晶体的规则连生结构化学

关于晶体的规则连生结构化学第1页，课件共67页，创作于2023年2月本章概要平行连生的概念双晶概念与双晶要素；双晶类型；若干常见矿物的双晶率浮生与交生的概念第七章、晶体的规则连生第2页，课件共67页，创作于2023年2月第七章、晶体的规则连生一、平行连生parallelgrouping

结晶取向完全一致的两个或两个以上的同种晶体连生在一起，具平行连生关系的晶体称平行连晶。

平行连晶外形上表现为各晶体的所有几何要素相互平行，其连生部位出现凹入角但内部结构呈连续贯通的格子构造。因此，从结构特点上来看，平行连晶与单晶没有什么区别。连生着的每一个晶体的相对应的晶面和晶棱都平行。

例：第3页，课件共67页，创作于2023年2月二、双晶twins

1.概念：

两个以上的同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生，相邻两个个体的相对应的面、棱角并非完全平行，但它们可借助对称操作（反伸、旋转、反映）使两个个体重合、平行或连成一个完整单晶体。第4页，课件共67页，创作于2023年2月2.双晶要素twinelements（1）双晶面twinningplane

假想平面，双晶相邻两个体重复或平行（2）双晶轴twinningaxis

假想直线，双晶中的一个个体不动，另一个体绕直线旋转（常180度），两个体重复、平行或连成一个完整晶体。（3）双晶中心twinningcenter

例

尖晶石：双晶面∥(111)，双晶轴⊥(111)文石第5页，课件共67页，创作于2023年2月3接合面compositionsurface

双晶相邻两个个体中接触的面是属于两个个体的共同面网。

例

尖晶石接合面∥(111)金刚石第6页，课件共67页，创作于2023年2月4.双晶律twinlaw——

双晶结合的规律。双晶律表示方法：（1）双晶要素+接合面（双晶要素不用双晶中心）例尖晶石：双晶面∥(111)，双晶轴⊥(111)，接合面∥(111)（2）其他命名方法

特征矿物命名：

尖晶石律双晶律发现地点命名：正长石的卡斯巴律双晶（捷克斯洛伐克地名）矿物形态命名：十字石十字双晶；石膏燕尾双晶；金红石膝状双晶第7页，课件共67页，创作于2023年2月5.双晶类型（1）接触双晶

简单接触双晶尖晶石

聚片双晶钠长石

环状双晶锡石（2）穿插双晶（贯穿双晶）

萤石钾长石卡式双晶方解石金绿宝石

第8页，课件共67页，创作于2023年2月6双晶的识别凹入角（单晶体均为凸多面体）双晶纹（一组平行线）和双晶缝合线（一条直线或折线）第9页，课件共67页，创作于2023年2月蚀象（风化刻蚀）

双晶中单体的取向不一致，因而在相邻单体中蚀象的取向也不一致。例：石英柱面上缝合线两侧的蚀象假对称任何晶体都有其固有的对称性，而双晶不符合其固有的对称特点。例：黄铁矿十字贯穿双晶外形呈立方体，对称表现为m3m，而黄铁矿固有的对称为m3双晶缝合线第10页，课件共67页，创作于2023年2月7双晶的成因（1）在双晶位取向的晶核基础上生长生长双晶（2）同质多象转变转变双晶（3）机械外力作用机械双晶第11页，课件共67页，创作于2023年2月8研究意义鉴定矿物构造地质意义宝玉石晶体材料第12页，课件共67页，创作于2023年2月第三节浮生和交生1、浮生一种晶体以一定的面网和确定的取向关系附着生长于另一种晶体表面，或者同种晶体以不同单形相似面网的晶面浮生在一起的规则连生。2、交生两种不同的晶体彼此以一定的取向关系交互结晶生长，形成交叉连生体的现象。例：文象结构：石英嵌生于粗粒钾长石中第13页，课件共67页，创作于2023年2月重点平行连生的概念双晶概念与双晶要素；双晶类型；若干常见矿物的双晶率两个以上的同种晶体按一定的对称规律形成的规则连生，相邻两个个体的相对应的面、棱角并非完全平行，但它们可借助对称操作（反伸、旋转、反映）使两个个体重合、平行或连成一个完整单晶体。双晶面＋双晶轴＋双晶中心；接触双晶、穿插双晶浮生与交生的概念第14页，课件共67页，创作于2023年2月本章结束

