《結晶學及礦物學》

學時：60學時（其中理論課40，實驗課20學時）任課教師：胡寶群輔導教師：曾愛花1課程安排及特點結晶學32學時（其中理論課24學時，實 驗課8學時）礦物學為44學時（其中理論課30學時， 實驗課14學時）本課程特點：學時數少；實驗多占總學時的29%；是地學及材料科學的基礎課，應用面極廣；本課程有一定的難度。2第1講：

第一章緒論，第二章晶體的形成

第一章緒論（1學時）自然界的礦物一般都是天然晶體。研究礦物將涉及晶體許多固有的特性和結晶學法則與定律。因此，學習礦物學必須具備結晶學的基礎。本章將首先對晶體及結晶學作概略介紹。3一、晶體、非晶質體與準晶體

晶體：凡是質點作規律排列具有格子構造的物質即稱為結晶質，結晶質在空間的有限部分即為晶體。由此，我們可以對晶體作出如下定義：晶體是具有格子構造的固體。4非晶體：與上述情況相反，有些狀似固體的物質如玻璃、琥珀、松香等，它們的內部質點不作規則排列，不具格子構造，稱為非晶質或非晶質體。從內部結構的角度來看，非晶質體中質點的分布頗類似于液體。5準晶體：1985年在電子顯微鏡研究中，發現了一種新的物態，其內部結構的具體形式雖然仍在探索之中，但從其對稱性(見第四章)可知，其質點的排列應是長程有序，但不體現周期重復，即不存在格子構造，人們把它稱為準晶體。6二、空

間

格

子

晶體的本質在于內部質點在三維空間作平移周期重復?？臻g格子是表示這種重復規律的幾何圖形。7空間格子有如下幾種要素：1．結點結點是空間格子中的點，它們代表晶體結構中的相當點。在實際晶體中在結點的位置上可為同種質點所占據。但就結點本身而言，它們并不代表任何質點．它們只有幾何意義，為幾何點。2．行列結點在直線上的排列即構成行列(圖I一1—6)。空間格子中任意兩個結點聯結起來就是一條行列的方向。行列中相鄰結點間的距離稱為該行列的結點間距。83．面網結點在平面上的分布即構成面網(圖I-1-7)?？臻g格子中不在同一行列上的任意三個結點就可以決定一個面網的方向，換句話說，也就是任意兩個相交的行列就可決定一個面網。面網上單位面積內結點的密度稱為網面密度。4．平行六面體從三維空間來看，空間格子可以劃出一個最小重復單位，那就是平行六面體(圖I-1-8)。它由六個兩兩平行而且相等的面組成。實際晶體結構中所劃分出的這樣的相應的單位，稱為晶胞。整個晶體結構可視為晶胞在三維空間平行地、毫無間隙地重復累疊。晶胞的形狀與大小，則取決于它的三個彼此相交的棱的長度。9三、減晶體電的基典本性牌質由于千晶體敗是具亭有格泥子構速造的航固體塔。因庸此．亦也就寶具備燥著為找晶體蹄所共址有的銜、由勁格子膀構造旦所決但定的撥基本屆性質是?，F芽簡述船如下胡。1．自風限性自限事性是乏指晶鍋體在傅適當洲條件慚下可醉以自祖發地鋪形成輕幾何路多面吸體的畝性質凈。2．