矿物岩石学第1-5章 晶体相关知识02ppt课件

1、Za1a2b1 b2b3 b4BA图中显示，面网图中显示，面网a1b1、a2b2、a3b3 面面网密度越来越小。面网密度越来越小。面网密度越大，截距系网密度越大，截距系数比越简单。实际晶数比越简单。实际晶面是面网密度大的晶面是面网密度大的晶面。面。1.1.单形符号的概念单形符号的概念2.2.单形代表晶面的确定原则单形代表晶面的确定原则3.3.单形符号举例单形符号举例单形：由对称要素连接起来的同形等大的一单形：由对称要素连接起来的同形等大的一组晶面的组合；组晶面的组合； 单形符号：以数字符号的形式表征一个单形单形符号：以数字符号的形式表征一个单形的所有晶面及其在晶体上的取向；的所有晶面及其在晶体

2、上的取向；方法：选择一个单形的某一个晶面为作为代方法：选择一个单形的某一个晶面为作为代表，将其晶面指数用表，将其晶面指数用 括起来，即为表示括起来，即为表示该单形的符号。该单形的符号。1.1.单形符号的概念单形符号的概念 选择正指数选择正指数最多的晶面，也最多的晶面，也就是投影图中第就是投影图中第一象限内的晶面。一象限内的晶面。 遵照遵照“前、右、前、右、上的原则。上的原则。2.2.单形代表晶面的确定原则单形代表晶面的确定原则前前xx轴的正方向轴的正方向右右yy轴正方向轴正方向上上zz轴正方向轴正方向xyz 前前xx轴的正方向和轴的正方向和u u轴的负方向的轴的负方向的角分线方向角分线方向 右

3、右yy轴正方向轴正方向 上上zz轴正方向轴正方向UXYZXUYZ（1 1橄榄石橄榄石3.3.单形符号举例单形符号举例3.3.单形符号举例单形符号举例（2 2萤萤 石石立方体立方体100100八面体八面体111111菱形十二面体菱形十二面体110110一一 双晶的概念双晶的概念双晶孪晶）双晶孪晶） 指两个或两个以指两个或两个以上空间取向互不上空间取向互不一致的同种晶体，一致的同种晶体，彼此间按一定的对彼此间按一定的对称关系，相互取向称关系，相互取向而组成的规则连生而组成的规则连生晶体。晶体。 正长石卡氏双晶正长石卡氏双晶2 2 双晶轴：双晶轴：若双晶中的单体围绕此轴旋若双晶中的单体围绕此轴旋转转

4、180180，可与另外一个单晶，可与另外一个单晶平行或者重合；平行或者重合； 一般来说双晶轴都是二次轴一般来说双晶轴都是二次轴. .3 3 双晶中心：双晶中心：假想的点，双晶的单体通假想的点，双晶的单体通过它的反伸操作可与另一过它的反伸操作可与另一个单体重合；（在实际的个单体重合；（在实际的双晶分析中很少用到）双晶分析中很少用到）4 4 双晶结合面：双晶结合面：双晶相邻并相互接触的单双晶相邻并相互接触的单晶体之间的分界面。晶体之间的分界面。例例1例例2三三 双晶的结合类型与双晶律双晶的结合类型与双晶律 A A 简单双晶简单双晶由两个由两个单体构成的双晶。单体构成的双晶。 （1 1接触双晶接触双

5、晶 例：锡石的膝状双晶例：锡石的膝状双晶 （2 2贯穿双晶贯穿双晶 例：正长石的卡氏双晶、例：正长石的卡氏双晶、十字石的十字双晶十字石的十字双晶依据双晶单体间的结合方式依据双晶单体间的结合方式:a. 两个单体以平直接两个单体以平直接合面接触形成。合面接触形成。金红石接触双晶金红石接触双晶水晶水晶日本双晶日本双晶十字石穿插双晶十字石穿插双晶正长石的两个单正长石的两个单体贯穿形成体贯穿形成多个单体以相同的多个单体以相同的双晶律贯穿形成双晶律贯穿形成十字石多个单体以不同的十字石多个单体以不同的双晶律贯穿形成。双晶律贯穿形成。贯穿双晶贯穿双晶三三 双晶的结合类型与双晶律双晶的结合类型与双晶律B B 反

6、复双晶反复双晶 由若干个单体构成由若干个单体构成的双晶的双晶 （1 1聚片双晶若干个单体按同聚片双晶若干个单体按同一双晶律所组成）一双晶律所组成） 例：斜长石的钠例：斜长石的钠长石律聚片双晶长石律聚片双晶 （2 2轮式双晶环状双晶）轮式双晶环状双晶） 例：例：金红石的六连晶、白铅矿的三连晶。金红石的六连晶、白铅矿的三连晶。角闪石角闪石斜长石聚片双晶斜长石聚片双晶正长石卡氏双晶正长石卡氏双晶堇青石矿物的轮式双晶六连晶）；堇青石矿物的轮式双晶六连晶）；4 4（）（）三三 双晶的结合类型与双晶律双晶的结合类型与双晶律C C 复合双晶复合双晶由两个以由两个以上的单体按不同双晶律组上的单体按不同双晶律组

7、成。成。 例：十字石的复合例：十字石的复合双晶双晶四四 双晶的形成方式双晶的形成方式A A按双晶的形成机理可以分：按双晶的形成机理可以分： 1 1生长双晶：在晶体生长过程中形成的双生长双晶：在晶体生长过程中形成的双晶。晶。例如：文石的文石律接触双晶例如：文石的文石律接触双晶 2 2转变双晶：在同质多象转变过程中，在转变双晶：在同质多象转变过程中，在高温下稳定的变体转变为低温下稳定而对称程度高温下稳定的变体转变为低温下稳定而对称程度较低的变体时所产生的双晶。较低的变体时所产生的双晶。例如：石英的道芬双晶例如：石英的道芬双晶 3 3机械双晶：在机械力作用下，晶体的一机械双晶：在机械力作用下，晶体的

