結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)課件-結(jié)晶礦物學(xué)綜述-

1、7-1 14種空間格子(布拉維格子)C、在上述二原則下，應(yīng)體積最小。1、單位平行六面體地劃分單位平行六面體的劃分應(yīng)遵循下列原則：A、所選的平行六面體應(yīng)能反映出整個(gè)格子結(jié)點(diǎn)分布所固有的對(duì)稱性。B、在上述前提下所選平行六面體棱與棱之間直角最多第七章 晶體結(jié)構(gòu)的基本特征23456平面點(diǎn)陣中劃分平行四邊形的幾種不同形式具 的平面點(diǎn)陣1單位平行六面體參數(shù)圖解單位平行六面體的三組棱長(zhǎng)a、b、c及三者相互之間的夾角、是表征它們形狀大小的一組參數(shù)，稱為平行六面體參數(shù)或晶格參數(shù)7-2 晶胞晶胞參數(shù)（a、b、c、 、）晶胞：能充分反映整個(gè)晶體構(gòu)造特征的最基本 結(jié)構(gòu)單位。晶胞包含兩個(gè)要素：（1）晶胞的大小和型式：

2、a、b、c、 、（2）晶胞內(nèi)容：組成晶胞的質(zhì)點(diǎn)及其在晶胞中的位置 晶胞與單位平行六面體的關(guān)系：（1）晶胞的幾何形狀、大小與對(duì)應(yīng)的單位平行六面體一致，可由同一組晶格常數(shù)來(lái)表示。（2）單位平行六面體是由幾何點(diǎn)構(gòu)成，而晶胞是具體的有一定物理化學(xué)屬性的質(zhì)點(diǎn)組成。外形對(duì)稱與內(nèi)部對(duì)稱的關(guān)系晶體外觀的對(duì)稱取決于其內(nèi)部構(gòu)造的對(duì)稱外部對(duì)稱與內(nèi)部對(duì)稱的區(qū)別：外部對(duì)稱:宏觀對(duì)稱有限圖形的對(duì)稱內(nèi)部對(duì)稱:微觀對(duì)稱 晶體內(nèi)部構(gòu)造規(guī)律 無(wú)限圖形對(duì)稱7-3 晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對(duì)稱要素晶體微觀對(duì)稱要素：平移軸：為一直線，沿此直線移動(dòng)一定的距離，可使相等部分重復(fù)。能使圖形復(fù)原的最小平移距離，稱之為平移軸的移距?？臻g格子中任一行列均是

3、平移軸。1221螺旋軸為一假想直線，繞此直線旋轉(zhuǎn)一定角度并沿此直線方向平移一定距離，可使相同部分重復(fù)。也可先平移后旋轉(zhuǎn)。螺旋軸根據(jù)其旋轉(zhuǎn)方向可分為左旋、右旋、中性螺旋軸。注意：螺旋軸ns的下標(biāo)s是以右旋的螺距來(lái)標(biāo)定的。TT規(guī)定：在螺旋軸的符號(hào)中，若s1/2n者為左旋螺旋軸。例如，32，43，64，65。當(dāng)s=1/2n者為中性螺旋軸。例如，21，42和63?；泼鏋橐患傧肫矫妫瑢?duì)此平面反映，并平行此面的某一方向移動(dòng)一定距離，可使相等部分重復(fù)（亦可先平移再反映）7-4空間群1、空間群定義 晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中一切對(duì)稱要素的組合稱為空間群。 共有230種。 一個(gè)空間群可看成是由兩部分組成的，一部分是晶體結(jié)

4、構(gòu)中所有平移軸的集合，稱為平移群；另一部分就是與點(diǎn)群, 即晶體宏觀對(duì)稱要素的集合。晶體中可能的平移群有14種, 與14種布拉維格子類型對(duì)應(yīng)兩者的區(qū)別 對(duì)稱型是針對(duì)晶體幾何外形，作為有限圖形，對(duì)稱要素中不可能存在平移變換，對(duì)稱要素只具有方向上的意義，不存在位置的問(wèn)題，所有對(duì)稱要素交于一點(diǎn)，故又稱作點(diǎn)群，共有32種。 空間群是針對(duì)晶體結(jié)構(gòu)，它是無(wú)限圖形，質(zhì)點(diǎn)在空間成周期性排列，故有平移存在，對(duì)稱要素在空間成周期性重復(fù)，數(shù)量無(wú)限，不僅有方向，而且存在確定的位置，所有對(duì)稱要素不交于一點(diǎn)，稱為空間群，共有230種?？臻g群與對(duì)稱型（點(diǎn)群）之間既有區(qū)別又相互統(tǒng)一兩者相互統(tǒng)一： 晶體外形的對(duì)稱是以晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)

5、的對(duì)稱為依據(jù)，前者是后者的一種外在表現(xiàn)，兩者相互統(tǒng)一。32種對(duì)稱型經(jīng)推導(dǎo)可得到230種空間群，而230種空間群又分屬于32種對(duì)稱型。2、空間群的國(guó)際符號(hào) 空間群的國(guó)際符號(hào)包括兩個(gè)組成部分：前面字母(大寫(xiě)斜體P，C，I、F或R)表示布拉維格子類型后面與對(duì)稱型國(guó)際符號(hào)相同，只是將其宏觀對(duì)稱要素符號(hào)換上相應(yīng)微觀對(duì)稱要素的符號(hào)格子類型對(duì)稱型的國(guó)際符號(hào)平移例如：I41amd空間群的宏觀對(duì)稱型為4mmm體心格子(即四方體心格I)；平行z軸方向?yàn)槁菪S4l，而且垂直Z軸有滑移面a；垂直X軸為對(duì)稱面m；垂直X軸與Y軸的角平分線則有滑移面d。7-5. 等效點(diǎn)系 等效位置(equivalent positions

