结晶学与矿物学

结晶学与矿物学

crystallographyandmineralogy胡斌tel13787195298中南大学12/25/2022crystallographyandmineralogy课程简介结晶学与矿物学是地球科学主干课程、专业基础课课程研究对象：晶体和矿物结晶学：以晶体为研究对象，主要研究晶体的对称规律。研究的是晶体的共同规律，不涉及到具体的晶体种类。特点：空间性、抽象性、逻辑性、理性、共性与后续矿物学形成明显的对比矿物学：以矿物晶体为研究对象，主要研究各具体矿物晶体的成分、物理性质、成因特点等。特点：经验性、具体性、归纳分类性、感性、个性晶体和矿物与我们日常生活也有密切联系：衣—防火衣食—中药矿物药朱砂硫磺蒙脱石

宝玉石12/25/202212/25/2022课程目的要求通过学习，要求对矿物晶体有系统的认识和了解，掌握矿物内外属性、形成作用及其在人类生产生活中的用途，为进一步学习后续专业课程奠定基础。考查与考核相结合，严格评分标准，公平合理。12/25/2022第一篇结晶学基础（50%学时）

（研究对象——晶体）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12/25/2022第二篇矿物学（50%学时）

（研究对象——矿物(天然产出的晶体)）第十章矿物与矿物学的发展趋势第十一章矿物的形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12/25/2022第一篇结晶学基础

结晶学（晶体学）发展历史及分支学科简介结晶学始于17世纪中叶人类的矿业活动，与天文学一起成为人类认识物质世界发展最早的两门自然科学。17～18世纪：以研究晶体形态为主，也初步推测研究晶体内部结构的几何规律；19世纪末～20世纪初：X－射线的发现及其对晶体结构的测量，进入晶体内部结构研究阶段；20世纪70年代以来：透射电镜研究晶体内部超微结构细节；20世纪80年代，发现准晶体，开辟了晶体对称理论新领域。12/25/2022分支学科：几何结晶学－研究晶体宏观形态几何规律，主要是对称规律。晶体结构学－研究晶体内部结构几何规律及缺陷。晶体化学－研究晶体成分与结构的关系。晶体生长学－研究晶体生长机理及其影响因素。晶体物理学－研究晶体物理性质及其产生机理。以晶体形态对称规律及晶体内部结构对称规律为主，简介晶体化学与晶体生长。12/25/2022第一章晶体与晶体的基本性质

crystalandtheultimatepropertiesofcrystal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12/25/2022一、晶体的基本概念1.晶体的定义：