8、一部分沿着一定的面网发生滑动形成双晶。部分沿着一定的面网发生滑动形成双晶。 例如：方解石的聚片双晶例如：方解石的聚片双晶四四 双晶的形成方式双晶的形成方式B B按双晶的形成时间可以分为：按双晶的形成时间可以分为： 1 1原生双晶原生双晶在晶体的生长过程在晶体的生长过程中同时形成的双晶。例，生长双晶中同时形成的双晶。例，生长双晶 2) 2) 次生双晶次生双晶在晶体已经形成在晶体已经形成后才产生的双晶。例，机械双晶、转变双后才产生的双晶。例，机械双晶、转变双晶晶 双晶的研究意义双晶的研究意义 大约大约2020的矿物都有双晶存在的矿物都有双晶存在 双晶可以作为矿物鉴定的特征之双晶可以作为矿物鉴定的特

9、征之一，可提供一定的矿物形成时的信息，一，可提供一定的矿物形成时的信息，但对于晶体材料来说，双晶的存在会但对于晶体材料来说，双晶的存在会影响晶体的性能利用。影响晶体的性能利用。 第一节第一节 最紧密堆积原理最紧密堆积原理 在晶体结构中，呈格子状排列的原子或离子的中心之间常保持一定的距离，这一现象表明：结构中的每个原子或离子各自都有一个确定的磁场作用范围，通常把这个作用范围看作是球形的，并把它的半径作为原子或离子的有效半径来看待。 一一 球体最紧密堆积原理球体最紧密堆积原理类型内内容容1 1 等大球体的最紧密堆积等大球体的最紧密堆积 1 1堆积方式等大球体）堆积方式等大球体） 第一层分布：第一层

10、分布： 等径球在一个等径球在一个平面内的最紧密堆积平面内的最紧密堆积只有一种形式。此时，只有一种形式。此时，每个球体每个球体A A周围周围有有6 6个球，并在球体个球，并在球体之间形成两套数目相之间形成两套数目相等、指向相反的弧线等、指向相反的弧线三角形空隙：三角形空隙：B B：弧线三角形朝下：弧线三角形朝下C C：弧线三角形朝上：弧线三角形朝上第二层分布：第二层分布： 为了能最为了能最紧密堆积，在紧密堆积，在继续堆积第二继续堆积第二层球时，球必层球时，球必须放在前一层须放在前一层产生的空隙上。产生的空隙上。可以放在可以放在B B处，处，也可以放在也可以放在C C处。但是，二处。但是，二者只要

11、旋转者只要旋转180180后，则完后，则完全相同。因此，全相同。因此，只有一种堆积只有一种堆积形式。形式。 1 1）. . 堆积方式等大球体）堆积方式等大球体） 1 1）. . 堆积方式等大球体）堆积方式等大球体） 第第1 1种情况：种情况： 第三层球与第一层球重第三层球与第一层球重复，之后，第四层球与第复，之后，第四层球与第二层球重复，即二层球重复，即ABABABAB堆积，此时球体在空间的堆积，此时球体在空间的分布恰好与空间格子中的分布恰好与空间格子中的六方格子一致，称为六方六方格子一致，称为六方最紧密堆积。最紧密堆积。 第三层分布：当堆积第三层第三层分布：当堆积第三层时，有两种情况。时，有

12、两种情况。第第2 2种情况：种情况： 第三层球与前两层球都不第三层球与前两层球都不重复，如第二层球位于重复，如第二层球位于B B处，则处，则第三层球位于第三层球位于C C处，而第四层球处，而第四层球与第一层球重复，第二层球与与第一层球重复，第二层球与第五层球、第三层球与第六层第五层球、第三层球与第六层球重复，即球重复，即ABCABCABCABC堆积，堆积，此时球体在空间的分布恰好与此时球体在空间的分布恰好与空间格子中的立方面心格子一空间格子中的立方面心格子一致，称为立方最紧密堆积。致，称为立方最紧密堆积。 1 1）. . 堆积方式等大球体）堆积方式等大球体） 第三层分布：当堆积第三层第三层分布

13、：当堆积第三层时，有两种情况。时，有两种情况。ABCABCABCABC型等大球体型等大球体最紧密堆积最紧密堆积球体空隙占整体空间的球体空隙占整体空间的25.9525.95。 2 2）. . 球体空隙球体空隙 A-A-四面体空隙：联结四面体空隙：联结4 4个球体的中心形成。个球体的中心形成。 B-B-八面体空隙：八面体空隙：6 6个球体上、下两层，且错开个球体上、下两层，且错开6060，联结其中心形成。联结其中心形成。 八面体八面体空隙较四空隙较四面体空隙面体空隙大些大些六方最紧密堆积六方最紧密堆积四面体空隙和八面体空隙上下相对。四面体空隙和八面体空隙上下相对。 2 2）. . 球体空隙球体空隙

14、 立方最紧密堆积立方最紧密堆积四面体空隙和八面体空隙相间分布。四面体空隙和八面体空隙相间分布。 若有若有n n个球作最紧密堆积，则应有个球作最紧密堆积，则应有n n个个八面体空隙，八面体空隙，2n2n个四面体空隙。个四面体空隙。 3 3）. . 空隙数与球体数的关系空隙数与球体数的关系 在立方和六方两种最紧密堆积中，球体周围在立方和六方两种最紧密堆积中，球体周围的空隙分布情况虽然不同，但数目相同，即每个的空隙分布情况虽然不同，但数目相同，即每个球周围有球周围有6 6个八面体空隙和个八面体空隙和8 8个四面体空隙。个四面体空隙。 由于八面体由由于八面体由6 6个球心的联线组成，个球心的联线组成，

