《结晶学及矿物学B》课程教学大纲

《结晶学及矿物学B》课程教学大纲课程代码：612005课程名称：结晶学及矿物学B英文名称：CrystallgraphyandMineralogy开课学期：2学时/学分：60（其中实验学时28）/4课程类型：学科基础课开课专业：资源勘查工程、地理科学、应用地球化学选用教材：赵珊茸主编：《结晶学及矿物学》，高等教育出版社，2004年6月主要参考书：1.潘兆橹主编：《结晶学及矿物学》(上、下)，潘兆橹主编，地质出版社，1993出版。2.罗谷风主编：《基础结晶学与矿物学》，南京大学出版社，1998出版。一、课程简介结晶学及矿物学B是资源勘查工程、地理学专业必修课程，总学时60，其中讲授32学时，实验课28学时。限于学时及地质学专业特点，该课程的讲授过程中，既注重体系的完整性，又兼顾内容的精简性。结晶学部分在介绍晶体的基本性质的基础上，重点以晶体的对称-晶体定向-单形及聚形分析为主线，讲授晶体宏观对称的基本理论；对于晶体内部结构及微观对称理论知识只作扼要的介绍。晶体化学、晶体生长及晶体规则连生等作为矿物学的基础知识进行了简要的讲解。矿物学部分是该课程的重点内容，首先讲授矿物的成分、形态、物性等基础知识，在介绍矿物晶体化学分类体系的基础上，对各大类、类、族矿物的晶体化学、形态、物性及应用等进行归纳、对比学习；重点讲授地质作用中常见矿物的晶体化学、形态、物性、应用及相似矿物的区别等知识。IntroductiontothecourseCrystallographyandMineralogy(B)isanoptionalcourseforundergraduatesofResourceExplorationEngineeringspecialty,andittakes60classhoursincluding28experimentalhours.Duringteaching,itnotonlypaysattentiontointegralityofsystem,butalsotosimplicitybecauseofthelimitedclasshoursandcharacteristicsofGeologyspecialty.ThepartofCrystallographyintroducesthefoundationofbasicqualitiesofcrystals,emphasizingonthebasictheoryformacrosymmetryofcrystalsbasedonsymmetryofcrystals,orientationofcrystals,analysisofmonocrystandglomerocrys,simplifyingonthetheoryformicrosymmetryofcrystalsandinteriortexturesofcrystals.Andthispartalsointroducessomebasicknowledgeofmineralogy,suchascrystalchemistry,crystalgrowthandregularintergrowth,etc.ThepartofMineralogyisthekeycontentforthiscourse.Firstly,itintroducessomebasicknowledgeoncomponent,shapeandpropertyofminerals.Thenitsumsupandcompareswiththecrystalchemistry,shape,propertyandapplicationforeachcategory/groupofmineral,basedonintroductionofcrystalchemicalclassificationofminerals.Finally,itemphasizesoncrystalchemistry,shape,propertyandapplicationofcommonmineralsduringgeologicalprocesses,anddistinguishingsimilarminerals.