第八章第15页，课件共67页，创作于2023年2月第八章、晶体结构本章概要1、空间格子的划分原则；各晶系空间格子的特征（晶胞参数）

4种基本格子类型和14种布拉维格子2、晶体结构对称与外部对称的联系与区别

晶体结构特有的对称要素和对称操作3、空间群与等效点系的概念；空间群国际符号的书写规律。4、晶体结构类型与典型结构分析5、晶体中的缺陷类型第16页，课件共67页，创作于2023年2月一、十四种空间格子

空间格子的划分（1）划分原则反映固有的对称性在上述前提下，棱与棱之间的直角关系力求最多在以上二条件的基础上，体积力求最小第17页，课件共67页，创作于2023年2月2.各晶系平行六面体的形状晶族晶系格子类型晶体常数高级等轴立方格子

a=b=c,α=β=γ=90°中级四方四方格子

a=b≠c,α=β=γ=90°三方菱面体格子

a=b≠c,α=β=90°γ=120°六方及三方六方格子

a=b≠c,α=β=90°γ=120°低级斜方斜方格子

a≠b≠cα=β=γ=90°单斜单斜格子

a≠b≠c,α=γ=90°β＞90°三斜三斜格子

a≠b≠c,α≠β≠γ≠90°第18页，课件共67页，创作于2023年2月第19页，课件共67页，创作于2023年2月（1）4种基本格子类型结点（相当点）分布：原始格子（P）：结点8个角顶上底心格子：角顶及某一对称面的中心。

C心格子（C）：结点分布（001）一对面的中心。

A心格子（A）：结点分布（100）一对面的中心。

B心格子（B）：结点分布（010）一对面的中心。体心格子（I）：结点分布角顶和体中心。面心格子（F）：结点分布角顶和三对面的中心。2十四种布拉维格子PFIBAC第20页，课件共67页，创作于2023年2月结点（相当点）分布类型：

1）原始格子(P)primitivelattice2)底心格子（C）base-centered

A心格子（A）—角顶和（100）面中心，a轴

B心格子（B）—角顶和（010）面中心，b轴

C心格子(C)—角顶和（001）面中心，c轴

3）体心格子（I）

body-centered4）面心格子（F）

facecentered第21页，课件共67页，创作于2023年2月十四种布拉维格子原始格子(P)底心格子(C)体心格子(I)面心格子(F)三斜晶系PC=PI=PF=P单斜晶系PCI=CF=C斜方晶系PCIF四方晶系PC=PIF=I三方晶系P与本晶系不符I=RF=R六方晶系P不符合六方对称与空间格子条件不符与空间格子条件不符等轴晶系P与本晶系对称不符IF第22页，课件共67页，创作于2023年2月十四种布拉维格子原始格子(P)底心格子(C)体心格子(I)面心格子(F)三斜晶系PC=PI=PF=P单斜晶系PCI=CF=C斜方晶系PCIF四方晶系PC=PIF=I三方晶系P与本晶系不符I=RF=R六方晶系P不符合六方对称与空间格子条件不符与空间格子条件不符等轴晶系P与本晶系对称不符IF第23页，课件共67页，创作于2023年2月四方底心格子转化为原始格子等轴底心格子转化为体心格子第24页，课件共67页，创作于2023年2月第二节晶体结构的对称性晶体外部对称与结构对称之间既有联系又有区别晶体外部对称性有限单形聚形晶体内部格子构造对称性无限第25页，课件共67页，创作于2023年2月特点由于晶体的内部对称具有微观无限图形的对称特点，因此，在晶体结构中平行于任何一个对称要素都有无穷多的对称要素。同时，在晶体结构上还出现了一种在晶体外形上不可能有的对称操作——平移操作。一、晶体内部结构的对称要素外形上那些可能出现的对称要素＋特有的对称要素第26页，课件共67页，创作于2023年2月一、晶体内部结构的对称要素1.平移轴：移动重复