6、)：在晶體結(jié)構(gòu)中，能借助于空間群之各個(gè)對(duì)稱要素的作用而相互系起來(lái)的一組點(diǎn)所分布的空間位置。通常只考慮在一個(gè)單位晶胞范圍內(nèi)的情況，即在單位晶胞中，彼此能對(duì)稱重復(fù)的各個(gè)結(jié)構(gòu)位置，構(gòu)成一個(gè)等效位置組;把等效位置抽象成幾何點(diǎn), 該集合便稱為等效點(diǎn)系;晶體結(jié)構(gòu)中的空間群，對(duì)應(yīng)于宏觀晶體中的點(diǎn)群；而等效位置組的概念，則相似于單形的概念。 7.6晶格缺陷 晶格缺陷是指在晶體結(jié)構(gòu)中的局部范圍內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)排列偏離了格子構(gòu)造規(guī)律的現(xiàn)象。 在實(shí)際晶體中，由于內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的熱振動(dòng)以及受到輻射、應(yīng)力作用等原因，而普遍存在著晶格缺陷。點(diǎn)缺陷、線缺陷、面缺陷 1點(diǎn)缺陷 點(diǎn)缺陷是發(fā)生在一個(gè)或若干個(gè)質(zhì)點(diǎn)范圍內(nèi)所形成的晶格缺陷。最常見(jiàn)的

7、點(diǎn)缺陷表現(xiàn)形式有 空位、填隙、替位 2線缺陷 線缺陷是指：在晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中沿某條線(行列) 周圍局部范圍內(nèi)所產(chǎn)生的晶格缺陷。 它的表現(xiàn)形式主要是位錯(cuò)。 位錯(cuò)是指晶體在應(yīng)力作用下，晶格中的一部分沿一定的面網(wǎng)相對(duì)于另一部分的局部滑動(dòng)，滑移與未滑移部分的分界處出現(xiàn)了質(zhì)點(diǎn)錯(cuò)亂排列。滑移與未滑移部分的分界線稱為位錯(cuò)線。 位錯(cuò)主要有兩種類型：刃位錯(cuò)和螺旋位錯(cuò) 3面缺陷 面缺陷是指沿晶格內(nèi)或晶粒間某些面的 兩側(cè)局部范圍內(nèi)所出現(xiàn)的晶格缺陷。疇界壁在晶體結(jié)構(gòu)中，某個(gè)局部區(qū)域與周圍區(qū)域在某種性質(zhì)上存在不連續(xù)現(xiàn)象時(shí)，此區(qū)域稱為晶疇；相鄰晶疇之間的界面稱為疇界壁。 晶界 指同種晶體內(nèi)部?jī)删Ц耖g不相互平行，而是以一個(gè)小

8、角度相交所形成的界面。第八章. 晶體化學(xué)8-1. 球體緊密堆積原理8-2. 配位數(shù)和配位多面體8-3. 化學(xué)鍵和晶格類型8-4. 晶體結(jié)構(gòu)類型與典型結(jié)構(gòu)結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)8-5. 類質(zhì)同象8-6. 同質(zhì)多象8-7. 有序和無(wú)序8-8. 型變和多型晶體化學(xué) 是研究單質(zhì)或化合物中離子、分子或原子在晶體內(nèi)的分布規(guī)律，從而闡明化學(xué)成分與晶體結(jié)構(gòu)以及與晶體的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)之間關(guān)系的分支學(xué)科。兩層重復(fù)ABABAB.最緊密堆積面（0001）1、等大球體的最緊密堆積 isometric spheriform closest packing三層重復(fù) ABCABCABC.最緊密堆積面（111） 立方最緊密堆積 c

9、ubic closest packing立方最緊密堆積(ccp)最緊密堆積 空隙率25.95%當(dāng)n個(gè)球做最緊密堆積時(shí)四面體空隙數(shù)=2n八面體空隙數(shù)=n空隙的類型和數(shù)目空隙分布特點(diǎn)：六方堆積中，四面體四面體；八面體八面體立方堆積中，四面體八面體；八面體四面體四面體空隙八面體空隙2、不等大球體的最緊密堆積 different spheriform closest packing陰離子作最緊密堆積陽(yáng)離子充填其空隙最緊密堆積原理可適用于許多晶體結(jié)構(gòu)，特別是金屬晶格和離子晶格9-2 配位數(shù)和配位多面體 配位數(shù) (coordination number C.N.) 每個(gè)原子或離子周圍與之呈配位關(guān)系的原子或

10、異號(hào)離子的數(shù)目 配位多面體(coordination polyhedron)以任一原子或離子為中心，將其周圍與之呈配位關(guān)系的原子或異號(hào)離子中心聯(lián)線所形成的幾何圖形 影響配位數(shù)的因素 influence factor of C.N.質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)大小，堆積的緊密程度及質(zhì)點(diǎn)間化學(xué)鍵的性質(zhì)配位數(shù)由金屬鍵 離子鍵 共價(jià)鍵 降低 金屬鍵做最緊密堆積時(shí)具最高配位數(shù)（12） 典型共價(jià)鍵或以共價(jià)鍵為主的單質(zhì)或化合物都 具有最低的配位數(shù)（CN=3,4) 離子化合物晶體，配位數(shù)大小主要取決于陰、陽(yáng) 離子半徑的比值溫度增高 配位數(shù)減小壓力增大 配位數(shù)增高外因rcra=0.414rc陽(yáng)離子半徑ra陰離子半徑離子鍵與離子晶

