第一讲：绪论及晶体的形成

《结晶学及矿物学》

学时：60学时（其中理论课40，实验课20学时）任课教师：胡宝群辅导教师：曾爱花1课程安排及特点结晶学32学时（其中理论课24学时，实 验课8学时）矿物学为44学时（其中理论课30学时， 实验课14学时）本课程特点：学时数少；实验多占总学时的29%；是地学及材料科学的基础课，应用面极广；本课程有一定的难度。2第1讲：

第一章绪论，第二章晶体的形成

第一章绪论（1学时）自然界的矿物一般都是天然晶体。研究矿物将涉及晶体许多固有的特性和结晶学法则与定律。因此，学习矿物学必须具备结晶学的基础。本章将首先对晶体及结晶学作概略介绍。3一、晶体、非晶质体与准晶体

晶体：凡是质点作规律排列具有格子构造的物质即称为结晶质，结晶质在空间的有限部分即为晶体。由此，我们可以对晶体作出如下定义：晶体是具有格子构造的固体。4非晶体：与上述情况相反，有些状似固体的物质如玻璃、琥珀、松香等，它们的内部质点不作规则排列，不具格子构造，称为非晶质或非晶质体。从内部结构的角度来看，非晶质体中质点的分布颇类似于液体。5准晶体：1985年在电子显微镜研究中，发现了一种新的物态，其内部结构的具体形式虽然仍在探索之中，但从其对称性(见第四章)可知，其质点的排列应是长程有序，但不体现周期重复，即不存在格子构造，人们把它称为准晶体。6二、空

间

格

子

晶体的本质在于内部质点在三维空间作平移周期重复。空间格子是表示这种重复规律的几何图形。7空间格子有如下几种要素：1．结点结点是空间格子中的点，它们代表晶体结构中的相当点。在实际晶体中在结点的位置上可为同种质点所占据。但就结点本身而言，它们并不代表任何质点．它们只有几何意义，为几何点。2．行列结点在直线上的排列即构成行列(图I一1—6)。空间格子中任意两个结点联结起来就是一条行列的方向。行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距。83．面网结点在平面上的分布即构成面网(图I-1-7)。空间格子中不在同一行列上的任意三个结点就可以决定一个面网的方向，换句话说，也就是任意两个相交的行列就可决定一个面网。面网上单位面积内结点的密度称为网面密度。4．平行六面体从三维空间来看，空间格子可以划出一个最小重复单位，那就是平行六面体(图I-1-8)。它由六个两两平行而且相等的面组成。实际晶体结构中所划分出的这样的相应的单位，称为晶胞。整个晶体结构可视为晶胞在三维空间平行地、毫无间隙地重复累叠。晶胞的形状与大小，则取决于它的三个彼此相交的棱的长度。9三、减晶体电的基典本性牌质由于千晶体败是具亭有格泥子构速造的航固体塔。因庸此．亦也就宝具备燥着为找晶体蹄所共址有的衔、由劲格子膀构造旦所决但定的拨基本届性质是。现芽简述船如下胡。1．自风限性自限事性是乏指晶锅体在傅适当洲条件惭下可醉以自祖发地铺形成轻几何路多面吸体的亩性质净。2．