结晶学及矿物学 教学大纲

教学大纲

一、课程的基本内容

结晶学主要以晶体的对称——晶体定向与结晶学符号——单形和聚形为线索讲授晶体的对称理论，简介晶体内部结构对称和晶体化学的基本知识和基本理论。矿物学主要讲授矿物的化学成分、结构、形态、物理性质和成因产状的基本概念和基本理论，以及按矿物的晶体化学分类体系介绍五十、六十种常见矿物的性质与成因。二、课程的基本要求

课程要求学生掌握有关晶体对称的基础理论，学会从晶体的宏观形态分析晶体的对称及晶体定向、单形名称及符号；掌握矿物成分、结构、形态、物性、成因的基础知识及其它们之间的相互联系，掌握五十、六十种常见矿物的鉴定特征及成因类型；了解一些矿物的主要用途。三、教学安排本课程讲课与实习比例为1：1。教学分两个单元进行。第一单元结晶学（第一章~第十章）（40学时）第一章晶体及结晶学（讲课2学时）

深入理解晶体的定义，掌握从晶体结构中画出空间格子的方法，理解空间格子要素及其性质。了解晶质、非晶质和准晶态的区别。理解晶体的基本性质。第二章晶体的测量与投影（讲课2学时，实习2学时）

理解面角守恒定律及其意义，了解晶体测量的方法。学会使用接触测角仪。理解极射赤平投影的空间过程，学会利用吴氏网进行晶体投影，能绘制主要对称型的对称要素和单形代表晶面的目估投影。

第三章晶体的宏观对称（讲课4学时，实习4学时）

理解晶体对称的特点。熟练掌握对称面、对称轴、对称中心和旋转反伸轴，理解对称定律及对称要素的组合定律，掌握常见的对称型，要求学生能熟练地在晶体模型上找出对称型，并能运用对称要素组合定律判断对称型对否。熟练掌握晶体对称分类体系。第四章晶体定向与结晶符号（讲课2学时，实习2学时）

熟练掌握晶体定向的原则、各晶系晶体定向方法和晶体常数特点；要求学生能熟练地从晶体模型上确定对称型、晶系后进行晶体定向。熟悉对称型的国际符号及其与对称型的一般符号（全面符号）的转换。掌握晶面符号、晶棱符号的书写方法，理解整数定律的含义，了解晶带定律。第五章单形和聚形（讲课2学时，实习6学时）

理解单形的概念及推导方法；了解47种几何单形，重点掌握20种左右常见单形；理解几何单形与结晶单形的区别；熟悉一些重点单形在各晶系中的分布，了解单形分类。理解聚形的概念及单形相聚的条件，熟练掌握各晶系晶体的聚形分析的步骤和方法。第六章结晶学阶段总结及群论基础（讲课2学时）

将第1章--第5章的几何结晶学知识进行总结，并结合实习课中出现的问题统一解答。在总结的基础上，初步介绍一些群论知识，包括：了解群的概念、母群-子群的概念，初步理解对称型（点群）可作为群的基本含义。第七章晶体内部结构的微观对称（讲课2学时，实习2学时）进一步理解空间格子、空间格子要素和晶胞的概念，熟悉各晶系晶胞参数的特点、四种格子类型（P、C、I、F）；理解为什么只有十四种空间（布拉维）格子的原因。了解平移轴、螺旋轴和滑移面、空间群和等效点系的概念；能看懂空间群的国际符号。对某些晶体结构（金刚石、金红石、石盐等），能对照空间群的投影图，初步将晶体结构模型上的一些对称要素找出来。第八章晶体生长简介（讲课1学时）

了解晶体生长的成核理论；理解科塞尔理论（层生长理论）、螺旋生长理论。初步了解晶体生长实验方法。理解布拉维法则，了解周期性键链理论、最小表面能原理。第九章晶体的规则连生（讲课1学时，实习2学时）

了解晶体的规则连生（平行连晶、双晶、浮生与交生）。重点掌握双晶的概念、双晶轴、双晶面、双晶接合面、双晶类型、双晶律和双晶的识别方法，初步了解双晶的形成方式。学会在模型上分析矿物中常见的双晶律。第十章晶体化学简介（讲课2学时，实习2学时）