11、格(ionic lattice): 組成離子晶格的質(zhì)點(diǎn)，是丟失了價(jià)電子的陽(yáng)離子和獲得外層電子的陰離子，彼此間以靜電作用力而相互維系。離子鍵沒(méi)有方向性和飽和性的限制。8-3. 化學(xué)鍵和晶格類型離子晶格的特點(diǎn)： 離子晶格中，電子皆屬于一定的離子，質(zhì)點(diǎn)間電子密度小，對(duì)光的吸收少，因此，其晶體透明、半透明，但熔化后導(dǎo)電。由于離子鍵的作用力比較強(qiáng)，所以晶體硬度較大?；瘜W(xué)鍵和晶格類型共價(jià)鍵與原子晶格(atomic lattice): 組成原子晶格的質(zhì)點(diǎn)，是彼此間以共價(jià)鍵相結(jié)合的原子。原子晶格的特點(diǎn)： 共價(jià)鍵的鍵強(qiáng)較大，所以原子晶格的晶體強(qiáng)度高、熔點(diǎn)高、不導(dǎo)電、透明至半透明，玻璃金剛光澤?；瘜W(xué)鍵和晶格類型金

12、屬鍵與金屬晶格(metal lattice): 組成金屬晶格的質(zhì)點(diǎn)是丟失了價(jià)電子的金屬陽(yáng)離子，它們彼此間借助于在整個(gè)晶格內(nèi)運(yùn)動(dòng)著的“自由電子”而相互維系，形成金屬單質(zhì)或金屬互化物。金屬晶格的特點(diǎn)： 由于金屬鍵具自由電子，金屬晶體為良導(dǎo)體，不透明，高反射率，金屬光澤。具高密度，硬度一般較低?；瘜W(xué)鍵和晶格類型分子鍵與分子晶格(molecular lattice): 在分子晶格中存在著真實(shí)的分子, 分子之間由范德華力相維系；它們相互間的空間配置方式則主要取決于分子本身的幾何特征。分子晶格的特點(diǎn)： 分子鍵的作用力是很弱的，所以分子晶格的晶體一般熔點(diǎn)低，可壓縮性大，熱膨脹率大，導(dǎo)熱率小，硬度低，透明，不

13、導(dǎo)電。化學(xué)鍵和晶格類型氫鍵與氫鍵晶格: 氫鍵：是一種由氫原子參與成鍵的特殊鍵型，其性質(zhì)介于共價(jià)鍵與分子鍵之間。氫鍵具有方向性和飽和性；其鍵強(qiáng)雖比分子鍵強(qiáng)，但仍與一般分子鍵屬于同一數(shù)量級(jí)。氫鍵主要存在于一些氫氧化物、層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽等礦物中。氫鍵型晶格的特點(diǎn)： 氫鍵的作用力雖不強(qiáng)，但對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)產(chǎn)生明顯的影響，分子間形成氫鍵會(huì)使物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)增高；分子內(nèi)形成氫鍵則會(huì)使物質(zhì)的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)降低。但一般來(lái)說(shuō)氫鍵晶格的晶體具有配位數(shù)低、熔點(diǎn)低、密度小的特征。化學(xué)鍵和晶格類型單鍵、多鍵與過(guò)渡型鍵及其晶格單鍵型晶體結(jié)構(gòu)：一些晶體結(jié)構(gòu)中，只存在單純的一種鍵力。多鍵型晶體結(jié)構(gòu)：一些晶體結(jié)構(gòu)中，存在多種化學(xué)鍵力。過(guò)

14、渡型化學(xué)鍵：許多晶體結(jié)構(gòu)中，化學(xué)鍵的性質(zhì)具有過(guò)渡性。1. 晶體結(jié)構(gòu)類型 （1）島狀型 （2）環(huán)狀型 （3）鏈狀型 （4）層狀型 （5）架狀型 （6）配位型 （7）分子型8-4 晶體結(jié)構(gòu)類型與典型結(jié)構(gòu) 2. 典型結(jié)構(gòu)類型（1）等型結(jié)構(gòu)：不同晶體，若對(duì)應(yīng)質(zhì)點(diǎn)排列方式相同，我們稱其為等型結(jié)構(gòu)。（2）典型結(jié)構(gòu)：將等型結(jié)構(gòu)以其中一種晶體命名，如方鉛礦、方鎂石的晶體結(jié)構(gòu)，我們稱之為“具有NaCl型結(jié)構(gòu)”。（3）衍生結(jié)構(gòu)：若一種晶體的結(jié)構(gòu)，在幾何特征上相當(dāng)于由某種典型結(jié)構(gòu)衍變而來(lái)，我們稱這種結(jié)構(gòu)是該典型結(jié)構(gòu)的衍生結(jié)構(gòu)。P92晶體結(jié)構(gòu)類型與典型結(jié)構(gòu) 常見(jiàn)典型結(jié)構(gòu)： 銅型結(jié)構(gòu)，閃鋅礦型結(jié)構(gòu)，赤銅礦型結(jié)構(gòu)， 剛玉