15、因此，每因此，每1 1个球所应具有的八面体空隙个球所应具有的八面体空隙数目为数目为1/61/66 = 16 = 1；而四面体由；而四面体由4 4个球个球心联线组成，每心联线组成，每1 1个球所具有的四面体个球所具有的四面体空隙数目为空隙数目为1/41/48 = 28 = 2。所以，在最。所以，在最紧密堆积中，平均紧密堆积中，平均1 1个球有个球有1 1个八面体个八面体空隙和空隙和2 2个四面体空隙。个四面体空隙。金属晶格的晶体结构可看作是等大的金属阳离子金属晶格的晶体结构可看作是等大的金属阳离子球体的最紧密堆积。球体的最紧密堆积。 自然金、自然铜、自然铂等矿物的晶体结构即是按自然金、自然铜、自

16、然铂等矿物的晶体结构即是按立方最紧密堆积的方式构成。立方最紧密堆积的方式构成。 实例：实例： 锇铱矿以及金属锌等晶体的结构则属六锇铱矿以及金属锌等晶体的结构则属六方最紧密堆积。方最紧密堆积。 实例：实例：2 2 不等大球体的最紧密堆积不等大球体的最紧密堆积 在离子晶格中，阴、阳离子半径大小不等，在离子晶格中，阴、阳离子半径大小不等，此时可视为半径较大的阴离子作等大球体的最此时可视为半径较大的阴离子作等大球体的最紧密堆积，阳离子则按其本身半径的大小等而紧密堆积，阳离子则按其本身半径的大小等而充填到八面体空隙或四面体空隙中。充填到八面体空隙或四面体空隙中。 阳离子充填空隙的类型与其半径等因素有关。

17、阳离子充填空隙的类型与其半径等因素有关。 由于阴、阳离子半径的比值不可能恰好等于球体半径与空由于阴、阳离子半径的比值不可能恰好等于球体半径与空隙半径之比，因此，不可能保证在阴离子保持相互直接接触的隙半径之比，因此，不可能保证在阴离子保持相互直接接触的情况下，使阳离子恰好无空隙地充填在空隙中。一般情况下往情况下，使阳离子恰好无空隙地充填在空隙中。一般情况下往往是阳离子稍大于空隙，而将阴离子略微往是阳离子稍大于空隙，而将阴离子略微“撑开撑开”，所以，在离，所以，在离子晶格中，阴离子通常只是近似地作最紧密堆积，有的还可能子晶格中，阴离子通常只是近似地作最紧密堆积，有的还可能有某种程度的变形。有某种程

18、度的变形。 第二节 配位数和配位多面体1 1、配位数、配位数 指晶体结构中，在该原子或离子的指晶体结构中，在该原子或离子的周围，与它直接相邻结合的原子或异号周围，与它直接相邻结合的原子或异号离子的个数。离子的个数。 单质晶体单质晶体金属晶体为主，配位数大，通常为金属晶体为主，配位数大，通常为1212。例：。例：AuAu、CuCu。 共价晶体共价晶体受共价键的影响，配位数偏小。例：受共价键的影响，配位数偏小。例：金刚石金刚石4 4）。）。 离子晶体离子晶体当异号离子相互接触时，晶体结构最当异号离子相互接触时，晶体结构最为稳定，否则，结构不稳定。在离子化合物中，主要为稳定，否则，结构不稳定。在离子

19、化合物中，主要的阳离子配位数为的阳离子配位数为4 4和和6 6。 离子半径与配位数的关系：离子半径与配位数的关系： 离子晶体中，当异号离子相互接触时，晶体离子晶体中，当异号离子相互接触时，晶体结构最为稳定。如果阳离子半径变小，则其可结构最为稳定。如果阳离子半径变小，则其可能在阴离子间移动，导致结构不稳定，引起配能在阴离子间移动，导致结构不稳定，引起配位数的改变。对于离子键晶体来说，阴、阳离位数的改变。对于离子键晶体来说，阴、阳离子的相对大小决定其配位数。子的相对大小决定其配位数。2 2、配位多面体、配位多面体 配位多面体是指在晶体结构中，与某一阳离配位多面体是指在晶体结构中，与某一阳离子成配位

20、关系而相邻结合的各个阴离子，它们子成配位关系而相邻结合的各个阴离子，它们的中心联线所构成的多面体。的中心联线所构成的多面体。 阳离子或中心原子位于配位多面体的中心，阳离子或中心原子位于配位多面体的中心，与它配位的各个阴离子或配位原子的中心则与它配位的各个阴离子或配位原子的中心则位于配位多面体的角顶上。位于配位多面体的角顶上。 2 2、配位多面体、配位多面体 但在实际晶体中，由于晶体中多键性的影但在实际晶体中，由于晶体中多键性的影响，常导致配位多面体畸变，使阳离子的配响，常导致配位多面体畸变，使阳离子的配位数发生变化。位数发生变化。 例：例：AgI 中中Ag+与与I的距离，按半径和为的距离，按半

21、径和为 0.113 +0.220 = 0.333 nm3.33），但是，其），但是，其实际距离为实际距离为0.299nm2.99 ）。）。 例：例：CdS 的的 r + /r = 0.53 ，Cd的配位数的配位数应该为应该为6，但是实际上，但是实际上Cd的配位数是的配位数是4，形成，形成配位四面体因其具有共价键键性，形成配位四面体因其具有共价键键性，形成SP3杂化轨道，导致其配位数降低为杂化轨道，导致其配位数降低为4）。）。 思考题思考题第三节第三节 化学键和晶格类型化学键和晶格类型 离子键离子键共价键共价键金属键金属键分子键分子键化学键类型化学键类型1 1 离子键和离子晶格离子键和离子晶格

22、1) 1) 离子键离子键丢失了价电子的阳离子和丢失了价电子的阳离子和获得外层电子的阴离子，彼此间以静电作获得外层电子的阴离子，彼此间以静电作用库仑引力相互作用，电子云不变形。用库仑引力相互作用，电子云不变形。 2) 2) 离子晶格离子晶格以离子键占主导以离子键占主导地位的晶体结构称为离子晶格。地位的晶体结构称为离子晶格。 2 2 共价键和原子晶格共价键和原子晶格 1) 1) 共价键共价键 以共用电子对的方式成以共用电子对的方式成键，它受原子中电子层构型的控制，因而有键，它受原子中电子层构型的控制，因而有一定的数目，并按一定的方向分布。即共价一定的数目，并按一定的方向分布。即共价键的特征是具有方

