结晶学问答题第一部分

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1、1简述矿物的概念（ 4 分）答：指地质作用中形成的天然单质和化合物，具有相对固定的化学成分和内部结构，稳定于一定的物理化学条件，是构成岩石和矿石的基本单元。2试述矿物学的主要研究内容及其在本专业学习中的地位。（4 分）答：矿物学是研究矿物的化学成分、内部结构、 外表形态、 物理性质及其相互关系，并阐明地壳中矿物的形成和变化历史，探讨其时间和空间分布规律及其实际用途的科学。它是地质科学的一门重要的专业基础课。3简述晶体的基本性质。 （6 分）答：晶体的基本性质包括：（1）自限性：指晶体具有自发的形成几何多面体形态的性质； （2）均一性和异向性：同一晶体的各个部分质点的分布相同，故性质相同是晶体的

2、均一性；同一晶体的不同方向上质点的排列一般不同，故晶体的性质也随方向的不同而有所差异就是晶格的异向性。（3）最小内能与稳定性：晶体的格子状构造是其内部质点间的引力和斥力达到平衡， 使晶体的各个部分处于位能最低的结果， 因而晶体的内能最低。由于晶体的内能最低，故最稳定。 （4）对称性：晶体具有格子状构造，而格子状构造本身就是对称的，所以一切晶体都是对称的。4为什么晶体被网面密度大的晶面包围？（为什么晶面都平行一些网面密度大的面网？）（4分）答：因为网面密度大的面网在晶体生长过程中生长速度慢，而网面密度小的面网在晶体生长过程中生长速度快，随着晶体由小长大， 生长速度快的面网将缩小甚至消失， 而生长

3、速度慢的面网则发育为实际的晶面，所以，晶体被网面密度大的晶面包围。5为什么非晶质体要自发地向晶质体转化，试作简要论述。（4 分）答： 非晶质体内部质点不作格子状排列， 因而具有较高的内能， 处于不稳定状态，为了达到稳定状态， 非晶质体就将自发地向内能最低且最稳定的晶质体转化。6为什么同种晶质体在相同条件下测量其对应晶面的夹角恒等？（4 分）答：根据科塞尔原理，在晶体生长过程中，晶面（晶体的最外层面网）是平行向外推移生长的，所以同种晶质体在相同条件下其对应晶面的夹角恒等。7为什么晶体其有均一性和异向性，试从空间格子规律作简要论述。（4 分）答：根据空间格子规律， 同一晶体的格子构造中各个部分质点

4、的分布相同，所以晶体其有均一性； 而同一晶体的不同方向上质点的排列一般不同，故晶体的性质也随方向的不同而有所差异，这就是晶格的异向性。8简述晶质体与非晶质体的区别。 （4 分）答：晶质体具有格子构造， 而非晶质体不具有格子构造， 所以非晶质体不具有晶体的基本性质， 非晶质体要自发地向晶质体转化，而晶质体只有在受到外来能量的作用将其格子构造破坏后才能转化为非晶质体，晶质体永远不会自发地转化为非晶质体。9何谓对称？晶体的对称有何特点？（6 分）答：对称是指物体相同部分有规律的重复。晶体的对称受其格子构造控制，所以一切晶体都是对称的，晶体的对称不仅表现在外形上，而且表现在性质上，这就是晶体对称的特点

5、。10何谓对称操作、对称要素？试述晶体外形上可能存在的对称要素和相应的对称操作。（8 分） 答：欲使晶体相同部分有规律的重复所进行的操作称为对称操作，在进行对称操作时所应用的辅助几何要素则称为对称要素。晶体外形上可能存在的对称要素和相应的对称操作有： （1）对称面（ P） ：是通过晶体中心的一个假想的平面，它将晶体平分为互为镜像的两个相等部分，相应的对称操作为对此平面的反映。（2）对称轴（ Ln） ：是通过晶体中心的一根假想的直线，当晶体围绕此直线旋转一定的角度后，可使相等部分重复，旋转一周重复的次数为轴次 （n） ， 重复时所旋转的最小角度称为基转角 （） ，二者之间关系为n=360/ 。