15、型結(jié)構(gòu)，金紅石型結(jié)構(gòu)，尖晶石型結(jié)構(gòu)， 水鎂石型結(jié)構(gòu)，NaCl型結(jié)構(gòu)，螢石型結(jié)構(gòu), 金剛石型結(jié)構(gòu)，石墨型結(jié)構(gòu), 鈣鈦礦型結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)類型與典型結(jié)構(gòu) 8-5 類質(zhì)同像 isomorphism1 概念晶體結(jié)構(gòu)中某種質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）被其他類似的質(zhì)點(diǎn)所代替，僅晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化，而結(jié)構(gòu)型式并不改變的這種現(xiàn)象MgCO3(Mg,Fe)CO3(Fe,Mg)CO3FeCO3 菱鎂礦 含鐵的菱鎂礦 含鎂的菱鐵礦 菱鐵礦ZnS(Zn,Fe)S Fe Zn26% 固溶體(solid solution)的概念：在固態(tài)條件下，一種組份內(nèi)“溶解”了其他的組份，由此所組成的、呈單一結(jié)晶相的均勻晶體。晶體化學(xué)式中類

16、質(zhì)同相元素的書(shū)寫(xiě)原則 A）屬于類質(zhì)同像替代的元素用（ ）括起。 B）順序遵循前多后少原則。 如橄欖石 (Mg,Fe)2SiO4，指晶格中Mg含量多于Fe含量。 菱鎂礦 (Mg,Fe)CO3 區(qū)別于：白云石 CaMgCO322 分類 完全的類質(zhì)同像：兩種質(zhì)點(diǎn)可以任意比例相互取代 有限類質(zhì)同像：兩種質(zhì)點(diǎn)的相互代替局限在一個(gè)有限 的范圍內(nèi) 異價(jià)的類質(zhì)同像 Na+Ca2+ Al3+Si4+ 等價(jià)的類質(zhì)同像 Fe2+Mg2+ Fe2+Zn2+3 影響類質(zhì)同像的因素內(nèi)因 原子和離子半徑(r1 - r2 ) 10-15%時(shí),完全的類質(zhì)同像r2(r1 - r2 ) 高溫完全類質(zhì)同像低溫有限類質(zhì)同像30%時(shí),高

17、溫有限類質(zhì)同像低溫不形成類質(zhì)同像r2異價(jià)類質(zhì)同像的對(duì)角線法則（電價(jià)平衡為主，半徑差異居次）Li 0.076(6) 0.092(8)左上方低價(jià)Na0.102(6) 0.118(8) Mg0.072(6) 0.089(8)Al0.039(4) 0.054(6)K 0.138(6) 0.151(8)Ca0.100(6) 0.112(8)Sc0.075(6) 0.087(8)Ti0.061(6) 0.074(8)右下方高價(jià)Rb0.152(6) 0.161(8)Sr0.118(6) 0.126(8)Y0.090(6) 0.102(8)Zr0.072(6) 0.084(8)Nb0.064(6) 0.074

18、(8)Mo0.059(6) 0.073(7)Gs0.167(6)0.174(8) Ba0.135(6) 0.142(8)TR0.086-0.103(6)0.098-0.116(8)Hf0.071(6)0.083(8)Ta0.064(6) 0.074(8)W0.060(6)Re0.053(6) 在元素周期表中，從左上方到右下方的對(duì)角線方向，離子半徑相近；一般右下方的高價(jià)離子易代替其左上方的低價(jià)離子，稱為類質(zhì)同象的對(duì)角線法則。簡(jiǎn)單的代替 橄欖石 Mg2+Fe2+ 成對(duì)的代替不等量的代替 云母中 2Al3+3Mg2+ 3Mg2+2Al3+ 斜長(zhǎng)石 Ca2+Al3 + Na+Si4+磷灰石 Ce3+N

19、a+2Ca2+螢石 Ca2+Y3+F- 綠柱石Li+Cs+Be2+ 離子電價(jià)不同的方式(如下）總電價(jià)平衡獨(dú)居石 (Ce,La)3+PO43-, ，Th4+SiO44- Ca2+SO42- 離子類型和化學(xué)鍵離子類型相同，化學(xué)鍵相近Ca2+(0.100nm) Hg2+(0.102nm)Al3+(0.026nm) Si4+(0.039nm) Si-O(0.161nm) Al-O(0.176nm)同一種離子隨著配位環(huán)境的不同，其化學(xué)鍵的性質(zhì)也會(huì)發(fā)生改變。AlCN6(八面體）離子鍵性為主 Mg2+ ,Fe2+,Fe3+CN4(四面體）共價(jià)鍵性為主 Si4+外因 溫度增高有利于類質(zhì)同象的產(chǎn)生，而溫度降低則

20、 將限制類質(zhì)同象的范圍并促使離溶 (K,Na)AlSi3O8或(Na,K)AlSi3O8 條紋長(zhǎng)石 黃銅礦(CuFeS2)和黝錫礦(Cu2FeSnS4) （500C） 壓力增大將限制類質(zhì)同象代替的范圍并促使其離溶 壓力增大使配位多面體變形，不利于較大離子置換較小離子 組分濃度滿足礦物組分之間的量比 補(bǔ)償類質(zhì)同像8-6 同質(zhì)多像 polymorphism1. 概念同種化學(xué)成分的物質(zhì)，在不同的物理化學(xué)條件下，形成不同結(jié)構(gòu)的晶體的現(xiàn)象。這些不同結(jié)構(gòu)的晶體，稱為該成分的同質(zhì)多象變體。 石墨和金剛石結(jié)構(gòu)及物性對(duì)比金剛石石墨晶系等軸晶系六方晶系配位數(shù)43原子間距0.154nm層內(nèi)0.142nm, 層間0.