23、向性和饱和性。键的特征是具有方向性和饱和性。 2) 2) 原子晶格原子晶格 组成原子晶格的质点以组成原子晶格的质点以共价键联结。由于共价键的饱和性和方向性，共价键联结。由于共价键的饱和性和方向性，原子排列受键的取向控制，即原子晶格中原原子排列受键的取向控制，即原子晶格中原子难以呈最紧密堆积，配位数较低。子难以呈最紧密堆积，配位数较低。3) 3) 具有原子晶格的晶体的物理性质具有原子晶格的晶体的物理性质由于共价键是很强的，因此具原子晶格的有较由于共价键是很强的，因此具原子晶格的有较高的硬度和熔点，为绝缘体熔化后也不导高的硬度和熔点，为绝缘体熔化后也不导电）。电）。透明至半透明，玻璃透明至半透明，

24、玻璃金刚光泽。与键的强度金刚光泽。与键的强度有关的物理性质差异取决于原子的化合价及半有关的物理性质差异取决于原子的化合价及半径的大小。径的大小。 例：金刚石，例：金刚石，sp3sp3杂杂化轨道成键，在化轨道成键，在4 4个方向个方向成键，形成四面体，键成键，形成四面体，键角为角为10910928281616。 3 3 金属键和金属晶格金属键和金属晶格 1) 1) 金属键金属键 纯金属元素组成的晶体内，纯金属元素组成的晶体内，金属原子的电负性低，容易失去价电子成为金属原子的电负性低，容易失去价电子成为金属阳离子，失去的电子作为自由电子弥漫金属阳离子，失去的电子作为自由电子弥漫于整个晶体中。金属阳

25、离子通过自由电子彼于整个晶体中。金属阳离子通过自由电子彼此连接，构成金属键。此连接，构成金属键。 金属键没有饱和性和方向性。金属键没有饱和性和方向性。 2 2金属晶格金属晶格 以金属键占主导地位的以金属键占主导地位的晶体称为金属晶格。晶体称为金属晶格。 3) 3)具有金属晶格的晶体的物理性质具有金属晶格的晶体的物理性质 由于自由电子的存在，金属晶体为良导体，由于自由电子的存在，金属晶体为良导体，不透明，高反射率，金属光泽，具高的密度和延不透明，高反射率，金属光泽，具高的密度和延展性，硬度一般较低。展性，硬度一般较低。 3 3 金属键和金属晶格金属键和金属晶格 1) 1) 分子键分子键 在晶体结

26、构中，如果结构在晶体结构中，如果结构单位为中性分子，则它们之间存在微弱的范单位为中性分子，则它们之间存在微弱的范德华力，即分子键。它们相互间的空间配置德华力，即分子键。它们相互间的空间配置方式主要取决于分子本身的几何特征。方式主要取决于分子本身的几何特征。 分子键没有饱和性和方向性。分子键没有饱和性和方向性。 2 2分子晶格分子晶格 以分子键占主导地位以分子键占主导地位的晶体结构称为分子晶格。的晶体结构称为分子晶格。4 4 分子键和分子晶格分子键和分子晶格 3) 3) 具有分子晶格的晶体的物理性质具有分子晶格的晶体的物理性质 由于分子键作用范围一般为几百由于分子键作用范围一般为几百个个10-3

27、nm10-3nm，是相当弱的。所以具有分子晶，是相当弱的。所以具有分子晶格的晶体一般熔点较低，较易挥发，热膨格的晶体一般熔点较低，较易挥发，热膨胀率大，可压缩性大，导热率小，硬度低；胀率大，可压缩性大，导热率小，硬度低； 电学及光学性质的变化范围很大，电学及光学性质的变化范围很大，其中大部分不导电、热导率小、透明或半其中大部分不导电、热导率小、透明或半透明、具有非金属光泽。透明、具有非金属光泽。5 5 单键与多键型晶格单键与多键型晶格 1) 1) 单键型晶格：在某些晶体结构中，基本单键型晶格：在某些晶体结构中，基本上只存在单纯的一种键力。上只存在单纯的一种键力。 例如：自然金例如：自然金金属键

28、；金刚石金属键；金刚石共共价键价键 单一的过渡型键单一的过渡型键 如，金红石如，金红石TiO2TiO2中中TiOTiO间的键就是以离子键为主而向共价间的键就是以离子键为主而向共价键过渡的过渡型键性，这两种键性是融合在键过渡的过渡型键性，这两种键性是融合在一起的，不能分开，因而从键力来说仍旧是一起的，不能分开，因而从键力来说仍旧是单一的离子键）。单一的离子键）。 5 5 单键与多键型晶格单键与多键型晶格 2) 2) 多键型晶格：在许多晶体结构中存在多多键型晶格：在许多晶体结构中存在多种键性，它们晶格类型的归属，以晶体的主要种键性，它们晶格类型的归属，以晶体的主要性质取决于哪一种键作为依据。性质取

29、决于哪一种键作为依据。 方解石方解石其其CO CO 间为以共价键为主的间为以共价键为主的键性，而键性，而CaOCaO之间则存在着以离子键为主的之间则存在着以离子键为主的键性，这两种键性在晶体结构中是明确地彼此键性，这两种键性在晶体结构中是明确地彼此分开的。由于方解石的一系列物理性质主要是分开的。由于方解石的一系列物理性质主要是由由CaOCaO之间的离子键力所决定的，因而方解之间的离子键力所决定的，因而方解石属于离子晶格。石属于离子晶格。 石墨石墨 共价键层内）共价键层内）; ;金属键金属键层内，层内，C4C4的一个未成键的电子作为自由电的一个未成键的电子作为自由电子）子）; ;分子键层间）。分

