结晶学与矿物学基本知识

第一篇几何结晶学结晶学与矿物学基本知识基础1.矿物是自然作用中形成的天然固态单质或化合物，具有相对固定的化学成分，晶质矿物还具有确定的内部结构，稳定于一定的物理化学条件，是组成岩石和矿石的基本单元。2.晶体的定义：晶体是具格子构造的固体。3.结晶学是研究晶体的发生、生长、外部形态、内部结构及物理性质的科学。4.空间格子：用以表示晶体内部质点排列的规律性。是从实际晶体构造中抽象出来的一种由相当点排列而成的几何图形。5.空间格子有以下几个要素：结点、行列、面网、平行六边形。面网密度上单位面积内的结点数目称为网面密度。互相平行的相邻两面网之间的垂直距离称为面网间距。面网密度大的，面网间距大。6.科塞尔原理：晶面生长的过程应该是先长完一条行列，然后再长相邻的行列；长满一层面网然后开始长第二层面网。晶面（晶体的最外层的面网）是平行地向外推移的。这就是科塞尔原理。7.布拉维法则：生长速度大的晶面在晶体生长过程中逐渐缩小，甚至消失；而生长速度小的晶面在生长过程中扩大了，最后在保留在晶体上。8.成分和构造相同的所有晶体，其对应晶面间的夹角恒等，这一规律称为面角恒等定律。8.晶体的基本性质：自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能与稳定性。均一性：因为晶体是具格子构造的固体，同一晶体的各个部分质点的分布相同的，所以同一晶体的各部分的性质是一样的，这就是晶体的均一性。异向性：同一格子中，不同的方向上质点的排列一般是不相同的，晶体的性质也随方向的不同而有所差异，这就是晶体的异向性。9.晶体具有对称性，这表现在晶体外形上是相等的晶面、晶棱和角顶有规律的重复出现。10.晶体的对称有以下特点：1）所有晶体都是对称的2）晶体的对称受格子构造的严格控制，即晶体对称的有限性3）晶体的对称不仅表现在外部形态上，而且表现在性质上。11.晶体对称不同于其他物体的对称：在于晶体是具有格子构造的固体，它的对称具有表里一致性，即晶体的对称不仅表现在外部形态上（宏观的），而且其内部构造（微观的）也是对称的。12.使物体或图形的相同部分重复出现的操作称为对称操作。13.晶体外形上可能存在的对称要素：1）对称面（P）2）对称轴（Ln）：L1,L2,L3,L4,L6晶体对称定律：在晶体中没有五次对称轴及高于六次的对称轴。3).对称中心(C)4)旋转反伸轴(Li)14.对称型：一个结晶多面体中全部对称要素的总合，称为该结晶多面体的对称型。15.晶体分为低级晶族、中级晶族、高级晶族。低级晶族（无高次轴）分为三斜晶系、单斜晶系、斜方晶系。中级晶族（只有一个高次轴）分为三方晶系、四方晶系、六方晶系。高级晶族（有数个高次轴）有一个等轴晶系。16.格子分为四种类型：原始格子、底心格子、体心格子、面心格子。17.单形是由对称要素联系起来的一组晶面的总和。理想状态下，属同一单形的各个晶面必定是同形等大的。18.由两个或两个以上单形聚合而成的晶形，称聚形。在理想晶体上，聚形一定有两种以上形状、大小不同的晶面。19.晶轴选择的原则是：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，则选平行于发育晶棱的方向4）在上述前提下，应尽可能使所选晶轴彼此垂直或趋向于垂直，并使轴单位彼此相等或趋近相等。20.各晶系选择晶轴的原则及晶体常数特点：1）等轴晶系：以选择垂直的L4、Li4、L2为X、Y、Z轴a=b=cα=β=γ=90°2）四方晶系：以L4或Li4为Z轴，以垂直Z轴并互相垂直的两个L2或P的法线或晶棱方向为X、Y轴a=b≠cα=β=γ=90°3)六方晶系及三方晶系:以L6、Li6、L3为z轴（主轴），以垂直z轴并彼此相交120°（正端间）的3个L2或P的法线或晶棱的方向（当无L2或P时）为x、y、u轴a=b≠cα=β=90°γ=120°4)斜方晶系:互相垂直的3个L2为x、y、z轴，在L22P对称型中以L2为z轴，以两个P的法线为x、y轴a≠b≠cα=β=γ=90°5)单斜晶系以L2或P的法线为y轴，以垂直y轴的主要晶棱方向为z轴和x轴a≠b≠cα=γ=90°β90°6)三斜晶系以不在同一平面的3个主要晶棱的方向为x、y、z轴a≠b≠cα≠β≠γ≠90°21.