人类最早把具有天然规则几何多面体形态的固体叫晶体。

现代对晶体的定义是：晶体（crystal)是内部质点（原子、离子或分子）在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。这种质点在三维空间周期性地重复排列也称格子构造，所以晶体是具有格子构造的固体。12/25/2022石盐的晶体体结构12/20/20222.不具格格子构造的的物质称为为非晶体或非晶态3.晶体与非晶体在一定条件件下可以互互相转化非晶态晶态(晶化，，自发进行行)晶态非非晶态态(非非晶化，，需要外能能)晶体具有格子构造既有近程规律也有远程规律非晶体不具格子构造只有近程规律（无定形体）12/20/2022所以,晶体体比非晶体体稳定。自自然界的固固体物质中，绝大大多数是晶晶体。4.准晶体（quasicrystal)：一种新的物物态，其内内部质点排排列具有远程规律，但没有平平移周期，，即不具格格子构造。。这种物态是介于晶晶体与非晶晶体之间的的一种状态态。12/20/2022二、空间格格子1.概念：空间格子就是表示晶晶体内部结结构中质点点周期性重复排列列规律的几几何图形。。◆空间格子的的导出：（a）晶体平面结结构图（b）相当点(空空间点阵)（c）空间格子相当点：是指质点种种类相同，，周围环境境（分布种种类相同和和取向相同同的其他质质点）也一一样的几何何点。12/20/2022首先在晶体体结构中找找出相当点，再将相当当点按照一一定的规律连接起起来就形成成了空间格格子。相当点（两个条件：：1、性质质相同，2、周围环环境相同。。）12/20/2022空间格子与与具体的晶晶体结构是是什么关系系？可以认为具具体的晶体体结构是多多套空间格格子组成的的，见图。。具体的晶体结构是多种原子子、离子组组成的，使使得其重复复规律不容易看看出来，而而空间格子就是使其重重复规律突突出表现出出来。空间格子仅仅仅是一个个体现晶体体结构中的的周期重复复规律的几何图形，，比具体晶晶体结构要要简单的多多。12/20/20222.空间格格子的要素素：（1））结点：：是空间间格子子中的的点，它们们代表晶体体结构中中的相相当点点。在实际晶晶体中,结结点的的位置置一定定由同种种质点点所占占据。。在空空间格格子中中，它它们只只有几几何意义义，为为几何何点。。12/20/2022（2））行列：：结点在在直线线上的的排列列构成成行列列。空间格子中中任意意两个个结点点联结结起来来就是是一条条行列列的方方向。。在同一行行列中中结点间间距是是相等等的，，在平行的的行列列上结点间间距也也是相相等的的；不同方方向的的行列列，其结结点间间距一般般是不不等的的。空间格格子中中的行行列12/20/2022（3））面网网：结点在在平面面上的的分布布构成成面网网。空间格格子中中不在在同一一行列列上的的任意意三个个结点点就可可以联联结成成一个面面网，，即任任意两两个相相交的的行列列就可可以决决定一一个面面网。。面网上上单位位面积积内结结点密密度称称为面网密密度。相互平平行的的面网网，面网网密度度相同同，面网间间距（（两相邻邻面网网间的垂垂直距距）也也必定定相等等；互不平平行的的面网网，面网网密度度及面网网间距距一般般不同同。空间格格子中中的面面网12/20/2022面网密密度与面网间间距之间关关系的的示意意图βββ123β4结论：：面网密密度大的面面网其其面网间间距也大，，反之之，密密度小小，间间距也也小。。12/20/2022（4））平行行六面面体：：是空间间格子子中所所划分分出的的最小小重复单单位。它由六六个两两两平平行而而且相相等的的面组组成。。实际晶晶体结结构中中所划分分出的的这种种最小小重复复单位位,称为晶胞。整个晶体结结构可视为为晶胞在三维维空间间平行行地、、毫无间间隙地地重复复累叠叠而成成。晶胞的的形态态和大大小取决于于晶胞参参数（（a、b、c；α、ββ、γγ，也也称为为轴长和轴角））。12/20/2022平行六六面体体空间格格子返回12/20/2022平行六六面体体可具具有各各种不不同的的形状状，各各种形形状的的平行六六面体体的晶晶胞参参数怎怎么样样？我们以以后将将会看看到，，平行行六面面体的的形状状一共共有7种，对对应有有7套晶晶胞参参数的形式式，也也对应应7个晶晶系。12/20/2022三、晶晶体的的基本本性质质1、自自限性性：是指晶晶体在在适当当条件件下，，可以以自发发地形形成几几何多多面体外外形的的性质质。其表现现在晶体为为平的的晶面所包围围,是格子子构造造在外外形上上的直直接反反映。。晶面(晶体体表面面自发发形成成的平平面)～面网晶棱(两个个晶面面的交交棱））～行列角顶(晶棱棱会聚聚成尖尖的角角顶)～结点晶面、、晶棱棱、角角顶与与面网网、行行列、、结点点的关关系示示意图图12/20/2022晶体的几何何多面体形形态受格子子构造制约约，它服从于一定定的结晶学学规律。2、均一性性是指晶体上上的任一部部位具有和和整个晶体体完全相同同的性质。。因为晶体是是具有格子子构造的固固体,在一一个晶体的的各个不同同部位都具具有完全相相同的格子子构造，所所以它们所所表现出的的各项性质质也必定完完全相同———结晶均一性性。12/20/2022非晶质体具具有统计均均一性。因为非晶质质体不具有格子子构造（质质点排列不不具远程规规律），非非晶质体的各个个不同部分分，没有任任何两部分分的内部结结构是完全相同同的，它们们所以它们们所表现出出的各项性性质也只是在统统计意义上上才是均一一的。如玻玻璃的不同同部分折射率等等也是相同同的。12/20/20223、、异异向向性性（（各各向向异异性性））：：是指指晶晶体体的的性性质质随随方方向向不不同同而而有有所所差差异异。。因为同同一一格格子子构构造造中中，，在在不不同同方方向向上上质质点点排排列列一一般般是是不不一一样的的，，因因此此沿沿不不同同方方向向观观察察时时，，晶晶体体的的各各项项性性质质将将表表现现出差异来。如如蓝晶石（二硬硬石）的硬度，随方向的不同同而有显著的的差别。平行晶体的延长方向向AA可用小小刀刻动，而而垂直晶体的延长方方向BB小刀刀不能刻动。。非晶质体一般般具各向同性性，而无异向向性。12/20/20224、对称性：：是指在晶体的的外形上,相相等的晶面、、晶棱和角顶重复出现的的性质。晶体的格子构构造本身就是是质点重复规律的的体现。所以以一切晶体都是是对称的。对称性是晶体极其重重要的性质,是晶体分类的基础。12/20/20225、最小内能能：是指在相同的的热力学条件件下，晶体与与同种物质的非晶质体体、液体、气气体相比较，，其内能最小小.内能动能（与物质所处的的热力学条件件有关，温度度越高，质点点运动越强，，动能也越大大，不能用来来比较内能的的大小。）势能（位能，取决于于质点间的距距离与排列。。势能越大，内内能也越大。)12/20/2022因为，晶体是是具有格子构构造的固体，，其内部质点点是有规律排排列的，这种规律的排排列是质点间间的引力与斥力达达到平衡的结果。所以，晶体体具有最小内内能。对比加热曲线线：熔点时间温度晶体温度时间非晶质体12/20/2022晶体有固定的的熔点，而非非晶质体没有有固定的熔点点。6、稳定性：：是指在相同的的热力学条件件下，晶体比比具有相