30、子键层间）。第四节第四节 矿物的类质同像矿物的类质同像 矿物晶体在结晶过程中，结晶格子中矿物晶体在结晶过程中，结晶格子中的某种质点原子、离子和分子的位的某种质点原子、离子和分子的位置被性质相似的质点所代替，代替后除置被性质相似的质点所代替，代替后除晶格常数略有变化外，晶体结构类型并晶格常数略有变化外，晶体结构类型并不改变的现象，称为类质同象。不改变的现象，称为类质同象。（isomorphismisomorphism）。）。 1 1、类质同像的概念、类质同像的概念 例：例：Mg2SiO4Mg2SiO4（镁橄榄石与（镁橄榄石与Fe2SiO4Fe2SiO4（铁橄（铁橄榄石），构成榄石），构成MgMg

31、，FeFe2SiO42SiO4（橄榄石，是一个类（橄榄石，是一个类质同像系列的名称）。质同像系列的名称）。 例：例：ZnSZnS闪锌矿中的闪锌矿中的ZnZn可以被可以被FeFe部分少于部分少于4040）替代，构成）替代，构成ZnZn，FeFeS S，( Fe( Fe的替代可使闪锌矿的替代可使闪锌矿的晶胞参数的晶胞参数a0a0增大。增大。) ) 例：例：Mg CO3Mg CO3（菱镁矿与（菱镁矿与Fe CO3Fe CO3（菱铁矿（菱铁矿中的中的Mg2Mg2和和Fe2Fe2可以任意比例替代，形成一个完全可以任意比例替代，形成一个完全类质同象系列彼此间形态一致，结构型式一致，但类质同象系列彼此间形态

32、一致，结构型式一致，但阳离子种类和数量比不同）：阳离子种类和数量比不同）： Mg CO3 Mg CO3（MgMg，FeFe）CO3CO3（铁菱镁矿）（铁菱镁矿）（FeFe，MgMg）CO3CO3（镁菱铁矿）（镁菱铁矿）Fe CO3 Fe CO3 1 1）. .根据不同组分在晶格中所替代的范围分为根据不同组分在晶格中所替代的范围分为: :完完全类质同像与不完全类质同像：全类质同像与不完全类质同像： （1 1完全类质同像系列完全类质同像系列类质同象混晶中，类质同象混晶中，两种组分能以任意比例进行替代：两种组分能以任意比例进行替代： 例：例：MnWO4 MnWO4 （钨锰矿）（钨锰矿） (Mn,Fe

33、)WO4 (Mn,Fe)WO4 （黑（黑钨矿）钨矿） FeWO4 FeWO4钨铁矿）钨铁矿） 在该系列中，其两端的纯组分称在该系列中，其两端的纯组分称“端员组分端员组分”，主要端员形成的矿物称主要端员形成的矿物称“端员矿物端员矿物”，端员矿物在自，端员矿物在自然界极少存在。然界极少存在。 2 2、类质同像的类型、类质同像的类型 2 2、类质同像的类型、类质同像的类型 2 2）. .根据晶格相互替代的离子电价是否相等，根据晶格相互替代的离子电价是否相等，分为分为: :等价类质同像与异价类质同像等价类质同像与异价类质同像 （1 1等价类质同像等价类质同像相互替代的离子相互替代的离子电价相等电价相等

34、 例 ： 红 宝 石例 ： 红 宝 石 （ 刚 玉 中（ 刚 玉 中Cr3+Al3+Cr3+Al3+，因，因Al3+Al3+的离子半径是的离子半径是0.57 0.57 ，Cr3+Cr3+的离子半径是的离子半径是0.64 0.64 ，置换前纯，置换前纯Al2O3Al2O3的的a0 = 4.75 a0 = 4.75 ，c0 = 12.97 c0 = 12.97 ；置换后含；置换后含4% Cr2O34% Cr2O3的的Al,CrAl,Cr2O32O3的的a0 = 4.93 a0 = 4.93 ，c0 = 13.51 c0 = 13.51 ，结构无根本的变化。，结构无根本的变化。 （2 2异价类质同像

35、异价类质同像相互替代的离相互替代的离子为异价离子，由于异价替代将引起电荷子为异价离子，由于异价替代将引起电荷不平衡电中性被破坏），必须采用成对不平衡电中性被破坏），必须采用成对替代等额替代以保持电价平衡，这种替代等额替代以保持电价平衡，这种替代方式又称替代方式又称“耦合替代耦合替代”。 2 2、类质同像的类型、类质同像的类型 生成异价类质同象，通常是右下方的高生成异价类质同象，通常是右下方的高价阳离子代替左上方的低价阳离子。价阳离子代替左上方的低价阳离子。性气体型离子，而性气体型离子，而Cu+Cu+是铜型离子，所是铜型离子，所以两者不能互相代替。以两者不能互相代替。当温度下降时，已经形成的混合

36、晶体当温度下降时，已经形成的混合晶体会发生分离，形成钠长石在钾长石中会发生分离，形成钠长石在钾长石中呈片状定向排列的条纹长石，或钾长呈片状定向排列的条纹长石，或钾长石在钠长石中呈片状定向排列的反条石在钠长石中呈片状定向排列的反条纹长石。纹长石。还有方解石与文石等。还有方解石与文石等。这种转变过程中，不仅需要增大压力，这种转变过程中，不仅需要增大压力，而且还要很高的温度而且还要很高的温度10001000以上及以上及催化剂的参与才能完成。催化剂的参与才能完成。出岩中常见的具龟裂纹的六方双锥石英，出岩中常见的具龟裂纹的六方双锥石英，就是就是-石英转变成石英转变成-石英的结构后所残石英的结构后所残存的