21、340nm鍵性共價(jià)鍵層內(nèi)共價(jià)鍵，層間分子鍵形態(tài)八面體六方片狀顏色無(wú)色或淺色黑色透明度透明不透明光澤金剛光澤金屬光澤解理111中等0001完全硬度101相對(duì)密度3.552.23導(dǎo)電性不良導(dǎo)體良導(dǎo)體2 同質(zhì)多像變體的轉(zhuǎn)變地質(zhì)溫壓計(jì) 可逆轉(zhuǎn)變 -石英-石英 57357387014701720三方晶系六方晶系六方晶系等軸晶系-石英 -石英 -鱗石英 -方石英 熔體 不可逆轉(zhuǎn)變 文石 方解石 石墨 金剛石 由于物理化學(xué)條件的改變，使一種同質(zhì)多象變體在固態(tài)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N變體的過(guò)程，稱為同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。 同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變(polymorphic transformation)及其類型這樣一種同由于物理化學(xué)條件

22、的改變，使一種同質(zhì)多象變體在固態(tài)條件下轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N變體的過(guò)程，稱為同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。從不同變體間的結(jié)構(gòu)關(guān)系來(lái)看，有以下三種類型：(1)移位型轉(zhuǎn)變(displacive transformation)：從一種變體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪蛔凅w時(shí)，僅是結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)的位置稍有移動(dòng)，鍵角有所改變，相當(dāng)于整個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生了一定的變形，但不涉及鍵的破壞和重建，也不改變配位的基本形式;(2)重建型轉(zhuǎn)變(reconstructive transformation)：轉(zhuǎn)變時(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)位置有根本性的變動(dòng)，亦即或者是配位方式根本改變，或者是配位形式雖然基本不變，但配位多面體之間的聯(lián)結(jié)方式發(fā)生了重大的變化。(3)有序-無(wú)序轉(zhuǎn)變(O-D tr

23、ansformation)：這是同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變的一種特殊類型。8-7 晶體結(jié)構(gòu)的有序無(wú)序概念有序結(jié)構(gòu)無(wú)序結(jié)構(gòu) 在一個(gè)晶體結(jié)構(gòu)中，在可被兩種或幾種不同的原子或離子所占據(jù)的某些結(jié)構(gòu)位置上，若不同原子或離子全部選擇性地分占其中在結(jié)構(gòu)上和能量上不等價(jià)的兩種位置而作規(guī)則分布(占位幾率不等)，則該結(jié)構(gòu)被稱為 完全有序(也稱超結(jié)構(gòu))；若不同原子或離子在其結(jié)構(gòu)中全都隨機(jī)分布(占位幾率相等)，則該結(jié)構(gòu)被稱為完全無(wú)序。長(zhǎng)程有序與短程有序長(zhǎng)程有序：晶體結(jié)構(gòu)整體性有序現(xiàn)象。短程有序：晶體結(jié)構(gòu)中局部性有序現(xiàn)象。 在晶體結(jié)構(gòu)內(nèi)的幾個(gè)至幾十個(gè)nm的局部區(qū)域(晶疇)內(nèi)，質(zhì)點(diǎn)呈有序分布，而晶疇與晶疇之間可以是無(wú)序分布。部分有序，

24、有序度 在完全有序與無(wú)序之間，存在著過(guò)渡狀態(tài)，即部分有序：部分質(zhì)點(diǎn)占據(jù)特定位置，另一部分質(zhì)點(diǎn)則是在任意的位置上。S= 0 1（完全無(wú)序）（完全有序）研究方法：晶體X射線衍射、紅外光譜、電子衍射、光學(xué)性質(zhì)或透射電 子顯微鏡S=p-r1-rp：某種質(zhì)點(diǎn)獨(dú)自占據(jù)某種位置的百分?jǐn)?shù)r：該種質(zhì)點(diǎn)在整個(gè)體系中所占百分?jǐn)?shù)。8-8 型變和多型Mg-Co-Zn-Fe-Mn-Ca-Sr-Ba-Pb 方解石型 C.N.=6 文石型結(jié)構(gòu)C.N.=9 三方晶系 斜方晶系 概念：化學(xué)式屬于同一類型的化合物中，隨著化學(xué)成分的規(guī)律變化，而引起的晶體結(jié)構(gòu)型式的明顯變化的現(xiàn)象稱為型變(晶變)現(xiàn)象。一個(gè)典型的例子發(fā)生在二價(jià)陽(yáng)離子無(wú)水

25、碳酸鹽礦物中。 結(jié)構(gòu)通式：A2+(CO3)1. 型變（晶變）（1）半徑小于 Ca2+ （0.1nm）的離子Mg2+, Co2+, Zn2+, Fe2+, Mn2+ ，分別形成菱鎂礦，菱鈷礦，菱鋅礦，菱鐵礦，菱錳礦呈方解石結(jié)構(gòu) (R-3c)。一個(gè)類質(zhì)同象系列。 白云石不一樣： CaMgCO32 （R-3）（2）半徑大于 Ca2+ （0.1nm）的離子Ba2+, Sr2+, Pb2+ ，分別形成碳酸鋇礦，碳酸鍶礦，白鉛礦。呈文石型結(jié)構(gòu) (Pmcn)。一個(gè)類質(zhì)同象系列。（3）半徑為0.1nm 的Ca2+ 離子既可以形成方解石結(jié)構(gòu)，也可以形成文石型結(jié)構(gòu)。一個(gè)同質(zhì)多象系列。 這種同類型化合物，由于成分與

