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1、 密码：111111 1组：地质08-8、地质08-7班、地质08-4 、地质08-3班学号在05082189(含)以后的 同学。 2组：地质08-1、地质08-2班 3组：地质08-4、地质08-3班、地质08-7 、地质08-8班学号在05082189以前的同 学。 4组：地质08-5、地质08-6班第六章 矿物的化学成分和内部结构一、十四种空间格子 二、紧密堆积原理 三、配位数和配位多面体 四、晶格类型 五、同质多像的概念 六、类质同像的概念 七、矿物的化学式一、十四种空间格子（十四种布拉维格子）1平行六面体的选择对于每一种晶体结构而言，其结点(相当点) 的分布是客观存在的，但平行六面体
2、的选择是 人为的。平行六面体的选择原则如下： 1）所选取的平行六面体应能反映结点分 布整体所固有的对称性； 2）在上述前提下，所选取的平行六面体 中棱与棱之间的直角关系力求最多； 3）在满足以上二条件的基础上，所选取 的平行六面体的体积力求最小。 下面两个平面点阵图案中，请同学们画出其空间格子 ：4mm mm24mmmm2引出一个问题：空间格子可以有带心的格子；2各晶系平行六面体的形状和大小 平行六面体的形状和大小用它的三根棱长（ 轴长）a、b、c及棱间的夹角（轴角）、 表征。这组参数（a、b、c；、）即为 晶胞参数. 在晶体宏观形态我们可以得到各晶系的晶体 常数特点，是根据晶轴对称特点得出的
3、. 宏观 上的晶体常数与微观的晶胞参数是对应的,但 微观的晶体结构中我们可以得到晶胞参数的 具体数值。3平行六面体中结点的分布（即格子类型 ）1）原始格子（P）：结点分布于平行六面体的八个角顶上。 2）底心格子（C、A、B）：结点分布于平行六面体的角顶 及某一对面的中心。 3）体心格子（I）：结点分布于平行六面体的角顶和体中心 。 4）面心格子（F）：结点分布于平行六面体的角顶和三对面 的中心。 其中底心、体心、面心格子称带心的 格子，我们在前面画格子的例子中已经知 道有带心格子的存在，这是因为有些晶体 结构在符合其对称的前提下不能画出原始 格子，只能画出带心的格子。4十四种布拉维格子七个晶系
4、-七套晶体常数七种平行六面体种形状。 每种形状有四种类型，那么就有74=28种空间格子？ 但在这28种中，某些类型的格子彼此重复并可转换，还 有一些不符合某晶系的对称特点而不能在该晶系中存在 ，因此,只有14种空间格子，也叫14种布拉维格子。（ A.Bravais于1848年最先推导出来的）举例说明： 1、四方底心格子可转变为体积更小的四方原始格子 ； 2、在等轴晶系中，若在立方格子中的一对面的中心安置 结点，则完全不符合等轴晶系具有4L3的对称特点，故不 可能存在立方底心格子。例1：四方底心格子 四方原始格子晶 系原始格子（ P）底心格子（ C）体心格子（I ）面心格子（ F）三 斜C=II
5、=FF=P单 斜I=F F=C斜 方四 方C=PF=I三 方与本晶系对 称不符I=FF=P六 方与本晶系对 称不符与空间格子 的条件不符与空间格子 的条件不符等 轴与本晶系对 称不符 在我们研究过晶体内部结构的对称性，是 将晶体内的所有质点按几何点来考虑的。 本章要将晶体内部质点作为原子、离子来 考虑了。 二 、最紧密堆积原理将晶体内的质点作为球体来考虑。因为在离子键和金属键的晶体结构中 ，离子键和金属键是没有方向性的，核外 电子云的分布是球形，可以作为球形来考 虑。所以对于离子键和金属键的晶体结构 ，可以用球体最紧密堆积原理来研究。二、 球体紧密堆积原理在晶体结构中，质点 间趋向于尽可能地相