37、存的-石英的晶体外形。这种一个变体保石英的晶体外形。这种一个变体保持另一个变体晶形的现象，称为副象持另一个变体晶形的现象，称为副象( (或假或假象象) )。v 晶体光学基础晶体光学基础v 偏光显微镜偏光显微镜v 单偏光镜下晶体的光学性质单偏光镜下晶体的光学性质v 正交偏光镜间晶体的光学性质正交偏光镜间晶体的光学性质v 锥光系统下一轴晶晶体的光学性质锥光系统下一轴晶晶体的光学性质v 透明矿物系统鉴定透明矿物系统鉴定晶体光学及光性矿物学部分晶体光学及光性矿物学部分晶体光学主要利用的是光的波动理论晶体光学主要利用的是光的波动理论. .红外线、可见光、紫外线；伦琴射线、红外线、可见光、紫外线；伦琴射线

38、、y y射射线分别是原子的外层电子、内层电子和原子线分别是原子的外层电子、内层电子和原子核受激发后产生的核受激发后产生的第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础可见光是电磁波谱中频率较高可见光是电磁波谱中频率较高, ,波长范围较波长范围较短短(390770nm)(390770nm)的一个区段的一个区段, ,由波长不同的由波长不同的七色光组成七色光组成. .二二. .可见光可见光( (光波光波) )波长波长n m）10-11101031051071091012101510-5射线射线射线射线紫外线紫外线可见光可见光红外线红外线短无线电波短无线电波广播波段广播波段长无线电波长无线电波可可见见光光放放

39、大大红红橙橙黄黄绿绿蓝蓝靛靛紫紫390n m）430460500570590650770三三. .光波是一种横波光波是一种横波纵波：传播方向与振动方向相互平行的波；纵波：传播方向与振动方向相互平行的波；横波：传播方向与振动方向互相垂直的波；光波横波：传播方向与振动方向互相垂直的波；光波的振动方向与传播方向垂直，光波为横波。的振动方向与传播方向垂直，光波为横波。晶体中许多光学现象都与光波是横波这一特征有晶体中许多光学现象都与光波是横波这一特征有关关. .第一节第一节 光的基本性质光的基本性质自然光的传播和振动方向关系示意图自然光的传播和振动方向关系示意图A.光的传播方向垂直纸面光的传播方向垂直纸

40、面 B.侧视图侧视图,长箭头代表光传播方向长箭头代表光传播方向振动面振动面偏振光的传播和振动方向关系示意图偏振光的传播和振动方向关系示意图第一节第一节 光的基本性质光的基本性质 光波的折射现象示意光波的折射现象示意图图第一节第一节 光的基本性质光的基本性质v折射定律：折射定律：v入射光、法线、折射光共面；入射光、法线、折射光共面；v入射光和折射光位于法线两则；入射光和折射光位于法线两则；v入射角入射角I I 的正弦与折射角的正弦与折射角r r 的正弦之的正弦之比，为一常数。比，为一常数。v sin i / sin r = N 1-2 sin i / sin r = N 1-2vN 1-2N 1

41、-2为折射介质对入射介质的为折射介质对入射介质的( (相对相对) )折射率。折射率。v当入射介质为真空当入射介质为真空( (空气空气) )时，称为绝时，称为绝对折射率，以对折射率，以N N 表示。表示。vSini / Sinr = N 1Sini / Sinr = N 12 2 V1 / V2 V1 / V2 N2 / N1 N2 / N1v其中，其中，V V是光在介质中的传播速度，是光在介质中的传播速度，N N为介质的折射率；为介质的折射率；1 1 光的折射、反射与吸收光的折射、反射与吸收第一节第一节 光的基本性质光的基本性质第一节第一节 光的基本性质光的基本性质第一节第一节 光的基本性质光

42、的基本性质1 1 光的折射、反射与吸收光的折射、反射与吸收反射定律：反射定律：入射光、法线、反射光共面；入射光、法线、反射光共面；入射光和反射光位于法线两则；入射光和反射光位于法线两则；入射角入射角 反射角反射角 第一节第一节 光的基本性质光的基本性质当光波从光密介质入射到光疏介质时当光波从光密介质入射到光疏介质时, , 入射角入射角 I I 总总是小于折射角是小于折射角 , , 当当 = 90 0 = 90 0 时时 I = I = , , 入射入射光一部分折射回光密介质，一部分沿着介质界面射出，光一部分折射回光密介质，一部分沿着介质界面射出，此时入射角此时入射角 I I 称为全反射临界角称

43、为全反射临界角. .六六. 全反射临界角与全反射全反射临界角与全反射根据根据当入射角当入射角 I I 时时, , 折射光波不再进折射光波不再进入折射介质而全部返回到入射介质入折射介质而全部返回到入射介质, , 这种这种能量的突变称为全反射能量的突变称为全反射. .第一节第一节 光的基本性质光的基本性质Sin iSin =N N i可知可知OAABCedcbBCDESTVR iiaaa临界角与全反射示意图临界角与全反射示意图六六. . 全反射临界角与全反射全反射临界角与全反射玻璃块玻璃块N=2.00空气空气n=1v 透明矿物：吸收系数透明矿物：吸收系数 K 0.01,K 0.73, K 0.73

44、, 如黄铁矿、如黄铁矿、方铅矿等金属硫化物。方铅矿等金属硫化物。第一节第一节 光的基本性质光的基本性质 光泽光泽: :是指矿物表面对可见光的反射能力。它取决是指矿物表面对可见光的反射能力。它取决于矿物的反射率于矿物的反射率R R、矿物的吸收系数、矿物的吸收系数K K和折射率和折射率Nr Nr 相关计算公式见教材相关计算公式见教材 金属光泽：金属光泽：Nr3 Nr3 或或 Nr0.25Nr0.25。金，黄铁矿。金，黄铁矿等；等；半金属光泽：半金属光泽：NrNr2.62.63.0,R=0.193.0,R=0.190.250.25。磁铁。磁铁矿；矿；金刚光泽：金刚光泽：NrNr1.91.92.6,