26、結(jié)構(gòu)有規(guī)律的變化系列稱為型變（晶變）系列。 礦物的光學(xué)性質(zhì) 礦物的力學(xué)性質(zhì) 礦物的磁性 礦物的電學(xué)性質(zhì) 礦物的其它物理性質(zhì)第九章 礦物的物理性質(zhì)一、礦物的光學(xué)性質(zhì)1、礦物的顏色定義：對(duì)光選擇性吸收的結(jié)果可見(jiàn)光 390760nm，其間波長(zhǎng)由長(zhǎng)至短依次顯示紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫等色，它們的混合色為白色白電磁波譜一、礦物的光學(xué)性質(zhì)礦物的光學(xué)效應(yīng)反射、吸收、透射 礦物對(duì)光全部吸收時(shí)，礦物呈黑色 對(duì)所有波長(zhǎng)的色光均勻吸收，礦物呈不同程度的灰色 基本上都不吸收則為無(wú)色或白色 選擇吸收某些波長(zhǎng)的色光，礦物呈現(xiàn)吸收色光的互補(bǔ)色礦物顏色的類型 自色、它色、假色自色是指礦物本身固有的成分、結(jié)構(gòu)所決定的顏色。自

27、色 對(duì)礦物鑒定有著重要的意義。它色是由雜質(zhì)、氣液包裹體所引起的顏色假色是因物理光學(xué)效應(yīng)而產(chǎn)生的顏色 礦物顏色的類型-自色 體色、表色體色：物體內(nèi)部所表現(xiàn)出來(lái)的顏色。當(dāng)白光透入礦物達(dá)一定 深度，且在此過(guò)程中選擇吸收不同波長(zhǎng)的色光而呈現(xiàn) 出其互補(bǔ)色，為礦物所固有的顏色，如橄欖石吸收紫 光而呈橄欖綠色表色：即反射色，只有物體的反射光所呈現(xiàn)的顏色，不透 明礦物因吸收非常強(qiáng)，因而表現(xiàn)的都是表面色。反射光是礦物表層對(duì)透射光吸收后的再輻射，而且某個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)的色光吸收的越多再輻射時(shí)它們的強(qiáng)度也越大，從而使礦物呈現(xiàn)相應(yīng)的表面色。所以，表面色表現(xiàn)為與被吸收色光一致的顏色，而非補(bǔ)色。2）他色：礦物因含外來(lái)帶色的雜

28、質(zhì)、氣液包裹體等所引起的顏色。注意：少數(shù)礦物因晶格缺陷（如色心）而引起。大部分堿金屬和堿土金屬的化合物的呈色主要與色心(最常見(jiàn)F心)有關(guān)。如螢石的紫色等。3）假色： 由物理光學(xué)效應(yīng)所引起的顏色，是自然光照射在礦物表面或進(jìn)入到礦物內(nèi)部所產(chǎn)生的干涉、衍射、散射等而引起的顏色 錆色：某些不透明礦物的表面氧化薄膜引起反射光的干涉作用而使礦物表面呈現(xiàn)斑駁陸離的彩色。 暈色：某些透明礦物內(nèi)部一系列平行密集的解理面或裂隙面對(duì)光連續(xù)反射，引起光的干涉，從而使礦物表面常出現(xiàn)如同水面上的油膜所形成的彩虹般的色帶。 變彩：某些透明礦物，因內(nèi)部存在許多厚度與可見(jiàn)光波長(zhǎng)相當(dāng)?shù)奈⒓?xì)葉片狀或?qū)訝罱Y(jié)構(gòu)，引起光的衍射、干涉作用

29、，導(dǎo)致其不均勻分布的各種顏色會(huì)隨觀察方向的不同而發(fā)生變換。乳光：某些礦物中見(jiàn)到的一種類似于蛋清般略帶柔和淡藍(lán)色調(diào)的 乳白色浮光。這是由于礦物內(nèi)部含有許多遠(yuǎn)比可見(jiàn)光波長(zhǎng)為小的其他礦物或膠體微粒，使入射光發(fā)生漫反射所致。 礦物的條痕是指礦物粉末的顏色一般是將礦物在白色無(wú)釉瓷板上刻劃后，觀察其留下的粉末顏色。礦物的條痕可以消除假色、減弱他色，因而比礦物顏色更穩(wěn)定應(yīng)用對(duì)象：有色礦物 低硬度礦物（硬度25%。呈拋光金屬般的光澤。礦物具金屬色，條痕呈黑色或金屬色，不透明。 半金屬光澤 R=25-19%。呈未刨光金屬般的光澤。礦物呈金屬色，條痕為棕色、褐色等深彩色，不透明半透明。金剛光澤 R=19-10%。

30、如同金剛石般的光澤。顏色和條痕均呈淺色(如淺黃、桔紅、淺綠等)、白色或無(wú)色，半透明透明。 玻璃光澤 R=10-4%。如同玻璃般的光澤。礦物為無(wú)色、白色或淺色，條痕呈無(wú)色或白色，透明。 礦物光澤的分級(jí)金屬光澤半金屬光澤金剛光澤玻璃光澤1）油脂光澤： 某些解理不發(fā)育的淺色透明礦物的不平坦斷口上呈現(xiàn)的似油脂般的光澤。2）樹(shù)脂光澤：某些具金剛光澤的黃、褐或棕色透明礦物的不平坦斷口上的似松香般的光澤。3）瀝青光澤： 解理不發(fā)育的半透明或不透明黑色礦物的不平坦斷口上烏亮瀝青狀光澤。4）珍珠光澤：淺色透明礦物的極完全解理面上的如珍珠表面或蚌殼內(nèi)壁柔和而多彩的光澤。礦物不平坦的表面或礦物集合體的表面上的特殊變