均勤一性因為鑼晶體踏是具顆有格繪子構城造的男固體奧，在睡同一落晶體武的各唯個不惜同部抵分，挑質點這的分理布是殼一樣舊的，季所以保晶體么的各賣個部貿分的絨物理尸性質階與化受學性裂質也禍是相酷同的砌，這免就是蓮晶體披的均循一性片。103．異啄向性(各向簡異性)同一渾格子揉構造撥中，矩在不罷同方柄向上匙質點旋排列科一般彎是不族一樣謎的，吊因此位，晶蠢體的收性質兄也隨判方向躍的不螞同而機有所宿差異病，這掀就是漠晶體篇的異元向性田。如擁礦物顏藍晶葵石(又名微二硬況石)的硬腔度，百隨方烏向的安不同粱而有援顯著縮慧的差驚別(圖I-1-10惠)，平隆行晶萄體延袖長的違方向(圖I-1-10中的AA吵)可用壩小刀申刻動盟，而巴垂直瘋于晶見體延淡長的礙方向(圖I-1-10中的BB槐)則小捉刀不旗能刻茶動。電又如道云母仔、方碗解石己等礦劣物晶悶體，建具有媽完好洽的解悶理，槳受力丑后可偶沿晶量體一腹定的盯方向襲，裂昏開成安光滑鳥的平氏面?；痹诘V盼物晶潛體的喊力學債、光缺學、券熱學戒、電晴學等態性質紐奉中，海都有章明顯雞的異幫向性咐的體釋現。114．對死稱性晶體章具異檔向性找．但槍這并富不排欺斥在屠某些漢特定庫的方肉向上站具有屈相同腸的性受質。掩在晶街體的得外形賤上，忌也常道有相辟等的翠晶面書、晶展棱和穗角頂跟重復暈出現襯。這數種相雙同的壯性質邊在不層同的室方向律或位杯置上榜作有蘋規律思地重愧復，剛就是此對稱盞性。遣晶體復的格郵子構悼造本劉身就皆是質檔點重磁復規驗律的券體現其。對件稱性紫是晶帝體極覺重要軟的性僵質，壯是晶棗體分進類的扮基礎默，我炸們將揚以專夠門的蛾章節斬加以滾討論飼。125．最網小內藏能在相獨同的中熱力稅學條辭件下標晶體紫與同慘種物塘質的書非晶澇質體紹、液蹲體、噸氣體螞相比重較，羞其內餓能最險小?？椝^譽內能襯，包槐括質狗點的蕉動能沈與勢攤能(位能)。動束能與襪物體坐所處抓的熱摟力學引條件浮有關浸，溫突度越土高，愉質點婚的熱聾運動樓越強昏，動懷能也錯就越魔大，挺因此敘它不悅能直售接用密來比檢較物加體間死內能釋的大交小。醬可用較來比趣較內給能大餡小的互只有仍勢能低，勢雀能取姐決于睛質點核間的遠距離漏與排計列。6．穩局定性晶體舟由于邀有最者小內禍能，心因而區結晶揀狀態諷是一翠個相授對穩可定的昆狀態社。這葛就是藥晶體在的穩腥定性須。這蠶一點覺可以壘由晶輩體與堤氣體哪、液診體中昆質點嫂的運框動狀供態的炕不同哪來說咬明。13四、名結晶刑學的校主要跪研究捆內容結晶法學是盲研究公晶體蔥的生烘長、原形貌恥、內橋部結享構及盟其物網理性駱質的雀科學題。(1占)晶體僑生長泰學研究累晶體芳發生匯、成應長的籌機理餐和晶疤體的稼人工虎合成保。它蛇是材握料科謝學的看個重司要研咬究內頑容。戴隨著受現代塔科學觸技術篇對特繁殊晶先體材跌料的且迫切壁需要碗，晶報體生忠長的純理論焰和實爺驗研械究衣筋迅速隙發展疲。它滴還與咳實驗鉆礦物讓學密蛋切相扎關。(2)幾何員結晶免學研究狹晶體涂外形舒的幾捷何規斬律。啊它是浙結晶舌學的會古典猴部分優，也形是基孕礎部疊分。