果。若矿物对可见光全部吸收，则表现为黑色；矿物对可见光均匀吸收，则表现为灰色；矿物对可见光基本上都不吸收，则表现为无色或白色。若矿物只选择性地吸收某些波长的色光，而透过或反射出另一些色光，则矿物就呈颜色。其颜色与吸收光的颜色呈互补关系。矿

45、物吸收光的颜色与其观察到的颜色吸 收 光观察到的颜色吸 收 光观察到的颜色波 长（nm）颜 色波 长（nm）颜 色400425紫黄绿560580黄绿紫425455深蓝黄580595橙黄深蓝455490蓝橙595647橙蓝490500蓝绿红647670红蓝绿500560绿玫瑰按矿物对可见光吸收、反射性质的不同，颜色可以分为：（1）体色：指物体内部所表现出的颜色（与其吸收色呈互补）。（2）表面色：指反射色，是物体表面的反射光所呈现的颜色，通常用于不透明矿物。矿物学中的颜色分类：（1）自色：在成因上与矿物本身的固有化学成分直接有关系的颜色。它主要由色素离子引起颜色（电子跃迁等）。（2）他色：由非矿物

46、本身固有的因素所引起的颜色。例：类质同像，红宝石中Cr3+（3）假色：由于光的干涉、衍射等物理光学过程，所引起的颜色。主要有：锖色：不透明矿物表面所具有的颜色。例：斑铜矿晕色：透明矿物所表现出的颜色。例：白云母变色：在宝石中常见乳光：在宝石中常见四.矿物的条痕条痕条痕：指矿物粉末的颜色。对不透明矿物而言，其具有鉴定意义。矿物光学性质的相互关系颜 色条 痕光 泽透 明 度深 色深 色金属光泽不透明半金属光泽半透明浅 色金刚光泽透 明浅 色无 色玻璃光泽透 明第二节 矿物的力学性质一.矿物的硬度（H）矿物的硬度矿物的硬度是指矿物抵抗外力机械作用的强度。摩氏硬度分为 10 级：1 滑石；2 石膏；3

47、 方解石；4 萤石；5 磷灰石；6 正长石；7 石英；8 黄玉；9 刚玉；10 金刚石。压入硬度（维氏硬度）是矿物的绝对硬度，可用仪器测得。矿物硬度的大小，取决于其内部质点的联结力，主要与质点的堆积密度、电价、半径等因数相关。一般讲，共价晶体H 较大；离子晶体H 较大；金属晶体H 较小；分子晶体H较小。二.矿物的韧度矿物的韧度矿物的韧度是指矿物在外力作用下，抵抗机械变形和碎裂的能力。1.延性：指矿物受外力拉引，可延伸不断的性质。例：自然金2.展性：指矿物受外力锤击或滚轧时，可成薄片而不断的性质。例：自然金3.弹性：指矿物受外力后变形，除去外力后可以复原的性质。例：白云母4.挠性：指矿物受外力后

48、变形，除去外力后不能复原的性质。例：蛭石5.脆性；指矿物受外力后，易破碎的性质。例；自然硫三.矿物的解理、裂理和断口解理解理是指晶体在受到应力作用而超过弹性极限，能延着晶体中特定方向的面网发生破裂的固有特性。延解理裂成的平面称为解理面。解理的分级：（1）极完全解理：矿物极易形成光滑的解理面。例：云母001。（2）完全解理：矿物易形成光滑的解理面。例：方解石1011（3）中等解理：其解理面清楚，但不平整、连续。例：金红石110（4）不完全解理：其解理面出现困难。例：磷灰石0001（5）极不完全解理：罕见解理面。例：石英1011通常人们把不完全解理和极不完全解理称为无解理。裂理裂理（裂开）是指晶体

49、在受应力作用时，有时延晶格中除解理以外的特定方向面网发生破裂的非固有特性。延裂理裂成的平面称为裂理面。裂理可延机械双晶面或出溶页片面破裂而形成。例：方解石有时可见延（0112）聚片双晶面形成的裂理。对同一种矿物而言，不同成因、产状的矿物，可以出现裂理，也可以没有裂理。例；磁铁矿111方向的裂理。断口断口是指刊物在外力的打击下，不依一定的结晶方向，发生断裂而形成的断开面。断口的类型：（1）贝壳状断口例石英（2）次贝壳状断口（3）平坦状断口例：高岭石（4）参差状断口（5）锯齿状断口矿物中断口和解理的发育程度正好相反，断口发育者，其解理不发育；断口不发育者，其解理发育。第三节 矿物的其它性质一.矿物

50、的比重矿物的比重矿物的比重是指纯净的单矿物的重量与其体积之比。比重的分级：轻级（小）：比重 2.54.0，例：石英（2.65），金刚石（3.5）重级（大）：比重 4.0，例：重晶石（4.5），方铅矿（7.5）决定比重大小的因数是原子或离子的大小及堆积紧密程度，以及其原子量的大小。二.矿物的发光性矿物的发光性矿物的发光性是指矿物在外来能量的激发下，发出可见光的性质。荧光：指物体在外界能量激发下发光，当激发作用停止后，发光在10-8S 内消失。磷光：指物体在外界能量激发下发光，当激发作用停止后，发光在10-8S 后仍持续。热释发光：指物体受热后发光。例：石英。利用矿物的发光性可以鉴定矿物。例：白钨