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1、第一章 矿物学与结晶学 1 概述 1.1 矿物的概念 天然产出；是各种地质作用和天体作用的产物； 具有一定的化学成分；具有一定的内部结构； 是岩石矿石的基本组成组分；在一定的物化条 件下稳定；质地均一的单质或化合物。 矿物形式: 固态、液态、气态。矿物为无机物。 1.2 矿物的利用 古代 现代,应用历史回顾 三万年前 古罗马人用燧石取火 三千年前 武器 三至五世纪 商人河边过夜，扬州玻璃衣片 石器 武器、医学 铜器 戈、矛、刀、剑 钢铁 刀、矛、枪、炮、研磨材料 原子 原子弹、氢弹、镜头、夜光漆 纳米 美国、日本、中国、艺术石,住 建筑及装饰材料，陶瓷器械，玻璃器械，抗菌冰箱， 防辐射彩电，保
2、温材料 行 铁轨，机车，船舶，飞机，汽车，宇宙飞船，自行车 其它牙膏、麦饭石、蒙脱石、蓝石棉防腐、CMC、钾肥 国防 高纯超细SiO2制导系统 陶瓷长石、石英常用原料 特种陶瓷（发动机、芯片、基片）， 新材料（天线、环保、功能）,生活 食 石盐，铁，磷，钙 衣 防火服，抗菌衬衫，宝石，玉石，金银,矿物的利用： 直接利用矿物本身的特性（物化性质） 从矿物中提取有用元素（化学成分） 1.3 矿物学的现状和任务 现状：表面特征的描述矿物的形成条件、标型特征和物理性 质直接观察晶体结构微区研究（新阶段） 任务：化学成分晶体结构物理性质用途 2 晶体和非晶质体 2.1 概念 晶体：具有格子构造的固体 非
3、晶质体：不具有格子构造的物质 晶体过去看法：具有规则的几何多面体外形,氯化钠晶体结构本质： 氯化钠晶体立方体的外形。1mm310181019。 X衍射分析：每个小立方体中质点排列的方式是完全相同的。,Cl- 离子,Na+离子,氯化钠晶体结构,可以看出：三方向， Cl-与Na+是每隔0.563nm的距离重 复一次。 内部结构： Cl-离子和Na+离子在三维空间均成周期性重复的规 则排列而构成一种格子状的构造。 晶体定义： 晶体是内部质点在三维空间成周期性重复排列的 固体；或者说，晶体是具有格子构造的固体。相 应地，内部质点在三维空间成周期性重复排列的 固体，便称为结晶质 晶体的分布极为广泛，不只
4、局限于矿物的范畴。,3 晶体的空间格子规律 晶体的格子构造决定晶体各项性质。 晶体结构的格子构造规律（氯化钠）： 选择一个几何点等同点空间点阵,发现等同点的图形：,同一晶体，得出的等同点的空间分布，是一致的。 等同点则称为阵点或结点，点阵中各个结点在空间的分布规律，体现了相应结构中质点排列的重复规律。,石盐晶体结构的空间格子,结点在三维空间周期性重复这一性质，体现了一切晶体所共有的基本特性。 空间格子： 由结点在三维空间做周期性重复排列构成的无限图形。 3.1 空间格子的要素 结点是空间格子上的等同点（几何点）。无物理化学意义。 行列分布在同一直线上的结点构成一个行列。 面网联接分布在同一平面
5、内的结点则构成一个面网。,平行六面体由三条不共面的行列及与此三行列相应地平行行列便将整个空间格子划分成一系列平行叠置的六面体。 平行六面体即是空间格子的最小单位，称为单位平行六面体。在单位平行六面体划分出来的相应单位，称为晶胞,3.2 十四种空间格子 同一个空间点阵，划分平行六面体的方式是多种多样的。,选择平行六面体的原则： 所选平行六面体的对称性应符合整个空间点阵的对称性。, 选择棱与棱之间直角关系为最多的平行六面体 所选平行六面体之体积应最小。 当对称性规定棱间的交角不能为直角关系时，应选择结点间距小的行列作为平行六面体的棱，且棱间的交角接近于直角的平行六面体。 单位平行六面体，a、b、c