從幾何家結晶籮學的著基本金規律柜．在消礦物兩學中余得到勻了廣刺泛的分應用身。(3耳)晶體娘結構貴學和視晶體疫化學晶體艱結構村學研吵究晶濕體結址構的尼幾何慰規律親、結拿構型余式和踏構造賞的缺價陷；騾晶體就化學狠則主繭要是同研究己晶體飽的化足學成壤分和拿晶體老結構盞的關捕系，爬并進慈而探贊討成或分結壘構與都其性灶能和磨生成下條件桐的關至系。穗成分厘和結牧構體挪現著魔晶體得的內莊在本陣質。區因此反，礦刃物晶撿體學摸是礦載物學吳研究洲的重蹄要基研礎。14(4廣)晶體案物理汪學研究副晶體返的物途理性岡質及模其產帥生機戰理。抹近代防固體常物理擊和礦掃構物圖理研菌究豐照富了咸它的屆研究頂內容旨，使仗其得匙到了棟迅速嘆的發逮展。根據零專業秀要求雙，本指教程卵將闡夜述結渡晶學獸的基健礎知壺識。債只講養述部再分內亭容。15第二曲章晶體律的形跟成（1學時鑄）晶體全是具陶有格腥子構止造的膽固體昂。它檔的發叉生和鄉豐成長條，實毅質上胃是在湯一定姜的條縮慧件下桂組成蓄物質尺的質先點按莫照格違子構氧造規遙律排久列的帝過程驗。16一、撇晶體茶形成炕的方劈燕式晶體晃是在錯物相幫轉變塵的情硬況下煤形成魯的。蕩物相便有三租種，貞即氣縫相、屆液相瓣和固件相。堡只有認晶體冶才是骨真正賭的固尺體。臨由氣次相、乘液相燃轉變起成固內相時棄形成故晶體播，固引相之膝間也證可以秤直接薦產生白轉變鳥。171．由甲液相瘦轉變拖為固族相(1勢)從熔拼體中柄結晶當溫估度低絹于熔個點時寄，晶昆體開遮始析悲出，擁也就每是說燒，只牧有當徑熔體命過冷獎卻時翼晶體肺才能輪發生霧。如島水在懸溫度疾低于良零攝斥氏度菌時結痰晶成宴冰；文金屬杏熔體定冷卻窩到熔伸點以旗下結黃晶成葉金屬淡晶體瓶。(2退)從溶蟲液中棒結晶當溶貿液達廊到過暴飽和映時，久才能揚析出舞晶體羞。其潤方式蒙有：1)溫度槍降低筑，如嘴巖漿能期后與的熱設液越捷遠離有巖漿缸源則愿溫度隆將漸綿次降富低，急各種潤礦物呀晶體桶陸續貨析出賣，2)水分總蒸發梨，如栗天然激鹽湖正鹵水妖蒸發袋，3)通過架化學移反應蛋，生頭成難輔溶物獲質。182．由筑氣相瀉轉變聯為固踢相從氣小相直賽接轉方變為皮固相喜的條邪件是突要有講足夠錢低的溫蒸氣蘇壓。在火梳山口叛附近健常由迫火山殼噴氣歪直接映生成爪硫、猶碘或豆氯化越鈉的媽晶體翅。卻需直接迅結晶男而成鉗的晶乏體。193．由戶固相沸再結擇晶為蓋固相(1辯)同質旨多象趴轉變所謂善同質臨多象菌轉變松是指桐某種屈晶體她，在尊熱力拐學條披件改古變時泉轉變讀為另葬一種北在新城條件醋下穩悟定的撫晶體電。它驚們在冤轉變助前后套的成深分相牙同，枯但晶兆體結仇構不大同。責如在帶57梢3℃鋸以上戀可形狠成高應溫石長英，儉而當擋溫度商降低崗到57啞3℃以研下時津則轉成變為尼晶體受結構仿不同洗的低刪溫石欣英。(2懇)原礦仁物晶冷粒逐影漸變密大如由肅細粒雖方解悶石組上成的爭石灰武巖與刺巖漿饅巖接咽觸時艷，受蒸熱再鐮結晶府成為洞由粗鴿粒方趣解石稍晶體份組成撲的大亦理巖嘩。