二、课程性质、目的与任务结晶学及矿物学B是资源勘察工程、地理学专业的重要专业基础课，它是继地球科学概论课程之后的第二门地质课程。它为学习晶体光学、岩石学、矿床学、地球化学及地层学等后续课程提供必要的结晶学、矿物学基础，同时，它作为研究地壳的物质成分的学科之一，本身兼有专业课的性质，并也直接应用于地质勘查工作。通过本课程的学习，应使学生学习必要的结晶学、矿物学的基本理论、基本知识和基本技能，了解晶体的基本性质、矿物成分、形态、成因、用途及各大类、类矿物的一般通性。掌握晶体对称、常见单形、聚形分析方法、结晶符号、晶体化学的基本原理、矿物物理性质及肉眼鉴定矿物的方法。三、教学基本要求本课程分为结晶学基础、矿物学通论和矿物学各论三个部分。1．结晶学是矿物学的基础，本部分侧重的是几何结晶学和晶体化学，了解晶体内部结构。2．矿物通论主要是讲授矿物的化学成分、形态、物理性质等方面的基本理论知识。学习矿物通论，一方面要使学生对矿物的成分、形态、物理性质等有基本的认识；另一方面要强调学会对矿物外表特征的观察和肉眼鉴定（包括简易化学）方法。3．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，又要注意抓住每个矿物种的特征。本课程学习和认识近80余种矿物。4.使学生掌握扎实的基础理论和基本知识，注重培养学生科学的思维方法和实践能力，采用理论讲述与实验相结合的方法进行教学，培养和提高学生分析问题和解决问题的能力。四、各章节内容及学时分配绪论（0.5学时）教学目的与要求掌握结晶学、矿物学的相互关系、对结晶学、矿物学的研究内容和分支学科应有所了解。教学内容一、矿物的概念二、矿物学及其研究内容三、结晶学及其研究内容考核要求了解：准矿物的概念、结晶学及矿物学的研究内容理解：矿物的概念掌握：结晶学及矿物学的相互关系第一章晶体及基本性质（1.5学时）教学目的与要求深入理解晶体的定义，了解晶质、非晶质和准晶态物质的区别。理解晶体的基本性质、布拉维法则和面角恒等定律。教学内容晶体、非晶体及准晶体晶体、非晶体及准晶体概念及区别空间格子概念、空间格子要素平行六面体和格子类型。晶体的基本性质晶体的自限性、均一性、异向性和对称性晶体最小内能和稳定性布拉维法则和面角恒等定律考核要求了解：晶体、非晶体和准晶体的的区别和空间格子规律。理解：晶体的概念和面角恒等定律。掌握：：晶体的基本性质。第二章晶体的宏观对称（2学时）教学目的与要求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要素，熟练掌握晶体按对称分类的体系。教学内容对称的概念和晶体对称特点对称的概念晶体的对称特点对称操作和对称要素对称操作和对称要素概念对称面和对称轴的概念及操作对称中心和旋转反伸轴的概念及操作晶体的对称定律对称要素组合定律对称要素组合定理1、2、3对称型(点群)和晶体的对称分类对称型的概念和32个对称型、晶类的概念、晶族和晶系的划分考核要求了解：旋转反伸轴的概念和对称型的国际符号。理解：晶体对称的特点，对称定律及对称要素的组合定律。掌握：对称面、对称轴和对称中心的概念及操作方法，晶体对称分类的体系和对称要素的目估投影。第三章单形和聚形（2学时）教学目的与要求理解单形的概念，了解单形推导方法和单形分类，了解47种几何单形，重点掌握17种左右常见单形；明确几何单形、结晶单形和聚形的概念；学会从聚形中分析单形的步骤和方法。教学内容单形单形的概念47种几何单形和146种结晶单形47种几何单形的命名及单形的推导聚形聚形的概念聚形分析的方法和步骤。考核要求了解：单形的推导。理解：单形和聚形的概念、几何单形和结晶单形概念、命名及特征。掌握：常见单形、聚形分析的方法和步骤及目估投影。第四章晶体定向及结晶符号（2学时）教学目的与要求理解整数定律、晶面米氏符号、单形符号的概念；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；熟悉最常见单形的形号；要求学生能熟练地从晶体模型上确定对称型、晶系、单形及形号。了解晶带、晶带定律和晶棱符号。教学内容晶体定向及整数定律晶体定向的概念晶体常数及晶体定向原则各晶系晶体的定向方法和晶体常数特点、整数定律及意义晶面符号晶面符号（米氏符号）的概念晶面符号的构成晶棱符号（晶带符号）晶带和晶带定律晶棱符号的构成单形符号单形的概念单形符号的选择原则考核要求了解：晶带的概念、晶带定律和晶棱符号。