45、R=0.102.6, R=0.100.190.19。金刚石；。金刚石；玻璃光泽：玻璃光泽：NrNr1.31.32.9,R=0.042.9,R=0.040.100.10。透明矿。透明矿物等，物等，第一节第一节 光的基本性质光的基本性质第一节第一节 光的基本性质光的基本性质 光性均质体光性均质体 光性非均质体光性非均质体第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体中的传播特性特点特点: :光学性质各方向相同各向同性：传播速度、折射光学性质各方向相同各向同性：传播速度、折射率、光的振动性质、颜色、光泽等）率、光的振动性质、颜色、光泽等）. .包括包括: : 等轴晶系矿物和非晶质物质等轴晶系矿物和非晶质

46、物质. .光波在均质体中的传播特点光波在均质体中的传播特点: : 光波的传播速度不因振动光波的传播速度不因振动方向不同而发生改变，即均质体的折射率不因光波在晶方向不同而发生改变，即均质体的折射率不因光波在晶体中的振动方向体中的振动方向不同而发生改变，折射率值只有一个不同而发生改变，折射率值只有一个. .一一. .光性均质体光性均质体第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础光 波 在 均 质 体 中 传 播 示 意 图光 波 在 均 质 体 中 传 播 示 意 图A-A-自然光自然光B-B-偏光偏光特点特点: :光性非均质体的光学性质因方向不同而改变光性非均质体的光学性质因方向不同而改变. . 包

47、括包括: :中级晶族中级晶族( (一轴晶一轴晶) )和低级晶族和低级晶族 ( (二轴晶二轴晶) )的矿物的矿物. .光波在非均质体介质中的传播特点光波在非均质体介质中的传播特点: : 其传播速度因光其传播速度因光波在晶体中的振动方向不同而发生改变波在晶体中的振动方向不同而发生改变. . 因而非均因而非均质体的折射率也因光波在晶体中的振动方向不同而改质体的折射率也因光波在晶体中的振动方向不同而改变变. . 非均质体的折射率值有许多个非均质体的折射率值有许多个. . 二二. . 光性非均质体光性非均质体第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体中的传播特性第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体

48、中的传播特性非结晶物质玻璃，松香，树脂）非结晶物质玻璃，松香，树脂）高级晶族等轴晶系高级晶族等轴晶系(石榴石石榴石,萤石萤石,黄铁矿）黄铁矿）一轴晶一轴晶(中级晶簇中级晶簇)光性非均质体光性非均质体光性均质体光性均质体三方晶系三方晶系(方解石方解石,电气石电气石)四方晶系四方晶系(锆石，黄铜矿锆石，黄铜矿)六方晶系六方晶系(磷灰石磷灰石)二轴晶二轴晶(低级晶族）低级晶族）斜方晶系斜方晶系(橄榄石，重晶橄榄石，重晶石石)单斜晶系单斜晶系(透辉石，正长透辉石，正长石石)三斜晶系三斜晶系(斜长石斜长石)光波入射非均质体，除特殊方向外，都要分解为振动光波入射非均质体，除特殊方向外，都要分解为振动方向互

49、相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏方向互相垂直，传播速度不同，折射率不等的两种偏光，此种现象称为双折射光，此种现象称为双折射. .双折射是非均质介质的普遍特征双折射是非均质介质的普遍特征. .光通过非均质体分解成二束偏光示意图光通过非均质体分解成二束偏光示意图三三 双折射双折射第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体中的传播特性C振动方向不同的两种偏光折射率值之差称为双折射率振动方向不同的两种偏光折射率值之差称为双折射率. .1.1.双折射率：双折射率：2.2.光轴：光轴：光波沿非均质体的特殊方向入射时光波沿非均质体的特殊方向入射时, ,不发生双不发生双折射折射, ,这种特殊的方向称为

50、光轴这种特殊的方向称为光轴. .中级晶族具有一个这样的特殊方向,称为一轴晶矿物;低级晶族具有两个这样的特殊方向,称为二轴晶矿物.第二节第二节 光在晶体中的传播特性光在晶体中的传播特性CC轴位于平行四边形短对角线方向，轴位于平行四边形短对角线方向，凡不沿光轴方向传播的光均要发生凡不沿光轴方向传播的光均要发生双折射双折射一轴晶双折射示意图一轴晶双折射示意图冰洲石冰洲石CaCO3CaCO3的双折射现象的双折射现象发生双折射形成的两种偏光，振动面相互垂直。其一发生双折射形成的两种偏光，振动面相互垂直。其一振动方向永远与光轴垂直，且各方向的折射率相等，振动方向永远与光轴垂直，且各方向的折射率相等，称为称

51、为“常光常光”，又称为，又称为OO光；其二振动方向平行于光轴光；其二振动方向平行于光轴和光波传播方向所构成的平面，其传播速度随振动方和光波传播方向所构成的平面，其传播速度随振动方向不同而改变，称为向不同而改变，称为“非常光非常光”，又称，又称e e 光。光。二轴晶双折射示意图二轴晶双折射示意图一一. .光率体的由来光率体的由来表示光波在晶体中传播时表示光波在晶体中传播时, ,折射率值随光波振动方向变折射率值随光波振动方向变化的一种立体几何图形或一种光性指示体化的一种立体几何图形或一种光性指示体. .二二. . 光率体的概念光率体的概念第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础二二 光率体光率体(

52、(或称光性指示体或称光性指示体) )的概念的概念第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础中的方位区分鉴定矿物。中的方位区分鉴定矿物。二二 光率体的概念光率体的概念第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础 均质体：传播速度不因均质体：传播速度不因振动方向不同而发生改变振动方向不同而发生改变, , 即折射率值各方向相等即折射率值各方向相等. . 光率体是一个球体，球光率体是一个球体，球体的半径代表该晶体的折体的半径代表该晶体的折射率射率. . 不同的均质体的光学性不同的均质体的光学性质的差

