2013结晶矿物学学习资料

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1、晶体与非晶质体概念:晶体、空间格子、准晶体1、晶体即是内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体。或者概括地说:晶体是具有格子状构造的固体。2、由结点在三维空间作周期性重复排列后均成的无限图形,即称之为空间格子。3、平行六面体即是空间格子的最小单位。4、密度大的面网之间,其面网间距也大。面网密度小的,其面网间距也小。5、晶体结构中物质环境和几何环境完全相同的点,称为等同点(或称相当点)。6、各种空间格子之间的相互区别,是由它们的单位平行六面体的形状和结点的分布位置来决定的。7、晶体内质点排列的周期重复性是因方向而异的。8、晶体结构中大范围的周期性规则排列叫长程有序。玻璃体只是在原子近邻具有周期性

2、,这类现象称为短程有序。9、晶体的基本性质。10、比较晶体与非晶体的结构和基本性质之不同。晶体短程有序(Short-range order),长程有序;玻璃体短程有序,长程无序。11、准晶体。准晶无周期性,即不存在格子构造,但长程有序,具有 5 次、8 次、10 次和 12 次对称。12、比较晶体、非晶体和准晶之间在结构上的区别。七种原始格子立方格子:c,90三方格子:c,90四方格子:c,90六方格子:c,90,120正交格子:c,90单斜格子:c,90,90三斜格子:c,90十四种布拉维格子,如右图示。晶体的宏观对称1、晶体对称的特点。为什么一切晶体都是对称的?晶体的对称是有限的?2、对称

3、轴的数量、对称面的数量特点。晶体具有对称中心的标志是:晶体上所有的晶面都两两平行,等大同形,方向相反。晶体由于受空间格子规律的限制,因而在晶体外形上可能出现的对称轴的轴次( n)不是任意的,即只能是 1、2、3、4 和 6,与此相应的对称轴也只能是 L1、 L 2、 L 3、 L 4和 L 6。旋转反伸轴并不等于一个对称轴和对称中心二者的组合,而是一种具有复合对称操作的独立对称要素。L i4是一个完全独立的不能用其它对称操作来代替的对称要素。3、对称型概念。熟悉 32 种对称型、三种晶族、七种晶系,各晶系对称特点。4、四方四面体、菱面体、三方柱、六方柱、四方柱、斜方柱、八面体、四面体、菱形十二

4、面体、五角十二面体、立方体的对称型。5、Li 4和 Li6如何确定?包含 Li4的单形有哪些?包含 Li6的单形有哪些?(只考虑实验时所做的单形)6、准晶有五方、八方、十方、十二方及二十面体晶系,共 28 种对称型,如L55L2 、L 88L29PC、L 1010L211PC 等。7、晶体的对称性是由晶体的格子构造所决定的。晶体定向和结晶学符号概念:晶体几何常数、晶面符号、晶棱符号1、三轴定向和四轴定向2、晶体上任意一晶面的晶面指数,等于该晶面在三个晶轴上的截距用相应晶轴的轴单位去度量时,所得各截距的系数的倒数比。晶面指数是截距系数的倒数。因此,某晶面的截距系数愈大,相应的晶面指数就愈小3、1

5、11与 1或100与 100,它们只代表同一个晶棱的方向。4、晶面符号和晶棱符号之间的空间方位关系,如(111)与111。晶面符号在空间平行或垂直的关系。5、写出八面体的八个晶面符号6、三方晶系和六方晶系如何定向?为什么?写出三方柱、六方柱的柱面的晶面符号.7、轴率 a:b :c 和轴角 、 、 合称为晶体几何常数。8、晶面指数是截距系数的倒数,因此,某晶面的截距系数愈大,相应的晶面指数就愈小,当晶面平行某一晶轴时,其截距系数为,相应的晶面指数为 0。晶体的理想形态概念:单形、聚形、单形符号1、熟悉 47 种几何单形。等轴晶系的五个对称型都能对应立方体单形,请问这五个立方体是否一样。2、四方四

6、面体、菱面体、四面体、菱形十二面体、五角十二面体、三方柱、六方柱、四方柱、斜方柱、八面体的单形符号。3、按聚形分析的步骤进行聚形分析4、哪些单形的对称型是 3L44L36L29PC(只考虑实验时所做的单形)5、单形是指能借助于对称型中全部对称要素的作用而相互联系起来的一组晶面的组合,如何理解这句话?矿物的晶体化学概念:同质多象、类质同象、多型、哥氏结晶化学定律、鲍林第一规则规则、鲍林第二规则规则、晶体化学、配位数 CN(coordination number)1、研究晶体的结构与晶体的化学组成及其性质之间的相互关系和规律的分支学科,称为晶体化学。2、等大球体的最紧密堆积、不等大球体的最紧密堆积

7、、3、AB、AB、AB的周期性重复,等同点是按六方格子排列的,故称为六方最紧密堆积,其最紧密排列的球层平行于(0001)4、ABC、ABC、ABC的周期重复,等同点是按立方面心格子分布的。故称之为立方最紧密堆帜,其最紧密堆积的球层平行于立方面心格子(111)面网。5、等大球体的最紧密堆积对于了解自然金属元素单质矿物或金属的晶体结构是很适宜的6、空隙分为两种:一种空隙是由四个球围成的,球体中心的连线构成一个四面体形状,故称之为四面体空隙;另一种空隙由六球围成,球体中心的连线构成一个八面体形状,故称之为八面体空隙。Ionic crystal structure can be viewed as c