6、（3）对称中心（ C） ：对称中心是一个假想的的点，通过此点作任意直线，在此直线上距对称中心等距离的两端有对应的点。 （4）旋转反伸轴 （Lin） ：围绕一假想直线， 旋转一定角度后，再对此直线上的一个点进行反伸，可使相等部分重复，则此直线为旋转反伸轴。旋转反伸轴常用的是Li4和 Li6。11试画简图证明中级晶族晶体上若有L2，只能与高次轴垂直，不能斜交。（4 分）答：因为中级晶族晶体只能有一根高次轴，当L2与高次轴斜交时，其高次轴将多于一根，就不是中级晶族了，只有当L2与高次轴时垂直时，才能只有一根高次轴。12何谓晶面的米氏符号。某等轴晶系晶体，截X、Y、Z 轴的长度依次为2mm、4mm、4

7、mm，试计算出该晶面的米氏符号。 （4 分）答： 用晶面在各晶轴上截距系数的倒数比来表示晶面在空间的相对位置的符号称为晶面的米氏符号；该晶面的米氏符号为（ 211） 。13简述晶体的对称分类。（8 分）答：晶体的分类是首先根据对称型中有无高次轴及其多少，分为高、 中、低三个晶族，再在各晶族中按对称特点的不同划分晶系，共七个晶系：高级晶族（有数个高次轴）等轴（立方）晶系（必有4 个 L3）四方（正方）晶系（有一个L4或 Li4）中级晶族（只有一根高次轴）三方晶系（有一个L3）六方晶系（有一个L6或 Li6）斜方（正交）晶系（L2或 P多于 1）低级晶族（无高次轴）单斜晶系（L2或 P不多于 1）

8、三斜晶系（无对称面，无对称轴）14何谓晶体定向？晶体定向有何意义？（6 分）答：晶体定向就是在晶体上选定坐标系统。其意义首先是可以确定晶面和单形在空间的相对位置， 进而确切地描述晶体的各种性质，此外在矿物鉴定、 以及在矿物形态、内部结构和物理性质的研究中都具有重要的意义。15何谓单形？为什么同一单形的所有晶面性质相同？（4 分）答：单形是由对称要素联系起来的一组晶面的组合。因为同一单形各晶面的面网结构相同，所以性质相同。16何谓双晶？研究双晶有何意义？（6 分）答：双晶是两个或两个以上的同种晶体的规则连生，其中一个晶体是另一个晶体的镜像反映，或者其中一个晶体旋转1800后与另一个晶体重合或平行

9、。许多矿物在自然界是以双晶产出，双晶的形态及其结合规律是这些矿物的重要鉴定特征， 此外，双晶的存在会影响到这些矿物的工业用途。17为什么晶体上不可能出现L5及高于六次的对称轴？（4 分）答：因为只有符合空间格子规律的对称才能在晶体上出现，而L5及高于六次的对称轴不符合空间格子规律，所以在晶体上不可能出现L5及高于六次的对称轴。18简述晶体选轴的原则和各晶系晶体选轴的规定。（12 分）答： （1）优先选对称轴作晶轴；（2）当对称轴的数量不能满足需要时选对称面的法线来补足； （3） 如果对称轴和对称面的法线都不能满足需要时满足需要时，则选平行于发育晶棱的方向来补足； （4）在上述前提下， 应尽可能

10、使所选晶轴彼此垂直或趋于垂直， 并使轴单位彼此相等或趋近于相等。各晶系晶体选轴的规定是：等轴（立方）晶系以互相垂直的L4、 Li4或 L2为 x、y、z轴；四方（正方）晶系以L4或 Li4为 z 轴，以垂直 z轴并互相垂直的两个 L2或对称面的法线或晶棱的方向为x、y 轴；三方晶系及六方晶系以 L6、 Li6、 L3为 z轴，以垂直 z轴并互成 1200交角的三个 L2或对称面的法线或晶棱的方向为x、y、u 轴；斜方（正交）晶系一以互相垂直的3 L2为 x、y、z轴，在 L22P对称型中以 L2为 z 轴，以 2P 法线为为 x、y 轴；单斜晶系以L2或对称面的法线为y 轴，以垂直 y 轴的主

11、要晶棱方向为x、z 轴；三斜晶系以不在同一平面内的三个主要晶棱方向为x、y、z轴。19为什么晶面在晶轴上的截距系数之比为简单整数比？（4 分）答：首先截距系数之比为一个数字连比，它总是可以化为整数比的， 而网面密度愈大的晶面在晶轴上的截距系数之比愈简单，再由布拉维法则可知， 实际晶体的晶面是那些网面密度大的晶面，所以，晶面在晶轴上的截距系数之比为简单整数比。20已知二晶面（01）和 （021）同属于 100晶带，求此晶带上介于（01）和（021）二晶面之间的一可能晶面的晶面符号，并说明推求的方法。（4 分）答：由晶带定律，因为：hr+ks+lt=0 mr+ns+pt+0 则（ h+m）r+（k