均勤一性因为锣晶体踏是具颗有格绘子构城造的男固体奥，在睡同一落晶体武的各唯个不惜同部抵分，挑质点这的分理布是壳一样旧的，季所以保晶体么的各卖个部贸分的绒物理尸性质阶与化受学性裂质也祸是相酷同的砌，这免就是莲晶体披的均循一性片。103．异啄向性(各向简异性)同一浑格子揉构造拨中，矩在不罢同方柄向上匙质点旋排列科一般弯是不族一样谜的，吊因此位，晶蠢体的收性质兄也随判方向跃的不蚂同而机有所宿差异病，这掀就是漠晶体篇的异元向性田。如拥矿物颜蓝晶葵石(又名微二硬况石)的硬腔度，百随方乌向的安不同粱而有援显著缩慧的差惊别(图I-1-10惠)，平隆行晶萄体延袖长的违方向(图I-1-10中的AA吵)可用坝小刀申刻动盟，而巴垂直疯于晶见体延淡长的碍方向(图I-1-10中的BB槐)则小捉刀不旗能刻茶动。电又如道云母仔、方碗解石己等矿劣物晶闷体，建具有妈完好洽的解闷理，桨受力丑后可偶沿晶量体一腹定的盯方向袭，裂昏开成安光滑鸟的平氏面。槐在矿盼物晶潜体的喊力学债、光缺学、券热学戒、电晴学等态性质纽奉中，海都有章明显鸡的异帮向性咐的体释现。114．对死称性晶体章具异档向性找．但枪这并富不排欺斥在屠某些汉特定库的方肉向上站具有屈相同肠的性受质。掩在晶街体的得外形贱上，忌也常道有相辟等的翠晶面书、晶展棱和穗角顶跟重复晕出现衬。这数种相双同的壮性质边在不层同的室方向律或位杯置上榜作有苹规律思地重愧复，刚就是此对称盏性。遣晶体复的格邮子构悼造本刘身就皆是质档点重磁复规验律的券体现其。对件称性紫是晶帝体极觉重要软的性僵质，壮是晶枣体分进类的扮基础默，我炸们将扬以专够门的蛾章节斩加以滚讨论饲。125．最网小内藏能在相独同的中热力税学条辞件下标晶体紫与同惨种物塘质的书非晶涝质体绍、液蹲体、吨气体蚂相比重较，羞其内饿能最险小。织所谓誉内能衬，包槐括质狗点的蕉动能沈与势摊能(位能)。动束能与袜物体坐所处抓的热搂力学引条件浮有关浸，温突度越土高，愉质点婚的热聋运动楼越强昏，动怀能也错就越魔大，挺因此叙它不悦能直售接用密来比检较物加体间死内能释的大交小。酱可用较来比趣较内给能大馅小的互只有仍势能低，势雀能取姐决于睛质点核间的远距离漏与排计列。6．稳局定性晶体舟由于邀有最者小内祸能，心因而区结晶拣状态讽是一翠个相授对稳可定的昆状态社。这葛就是药晶体在的稳腥定性须。这蚕一点觉可以垒由晶辈体与堤气体哪、液诊体中昆质点嫂的运框动状供态的炕不同哪来说咬明。13四、名结晶刑学的校主要跪研究捆内容结晶法学是盲研究公晶体葱的生烘长、原形貌耻、内桥部结享构及盟其物网理性骆质的雀科学题。(1占)晶体侨生长泰学研究累晶体芳发生汇、成应长的筹机理餐和晶疤体的稼人工虎合成保。它蛇是材握料科谢学的看个重司要研咬究内顽容。戴随着受现代塔科学触技术篇对特繁殊晶先体材跌料的且迫切壁需要碗，晶报体生忠长的纯理论焰和实爷验研械究衣筋迅速隙发展疲。它滴还与咳实验钻矿物让学密蛋切相扎关。(2)几何员结晶免学研究狭晶体涂外形舒的几捷何规斩律。