(3番)固溶販體分義解在一產定溫識度下主固熔給體可悟以分休離成妄為幾統種獨逝立礦練物。素例的熟閃鋅盒礦和賭黃銅雄礦在咽高溫遷時組哲成為虹均一量相的陪固熔鄰體，緣瑞分離辜成為掌兩種碗獨立請礦物波。例擊如由歡一定偵比而卡在低駱溫時坦就分面離。(4漂)變晶礦物螺在定系向的房誠壓力首方向機上溶茶解，舒而在催垂直意于壓擁力方額向上己再結凳晶，乒因而岸形成駝一向冰延長乒或二饞向延肉展的巴變質瘋礦物飯，如錯角閃背石、姓云母氣晶體肯等。廚這樣決的變睛質礦用物稱宿為“帆變晶勾”。般有時示在變粗質巖內中發卸育成箏斑狀誘晶體國稱為粱“變施斑晶哲”。(5勢)由固潔態非肯晶質妙結晶火山聞噴發奶出的窗熔巖宿流迅棕速冷近卻，燥固結打為非送晶質蔑的火梨山玻莫璃。藏這種偷火山萄玻璃榨經過跑千百已年以悲上的咐長時漂間以療后，警可逐賢漸轉彎變為譜結晶卸質。20二、經晶核撿的形集成晶體衫生成咽的一旋般過趙程是滅先生兩成晶革核，汗而后雁再逐撤漸長辰大。一般晌認為梢晶體夸從液漸相或誕氣相勻中的樂生長半有三磨個階局段：（1殲）介質立達到草過飽順和、夢過冷剪卻階保段，（2隔）成著核階痕段；（3濕）生滔長階丟段。21三、鄉豐晶體哄的生揭長晶核岔形成搶后，贊將進撞一步科成長至。下旁面介捆紹關石于晶栗體生急長的撿兩種噸主要淚的理圈論。1．層既生長蜂理論1)晶體姨常生蔑長成森為面茫平、陪棱直灰的多漲面體倡形態霞。2)在晶壩體生控長的振過程博中，鍬環境外可能巡壽有所赤變化揉，不科同時能刻生儲成的挽晶體視的物廳性(如顏柴色)和成還分等暫方面添可能間有細棉微的使變化丑，因語而在餐晶體撞的斷系面上給常常字可以流看到凳帶狀鴉構造擔。它禿表明鴨晶面總是平吳行向昨外推雷移生賄長的拖。3)由于只晶面認是向謎外平丟行推齡移生蓄長的立，所信以同腸種礦鳥物不叮同晶辯體上陣對應抖晶面急間的鄰夾角巷不變秒。4)晶體禿由小幟長大割，許紫多晶吐面向味外平踏行移曾動的早軌跡緩形成聾以晶齡體中羞心為辮頂點繭的錐巖狀體距稱為繼生長流錐或畏砂鐘顛狀構慰造。喪在薄紛片中精常常姜能看蒙到。22然而妨晶體指生長店的實勉際情衰況要內比簡織單層既生長占理論壁復雜待得多捷。往徐往一蠶次沉憐淀在棟一個持晶面粒上的低物質軟層的徒原度窯可達悠幾萬如或幾宿十萬傳個分辟子層疼。同執時亦躺不一蔽定是油一層踢一層遼地順檔序堆哭積，謀而是走一層燭尚未糟長完包，又雞有一冠個新狹層開彼始生歷長。賀這樣羨繼續然生長鵝下去倉的結殼果，譽使晶灰體表啊面不眉平坦悉，成陣為階禍梯狀品稱為機晶面紫階梯始。232．螺剩旋生招長理騎論弗朗賄克等垃人(1棚94傭9~損19墨51或)研究籠了氣豆相中仁晶體昂生長畜的情蹦況，侍估計臣二維秤層生歐長所循需的膛過飽臂和度光不小強于25-50％。赴然而鼠在實套驗中腸卻難爽以達違到與蒼過飽拘和度棋相應習的生襪長速收度，必并且絞在過暢飽和堅度小伙于1％的綱氣相投中晶木體亦刻能生伸長。庫這種敘現象匯并不跑是層案生長抬理論槳所能川解釋灰的。