12、+n）s+（l+p）t=0 即（ h+m） 、 （k+n） 、 （l+p）必为此晶带上另一可能晶面的晶面符号，据此，求出此晶面的晶面符号为（001） 。21试述在空间格子中选择平行六面体的原则。（6 分）答： （1）所选平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称；（2）在不违反对称的条件下， 应选择棱与棱之间直角关系为最多的平行六面体；（3）在遵守前二个条件的前提下， 所选平行六面体的体积应最小； （4）当对称性规定棱间的交角不必为直角关系时， 则在遵守前三个条件的前提下，应选择结点间距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间交角接近于直角的平行六面体。22为什么四方晶系不存在底心格子，试作图加以说

13、明。（4 分）答：根据在空间格子中选择平行六面体的原则，四方晶系的底心格子不符合上述第三条原则，即四方底心格子可以选择为体积更小的四方原始格子，所以，四方晶系不存在底心格子。23为什么等轴晶系没有底心格子。 （2 分）答：根据在空间格子中选择平行六面体的原则，等轴晶系底心格子不符合上述第一条原则，等轴晶系的对称是必有四个L3，而等轴底心格子没有L3，不符合空间点阵的对称，所以，等轴晶系没有底心格子。24何谓空间群？空间群的国际符号可分为哪两部分，各表示什么？试举例加以说明。（4分）答：空间群是晶体内部结构对称要素的组合。空间群的国际符号可分为两部分，一部分为符号前面的大写英文字母表示空间格子类

14、型，一部分为对称型的国际符号，但将其中对称要素的符号换成相应的内部结构的对称要素的符号。如空间群 P42， 表示空间格子类型为四方原始格子， 在 z轴方向有 42螺旋轴。25论述金属晶格矿物的物理性质特征。 （4 分）答：金属晶格矿物化学键为金属键，由电负性都较低的元素结合而成，晶格常作等大球体最紧密堆积， 紧密度大， 矿物不透明， 呈金属光泽， 硬度低中等，具强延展性，不溶于水，为电的良导体。26论述离子晶格矿物的光学性质特征。 （4 分）答：离子晶格矿物化学键为离子键，其光学性质表现为无色或浅色、条痕白色、透明、玻璃光泽。27何谓配位数？简要论述影响离子晶格配位数大小的重要因素。（6 分）

15、答：一个离子或原子周围与其直接相邻的原子或异号离子的数目，称为该离子或原子的配位数。影响离子晶格配位数大小的重要因素主要有：（1）阴阳离子的半径比，当阴阳离子的半径比愈接近，则配位数愈大； （2）离子极化和环境的影响，当晶格中有极化极化力强的离子时，其配位数降低；温度升高，配位数降低，压力增大，配位数增大。28试述晶格类型对矿物性质的影响。 （8 分）答： （1）离子晶格矿物化学键为离子键，其光学性质表现为无色或浅色、条痕白色、透明、玻璃光泽；硬度中等高，具脆性；在极性溶剂（如水）中溶解度较大， 是电的不良导体。（2）原子晶格矿物化学键为共价键，由电负性都较高的元素结合而成，矿物透明、金刚光泽

16、、硬度很高，具脆性，不溶于水、是电的不良导体。（3）金属晶格矿物化学键为金属键，由电负性都较低的元素结合而成，晶格常作等大球体最紧密堆积，紧密度大，矿物不透明，呈金属光泽，硬度低中等， 具强延展性，不溶于水，为电的良导体。 （4）分子晶格矿物化学键为分子键，矿物一般透明至半透明、 硬度很低、 溶于有机溶剂，不溶于水、是电的不良导体。29何谓同质多象？举例说明其研究意义。 （4 分）答：相同的化学成分， 在不同的物理化学条件下，形成结构不同的多种晶体的现象。称为同质多象。根据岩石中被保留下来的同质多象变体或副象，可以推断这些岩石形成时的温度、压力或其它条件， 如石英的各种同质多象变体和碳的同质多象变体石墨及金刚石在地质工作中就常被用作“地质温度计”和“地质压力计” 。30何谓类质同象？简要论述类质同象代替的重要条件。（8 分）答： 晶体结构中的某种质点被类似的质点所代替，仅使晶体常数发生微小的变化，但晶体结构并不发生变化的现象称为类质同象。类质同象代替的重要条件主要有： （