6、 、 是表征它本身形状、大小的一组参数，称为格子参数或点阵参数。,单位平行六面体与坐标轴的关系：棱交角坐标轴之间交角。 a、b、c 轴单位。 a、b、c、 关系有七种情况，与单位平行六面体七种格子相对应。,3.2.1 立方格子 a=b=c = =90o,3.2.2 三方格子 a=b=c = 90o， 60， 109o2816 “,菱面体格子中为特殊角度时，演变成的三种立方体格子,3.2.3 四方格子 a=b c = =90o,3.2.4 六方格子 a=bc =90o =120o,3.2.5 正交格子 a b c = =90o,3.2.6 单斜格子 a b c = =90o 90o,3.2.7
7、三斜格子 a b c 90o,结构中代表各类等同点的结点在空间的排列方式来说，格子的种类有、且只有上述十四种。,按结点位置，可有四种不同的类型：,P 原始格子（角顶）,C 底心格子（角顶、顶底面）,I 体心格子（角顶、体心）,F 面心格子（角顶、每个面）,十四种形式的空间格子布拉维(Bravais)格子,4 晶体的基本性质 基本性质 最小内能： 稳定性： 对称性： 异向性： 均一性： 自限性：,5 非晶质体 非晶质体：质点在空间的排列是无序的。“硬化了的液体” 在外形上：无定形体 内部结构：无规律可寻 具有特点： 不具有结晶结构，原子排列无规则 无固定外表形态 无固定熔点 不能用射线法测定其内
8、部结构 各方向上的物理性质相同 具有晶质化的趋势,6 晶体的对称（宏观） 实现几何意义与物理意义的完美统一 6.1 对称的概念和晶体的对称性 对称指：物体相同部分的有规律重复,晶体的对称基本性质。 晶体的对称性也是相对的，而不对称则是绝对的。 6.2 晶体的宏观对称要素 对称操作： 对称要素： 晶体宏观对称要素： 对称中心（C）：假想的一个点，相应的操作是对于这个点的反伸。其作用相当于一个照相机。,C,结论：晶体如具有对称中心，晶体上的所有晶面，必定全都成 对地呈反向平行的关系。其对称中心必定位于几何中心 符号为“C” 标志：晶体上的所有晶面都两两平行，同形等大，方向相反。 对称面：为一假想的
9、面，对称操作为对此平面的反映。 方法： P 2P 3P 9P,P与面、棱有着的关系： （1）对称面垂直并平分晶体上的晶面晶棱； （2）垂直晶面并平分它的两个晶棱的夹角； （3）包含晶棱 对称轴（Ln）：为一假想的直线。对称操作为绕此直线的 旋转，可使晶体上的相同部分重复出现。使相同部分 重复出现的最小旋转角，称为基转角（ ），旋转一 周中，相同部分重复出现的次数，称为轴次（ n ）。 、 n 之间的关系为： n = 360o/ 对称定律：晶体外形上可能出现的对称轴的轴次，不是任 意的，只能是1 2 3 4 6 。 高次对称轴：轴次高于2的对称轴称（3、4、6）。,对称轴在晶体中可能出露的位置是
10、： （1）两个相对晶面的连线； （2）两个相对晶棱中点的连线； （3）相对的两个角顶的连线 （4）一个角顶与之相对的晶面之间的连线,旋转反身轴（Lin） 旋转反伸轴是一假想直线和其上一点所构成的一种复合 对称要素。 组成：旋转+反伸两部分。可能有： Li1 Li2 Li3 Li4 Li6 （五种） i表示反伸，n表示轴次。 旋转反伸轴与对称轴的关系： Li1 = C Li2 = P Li3 = L3 +C Li6 = L3 +P 应用时，只考虑Li4 和 Li6 综合来看：晶体外形上的对称要素有九种 C P L1 L2 L3 L4 L6 Li4 Li6,6.3 对称型、对称要素的组合 对称型：