6、 互靠近，形成最紧密 堆积，以达到内能最 小，而使晶体处于最 稳定状态。二维平面内等大球体 的最紧密堆积注意两种不同 方向的空隙ABC两层等大球体的最紧密堆积注意：一种空隙被第二层球体全部盖上，而另一 种空隙没有被盖上，用“ ” 表示。ABC三层等大球体的最紧密堆积注意：“ ”空隙穿过了3层。ABC第一种方式是第三层球的位置重复第一层球的位置；即按ABAB或ACAC等两层 重复一次的规律重复堆积，此时球体在空间 的分布恰好与空间格子中的六方格子一致， 故这种方式的堆积称之为六方最紧密堆积。第二种则是第三层球堆积在既不重复第一 层也不重复第二层球的位置上。即按ABCABC或ACBACB等三层重复
7、 一次的规律重复堆积。则球体在空间的分 布与空间格子中的立方面心格子一致。此 种方式的堆积称之为立方最紧密堆积。立方最紧密堆积： ABCABC.四面体空隙 八面体空隙N个等大球体作最紧密堆积时，产生N个八面体空 隙和2N个四面体空隙。空隙类型：不等大的球体进行堆积时，其中较大的 球做最紧密堆积，而较小的球则依自身体积 的大小填入其中的八面体空隙或四面体空隙 中，形成不等大球体的紧密堆积。HaliteHaliteClClClClClClClClNaNa石盐三、 配位数和配位多面体在晶体结构中，原子或离子是按照一定方式与 周围的原子或离子相接触的，每个原子或离子周围 最邻近的原子或异号离子的数目称
8、为该原子或离子 的配位数。以一个原子或离子为中心，将其周围与 之成配位关系的原子或离子的中心联接起来，所获 得的多面体称为配位多面体。重要的是阳离子的配位数。四面体，配位数：4八面体，配位数：6在离子晶体中，配位数主要取决于阴阳离子的半径比 。阳离子的 配位数阳离子和 阴离子的 半径比3 4 6 8 12 0.155 0.225 0.414 0.732 1 阳离子配位数和阳离子与阴离子半径比值（RK/RA）的关系四、化学键与晶格类型化学键就是质点间的作用力。具有不同化 学键的晶体，在晶体结构、物理性质和化学性 质上都有很大的差异。 1. 离子晶格离子键在离子晶格中，各种元素的原子相互结合 时，
9、电子重新配置，电子从一个原子转移到另 一个原子，从而形成相对稳定的阳离子和阴离 子，它们之间靠静电引力相互联系起来，从而 形成离子键。离子键使晶格具有最紧密堆积，有较高的 配位数；为了保持电性中和，异号离子保持一 定的数量比例；质点间的电子密度很小，对光 的吸收较小，光子易通过，表现为透明或半透 明、低折射率和反射率、非金属光泽、不导电 等；晶体的机械性能、硬度、熔点较高。 离子晶格遵守下列规则：1） 在阳离子周围，形成一个阳离子配位多 面体，阴阳离子间距取决于它们的半径之和 ，而配位数取决于它们的半径之比。2） 阳离子的电价为周围的阴离子的电价所 平衡。3） 当配位多面体共棱，特别是共面时，
10、会 降低晶体结构的稳定性。对高电价配位数的 阳离子，这个效应更明显。4） 在晶体结构中，有几种阳离子存在时， 电价高、半径小、配位数低的阳离子趋向于 远离。在晶体结构中，晶体化学上不同的部 分趋向于最小限度。2. 原子晶格共价键在此晶格中，原子以共用电子对的方 式达到电子壳的稳定。二原子的电子云发 生重叠，因而使介于原子间的电子密度增 高，形成所谓的负电桥，把带正电荷的原 子核联系起来，从而构成了牢固的共价键 。共价键中共用电子对通常是由两个原 子供给的，但也可以由一个原子单独提供 ，形成所谓的配位键。晶体结构的紧密程度比离子晶格低， 配位数也小；不导电；透明或半透明；非 金属光泽；一般具有较