单形符号求取:1).选正指数最多的晶面；2).依照先前、次右、后上的原则。22.晶带与晶带轴:彼此相交成平行晶棱的一族晶面，称为晶带；通过晶体中心，且平行晶带上晶棱方向的直线称为晶带轴。23.判断晶面与晶面、晶面与晶棱，晶棱与晶棱之间的空间关系（平行、垂直或斜交）。（1）等轴晶系、四方晶系及斜方晶系:（001）与[001]垂直（010）与[001]平行[001]与[110]垂直（110）与(010)斜交（2）单斜晶系:（001）与[001]斜交（001）与（100）斜交[100]与[001]斜交（100）与（010）垂直（3）三、六方晶系晶体:（注意：个别u轴的符号应为负）（1010）与（0001）垂直（1010）与（1120）斜交（1010）与（1011）斜交（0001）与（1120）垂直24.平行连生:同种晶体，彼此平行地连生在一起，在连生着的晶体之间，其对应的晶面和晶棱相互平行。25.双晶: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180°后与另一个晶体重合或平行。26.双晶要素:包括双晶面和双晶轴两种。27.双晶律:双晶结合的规律称为双晶律,包括双晶面、双晶轴、接合面。28.双晶类型：接触双晶和穿插双晶。其中，斜长石是聚片双晶，正长石是常见的卡氏双晶。第二篇矿物学通论1.阳离子类型:惰性气体型离子、铜型离子、过渡型离子。2.化学键及晶格类型:共价键—原子晶格；金属键—金属晶格；离子键—离子晶格；分子键—分子晶格。3.配位数:在晶体结构中，某质点周围与该质点直接联系的质点数，称为该质点的配位数。4.离子配位数:在离子晶体中，与某离子联系的异号离子或分子数，即该离子的配位数。5.影响配位数的因素:离子的半径比、离子极化和环境。6.同质多象的概念:相同的化学成分，在不同的物理化学环境中，形成结构不同的几种晶体，称为同质多象。7.类质同象的概念:晶体中某种质点被类似的质点所代替，而能保持原有晶格，只是晶格常数略有改变的现象，称为类质同象。闪锌矿中的zn离子与fe离子的关系为不完全类质同象关系。完全类质同象中如镁橄榄石中mg2sio4的mg离子可被fe代替。8.水在晶体化学式中的表示方法:结构水、结晶水、层间水、沸石水、吸附水。结构水是以氢离子、水合氢离子、氢氧根离子形式存在于矿物中的水。结晶水是以水分子形式存在与晶体结构中的水。层间水：在一些层状结构的矿物（如某些粘土矿物）中，层间常有水分子进入。沸石水：在一些矿物（主要是沸石族矿物）的晶体结构中，有相当大的内外相通的孔道，水分子可以进入孔道。吸附水：是没有参加晶格，只吸附于矿物颗粒表面和裂缝中的水。9.矿物颜色种类:自色、他色、假色。10.色心:色心是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷，它能引起相应的电子跃迁而使矿物呈色。当矿物中某种元素的含量过剩或存在杂质离子以及晶格的机械变形等，均可形成色心。11.条痕色:矿物在未上釉的瓷板上磨划留下的粉末的颜色（矿物硬度应低于瓷板）。条痕色主要不是矿物的表面色，而是光线透过极细的颗粒后呈现的颜色。12.透明度:透明度是矿物允许光线透过的程度，分为透明、半透明和不透明三级。13.光泽:光泽为矿物表面反射光线是表现的特征，分为：金属光泽、半金属光泽、金刚光泽、玻璃光泽。14.解理:矿物受力后，沿一定结晶方向裂开成光滑平面的性质，称为解理。15.硬度：矿物抵抗外力刻划、压入、研磨的能力称为硬度。摩氏硬度，表示矿物的相对硬度，10种矿物代表10个级别，由低到高排列：滑石、石膏、方解石、萤石、磷灰石、正长石、石英、黄玉、刚玉、金刚石。16.裂开:晶体因存在聚片双晶或定向包裹体（或其它杂质）等原因，受力后沿一定方向裂开成光滑平面的性质。