啊它是浙结晶舌学的会古典猴部分优，也形是基孕础部叠分。从几何家结晶箩学的著基本金规律柜．在消矿物两学中余得到匀了广刺泛的分应用身。(3耳)晶体娘结构贵学和视晶体疫化学晶体艰结构村学研吵究晶湿体结址构的尼几何慰规律亲、结拿构型余式和踏构造赏的缺价陷；骡晶体就化学狠则主茧要是同研究己晶体饱的化足学成壤分和拿晶体老结构盏的关捕系，爬并进慈而探赞讨成或分结垒构与都其性灶能和磨生成下条件桐的关至系。穗成分厘和结牧构体挪现着魔晶体得的内庄在本阵质。区因此反，矿刃物晶捡体学摸是矿载物学吴研究洲的重蹄要基研础。14(4广)晶体案物理汪学研究副晶体返的物途理性冈质及模其产帅生机战理。抹近代防固体常物理击和矿扫构物图理研菌究丰照富了咸它的届研究顶内容旨，使仗其得匙到了栋迅速叹的发逮展。根据零专业秀要求双，本指教程卵将阐夜述结渡晶学兽的基健础知壶识。债只讲养述部再分内亭容。15第二曲章晶体律的形跟成（1学时铸）晶体全是具陶有格腥子构止造的胆固体昂。它档的发叉生和乡丰成长条，实毅质上胃是在汤一定姜的条缩慧件下桂组成蓄物质尺的质先点按莫照格违子构氧造规遥律排久列的帝过程验。16一、撇晶体茶形成炕的方劈燕式晶体晃是在错物相帮转变尘的情硬况下煤形成鲁的。荡物相便有三租种，贞即气缝相、届液相瓣和固件相。堡只有认晶体冶才是骨真正赌的固尺体。临由气次相、乘液相燃转变起成固内相时弃形成故晶体播，固引相之膝间也证可以秤直接荐产生白转变鸟。171．由甲液相瘦转变拖为固族相(1势)从熔拼体中柄结晶当温估度低绢于熔个点时寄，晶昆体开遮始析悲出，拥也就每是说烧，只牧有当径熔体命过冷奖却时翼晶体肺才能轮发生雾。如岛水在悬温度疾低于良零摄斥氏度菌时结痰晶成宴冰；文金属杏熔体定冷却窝到熔伸点以旗下结黄晶成叶金属淡晶体瓶。(2退)从溶虫液中棒结晶当溶贸液达廊到过暴饱和映时，久才能扬析出舞晶体羞。其润方式蒙有：1)温度枪降低筑，如嘴岩浆能期后与的热设液越捷远离有岩浆缸源则愿温度隆将渐绵次降富低，急各种润矿物呀晶体桶陆续货析出卖，2)水分总蒸发梨，如栗天然激盐湖正卤水妖蒸发袋，3)通过架化学移反应蛋，生头成难辅溶物获质。182．由筑气相泻转变联为固踢相从气小相直赛接转方变为皮固相喜的条邪件是突要有讲足够钱低的温蒸气苏压。在火梳山口叛附近健常由迫火山壳喷气歪直接映生成爪硫、犹碘或豆氯化越钠的妈晶体翅。却需直接迅结晶男而成钳的晶乏体。193．由户固相沸再结择晶为盖固相(1辩)同质旨多象趴转变所谓善同质临多象菌转变松是指桐某种屈晶体她，在尊热力拐学条披件改古变时泉转变读为另葬一种北在新城条件醋下稳悟定的抚晶体电。它惊们在冤转变助前后套的成深分相牙同，枯但晶兆体结仇构不大同。责如在带57梢3℃锯以上恋可形狠成高应温石长英，俭而当挡温度商降低岗到57哑3℃以研下时津则转成变为尼晶体受结构仿不同洗的低删温石欣英。(2恳)原矿仁物晶冷粒逐影渐变密大如由肃细粒虽方解闷石组上成的争石灰武岩与刺岩浆馒岩接咽触时艳，受蒸热再镰结晶府成为洞由粗鸽粒方趣解石稍晶体份组成扑的大亦理岩哗。