11、 单个晶体中，全部对称要素的组合。 晶 类： 按对称型进行归类所划分成的晶体类别。 要素组合： 晶体中，所有的对称要素按一定的规律组合在一起。 数 量： 对称要素的有限性（9种），规律性（对称组合定理） 决定了对称型只有32种,6.4 晶体的对称分类 内部结构相似的可具有相同的对称特点。进而对晶体进 行分类。 方法： 首先：将同一个对称型归为一类，称晶类（对应32） 进而：在32种晶类中，按对称型的特点划分为：七个晶系 然后：再按高次轴的有无和高次轴的数目，将七个晶系并为三 个晶族 即归类划分合并 结果：,第二章 晶体的定向和晶面符号 晶体定向：设置坐标系 晶面符号：用数学符号表示方位 1 晶
12、体定向 选择坐标轴和确定各轴上轴单位的比值。 1.1 晶轴和晶体几何常数 晶轴：于晶体上所设置的坐标轴。 轴角：每两个晶轴正端之间的夹角。 YZ ZX XY,轴单位：按XYZ轴的顺序，标记为abc 轴率：用投影法求出它们的比率a :b :c 1.2 晶轴的选择原则 选对称轴作晶轴； 若对称轴的个数不足，由对称面的发线来补充； 若没有对称面和对称轴，则选三个晶棱充当晶轴 1.3 各晶系晶体的定向方法 三轴定向的有：等轴、四方、正交、单斜、三斜（前右上）,Z（c）,Y（b),X（a), 三方、六方为四轴定向（XYZU）,X,Y,U,Z轴直立,2 晶面符号 用晶轴和轴单位来表示晶面所在的空间方位，称
13、晶面 符号。应用最广是米氏符号。,2.1 整数定律（有理指数定律） 阿羽依指出：晶体上任何晶面在结晶轴上的截距系 数之比恒为简单的整数比。 说明两个问题： 晶面在结晶轴上的截距就是晶轴结点的整数倍； 晶体在生长过程中，是遵守布拉维法则的（实际 出现的晶面系密度较大的面网，面网密度越大， 出现的可能性越大） 2.2 米氏符号（米勒尔）： 晶面符号可用（晶面指数）来表示，晶面指数等于 该晶面在三个晶轴上的截距系数的倒数比。 用hkl表示分别与XYZ三个轴相对应。 一般形式为： （hkl）,规律：平行指数为零。负端相交加“”。 四轴：形式（hkil）且h+k+i0 3 晶面指数与晶面方位间的关系 几
14、点结论：见符号，解含义，想方位 晶面中某个指数为零时，表示该晶面与相应的晶面平行 同一个晶面符号中，指数的绝对值越大，表示晶面在相应 晶轴上的截距系数越小；在轴单位相等的情况下，还表示截距的绝对长度越短，晶体本身与该结晶轴的夹角越大 同一晶面符号，如有两个指数的绝对值相等，这两个晶轴的轴单位也相等，则晶面与这两个晶轴以等角度相交 在同一晶体中，如有两个这样的晶面，在它们的晶面符号之间有两组对应的指数值均相等，仅有另一组对应指数不相等，对于不等的那一组指数,指数值越大晶面本身与相应的晶轴之间的夹角也越大。 同一晶体中，有两个晶面它们对应的三组晶面指数绝对值 相等，而正负号完全相反，则这两个晶面平行。 4 几个概念： 4.1 晶带 晶面彼此相交的晶棱相互平行的一组晶面的组合。形式 为rst 4.2 晶带定律 晶体上任一晶面至少同时属于两个晶带；而一个晶带至 少必须包含两个互不平行的晶面。 4.3 单形 靠对称要素