31、異光澤：5）絲絹光澤：具玻璃光澤的無(wú)色或淺色透明礦物的纖維狀集合體表面常呈蠶絲或絲織品狀的光亮。6）蠟狀光澤：某些透明礦物的隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)致密塊體上的似蠟燭表面的光澤。7）土狀光澤：呈土狀、粉末狀或疏松多孔狀集合體的礦物表面如土塊般暗淡無(wú)光。5、礦物的發(fā)光性發(fā)光性是指物體受外加能量激發(fā)，能明顯地發(fā)出可見(jiàn)光熒光：發(fā)光體一旦停止受激，發(fā)光現(xiàn)象立即消失。持續(xù)發(fā)光時(shí)間10-8秒。磷光：發(fā)光體停止激發(fā)，仍持續(xù)發(fā)光。持續(xù)時(shí)間10-8秒。激發(fā)源主要有：紫外光、陰極射線、X射線、 射線和高速質(zhì)子流等各種高能輻射，以及加熱、摩擦、可見(jiàn)紫光等。 注意：礦物的發(fā)光性與晶格中存在微量雜質(zhì)元素及因雜質(zhì)而產(chǎn)生的晶格缺陷有

32、關(guān)。二 礦物的力學(xué)性質(zhì)1、礦物的解理、裂理和斷口 定義：礦物受外力（敲打、擠壓等）作用后，沿著一 定的結(jié)晶方向發(fā)生破裂，形成一系列光滑平面的性質(zhì)。 解理產(chǎn)生的原因 解理是由礦物的晶體結(jié)構(gòu)決定的 解理產(chǎn)生在面網(wǎng)間化學(xué)鍵力最弱的方向礦物的解理A 解理面一般平行于面網(wǎng)密度最大的面網(wǎng)B 平行于由異號(hào)離子組成的電性中和的面網(wǎng)C 當(dāng)相鄰面網(wǎng)為同號(hào)離子的面網(wǎng)時(shí)，其間易產(chǎn)生解理D 平行于化學(xué)鍵力最強(qiáng)的方向根據(jù)解理產(chǎn)生的難易程度，可將礦物的解理分成五個(gè)等級(jí)：A 極完全解理 礦物在外力作用下極易裂成薄片。解理面光滑、平整。很難發(fā)生斷口。如云母、石墨、輝鉬礦等；B 完全解理 礦物在外力作用下，很容易沿解理方向裂成平

33、面（但不成薄片）。解理面平滑。如方解石、方鉛礦、螢石等；C 中等解理 礦物在外力作用下，產(chǎn)生明顯的解理，但解理面不太連續(xù)和光滑，有斷口。如白鎢礦等；D 不完全解理 礦物在外力作用下，不易裂出解理面，解理面小而不平整，易出現(xiàn)斷口。如磷灰石0001及1010解理；E 極不完全解理 礦物受外力作用后，極難出現(xiàn)解理，多形成斷口，一般稱為無(wú)解理。如石英、黃鐵礦。 解理的分級(jí)解理的表示單形符號(hào)解理既體現(xiàn)出晶體的異向性又體現(xiàn)出晶體的對(duì)稱性說(shuō)明只有晶質(zhì)礦物才有解理不同種的礦物，其解理發(fā) 育程度不同無(wú)論完整與否，無(wú)論大小 如何，同種礦物具相同的 解理解理面網(wǎng)，性質(zhì)相同的面網(wǎng) 產(chǎn)生相同的解理性質(zhì)相同的一組面網(wǎng)單形

34、Why ?礦物斷口的形狀主要有下列幾種：貝殼狀斷口 呈圓形的光滑曲面，面上常出現(xiàn)不規(guī)則的 同心條紋，形似貝殼狀。如石英和玻璃質(zhì)體鋸齒狀斷口 呈尖銳的鋸齒狀。 延展性很強(qiáng)的礦物具有此種斷口，如自然銅參差狀斷口 參差不齊、粗糙不平。 大多數(shù)礦物具有此種斷口。如磷灰石；土狀斷口 土狀礦物顯此斷口，如高嶺石礦物的斷口礦物受外力作用，在任意方向破裂所形成的凹凸不平的斷面 斷口在晶體或非晶體礦物上均可發(fā)生 斷口可用來(lái)作為鑒定礦物的一種輔助特征礦物的裂理定義：礦物在外力作用下沿一定結(jié)晶方向裂開(kāi)的性質(zhì) 沿某一種面網(wǎng)存在有他種成分的細(xì)微包裹體，或者是固 溶體離溶物產(chǎn)生的原因 沿著雙晶接合面特別是聚片雙晶的接合面

35、發(fā)生礦物解理與裂理的區(qū)別解理晶質(zhì)礦物的固有特性，同種礦物具有相同解理裂理礦物的非固有特性，同種礦物并非都具有裂理， 但若產(chǎn)生裂理，必在相同的方向上 2、 礦物的硬度小于指甲（5.5)簡(jiǎn)單硬度計(jì) 影響礦物硬度大小的因素定義：硬度是指礦物抵抗外來(lái)刻劃、壓入或研磨 等機(jī)械作用的能力分類：絕對(duì)硬度計(jì)摩氏硬度計(jì)（刻劃硬度）滑石 石膏 方解石 螢石 磷灰石 正長(zhǎng)石 石英 黃玉 剛玉 金剛石化學(xué)鍵 原子半徑與電價(jià) 緊密堆積程度三、 礦物的密度和相對(duì)密度礦物的密度：是指礦物單位體積的質(zhì)量，單位g/cm3相對(duì)密度：礦物在空氣中的重量與4時(shí)同體積水的 質(zhì)量之比密度的分級(jí)： 輕級(jí) 相對(duì)密度小于2.5 中級(jí) 相對(duì)密度