(3番)固溶贩体分义解在一产定温识度下主固熔给体可悟以分休离成妄为几统种独逝立矿练物。素例的熟闪锌盒矿和赌黄铜雄矿在咽高温迁时组哲成为虹均一量相的陪固熔邻体，缘瑞分离辜成为掌两种碗独立请矿物波。例击如由欢一定侦比而卡在低骆温时坦就分面离。(4漂)变晶矿物螺在定系向的房诚压力首方向机上溶茶解，舒而在催垂直意于压拥力方额向上己再结凳晶，乒因而岸形成驼一向冰延长乒或二馋向延肉展的巴变质疯矿物饭，如错角闪背石、姓云母气晶体肯等。厨这样决的变睛质矿用物称宿为“帆变晶勾”。般有时示在变粗质岩内中发卸育成筝斑状诱晶体国称为粱“变施斑晶哲”。(5势)由固洁态非肯晶质妙结晶火山闻喷发奶出的窗熔岩宿流迅棕速冷近却，燥固结打为非送晶质蔑的火梨山玻莫璃。藏这种偷火山萄玻璃榨经过跑千百已年以悲上的咐长时漂间以疗后，警可逐贤渐转弯变为谱结晶卸质。20二、经晶核捡的形集成晶体衫生成咽的一旋般过赵程是灭先生两成晶革核，汗而后雁再逐撤渐长辰大。一般晌认为梢晶体夸从液渐相或诞气相匀中的乐生长半有三磨个阶局段：（1歼）介质立达到草过饱顺和、梦过冷剪却阶保段，（2隔）成着核阶痕段；（3湿）生滔长阶丢段。21三、乡丰晶体哄的生揭长晶核岔形成抢后，赞将进撞一步科成长至。下旁面介捆绍关石于晶栗体生急长的捡两种吨主要泪的理圈论。1．层既生长蜂理论1)晶体姨常生蔑长成森为面茫平、陪棱直灰的多涨面体倡形态霞。2)在晶坝体生控长的振过程博中，锹环境外可能巡寿有所赤变化揉，不科同时能刻生储成的挽晶体视的物厅性(如颜柴色)和成还分等暂方面添可能间有细棉微的使变化丑，因语而在餐晶体撞的断系面上给常常字可以流看到凳带状鸦构造担。它秃表明鸭晶面总是平吴行向昨外推雷移生贿长的拖。3)由于只晶面认是向谜外平丢行推龄移生蓄长的立，所信以同肠种矿鸟物不叮同晶辩体上阵对应抖晶面急间的邻夹角巷不变秒。4)晶体秃由小帜长大割，许紫多晶吐面向味外平踏行移曾动的早轨迹缓形成聋以晶龄体中羞心为辫顶点茧的锥岩状体距称为继生长流锥或畏砂钟颠状构慰造。丧在薄纷片中精常常姜能看蒙到。22然而妨晶体指生长店的实勉际情衰况要内比简织单层既生长占理论壁复杂待得多捷。往徐往一蚕次沉怜淀在栋一个持晶面粒上的低物质软层的徒原度窑可达悠几万如或几宿十万传个分辟子层疼。同执时亦躺不一蔽定是油一层踢一层辽地顺档序堆哭积，谋而是走一层烛尚未糟长完包，又鸡有一冠个新狭层开彼始生历长。贺这样羡继续然生长鹅下去仓的结壳果，誉使晶灰体表啊面不眉平坦悉，成阵为阶祸梯状品称为机晶面紫阶梯始。232．螺剩旋生招长理骑论弗朗贿克等垃人(1棚94佣9~损19墨51或)研究笼了气豆相中仁晶体昂生长畜的情蹦况，侍估计臣二维秤层生欧长所循需的膛过饱臂和度光不小强于25-50％。赴然而鼠在实套验中肠却难爽以达违到与苍过饱拘和度棋相应习的生袜长速收度，必并且绞在过畅饱和坚度小伙于1％的纲气相投中晶木体亦刻能生伸长。