理解最紧密堆积原理及其意义，熟悉六方和立方最紧密堆积及其中的四面体空隙和八面体空隙，掌握配位数和配位多面体的概念；理解化学键及晶格类型对晶体物理性质的影响。理解鲍林法则及其在晶体结构分析中的某些应用。理解类质同象、同质多象、多型现象和有序--无序结构。对某些晶体结构（自然铜、闪锌矿、金红石、石盐、黄铜矿、萤石等）的晶体结构模型，能据已知描述，观察其堆积形式、离子的配位数与配位多面体，计算其单位晶胞内相当于化学式的“分子数”（Z）。第二单元矿物学（第十一章~第二十三章）（40学时）I．矿物通论

矿物通论主要是学习矿物的化学成分、形态、物理性质和成因产状方面的基本理论知识。介绍矿物的鉴定和研究方法。学习矿物通论，一方面要使学生对矿物的成分、形态、物理性质和成因等有基本的理解，另一方面要使学生掌握矿物形态、物理性质等特征的描述方法。第十一章矿物及矿物学（讲课0.5学时）

明确矿物的概念。了解矿物学的发展及其与其他科学的关系。第十二章矿物的化学成分（讲课1.5学时）

了解地壳中化学元素的丰度及离子类型在矿物学中的意义。理解矿物成分变化的原因、矿物中“水”的类型和矿物的晶体化学式的书写原则及其含义；学会矿物晶体化学式的计算方法。第十三章矿物的形态（讲课1学时，实习1学时）

熟悉矿物形态的类型。理解单体形态与成分、结构的关系，理解多晶集合体的形成方式，学会用不同术语来描述不同类型的形态（单体形态、显晶集合体、隐晶及胶态集合体）。第十四章矿物的物理性质（讲课4学时，实习6学时）

理解矿物的颜色（自色、他色和假色）、条痕、光泽和透明度的概念，了解成色机理，熟练掌握其描述方法。理确矿物解理、裂开、断口、硬度、相对密度的概念，理解其产生原因或影响因素；熟悉它们的分级或分类；并熟练掌握其观察描述方法。

了解矿物的弹性、挠性、脆性、延展性、磁性、导电性、压电性、热释电性，了解这些性质与化学键或晶体对称的关系。第十五章矿物的成因（讲课1.5学时）

了解矿物的成因类型，明确矿物组合、共生及伴生、世代和生成顺序、标型矿物和矿物标型特征、假像和副像等概念。初步了解矿物变化过程及相关理论。第十六章矿物的鉴定与研究方法简介（讲课0.25学时）

初步了解矿物成分、结构、形貌等研究的一些主要测试方法（包括送样要求、适用范围、灵敏度等）。II．矿物各论

对矿物各论，要注意掌握各大类（或类）矿物的一般性（共性）和各矿物种的特殊性（个性）。既要对各类矿物有系统地、概括地了解，又要抓住一些重点矿物的每个矿物种的特征。具体要求如下：

1．掌握各大类（或类、或族）矿物的化学组成、晶体结构、物理性质与成因产状等的基本特征，理解各大类（或类、或族）矿物的晶体化学基本原则，理解成分、结构、物性之间的内部联系，会用晶体化学基本原理解释有关的矿物现象。

2．对矿物种（或族）的要求分成三类，其中第一类约25种，第二类约26种，第三类约40种，具体要求分别为：第一类：为重点掌握的矿物。对各矿物的成分、结构、形态、物性、成因产状和用途等各方面要综合分析，注意它们之间的内在联系。其具体要求为：（1）对化学组成要掌握晶体化学式和重要的类质同像混入物（一般是指具有经济意义或标型意义，或影响种属、变种的命名，或明显的影响物理性质等的类质同像混入物）；（2）对晶体结构要掌握晶系和晶体结构特征，并理解它们与形态、物性的内在联系；（3）对形态要掌握该矿物特征的、常见的和具有标型意义的晶形；（4）对物性要有较全面了解，侧重具有鉴定意义和实用意义的；（5）对于成因产状只要求一般了解，侧重成因类型，注意矿物的标型性；（6）了解矿物的主要用途。

