2022年结晶学与治金行业生产管理及体性质生长规律学

1、结晶学与矿物学crystallography and mineralogy黄静宜地质教研室地震科学系1结晶学与矿物学crystallography and mineralogy结晶矿物学是地球科学专业基础课课程研究对象：晶体和矿物晶体和矿物在工业、农业、国防上意义重大；晶体和矿物与我们日常生活也有密切联系：衣 防火衣 （石棉）食 中药矿物药：朱砂安神丸（辰砂）；硫磺（内外用）；思密达（蒙脱石）住 石材（大理石、水泥方解石）行 沥青宝玉石、化妆品 2结晶学与矿物学crystallography and mineralogy3结晶学与矿物学crystallography and mineralog

2、y4结晶学与矿物学crystallography and mineralogy第一篇 结晶学基础（50%学时）第一章 晶体与晶体的基本性质第二章 晶体生长模型与面角恒等定律第三章 晶体的测量与投影第四章 晶体的外部对称第五章 晶体定向与晶体符号第六章 单形与聚形第七章 晶体的规则连生 第八章 晶体结构第九章 晶体化学5第二篇 矿物学（50%学时）第十章 矿物与矿物学的发展趋势第十一章 矿物的型态第十二章 矿物的物理性质第十三章 矿物的化学成分第十四章 矿物的命名与分类第十五章 自然元素矿物大类第十六章 金属互化物矿物大类第十七章 硫化物及其类似化合物矿物大类第十八章 氧化物和氢氧化物矿物大类第

3、十九章 含氧盐矿物大类（一）第二十章 含氧盐矿物大类（二）第二十一章 卤化物矿物大类结晶学与矿物学crystallography and mineralogy6第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal本章概要 1.晶体、非晶体 2.空间格子抽象，难点 3.晶体6个基本性质7第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal 矿物几乎全是晶体 8第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the u

4、ltimate properties of crystal第一节 结晶学研究对象及其科学地位结晶学与矿物学：地球科学专业的主干课程，专业基础课。结晶学crystallography ：矿物 晶体（生成和变化、外部形态几何性质、内部结构、化学成分、物理性质及其相互关系）9第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念问：生活中很多是晶体：？ 水晶、食盐、冰糖水晶 花岗岩中石英 晶体？非晶体？1912年 劳埃利（M.V.Laue德）第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal10晶体？非晶体？11第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念1.

5、晶体与非晶质体 晶体crystal ： 内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列形成的具有格子构造的固体。 短程有序长程有序（short+long range order） 非晶体noncrystal ： 仅短程有序 第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal短程有序：质点在三维空间排布的局部的规律性，叫做近程规律或短程有序。长程有序：质点排布方式在整个晶体中贯穿始终的规律称为长程规律或长程有序（long range order）。12 晶体非晶体SiO213第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念 玻璃化、非晶化晶体 非晶

6、体 脱玻化、晶化问：稳定性？火山玻璃雏晶，放射性蜕变第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal14第二节 晶体、非晶体与准晶体的概念2.准晶体 quasicrystal ： 质点的排列符合短程有序但不体现周期平移重复，即不存在格子构造。 准晶体：有严格的位置序和自相似分行结构非晶体第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal15具五次对称轴，无格子构造短程有序16 第三节 空间格子-space lattice 1.空间格子的导出 相当点：环境

7、、方位相同几何点，空间意义 CsCl晶体结构 空间格子 空间格子：就是表示晶体内部质点在三维空间做周期 性平移重复排列的几何图形。第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal17 第三节 空间格子-space lattice 2.空间格子要素及基本规律（1） 结点-node,代表相当点，几何点，几何意义（2） 行列-row，任意二结点，结点间距（row-spacing）（3）面网-net 面网密度、面网间距（4）平行六面体-parallel hexahedron 实际晶体单位晶胞第一章 晶体与晶体的基本性质crysta

8、l and the ultimate properties of crystal18第三节 空间格子-space lattice 第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal空间格子中的结点、行列与面网modelNodeRowNet19面网密度与面网间距关系示意图 平行六面体 20 第四节 晶体的基本性质 -the ultimate properties of crystal1 自限性 self- confinement， 形态，晶面面网、晶棱行列、角顶结点2 均一性 homogeneity 各部分完全相等；非晶体统计

9、学意义相等3 异向性 anisotropy 方向上4 对称性 symmetry5 最小内能 minimum internal energy 结晶时放热、熔融吸热6 稳定性 stability第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal21矿物自限性22矿物自限性F V E 2 （欧拉定律）晶面数 角顶数 晶棱数 23矿物均一性石英F（x）F（xx）24矿物异向性菱猛矿蓝晶石25矿物对称性石榴子石26矿物最小内能性、稳定性 吸热，内能增大 晶体 非晶体 放热，内能减小小结 自限性对称性 均一性异向性 最小内能性稳定性27