理解：各晶系晶体定向原则、整数定律。掌握：晶面符号和各晶系单形符号确定。第五章晶体化学（4学时）教学目的与要求了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、配位数和配位多面体；理解有关化学键、晶格类型；理解类质同像、同质多像，并了解多型现象和有序--无序结构。教学内容第一节球体紧密堆积原理等大球体紧密堆积、不等大球体紧密堆积的原理和堆积方式。第二节配位数和配位多面体配位数和配位多面体的概念及类型。第三节化学键和晶格类型离子晶格、原子晶格、金属晶格、分子晶格、氢键晶格、单键型及多键型晶格的物理性质和特点。第四节类质同像类质同像及固溶体的概念类质同像的类型决定和影响类质同像发生的因素类质同像研究意义第五节同质多像同质多像的概念同质多像转变及类型影响同质多像转变的因素和研究同质多像的意义。第六节型变（晶变）现象型变的概念型变与类质同像的联系第七节多型多型的概念多型的表示方法和研究意义第八节晶体结构的有序—无序晶体结构的有序—无序的概念晶体结构的有序—无序的类型晶体结构的有序—无序的转变及研究意义。考核要求了解：晶格类型、型变（晶变）和多型现象。理解：球体紧密堆积的原理和堆积方式、配位数、配位多面体、类质同像和同质多像概念，类质同像的类型和影响因素，同质多像转变及类型和晶体结构的有序—无序。第六章矿物的化学成分（1学时）教学目的与要求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。教学内容第一节地壳中元素的丰度和矿物形成与分布关系地壳中元素的克拉克值、地壳中矿物的形成、分布与克拉克值的相互关系第二节矿物化学成分的相对确定性一、化学计量矿物和非化学计量矿物二、矿物成分非化学计量性的成因意义三、胶体矿物的化学成分特点第三节矿物中的水矿物中吸附水、结晶水、化合水(结构水)、层间水和沸石水的特点第四节矿物的化学式一、矿物化学式的表示方法二、结构式(晶体化学式)书写规则考核要求了解：地壳中元素的丰度和矿物形成与分布关系。理解：矿物化学成分的相对确定性。掌握：矿物中的水和结构式(晶体化学式)书写规则。第七章矿物的形态（1学时）教学目的与要求熟悉矿物形态的类型。理解形态与成分、结构和形成条件之间的关系。学会描述矿物形态的方法。教学内容第一节矿物的单体形态一、理想晶体与实际晶体二、晶体习性及类型三、晶体的表面微形貌第二节矿物的集合体形态一、显晶质集合体形态二、隐晶及胶态集合体形态第三节矿物的双晶一、双晶概念二、双晶主要结合类型和双晶的成因考核要求了解：晶体的表面微形貌、隐晶及胶态集合体形态和常见双晶类型。理解：晶体习性及类型、显晶质集合体形态。掌握：矿物外观形态的观察和描述。第八章矿物的物理性质（3学时）教学目的与要求明确矿物的颜色（自色、他色和假色）、条痕色、光泽和透明度的概念，熟练掌握其描述方法。明确矿物解理、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、热电性和介电性等。教学内容矿物的光学性质矿物的颜色、条痕色和透明度、光泽以及相互之间的关系矿物的发光性和发光机理矿物的力学性质矿物的解理、断口、裂开的概念、分级和产生原因矿物的硬度和影响因素矿物的弹性、挠性、脆性和延展性、硬度、延展性、弹性、挠性和脆性的概念及影响因素矿物的其他物理性质矿物的密度、相对密度和影响因素磁性的概念和类型、矿物的电学性质考核要求了解：了解矿物的弹性、挠性、脆性、延展性、磁性、导电性、压电性、热电性和介电性。理解：理解矿物的解理、裂开、断口、硬度、相对密度产生的原因或影响因素第九章矿物的分类和命名（1学时）教学目的与要求全面理解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。教学内容第一节矿物的分类矿物的晶体化学分类体系第二节矿物的命名一、矿物种、亚种和异种（或变种）的概念二、矿物种的确定原则和矿物种的命名考核要求了解：矿物种的确定和矿物种的命名原则。理解：矿物种、亚种、异种（或变种）的概念、矿物的晶体化学分类体系。