第二类：要求重点掌握该矿物种的晶体化学式（复杂的硅酸盐矿物则要求掌握其硅氧骨干和主要阳离子）和主要鉴定特征。了解主要成因类型，对标型矿物要了解其成因意义。

第三类：了解该矿物种在分类体系中的位置和某些特点。

3．掌握下列矿物晶体结构特征：自然金、金刚石、石墨、闪锌矿、黄铜矿、金红石、尖晶石、绿柱石、透辉石、透闪石、滑石、云母、高岭石、透长石、方解石、萤石共16种。要求按照教材中对该矿物晶体结构特征的描述，能看懂相应的结构模型和结构图。下面在各章中将上述三类矿物的名单按晶体化学分类体系列出（所列矿物名单，带双星号**者为第一类,带星号*者为第二类,无标记者即第三类，其基本要求见前述，某些特殊要求则见补充说明）。第十七章矿物的分类和命名（讲课0.25学时）掌握矿物的晶体化学分类体系，明确矿物种、亚种、异种（或变种）的概念，了解矿物的命名原则。第十八章自然元素大类（讲课0.5学时，实习0.5学时）

自然金属：**自然金、铂族矿物自然非金属：自然硫、**金刚石、**石墨、富勒烯及纳米碳管自然半金属：自然铋第十九章硫化物及其类似化合物大类（讲课1.5学时，实习1.5学时）简单硫化物：方铅矿族（**方铅矿），闪锌矿族（**闪锌矿），黄铜矿族（**黄铜矿），磁黄铁矿族（*磁黄铁矿），辉锑矿族（辉锑矿、辉铋矿），辰砂族（辰砂），雌黄族（*雌黄），雄黄族（*雄黄），辉钼矿族（**辉钼矿），斑铜矿族（斑铜矿），辉铜矿族（辉铜矿）。复硫化物：黄铁矿—白铁矿族（**黄铁矿），辉砷钴矿—毒砂族（*毒砂）。第二十章氧化物和氢氧化物大类（讲课2学时，实习2学时）

氧化物：赤铜矿族（赤铜矿），刚玉族（**刚玉、**赤铁矿、钛铁矿），金红石族（*金红石、*锡石、*软锰矿），石英族（**α—石英及其异种、β—石英，*蛋白石），尖晶石族（尖晶石、**磁铁矿、*铬铁矿），黑钨矿族（*黑钨矿）。

补充说明：对尖晶石族要弄懂正尖晶石型和反尖晶石型结构。

氢氧化物：镁的氢氧化物（水镁石），铝的氢氧化物（**铝土矿），铁的氢氧化物（**褐铁矿），锰的氢氧化物（**硬锰矿）。第二十一章含氧盐大类（一）---硅酸盐类（讲课6学时，实习6学时）掌握硅氧骨干形式及其对硅酸盐矿物的晶体结构、离子堆积、类质同像、形态、物理性质等的影响，理解铝在硅酸盐晶体结构中的特殊作用。岛状结构硅酸盐：锆石族（*锆石），橄榄石族（**橄榄石），石榴子石族（*钙铝榴石系列与钙铁榴石系列），红柱石（*红柱石、*蓝晶石），黄玉族（黄玉），十字石族（十字石），榍石族（榍石），绿帘石族（绿帘石），绿柱石族（**绿柱石、堇青石），电气石族（*电气石）。链状结构硅酸盐：辉石族（顽火辉石、紫苏辉石、*透辉石—钙铁辉石、**普通辉石、硬玉、锂辉石、霓石），硅灰石族（*硅灰石），角闪石族（*透闪石—阳起石、**普通角闪石、角闪石石棉），夕线石族（夕线石）。层状结构硅酸盐：高岭石族（**高岭石），蛇纹石族（*蛇纹石），云母族（**白云母、**黑云母、金云母、锂云母），滑石族（*滑石、*叶腊石），蒙脱石—皂石族（蒙脱石），蛭石族（蛭石），绿泥石族（*绿泥石）。补充说明：理解层状硅酸盐矿物的晶体化学特征（四面体片、八面体片、结构单元层、三八面体型-二八面体型、层间域、多型、混层矿物）；了解云母族的常见多型；了解粘土矿物的概念及粘土矿物的特征与应用。架状结构硅酸盐：长石族（碱性长石亚族：透长石、*正长石、**微斜长石；斜长石亚族：**斜长石），似长石：霞石族（霞石），白榴石族（白榴石），*沸石族。补充说明：对长石族要了解长石的有序