11、高的熔点和较大的 硬度。 3. 金属晶格金属键金属原子一般倾向于丢失电子，在金 属晶格中，这些电子作为自由电子而弥散 于整个晶体中，失去了电子的金属阳离子 为自由电子所联系，从而形成金属键。在 晶体中有原子、阳离子和自由电子共存。金属键不具有方向性和饱和性，晶格 做最紧密堆积，具有较高的配位数。由于自由电子的存在，晶体为良导体 ，不透明，高反射率，金属光泽，有延展 性，硬度一般较小。 4. 分子晶格分子键在分子晶格中，存在着中性分子，在分 子内部通常为共价键结合，分子之间为相 当弱的分子间力所联系。这是由于分子电 荷分布不均匀而形成偶极，从而在分子间 形成了电性引力。分子晶体的物性，既取决于分
12、子键， 如低熔点、低硬度；也取决于分子内部的 键性，如不导电、透明、非金属光泽等。注意：在一些矿物中，只存在某种单一的键力，如 自然金的金属键，金刚石的共价键等。这样的晶体 被称为单键型晶体。对有过渡型键的晶体，两种键 性融合在一起不能明显分开的，从键本身来说仍然 只是单一的一种过渡型键，也属于单键型晶体。其 晶格的归属，依占主导地位的键为准。如金红石中 ，TiO间的键性是以离子键为主，向共价键过渡 的过渡型键，便归属于离子晶格。还有一些晶体，如方解石的结构中，在CO之 间存在着以共价键为主的键性，而CaO之间则为 离子键，这两种键性在结构中是明显分开的，这类 晶体属于多键型晶体。它们的晶格类
13、型归属，以晶 体的主要性质取决于哪种键性为划分依据。典型结构许多晶体的结构是等型的，例如：石盐（NaCl）、方铅矿 (PbS)、方镁石 (MgO).，它们具有相同的结构构型， 只是改变了阴、阳离子。我们将这类结构称典型结构， 并以其中之一的晶体名称来命名，即这种结构统称“NaCl 型结构”。 此外, 有些晶体结构是在典型结构的基础上稍加变形, 这类 结构就称为该典型结构的衍生结构, 如黄铁矿(FeS2)的 结构为NaCl型结构的衍生结构, 因为结构形式是一样的, 但用哑铃状的S2代替了Cl. 五、同质多象同种化学成分的物质，在不同的物理化 学条件下，形成不同结构的晶体的现象，称 为同质多象。这
14、样一些物质成分相同而结构 不同的晶体，则称为同质多像变体。同质多象个变体之间的转变温度是较为固定 的，所以某种矿物变体的存在或转化过程，可以帮 助我们推测该矿物所存在的地质体的形成温度，因 此，称之为“地质温度计”。 下面要介绍的是晶体成分、结构发生变化的一些现象。例如：金刚石与石墨， -石英和-石英 。SiO2同质多像变体相图同种物质的同 质多象变体， 依它们的形成 温度从低到高 ，在其名称前 冠以、 、 。同质多象的转变分为可逆的和不可逆的两 种类型。石英 石英方解石 文石 一种变体继承了另一种变体之晶形的现 象，称为副象 。 例如: -石英(六方双锥) 转变为-石英 后,依然保留六方双锥
15、形状.六、 类质同象 1. 类质同象的概念晶体结构中某种质点被它种类似的质点所代 替，仅使晶格常数发生不大的变化，而结构型式 不变，这种现象称为类质同象。 例如镁橄榄石Mg2SiO4晶体，其晶格中Mg2+可以 被Fe2+所替代占据，由此形成的橄榄石 (Mg, Fe)2SiO4晶体。并且 Mg2+被Fe2+替代可以任意比例，形成一个系 列：Mg2SiO4- Fe2SiO4镁橄榄石 橄榄石混晶或固溶体 铁橄榄石 这种情况称完全类质同像系列。但是，在闪锌矿ZnS中，部分的Zn2+可被Fe2+类 质同象替代，其替代量最大只达到原子数的 30.8% ，如果代替量大于30.8% ，闪锌矿的结构 将被破坏。ZnS- - - - - - FeS 这种情况称不完全类质同像系列。在类质同像系列的中间产物称类质同像混晶，它 是一种固溶体.所谓固溶体, 是指在固态状态下一种组分溶于另 一组分中, 分两种： （1）填隙固溶体 （2）替位固溶体-类质同像混晶 下面两种情况不能称为类质同像： 1、例如，在白云石CaMgCO3，其C