第十章自然元素大类（1学时）教学目的与要求掌握本大类（或类、或族）矿物的化学组成、晶体结构、物理性质的基本特征，理解本大类（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。对成因产状和用途有所了解。教学内容第一节自然金属矿物一、概述：化学成分、晶体化学特征、形态、物理特征和化学性质二、分述（见实验9）：自然铜族和自然铂族第二节自然半金属矿物一、概述：晶体化学特征、形态、物理特征和成因二、分述（见实验9）：自然铋族第三节自然非金属矿物一、概述：化学成分、晶体化学特征、物理特征和成因二、分述（见实验9）：金刚石族、石墨族和自然硫族考核要求了解：自然元素矿物的成因产状和用途理解：自然元素矿物的化学成分特点和晶体化学特征。掌握：自然元素矿物的形态和物理特征。第十一章硫化物及其类似化合物大类（1学时）教学目的与要求掌握本大类（或类、或族）矿物的化学组成、晶体结构、物理性质的基本特征，理解本大类（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。对硫化物及其类似化合物矿物的成因产状和用途有所了解。教学内容第一节概述一、硫化物及其类似化合物矿物的概念与分布二、硫化物及其类似化合物矿物的化学成分与晶体化学特征三、硫化物及其类似化合物矿物的形态及物理性质四、硫化物及其类似化合物矿物的成因及产状、用途和分类第二节分述（见实验9）一、简单硫化物二、复硫化物类和硫盐类矿物考核要求了解：硫化物及其类似化合物矿物的成因产状和用途。理解：硫化物及其类似化合物矿物的化学成分特点和晶体化学特征。掌握：硫化物及其类似化合物矿物的形态和物理特征。第十二章氧化物和氢氧化物大类（1.5学时）教学目的与要求掌握本大类（或类、或族）矿物的化学组成、晶体结构、物理性质的基本特征，理解本大类（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。对氧化物和氢氧化物矿物的成因产状和用途有所了解。教学内容第一节概述一、氧化物和氢氧化物矿物的概念、化学成分和晶体化学特征二、氧化物和氢氧化物矿物的形态及物理性质三、氧化物和氢氧化物矿物的成因及产状、用途和分类第二节分述（见实验10）一、氧化物类矿物二、氢氧化物类矿物考核要求了解：氧化物和氢氧化物矿物的成因产状和用途。理解：氧化物和氢氧化物矿物的化学成分特点和晶体化学特征。掌握：氧化物和氢氧化物矿物的形态和物理特征。第十三章卤化物矿物（0.5学时）教学目的与要求掌握本大类（或类、或族）矿物的化学组成、晶体结构、物理性质的基本特征，理解本大类（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。对卤化物矿物的成因产状和用途有所了解。教学内容第一节概述一、卤化物矿物的概念、分布、化学成分与晶体化学特征二、卤化物矿物的形态及物理性质三、卤化物矿物的成因、用途及分类第二节分述（见实验10）一、萤石族二、石盐族考核要求了解：萤石和石盐的成因产状和用途。理解：萤石和石盐的化学成分特点和晶体化学特征。掌握：萤石和石盐的形态和物理特征。第十四章含氧盐大类（一）━硅酸盐类矿物（6学时）教学目的与要求掌握本大类（或类、或族）矿物的化学组成、晶体结构、物理性质的基本特征，理解本大类（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。对硅酸盐类矿物的成因产状和用途有所了解。教学内容第一节概述（1.5学时）一、硅酸盐类矿物的概念与分布二、硅酸盐类矿物的化学成分与晶体化学特征（硅氧骨干类型、铝的作用、Si-0键性质、阳离子的配位及离子堆积、类质同像）三、硅酸盐类矿物的形态及物理性质、成因及分类第二节岛状及环状结构硅酸盐矿物（0.5学时）一、岛状及环状结构硅酸盐矿物的化学成分和晶体结构二、岛状及环状结构硅酸盐矿物的形态、物理性质及主要矿物族（分述见实验11）第三节链状结构硅酸盐矿物（1.5学时）一、链状结构硅酸盐矿物的化学成分及分类（分述见实验12）二、单链结构硅酸盐矿物：辉石族矿物的化学成分及分类、晶体结构特征及阳离子占位、形态及物理性质、成因和用途。三、双链结构硅酸盐矿物：角闪石族矿物的化学成分及分类、晶体结构特征及阳离子占位、形态及物理性质、成因和用途。