库这种叙现象汇并不跑是层案生长抬理论桨所能川解释灰的。奏他们阵根据宾实际湖晶体扩结构暗的各霸种缺筑陷中缘瑞最常看见的震位错利现象吹，提脆出了做晶体定的螺崖旋生述长理成论．答即在帆晶体借生长虽界面吗上螺夸旋位弊错露炊头点暮所出六现的捷凹角宋及其蹄延伸丛所形摆成的饥二面夏凹角监可作倍为晶笋体生赏长的巧台阶竿源，物促进染光滑挣界面与上的友生长跨。这肤样使肤成功樱地解燥释了保晶体访在很瞧低的牌过饱符和度饺下能爽够生羽长的哑实际兄现象续。位错凭的出线现，疼在晶蛋体的毒界面箭上提恶供了讯一个市永不下消失焰的台菊阶源箱。晶页体符展围绕怕螺旋亭位错血露头损点旋冶转生欠长。趋螺旋床式的翻台阶捎并不碗随着妄原子喂面网翼一层活层生朱长而砖消失筝，从她而使烤螺旋枣式生忘长持启续下负去。系螺旋啦状生肉长与目层状犹生长邻不同冲的是节台阶字并不逼直线巩式地阴等速熔前进戚扫过厉晶面孔，而圆是围年绕着瓶螺旋兴位铅捞的轴棒线螺董旋状幼前进盏。随编着晶供体的照不断绳长大贴．最英终表有现在声晶面臂上形即成能逝提供塑生长勒条件巾信息悉的各底种样跑式的覆螺旋弓纹。2425四、念晶面很的发眼育在晶学体生爪长过沟程中乏，不凳同晶攻面的移相对计生长门速度种如何垂，在抛晶体惰上哪随些晶姥面发塔育。皆下面冒介绍稼有关藏这方制面的朗几种蚂主要咬理论霉。1．布原拉维割法则在18四55年，脊法国鲜结晶渡学家谈布拉打维从组晶体尼具有耻空间袜格子排构造访的几静何概好念出昆发，广论述欲了实狐际晶述面与未空间孕格子臣构造董中面鸣网之国间的啊关系畜，即实际响晶体扒的晶建面常停常平座行网气面结炮点密近度最锣大的桃面网宋，这倦就是愁布拉毒维法味则。262．居肺里—痒吴里贪夫原仆理18它85年居瓦里(P.Cu防ri稠e)指出绪，在偶平衡共条件愚下，中发生职液相迁与固悦相之亿间的知转变快时，历晶体杰调整卷其形颗态使立总表欣面能倦为最私小．狮亦即晶体妨生长蓄的平炭衡形涂态应两具有呈最小载表面嘉能。3．沉周期针键链框(P药BC窗)理项论P.豆Ha告rt词ma蜘n和亭等(重19拨55倾)从混晶体脏结构惜的几稀何特揭点和趟质点穗能量蹈两方柱面来逃探讨煌晶面煮的生么长发器育。名他们驴认为屋在晶喝体结动构中录存在吸着一乡丰系列恳周期声性重员复的宜强键为链，蠢其重沙复特烂征与披晶体熊中质进点的寨周期蒜性重甘复相描一致将，这恭样的麦强键污链称溉为周售期键侮链简糟写为浙PB相C。晶体耐平行剥键链华生长姓，键惑力最良强的毅方向夜生长立最快可。27五、拆影响禁晶体避生长善的外找部因芝素决定遮晶体用生长栋的形街态，草内因亚是基标本的稿，而某生成间时所桨处的宏外界序环境难对晶秩体形主态的企影响胁也很截大。挎同一钥种晶闪体在费不同黄的条厨件生秒长时颜，晶古体形娇态是航可能旱有所蠢差别拥的。森现就肥影响超晶体逆生长勺的几绪种主干要的这外部丑因素妙分述知如下忙。28(1昏)涡流在生厉长着希的晶董体周青围，蓄溶液槽中的堪溶质杏向晶润体粘肤附，鹅其本有身浓境度降畏低以贫及晶垄体生迹长放碍出热信量，励使溶柿液密叔度减纺小。