奏他們陣根據賓實際湖晶體擴結構暗的各霸種缺筑陷中緣瑞最?？匆姷恼鹞诲e利現象吹，提脆出了做晶體定的螺崖旋生述長理成論．答即在帆晶體借生長雖界面嗎上螺夸旋位弊錯露炊頭點暮所出六現的捷凹角宋及其蹄延伸叢所形擺成的饑二面夏凹角監可作倍為晶筍體生賞長的巧臺階竿源，物促進染光滑掙界面與上的友生長跨。這膚樣使膚成功櫻地解燥釋了保晶體訪在很瞧低的牌過飽符和度餃下能爽夠生羽長的啞實際兄現象續。位錯憑的出線現，疼在晶蛋體的毒界面箭上提惡供了訊一個市永不下消失焰的臺菊階源箱。晶頁體符展圍繞怕螺旋亭位錯血露頭損點旋冶轉生欠長。趨螺旋床式的翻臺階捎并不碗隨著妄原子喂面網翼一層活層生朱長而磚消失箏，從她而使烤螺旋棗式生忘長持啟續下負去。系螺旋啦狀生肉長與目層狀猶生長鄰不同沖的是節臺階字并不逼直線鞏式地陰等速熔前進戚掃過厲晶面孔，而圓是圍年繞著瓶螺旋興位鉛撈的軸棒線螺董旋狀幼前進盞。隨編著晶供體的照不斷繩長大貼．最英終表有現在聲晶面臂上形即成能逝提供塑生長勒條件巾信息悉的各底種樣跑式的覆螺旋弓紋。2425四、念晶面很的發眼育在晶學體生爪長過溝程中乏，不凳同晶攻面的移相對計生長門速度種如何垂，在拋晶體惰上哪隨些晶姥面發塔育。皆下面冒介紹稼有關藏這方制面的朗幾種螞主要咬理論霉。1．布原拉維割法則在18四55年，脊法國鮮結晶渡學家談布拉打維從組晶體尼具有恥空間襪格子排構造訪的幾靜何概好念出昆發，廣論述欲了實狐際晶述面與未空間孕格子臣構造董中面鳴網之國間的啊關系畜，即實際響晶體扒的晶建面常停常平座行網氣面結炮點密近度最鑼大的桃面網宋，這倦就是愁布拉毒維法味則。262．居肺里—癢吳里貪夫原仆理18它85年居瓦里(P.Cu防ri稠e)指出緒，在偶平衡共條件愚下，中發生職液相遷與固悅相之億間的知轉變快時，歷晶體杰調整卷其形顆態使立總表欣面能倦為最私?。{亦即晶體妨生長蓄的平炭衡形涂態應兩具有呈最小載表面嘉能。3．沉周期針鍵鏈框(P藥BC窗)理項論P.豆Ha告rt詞ma蜘n和亭等(重19撥55傾)從混晶體臟結構惜的幾稀何特揭點和趟質點穗能量蹈兩方柱面來逃探討煌晶面煮的生么長發器育。名他們驢認為屋在晶喝體結動構中錄存在吸著一鄉豐系列懇周期聲性重員復的宜強鍵為鏈，蠢其重沙復特爛征與披晶體熊中質進點的寨周期蒜性重甘復相描一致將，這恭樣的麥強鍵污鏈稱溉為周售期鍵侮鏈簡糟寫為浙PB相C。晶體耐平行剝鍵鏈華生長姓，鍵惑力最良強的毅方向夜生長立最快可。27五、拆影響禁晶體避生長善的外找部因芝素決定遮晶體用生長棟的形街態，草內因亞是基標本的稿，而某生成間時所槳處的宏外界序環境難對晶秩體形主態的企影響脅也很截大?？嫱昏€種晶閃體在費不同黃的條廚件生秒長時顏，晶古體形嬌態是航可能旱有所蠢差別擁的。森現就肥影響超晶體逆生長勺的幾緒種主干要的這外部丑因素妙分述知如下忙。28(1昏)渦流在生厲長著希的晶董體周青圍，蓄溶液槽中的堪溶質杏向晶潤體粘膚附，鵝其本有身濃境度降畏低以貧及晶壟體生跡長放礙出熱信量，勵使溶柿液密叔度減紡小。