平移重复——无意义2.螺旋轴（screwaxis）：nsn轴次（与对称形国际符号中对称轴相同）

n：1、2、3、4、6S:

旋转后向上移动的距离，<n的自然数—难点。第27页，课件共67页，创作于2023年2月螺旋轴：标准右旋2131

3241

42

43

61

62

63

64

65左旋31=

32左旋41=

43第28页，课件共67页，创作于2023年2月3.滑移面（gliceplaneofsymmetry）

a滑移面

b滑移面c滑移面n滑移面d滑移面a、b、c为轴向滑移，滑移矢量分别为a/2、b/2、c/2n为对角线滑移，滑距为(a+b)/2、(b+c)/2、(c+a)/2、(a+b+c)/2n为金刚石型滑移，滑距为(a+b)/4、(b+c)/4、(c+a)/4、(a+b+c)/4第29页，课件共67页，创作于2023年2月二、空间群复习：布拉维格子类型：P、I、C、F晶体内部对称要素：21426431abcnd对称型的国际符号：mmm4/mmmm3m第30页，课件共67页，创作于2023年2月二、空间群1.概念:晶体内部所有对称要素的组合。

空间群的国际符号：如P21/mFmmmIbam2.空间群的国际符号构成：

格子类型+类似对称型的国际符号（简单+平移）例：4（L4）——空间群的国际符号分别为P4、41、

P42、

P43、

P44国际符号能直观的表示出空间格子的类型和对称要素组合第31页，课件共67页，创作于2023年2月三等效点系（了解）晶体结构中由一原始点经空间群中所有对称要素的作用所推导出来的规则点系。这些点所分布的空间位置称为等效位置。描述等效点系时需说明重复点数（魏科夫符号）、点位置上的对称性和点的坐标等内容。第32页，课件共67页，创作于2023年2月第三节晶体结构类型与典型结构1晶体结构类型依据：常根据最强化学键在结构空间的分布和原子或配位多面体联结的形式，将晶体结构划分为如下几种类型1）岛状（island）结构中存在原子团，团内的键强远大于团外键强，如橄榄石（Mg,Fe）2SiO42）环状（cycle）结构中的配位多面体为封闭的环，按环节的数目可以有三环、四环、六环等多种，环还可以重叠起来形成双环，如六方双环等。如绿柱石3）链状（chain）最强的键趋向于单向分布，原子或配位多面体联结成链状，链间以弱键或数量较少的强键相联结。如辉石第33页，课件共67页，创作于2023年2月4）层状（sheet）最强的键沿两度空间分布，原子或配位多面体联结成平面网层，层间以分子键或其他弱键相联结，如石墨（C）5）架状（framwork）最强键在三度空间均分布，但配位多面体以共角顶联结，同一角顶联结的配位多面体不超过两个，因而结构开阔，如长石6）配位型（coordinate）晶格中只有一种化学健存在，它可以是离子键、共价键或金属键，键在三度空间均匀分布。如金刚石（C）7）分子型（molecular）晶体中的结构单位为中性分子，分子内部通常以较强的共价键联结，分子间以微弱的分子键即范德华力相联结，如自然硫（S）第34页，课件共67页，创作于2023年2月结构型常以某一种晶体为代表而命名，这些作为代表的晶体结构