第四节层状结构硅酸盐矿物（1.5学时）一、层状结构硅酸盐矿物的化学成分与晶体结构特征（四面体片及八面体片、结构层及类型、三八面体层及二八面体层）二、层状结构硅酸盐矿物的形态及物理性质三、层状结构硅酸盐矿物的成因、用途及分类（分述见实验13）第五节架状结构硅酸盐矿物（1学时）一、架状结构硅酸盐矿物的化学成分与晶体结构特征二、架状结构硅酸盐矿物的形态及物理性质三、架状结构硅酸盐矿物的成因、用途及分类（分述见实验13）考核要求了解：硅酸盐类矿物的成因产状和用途。理解：硅酸盐类矿物的化学成分特点和晶体化学特征。掌握：硅酸盐类矿物的形态和物理特征。第十五章含氧盐大类（二）━碳酸盐、硫酸盐及其它含氧盐类矿物（2学时）教学目的与要求掌握碳酸盐类、硫酸盐类和其它含氧盐类（或族）矿物的化学组成、晶体结构、物理性质的基本特征，理解本大类（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。对其它含氧盐类矿物的成因产状和用途有所了解。教学内容第一节碳酸盐类矿物一、碳酸盐类矿物的化学成分和晶体化学特征二、碳酸盐类矿物的形态及物理性质三、碳酸盐类矿物的成因、用途及分类（分述见实验14)第二节硫酸盐类矿物一、硫酸盐类矿物的化学成分和晶体化学特征二、硫酸盐类矿物的形态及物理性质三、硫酸盐类矿物的成因、用途及分类（分述见实验14）第三节其它含氧盐类矿物一、磷酸盐、硼酸盐及钨酸盐矿物的化学成分特点二、磷酸盐、硼酸盐及钨酸盐矿物的形态及物理性质三、磷酸盐、硼酸盐及钨酸盐矿物的成因、用途及分类（分述见实验14）考核要求了解：其它含氧盐类矿物的成因产状和用途。理解：其它含氧盐类矿物的化学成分特点和晶体化学特征。掌握：其它含氧盐类矿物的形态和物理特征。总结（2学时）五、实验1.实验目的与任务结晶学及矿物学B是一门实验性很强专业基础课程，同时兼有专业课的性质，其主要任务是使学生系统学习和掌握结晶学与矿物学的基本理论、基本知识和基本技能的验证。实验课是完成本课程教学的重要组成部分，其目的是使学生掌握几何结晶学基本原理和操作方法，学会系统描述和鉴定矿物，培养学生具有独立解决问题的能力和动手能力。2.实验教学基本要求（1）熟练地运用结晶模型进行晶体对称操作，确定对称型、划分晶族和晶系。能熟练地确定单形名称，掌握聚形分析的方法。学会确定晶面符号和单形符号。（2）掌握矿物形态和物理性质的观察及系统的描述方法。（3）掌握主要自然元素矿物、硫化物及类似化合物矿物、氧化物及氢氧化物矿物、卤化物矿物、硅酸盐矿物和其它含氧盐矿物的形态和物理性质等主要鉴定特征。（4）对矿物种（或族）的要求分成三类。其中第一类约27种，第二类约33种，第三类约28种，具体要求分别为：第一类矿物（为重点掌握的矿物）、第二类矿物（为掌握的矿物）和第三类矿物（为了解的矿物）。（5）本实验课程为验证性实验，学生在实验前预习实习指导书。指导教师阐述实验目的、内容、方法和步骤，实验报告由学生自行完成。3.实验教材或指导书李晓敏、孙国胜、李殿超、胡大千：结晶学及矿物学（B）实习指导书，吉林大学出版社，2008出版4.实验项目—览表序号实验项目内容提要实验类型学时分配主要仪器设备实验地点备注1晶体的目估投影学会用目估方法作晶体的极射赤平投影图验证性实验2极射赤平投影球及晶体模型李四光基础实验楼137、1382晶体的对称掌握对称操作，从模型上找对称要素验证性实验2晶体模型李四光基础实验楼137、1383认识单形认识47种几何单形，掌握17种常见单形验证性实验247种几何单形模型李四光基础实验楼137、1384晶体聚形分析掌握聚形分析的方法，确定单形数目和单形名称。验证性实验2聚形晶体模型李四光基础实验楼137、1385三轴晶体定向及目估结晶符号等轴、四方晶系及低级晶族晶体的结晶符号验证性实验2等轴、四方晶系及低级晶族模型李四光基础实验楼137、1386四轴晶体定向及目估结晶符号三方及六晶系晶体的结晶符号验证性实验2三方及六晶系模型李四光基础实验楼137、1387矿物形态和光学性质的认识认识典型的矿物形态和主要矿物的光学性质验证性实验2矿物的形态和光学性质标本李四光基础实验楼137、1388矿物力学性质和其它物理性质的认识认识主要矿