17.假象：矿物受到改造后，其矿物种类已发生变化，但原来矿物的晶形仍维持不变，这种被保留下来的矿物晶体形态称为假象。18.脆性、延展性、弹性、挠性脆性：矿物受外力作用易破碎的性质。离子键矿物的特性，离子键性越强，脆性越强。镜铁矿H＞小刀，但脆性强，碎成粉末延展性：矿物在锤击和拉引下，易形成薄片和细丝的性质。温度升高，延展性增强。金属键矿物的特性，与金属键程度有关。自然金、银、铜良好的延展性，硫化物有一定程度延展性。小刀刻划后，留下光亮的沟痕，无碎末（区别于脆性）弹性：矿物在外力作用下发生弯曲形变，当取消外力弯曲形变恢复原状的性质。如云母、石棉等挠性：矿物在外力作用下发生弯曲形变，当取消外力弯曲形变不能恢复原状的性质。如滑石、绿泥石、蛭石第三篇矿物各论1.石墨：C六方晶系形状：常呈鳞片状或致密状物理性质：钢灰色或铁黑色；条痕亮灰黑色；金属光泽。硬度1；极完全解理，手摸有滑感并污手。电、热良导体，化学性质稳定。用途：冶金工业、电极、铅笔、高强石墨纤维等。2.自然硫：S斜方晶系形态：晶体呈双锥状、厚板状或晶簇状集合体，致密块状或粉末状也较为常见。物理性质：黄色；条痕淡黄色；金刚光泽；断口呈强油脂光泽。硬度1～2；无解理；性脆。用途：可作为工业用硫和硫酸的原料。3.方铅矿：PbS等轴晶系形态：通常呈粒状集合体物理性质：铅灰色；条痕灰黑色；金属光泽。硬度2～3；完全解理。具导电性。用途：最重要的铅矿石。4.闪锌矿：ZnS等轴晶系形态：通常呈粒状集合体物理性质：从很浅的黄褐色到褐色、褐黑色，直到铁黑色，含铁越多颜色越深；条痕为白色到黄色、褐色；金刚光泽至半金属光泽。硬度3～4。完全解理。用途：几乎是提取锌的唯一来源。5.黄铜矿：CuFeS2四方晶系形态：通常呈致密状或粒状物理性质：铜黄色；条痕黑色；金属光泽。硬度3～4；无解理。具导电性。用途：最重要的铜矿物之一。6.辰砂（朱砂）：HgS形态：三方晶系，单晶呈菱面体形，集合体呈粒状，有时为致密块状或被膜状。物理性质：红色，条痕红色；金刚光泽。硬度2～2.5，性脆；完全解理。不导电，化学稳定性强。用途：一种高级的红色原料，结晶好透明度高的晶体为宝石；几乎是汞的唯一来源。7.雄黄：As4S4或AsS单斜晶系形态：有时可见柱状晶体；一般呈致密块状集合体物理性质：橘红色；条痕橘黄色；金刚光泽，断口常呈松脂光泽。硬度1.5～2；完全解理；受日光易分解而转化成黄色粉末。用途：为中药药材之一；也是提取砷化物的原料。8.雌黄：As2S3单斜晶系形态：单晶呈柱状，常呈柱状集合体、梳状集合体或肾状集合体。物理性质：常与雄黄共生，在较氧化条件下比雄黄稳定。遇日光不分解。用途：制造砷化物的原料。9.辉锑矿：Sb2S3形态：晶体呈柱状或针状，柱面有明显的纵纹。物理性质：铅灰色；条痕黑色，金属光泽。硬度2；完全解理。用途：为炼锑最主要的矿物。10.辉钼矿：MoS2六方晶系形态：晶体呈六方板状、片状或细小的鳞片状。物理性质：铅灰色；条痕亮灰色，金属光泽。硬度1；极完全解理，手摸有明显滑感，污手。用途：提炼钼和铼的重要矿物。可作固体润滑剂。11.黄铁矿：Fe[S2]等轴晶系形态：集合体常呈致密块状、粒状。物理性质：浅铜黄色；条痕黑色；金属光泽。硬度6～6.5；性脆。用途：工业上称为硫铁矿，是制造硫酸的主要原料。12.毒砂：FeAsS晶体属单斜或三斜晶系的硫化物矿物，中国古代称为白砒石。形态：单晶体常呈柱状，集合体往往为粒状或致密块状。物理性质：锡白色，条痕灰黑色，金属光泽，摩氏硬度5.5-6.0，发出蒜臭味。13.磁铁矿（magnetite)Fe3O4a磁铁矿的化学成分为Fe3O4，晶体属等轴晶系的氧化物矿物。b单晶体呈八面体或菱形十二面体，集合体为致密块状或粒状。颜色为铁黑色，条痕呈黑色，半金属光泽，不透明，无解理，摩氏硬度5.5-6，比重4.8-5.3。具强磁性，是矿物中磁性最强的。14.石英(quartz)SiO2比重低（2.7），硬度为7，玻璃光泽，无解理，但由于石英表面一般不