如石盐（NaCl）、方铅矿（PbS）、方镁石（MgO）都具有NaCl型结构。另外，一些在几何特征上与典型结构近似的晶体结构稍加补充说明后，也可借典型结构来描述，成为某典型结构的“衍生结构”。如黄铁矿（FeS2）每两个S与1个Fe相间排列，与石盐中Na和Cl的排布近似，其结构便可视为NaCl的衍生结构。2典型结构第35页，课件共67页，创作于2023年2月3、晶格缺陷是一种在晶体结构中的局部范围内，质点排列偏离了格子构造规律的现象。点缺陷-pointdefect线缺陷-linedefect面缺陷-facedefect体缺陷——细微包裹体晶格缺陷主要指前三种第36页，课件共67页，创作于2023年2月1、点缺陷发生在一个或若干个质点范围内所形成的晶格缺陷。（1）空位晶格中应有质点占据的位置因却是指点而造成空位。第37页，课件共67页，创作于2023年2月（2）填隙晶体结构中正常排列的质点之间，存在多余的质点填充晶格空隙的现象。（3）替位杂质成分的质点代替了晶体本身固有成分的质点，并占据了被替代质点的位置。第38页，课件共67页，创作于2023年2月2、线缺陷在晶体内部结构中沿某条线（行列）方向上的周围局部范围内所产生的晶格缺陷。它的表现形式主要是位错3、面缺陷在二位空间的缺陷称面缺陷。指沿晶格内或晶粒间某些面的两侧局部范围内所出现的晶格缺陷。平移表面、堆垛层错、界面（晶界）、相界面第39页，课件共67页，创作于2023年2月总结1、空间格子的划分原则；各晶系空间格子的特征（晶胞参数）

4种基本格子和14种布拉维格子2、晶体结构对称与内部对称的联系与区别晶体结构特有的对称要素和对称操作3、空间群与等效点系概念；空间群国际符号的书写规律4、晶体结构类型与典型结构分析5、晶体中的缺陷类型第40页，课件共67页，创作于2023年2月本章结束

第九章第41页，课件共67页，创作于2023年2月第九章晶体化学

crystalchemistry前面晶体外部对称特点：

对称型→晶体对称分类（晶族晶系）→定向（三轴、四轴）、晶体常数（轴率、轴角）→晶面符号→单形（单形符号）→聚形晶面及对称要素投影—工具多个晶体有规律生长—双晶晶体内部对称特点：对称轴、平移轴、螺旋轴、对称面、滑移面—几何点

空间群国际符号——对称型国际符号基础上晶体的化学组成＋结构→决定晶体性质，晶体化学

成分相同，结构不同如C,

结构相同成分不同如NaCl和PbS第42页，课件共67页，创作于2023年2月本章概要1、等大球的最紧密堆积类型；等大球紧密堆积形成的空隙类型及其数目。2、配位数和配位多面体的概念及其关系；影响配位数的内因和外因。3、离子晶格、原子晶格、金属晶格、分子晶格和氢键型晶格的晶体具有的物性特点。4、类质同象的概念、类型、条件和研究意义。5、同质多象、多型、有序度的概念及研究意义。第43页，课件共67页，创作于2023年2月第一节晶体结构的紧密堆积原理一、紧密堆积原理

按照晶体的最小内能性和稳定性，晶体结构中的质点存在尽可能相互靠近以占有最小空间的趋势。考虑到部分晶体（如以金属键或离子键为主的晶体）中质点间的联系没有方向性和饱和性，我们可将其内部质点（原子或离子）视为具有一定体积的球体，用球体的紧密堆积原理对其结构进行分析。金属晶格常为等轴晶系如自然金、六方晶系如自然锇—等大球体最紧密堆积

离子晶格—阴离子近似等大球体最紧密堆积，如磁铁矿1.等大球最紧密堆积

一层球紧密堆积第44页，课件共67页，创作于2023年2月A球周围两套空隙：B、C第二层球堆积情况：两种选择第45页，课件共67页，创作于2023年2月第三层球堆积：两种（1）重复A：ABAB

六方最紧密堆积（hexagonalclosestpacking）:

两层一重复ABAB……六方格子相当点第46页，课件共67页，创作于2023年2月（2）立方最紧密堆积（cubicclosestpacking）:

三层一重复ABCABC……立方面心格子相当点第47页，课件共67页，创作于2023年2月2.空隙类型和空隙数

（1）四面体空隙（2）八面体空隙（3）空隙数

N个等大球体最紧密堆积时，一个球体周围有6个八面体空隙、8个四面体空隙。组成八面体空隙需6个球、四面体空隙需4个球。

1个球的八面体空隙：6×1/6=1

四面体空隙:8×1/4=2

N个等大球体最紧密堆积时，有

N个八面体空隙、2N个四面体空隙第48页，课件共67页，创作于2023年2月二配位数和配位多面体配位数（C.N.coordinationnumber）：

原子或离子周围与之最为临近的原子或异号离子的数目配位多面体(coordinationpolyhedron)：

呈配位关系的原子或异号离子的中心联线形成的几何多面体。第49页，课件共67页，创作于2023年2月阳离子配位数与阳、阴离子半径比值rc/ra的关系离子半径比值配位数配位多面体0.000-0.1552哑铃状0.155-0.2553三角形0.255-0.4144四面体0.414-0.7326八面体0.732-18立方体112立方八面体（cation,anion）第50页，课件共67页，创作于2023年2月配位数为6时计算rc/ra的图解第51页，课件共67页，创作于2023年2月三、化学键和晶格类型1.离子晶格离子键，无方向饱和性，透明，硬度较大，NaCl2.原子晶格共价键,方向性，不最紧密堆积，硬度大，金刚石3.金属晶格金属键，自然金4.分子晶格范德华力，热膨胀率大，自然硫5.氢键晶格氢原子，矿物中无，矿物中含有氢键，如氢氧化物，含水化合物，层状硅酸盐

实际矿物晶体结构中：存在单纯的一种键力如金刚石；更多的是多种键力的存在如含氧盐，团内以共价键为主，团外离子键；许多晶体中过渡型键如Al2O3，以共价键为主。第52页，课件共67页，创作于2023年2月四、典型结构分析结构类型NaCl型：

NaCl型结构：方铅矿方解石结构：NaCl结构沿L3压→方解石结构ZnS型：

黄铜矿结构：是ZnS结构的衍生第53页，课件共67页，创作于2023年2月五、类质同象Isomorphism

刚玉：Cr红宝石，Ti蓝宝石金刚石：N顺磁性，B半导体性黄铁矿：N型导电（Co,Ni），P型导电(As,Sb)Fe金属：立方面心格子，六方格子，Co、Ni出现磁性

1.概念：晶体形成时，其结构中本应全部由某种原子或离子占有的等效位置，部分地被它种类似的质点所代替，晶格常数发生不大的变化而结构形式不变的现象。

类似质点替代-->结构形式不变，晶体常数变化不大。

例：Mg[Co3]---Fe[Co3],Mg,Fe任意比例，类质同象混晶

Mg2[sio4]---Fe2[sio4],Mg,Fe任意比例

ZnS类质同象

FeZn<27%第54页，课件共67页，创作于2023年2月第55页，课件共67页，创作于2023年2月类质同象与固溶体solidsolution：固溶体：在固态条件下，一种组分溶于另一种组分而形成的均匀的固体。固溶体：1.替代固溶体—类质同象混晶

2.填隙固溶体（侵入固溶体）类质同象是固溶体的一种类型第56页，课件共67页，创作于2023年2月类质同象的表示：

（，）含量多前少后，如(Mg,Fe)2[sio4]类质同象？CaMg[CO3]2，Ca:Mg=1:1第57页，课件共67页，创作于2023年2月2.类质同象类型1）替代含量：完全类质同象系列completeisomorphism

不完全类质同象系列incompleteisomorphism2）电价：等价isovalentisomorphism

异价heterovalentisomorphism第58页，课件共67页，创作于2023年2月3.决定和影响类质同象的因素1）原子和离子半径（r1—大，r2—小）

（r1–r2）/

r2:小于15%易形成完全类质同象（r1–r2）/

r2:10-25%高温易形成完全类质同象，低温分离（r1–r2）/

r2:25-40%不易形成完全类质同象2）离子类型和键型

Ca2+

和Hg2+半径分别0.1nm0.102nm

惰性气体型、铜型；Al-Si3）温度

T高---有利如矽线石Al→Si，

T低---不利条纹长石第59页，课件共67页，创作于2023年2月4.研究类质同象的意义1、矿物温压计的理论基础形成环境2、多金属矿床综合研究和稀有分散元素赋存状态研究

寻找分散有用元素，Re常赋存在辉钼矿中,In、Ga常赋存在闪锌矿中混晶分解－－次生矿床第60页，课件共67页，创作于2023年2月六、同质多象polymorphism1.概念:

同种化学成分，不同物化条件（温度、压力、