53、异主要表现在球体质的差异主要表现在球体半径不同。半径不同。第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础四四 . .一一 轴轴 晶晶 光光 率率 体体第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础石英石英方解石方解石一轴晶光率体示意图一轴晶光率体示意图第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础一轴晶的光率体的基本特征一轴晶的光率体的基本特征（1 1一轴晶光率体是旋转椭球体；一轴晶光率体是旋转椭球体；（2 2光轴为光率体的旋转轴，且平行于非常光光轴为光率体的旋转轴，且平行于非常光E E的振动面方向，的振动面方向，又称为是又称为是NeNe轴；

54、轴；（3 3水平轴恒平行于常光水平轴恒平行于常光OO的振动面方向的振动面方向, ,又称为又称为NoNo轴轴; ;（4 4） Ne Ne，NoNo分别为折射率最大和最小值分别为折射率最大和最小值, ,称为一轴晶的主折称为一轴晶的主折射率射率( (光学主轴光学主轴), ),二者差值为最大双折射率，其他方向折射率介于其二者差值为最大双折射率，其他方向折射率介于其间间, ,以以NeNe 表示；表示；（5 5） Ne Ne No No时，为一轴晶正光性矿物时，为一轴晶正光性矿物( (一轴正晶一轴正晶) )；Ne Ne NoNo时，为一轴晶负光性矿物时，为一轴晶负光性矿物( (一轴负晶一轴负晶) )；一般

55、将折射率的最大值以一般将折射率的最大值以Ng(Ng(慢光折射慢光折射) )表示，最小值以表示，最小值以NpNp率率( (快光折射率快光折射率) )表示，则当表示，则当NeNeNgNg时光性为正，当时光性为正，当NeNeNpNp时光性为时光性为负。负。第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础(1)重直光轴的切面：为圆切面，其半径为No(2)平行光轴的切面：为椭圆切面，Ne, No(3)斜交光轴的切面：为椭圆切面，Ne, No 一轴晶光率体三个主要切面一轴晶光率体三个主要切面第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础一轴晶光率体三个主要切面一轴晶光率体三个主要切面第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础第

56、一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第一章第一章 晶体光学基础晶体光学基础第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础NeNo入射光方向入射光方向NoNoNoNeNoNo入射光方向入射光方向NoNeNoNoNoN/e入射光方向入射光方向N/eNeNoNo一 轴 晶 正 光 性 光 率 体 主 要 切 面 示 意 图一 轴 晶 正 光 性 光 率 体 主 要 切 面 示 意 图(1)(1)垂直光轴切面垂直光轴切面(2)(2)平行光轴切面平行光轴切面(3)(3)斜交光轴切面斜交光轴切面五五 二轴晶的光率体二轴晶的光率体光率体光率体 构成构成 (以斜方晶系橄榄石为例以斜方晶系橄榄石为例) 当正入射光平行当

57、正入射光平行c c轴时，经折射形成轴时，经折射形成振动面正交的二偏光，测得振动面平行振动面正交的二偏光，测得振动面平行a a轴的偏光的折射率最大值轴的偏光的折射率最大值g g1.6921.692，振动面平行振动面平行b b轴的偏光之折射率最小值轴的偏光之折射率最小值p p1.6571.657，以此为半径可作一椭圆。，以此为半径可作一椭圆。当正入射光平行当正入射光平行a a轴时，经折射形成轴时，经折射形成振动面正交的二偏光，测得振动面平行振动面正交的二偏光，测得振动面平行b b 轴的偏光之折射率最小值轴的偏光之折射率最小值p p1.6571.657，振动面平行振动面平行c c轴的偏光之折射率中间

58、值轴的偏光之折射率中间值m m1.6741.674，以此为半径可作一椭圆。，以此为半径可作一椭圆。第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础五五. .二轴晶的光率体二轴晶的光率体当正入射光平行当正入射光平行b b轴时，经折射形成轴时，经折射形成振动面正交的二偏光，测得振动面平振动面正交的二偏光，测得振动面平行行a a轴的偏光的折射率最大值轴的偏光的折射率最大值g g1.6921.692，振动面平行，振动面平行c c轴的偏光之折射轴的偏光之折射率中间值率中间值m m1.674, 1.674, 以此为半径可以此为半径可作一椭圆。作一椭圆。当正入射光当正入射光( (或折射光波法线或折射光波法线) )平行

59、平行光轴光轴OAOA时，不发生双折射，即振动面时，不发生双折射，即振动面可在任意方向发生，测得其折射率恒可在任意方向发生，测得其折射率恒为为m m1.6741.674，以此为半径可作一圆。，以此为半径可作一圆。光率体光率体 构成构成 (以斜方晶系橄榄石为例以斜方晶系橄榄石为例) 第五章第五章 晶体光学基础晶体光学基础(1) (1) 二轴晶光率体：三轴不等的椭球体二轴晶光率体：三轴不等的椭球体. .(2) (2) 三个光学主轴：三个光学主轴：Ng,Nm,NpNg,Nm,Np轴轴. .(3) (3) 三个主折射率三个主折射率 ：NgNgNmNmNpNp；(4) (4) 三个主轴面：包含主轴彼此之间

60、互相垂直三个主轴面：包含主轴彼此之间互相垂直. .(5) (5) 两根光轴：两根光轴：OA.OA.(6) (6) 光轴面光轴面APAP）: : 包含两根光轴的切面包含两根光轴的切面. .(7) (7) 光轴角光轴角(2V): (2V): 两根光轴所夹的锐角两根光轴所夹的锐角.V.V4545为正光性。为正光性。(8) (8) 锐角等分线锐角等分线(Bxa): (Bxa): 两光轴所夹锐角的等分线两光轴所夹锐角的等分线. .(9) (9) 钝角等分线钝角等分线(Bxo): (Bxo): 两光轴所夹钝角的等分线两光轴所夹钝角的等分线. .(10) (10) 光性正负光性正负: (+) Ng-Nm :