10、第一篇 结晶学第一章 晶体与晶体的基本性质crystal and the ultimate properties of crystal本章思考题及习题：1.晶体、非晶质体、准晶体有何区别？2.结点间距、面网密度、面网间距之间有何联系？3.如何根据晶体的格子构造解释其基本性质？ 4.晶体不一定呈规则的几何多面体外形，这是否与晶体的自限性矛盾？5.某些固体生长时可以自发地形成规则的几何多面体外形，这些固体肯定是晶体吗？为什么？6.为什么晶体具有确定的熔点而非晶体不具有确定的熔点？28本章结束第二章29第二章 晶体生长模型与面角守恒定律本章概要1.晶体生长途径2.晶体生长二个理论：层生长、螺旋生长理

11、论3.晶面发育理论：布拉维法则、周期键链4.影响晶体生长外因、几何淘汰率5.面角守恒定律30第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第一节 晶体生长的途径 The ways of crystal formation1. 气相-固相 如火山喷气S，窗花等凝华作用2. 液相-固相 熔体中结晶，如岩浆岩，金属晶体 溶液中结晶，如温度降低，水分蒸发，化学反应31第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第一节 晶体生长的途径 3 固相-晶体 非晶体晶体：火山玻璃石英长石雏晶 晶体晶体：同质多相：石英 石英 固溶体分离 再结晶：变质作用32第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第二节 晶体的层生长和螺旋生长 晶体生长的二

12、个重要理论，晶体生长模型 1.层生长理论 layer growth -W.KosselI.N.Stranski二维成核理论 三面凹角二面凹角一般位置质点优先进入顺序： （1）1 2 3 （2）质点 行列 面网 （3）层层向外331. 层生长理论 石英的环带结构341. 层生长理论 黄铁矿面平棱直351. 层生长理论 面角守恒定律：同种物质的晶体上对应晶面间的夹角不变。36 2. 螺旋生长理论 晶面上的螺旋纹 37 2. 螺旋生长理论 spiral growth螺旋位错F.C.Frank,W.K.Burton等人提出。位错凹角堆积螺旋生长凹角38螺旋生长模型 39第二章 晶体生长模型与面角守恒定

13、律第三节 晶面发育的二个理论 布拉维法则和周期键链理论 何种面网发育成晶面？ 1.布拉维法则 -法国结晶学家A.bravis 提出：实际晶体的面网常常是由晶体格子构造中面网密度大的面网发育成的。40晶面生长速度与面网密度关系面网密度小生长速度快，晶面消失快；面网密度大生长速度慢，易保留下来成为晶面。 理想状态，不考虑外界条件生长速度面网密度小 41晶面交角和生长速度对晶面发育的约束 422. 周期键链（PBC）理论 periodic bond chain 1955年P.Hartman and N.G.Perdok提出 （1）概念 晶体存在强键链。晶体平行键链生长，键力最强的方向生长最快；平行强

14、键链最多的面常成为晶面。43强键链方向？黑电气石金绿柱石44（2）周期键链理论对晶面发育的解释 比较 K S F 面成长速度F面：平坦面，有两个以上的PBC与之平行，面网密度最大 生长速度最慢易成为晶面S面：阶梯面，有一个PBC与之平行，面网密度中等 生长速度中等K面：扭折面，不平行任何PBC，面网密度小 生长速度最快，消失快45第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第四节 影响晶体生长的外部因素 介质流动、温度、杂质与酸碱度、粘度、结晶速度、生长顺序与生长空间、应力作用 461、晶簇丛生于岩石空洞或裂缝中某一基底之上，另一端朝向自由空间并具有完好晶形的单晶体群第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第

15、五节 晶簇与几何淘汰率47第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第五节 晶簇与几何淘汰率 2、几何淘汰率生长速度最大方向与基底平面垂直的晶体继续生长 48第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第六节 歪晶和面角守恒定律 1. 歪晶 distorted crystal 石英的理想晶体歪晶49第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第六节 歪晶和面角守恒定律 2.面角守恒定率 law of constancy of angle 1669年丹麦学者N.Steno 研究石英和赤铁矿晶体，发现 同种物质的晶体，其对应晶面间的角度守恒 重要发现，为几何结晶学研究奠定基础 50第二章 晶体生长模型与面角守恒定律第六节 歪晶和面角守恒定律 层生长 石英的理想晶体歪晶51第二章 晶体生长模