8、losed-packed structures of anions. Anions form tetrahedra or octahedra, allowing the cations to fit into their appropriate interstitial sites.7、当有 n 个等大的球体作最紧密堆积时,就会有 2n 个四面体空隙和 n 个八面体空隙,即四面体空隙数是球数的两倍,八面体空隙数则与球数相等。8、石盐晶体的结构:阴离子 Cl-作立方最紧密堆积,金属阳离子 Na+充填在所有的八面体空隙中。并不是说,所有的离子晶体结构中,阴离子都能作典型的最紧密堆积。这是由于填充空

9、隙的阳离子的大小不一定恰好适合八面体空隙或四面体空隙的大小。般情况下,往往是阳离子稍大于空隙,当阳离子填充空隙后,就会将包围空隙的阴离子略微撑开一些。9、配位数的大小是由多种因素决定的,其中最重要的因素是质点的相对大小、堆积的紧密程度和质点间的化学键性质。10、同一种元素的原子,以纯金属键结合并成最紧密堆积时,每个原子都与周围的十二个原子相接触,每个原子都具有最高的配位数12,如自然铜、自然金等;如果,金属原子不作最紧密堆积时,配位数就要减低,如 Fe 的结构中,Fe 原子依立方体心格子的形式堆积,其配位数为 8。自然金属总是具有最高或较高的配位数。11、同一种元素的原子,以共价键相结合时,由

10、于共价键具有方向性和饱和性,所以与之相接触的原子的数目仅取决于成键的个数,其配位数不受球体最紧密堆积规律的支配,如金刚石(C)中碳原子形成四个共价键,配位数为 4,而石墨(C)中碳原子形成三个共价键,故 C 的配位数为 3。总之,具有典型共价键或共价键占优势的单质或化合物,都具有较低的配位数,一般不大于 4。12、0.2250.414:四面体; 0.4140.732:八面体;0.7321:立方体13、离子化合物中,大多数阳离子的配位数为 6 和 4,其次是 8。14、举例说明极化对晶体结构的影响。15、哥希密特(Goldschmidt)“晶体的结构取决于其组成质点的数量关系、大小关系与极化性能

11、”。这个概括称为哥希密特结晶化学定律,简称结晶化学定律16、计算面心立方和体心立方的堆积系数(Packing Factor)17、Strictly speaking, the radii of cations and anions also depend upon the coordination number. For example, the radius of Al+3 ion is 0.39 when the coordination numer is four (tetrahedral coordination). However, the radius of Al+3 ion is

12、 0.53 when the coordination numer is 6 (octahedral coordination).18、Show that MgO has the sodium chloride crystal structure and calculate the density of MgO.SOLUTIONr(Mg+2)=0.066 nm and r(O-2)=0.132 nm, so:20.6.513MgOrSince 0.4140.500.732, the coordination number for each ion is six, and the sodium

13、chloride structure is possible.The atomic masses are 14.312 and 16 g/mol for magnesium and oxygen,respectively. The ions touch along the edge of the cube, so:a0 = 2 r(Mg+2) + 2 r(O-2) = 1(0.066) + 2(0.132) = 0.396 nm = 3.9610-8 cm38323(4.1(46.1/3.96).0)MgOgcmcm19、林第一规则指出:围绕着每一个阳离子周围,形成一个阴离子配位多面体,阴阳离

14、子间的距离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。20、第二规则(电价规则)在一个稳定的晶体结构中,从所有相邻的阳离子达到一个阴离子的静电键的总强度,等于阴离子的电荷数。21、硅酸盐结构中,Si 4+的 O2-多面体都是配位数为 4 的正四面体,可以用SiO 4表示,称之谓硅氧四面体。说明硅氧四面体共顶相连是稳定的。而铝氧四面体和硼氧四面体共角顶是不稳定的。22、鲍林第三规则指出:在一个配位的结构中,负离子配位多面体共用的棱,特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性,尤其是电价高、配位数低的离子,这个效应更加显著。23、物质在结晶过程中,质点倾向于进入特定的结构位置,形成有序

15、结构,以使最大限度地降低自由能。当温度升高时,可促使晶体从有序结构向无序结构转变。当温度降低时,无序结构会向有序结构转变。24、改造式转变:当两个变体结构间差异较小,不需要破坏原有的键或只改变最邻近的配位,只要质点从原先的位置稍作位移,就可从一种变体转变为另一种变体。这种转变称为改造式转变或高低温转变25、重建式转变:当变体结构间差异较大,在转变过程中需要首先破坏原变体的结构,包括键性,配位数及堆积方式等的变化,才能重新建立起新变体的晶体结构,这类转变称为重建式转变。重建式转变般是不可逆的。转变的速度很缓慢,而且还需要外界供给较大的能量26、石英在不同的热力学条件下有不同的变体,说明其相互转变

16、的特点和在实际中的应用。27、以 NaCl 的晶体结构为例说明鲍林第二法则。28、如 NaCl 和 CsCl 都是碱金属氯化物,结构型式不同的主要原因是什么?29、在 SiO2晶体中,预测其结构的配位多面体类型、负离子的静电键合强度 S以及配位多面体的连接方式。氧离子半径:0.132nm,硅离子半径:0.039nm。30、预测 TiO2 晶体结构的配位多面体类型、负离子的静电键合强度 S 以及配位多面体的连接方式。氧离子半径:0.132nm,钛离子半径:0.064nm。矿物晶体典型结构类型概念:尖晶石型结构、反尖晶石型结构、钙钛矿型结构、反萤石型结构1、表征晶体结构时,往往需表述下列几项内容:(1)晶系;(2)对称类型;(3)组成部分及键型;(4)配位数 CN 值;(5)晶胞中结构单元数目 Z 及位置;

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