资由于稻重力父作用阴，轻苗溶液豆上升冻，远蛙处的斯重溶霜液补太充进痒来，扫从而芽形成衔了涡促流。涡流化使溶宴液物广质供企给不禾均匀委，有域方向盈性，恢同时台晶体查所处秩的位似置也呀可能思有所邪不同费，如捷悬浮弦在镕念液中老的晶捷体下王部易抚得溶寒质的梳供应植，而划贴着玻基底蔑的晶珠体底抵部得洲不到赶溶质讨等等芹，因够而生丛长形少态特陕征不据同。为了舞消除款因重剖力而愤产生曲的涡饶流，宁现已球在人弊造地弦球卫掉星的江失重撑环境揪中试贸验晶兰体的席生长遵。29(2减)温度在不印同的趴温度视下，锡同种退物质粗的晶询体，术其不医同晶塘面的秘相对斧生长歼速度艺有所底改变陆，影霸响晶欠体形竭态，形如方摧解石(C歌aC目O3聚)在较怒高温芒度下捐生成宾的晶季体呈等扁平征状，滚而在池地表射水溶沾液中奥形成傲的晶怨体则钉往往熊是细非长的纤。石溪英晶晃体亦四有类予似的材情况呜。(3抱)杂质溶液冶中杂芝质的末存在凝可以宾改变竟晶体详上不控同面妖网的足表面潜能，所所以下其相与对生再长速婶度也挂随之欺变化匆而影批响晶祸体形摔态。曾例如缸，在千纯净浮水中摩结晶臂的石帖盐是块立方嫁体，愚而在荷溶液窜中有逝少量词硼酸兵存在奖时则李出现核立方耗体与塑八面炒体的剂聚形素。(4是)粘度溶液垄的粘恐度也漏影响才晶体束的生涛长。份粘度姐的加壳大，阔将妨循碍涌往流的坦产生梦，溶饶质的汽供给寻只有欣以扩茫散的该方式覆来进武行，祝晶体嘉在物鹊质供慨给十美分困轰难的罚条件味下生团成。巨由于稠晶体稿的棱竖角部绑分比狼较容坦易接腔受溶奥质，痒生长拉得较愈快，界晶面浙的中遍心生熊长得芽慢，敬甚至僻完全宵不长骂，从妈而形坚成晶条体。30(5熔)结晶纱速度结晶滑速度仓大，敲则结酬晶中剥心增镇多，缎晶体裁长的韵细小俊，且酿往往找长成盲针状伯、树叹枝状锁。反胶之，厨结晶坦速度抚小，掀则晶钓体长砖得极军大。如岩兽浆在枕地下自缓慢婆结晶桐，则怎生长那成粗液粒晶构体组钉成的恢深成从岩，驻如花倾岗岩绑但在菊地表臂快速悦结晶妄则生勤成由即细粒喂晶体政甚至似于隐你晶质垫组成具的喷布出岩荡，如傲流纹卧岩。结晶怖速度菊还影合响晶祖体的错纯净悼度。圆快速鸣结晶国的晶订体往仍往不亏纯，富包裹币了很径多杂冻质。31影响爷晶体桃生长袍的外繁部因装素还者有很赖多．牢如晶具体析隐出的投先后推次序对也影惭响晶车体形溜态．窑先析翼出者绢有较奴多自粒由空正间，凭晶形规完整冠，成评自形靠晶，清较后辜生长右的则谅形成斗半自肥形晶镇或他毒形晶赴。同一耽种矿探物的逗天然眯晶体远于不钉同的艘地质衬条件茎下形杆成时巩，在筑形态拜上、堆物理这性质痒上部终可能怠显示销不同玩的特季征，古这些皆特征绵标志督着晶秋体的全生长圈环境凶，称惨为标罚型特千征。32六、忘晶体闲的溶曾解与表再生1．晶横体的巧溶解把晶代体置梁于不细饱和瓶溶液衬中晶帖体就胸开始脏溶解笛。由加于角胖顶和术棱与滩溶剂身接触控的机段会多