資由于稻重力父作用陰，輕苗溶液豆上升凍，遠蛙處的斯重溶霜液補太充進癢來，掃從而芽形成銜了渦促流。渦流化使溶宴液物廣質供企給不禾均勻委，有域方向盈性，恢同時臺晶體查所處秩的位似置也呀可能思有所邪不同費，如捷懸浮弦在镕念液中老的晶捷體下王部易撫得溶寒質的梳供應植，而劃貼著玻基底蔑的晶珠體底抵部得洲不到趕溶質討等等芹，因夠而生叢長形少態特陜征不據同。為了舞消除款因重剖力而憤產生曲的渦饒流，寧現已球在人弊造地弦球衛掉星的江失重撐環境揪中試貿驗晶蘭體的席生長遵。29(2減)溫度在不印同的趴溫度視下，錫同種退物質粗的晶詢體，術其不醫同晶塘面的秘相對斧生長殲速度藝有所底改變陸，影霸響晶欠體形竭態，形如方摧解石(C歌aC目O3聚)在較怒高溫芒度下捐生成賓的晶季體呈等扁平征狀，滾而在池地表射水溶沾液中奧形成傲的晶怨體則釘往往熊是細非長的纖。石溪英晶晃體亦四有類予似的材情況嗚。(3抱)雜質溶液冶中雜芝質的末存在凝可以賓改變竟晶體詳上不控同面妖網的足表面潛能，所所以下其相與對生再長速嬸度也掛隨之欺變化匆而影批響晶禍體形摔態。曾例如缸，在千純凈浮水中摩結晶臂的石帖鹽是塊立方嫁體，愚而在荷溶液竄中有逝少量詞硼酸兵存在獎時則李出現核立方耗體與塑八面炒體的劑聚形素。(4是)粘度溶液壟的粘恐度也漏影響才晶體束的生濤長。份粘度姐的加殼大，闊將妨循礙涌往流的坦產生夢，溶饒質的汽供給尋只有欣以擴茫散的該方式覆來進武行，祝晶體嘉在物鵲質供慨給十美分困轟難的罰條件味下生團成。巨由于稠晶體稿的棱豎角部綁分比狼較容坦易接腔受溶奧質，癢生長拉得較愈快，界晶面浙的中遍心生熊長得芽慢，敬甚至僻完全宵不長罵，從媽而形堅成晶條體。30(5熔)結晶紗速度結晶滑速度倉大，敲則結酬晶中剝心增鎮多，緞晶體裁長的韻細小俊，且釀往往找長成盲針狀伯、樹嘆枝狀鎖。反膠之，廚結晶坦速度撫小，掀則晶釣體長磚得極軍大。如巖獸漿在枕地下自緩慢婆結晶桐，則怎生長那成粗液粒晶構體組釘成的恢深成從巖，駐如花傾崗巖綁但在菊地表臂快速悅結晶妄則生勤成由即細粒喂晶體政甚至似于隱你晶質墊組成具的噴布出巖蕩，如傲流紋臥巖。結晶怖速度菊還影合響晶祖體的錯純凈悼度。圓快速鳴結晶國的晶訂體往仍往不虧純，富包裹幣了很徑多雜凍質。31影響爺晶體桃生長袍的外繁部因裝素還者有很賴多．牢如晶具體析隱出的投先后推次序對也影慚響晶車體形溜態．窯先析翼出者絹有較奴多自粒由空正間，憑晶形規完整冠，成評自形靠晶，清較后辜生長右的則諒形成斗半自肥形晶鎮或他毒形晶赴。同一耽種礦探物的逗天然瞇晶體遠于不釘同的艘地質襯條件莖下形桿成時鞏，在筑形態拜上、堆物理這性質癢上部終可能怠顯示銷不同玩的特季征，古這些皆特征綿標志督著晶秋體的全生長圈環境兇，稱慘為標罰型特千征。32六、忘晶體閑的溶曾解與表再生1．晶橫體的巧溶解把晶代體置梁于不細飽和瓶溶液襯中晶帖體就胸開始臟溶解笛。由加于角胖頂和術棱與灘溶劑身接觸控的機段會多