36、由2.5-4 重級(jí) 相對(duì)密度大于4影響礦物相對(duì)密度的因素化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)元素原子量大小 離子電價(jià)與半徑 最緊密堆積程度第九章 礦物的化學(xué)成分一、地殼的化學(xué)成分豐度：各種元素在地殼中的平均含量質(zhì)量克拉克值：地殼中化學(xué)元素平均含量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)稱為克拉克值或質(zhì)量克拉克值。原子克拉克值：各種元素的原子在地殼中所有元素的總原子數(shù)中所占百分?jǐn)?shù)。二、元素的離子類型1.惰性氣體型離子2. 銅型離子3. 過(guò)渡型離子三、 礦物的化學(xué)成分類型mineral chemistry component type化學(xué)組成特點(diǎn)單質(zhì)化合物簡(jiǎn)單化合物由一種陽(yáng)離子和一種陰離子組成復(fù)化合物由兩種以上的陽(yáng)離子和同種陰離子或絡(luò)陰離子組

37、成單鹽化合物由一種陽(yáng)離子和一種絡(luò)陰離子（酸根）組成由一種元素的原子組成的礦物四、膠體礦物及其特征 colloid mineral and its characters膠體細(xì)分散系非晶質(zhì)無(wú)規(guī)則幾何外形可變性和復(fù)雜性極大比表面積帶電荷選擇性吸附膠體的特點(diǎn)膠體礦物的特點(diǎn)膠體膠體礦物形成 海濱地帶和巖石風(fēng)化殼中 膠體及膠體礦物的特點(diǎn)礦物/巖石風(fēng)化膠體溶液凝聚蒸發(fā)/中和膠體礦物五、水在礦物中的存在形式existence form of aquifer in mineral根據(jù)水是否參加礦物晶格而把水分為三類不參加礦物晶格的水：吸附水參加礦物晶格的水：結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水過(guò)渡類型的水：層間水和沸石水中性水，不帶

38、電荷，不進(jìn)入礦物晶體結(jié)構(gòu)，存在于礦物的表面、裂隙中，失水溫度很低（0-110之間）。含量不固定，隨環(huán)境溫度和濕度而變，不計(jì)入化學(xué)式(膠體水除外) 。吸附水的存在不影響礦物的結(jié)構(gòu)。 吸附水 以中性水分子的形式存在于晶體結(jié)構(gòu)中，有固定的位置和配位數(shù)，有固定的含量，失水溫度高(110-230)，失水后不再獲得，并影響礦物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。 結(jié)晶水多出現(xiàn)于具有大半徑絡(luò)陰離子的含氧鹽礦物中，有一個(gè)或幾個(gè)固定的脫水溫度。Cu(H2O)5SO4 Cu(H2O)3SO4 Cu(H2O)SO4 CuSO4 膽礬(三斜) 三水膽礬(單斜) 潑水膽礬(單斜) 銅錠石（斜方）30C100C400C結(jié)晶水結(jié)構(gòu)水 以H+,

39、H3O+, (OH)-形式存在于晶體結(jié)構(gòu)中。有固定的位置和確定的含量比 ，失水溫度高(500,600-1200)，失水后，很難重新得到。失水后，離子發(fā)生重新排列，變?yōu)榱硪环N礦物。礦物中結(jié)構(gòu)水的作用：（1）平衡晶體中多余的電荷（2）充填結(jié)構(gòu)空隙 高嶺石 Al4Si4O10(OH)8 層間水和沸石水 以中性水分子的形式存在于層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)單元層之間（層間水）或架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽沸石族礦物結(jié)構(gòu)的孔隙和空洞中（沸石水）。參與晶格但含量與吸附陽(yáng)離子的種類以及環(huán)境的溫度和濕度有關(guān)，介于結(jié)晶水和吸附水之間。 有一定的配位數(shù)，失水后，礦物結(jié)構(gòu)基本不變，只是礦物的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生一些變化，失水溫度低，失水后可以重新

40、獲得。 礦物中水的存在形式(一) 礦物化學(xué)式的表示方法 1. 實(shí)驗(yàn)式 (experimental formula) 如: 白云母K2O3Al2O36SiO22H2O不反映礦物中各組分的相互關(guān)系，只表示組分種類和數(shù)量比表示有什么。2. 結(jié)構(gòu)式(structural formula)晶體化學(xué)式 如: 白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2可以表示：種類數(shù)量比晶格中相互關(guān)系存在形式。六、礦物的化學(xué)式（二）晶體化學(xué)式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則 (1) 陽(yáng)離子在前；陰離子或絡(luò)陰離子在后，并且用方括號(hào)或者大括號(hào)括起來(lái)。 如：石英SiO2、方解石CaCO3、 白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2(2) 對(duì)復(fù)

41、化合物，陽(yáng)離子按堿性由強(qiáng)至弱、價(jià)態(tài)從低到高的順序排列。 如：白云石CaMgCO32、磁鐵礦FeFe2O4(3) 附加陰離子通常寫(xiě)在陰離子或絡(luò)陰離子之后。 如：白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2、 氟磷灰石Ca5PO43F（二）晶體化學(xué)式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則(4) 水分子寫(xiě)在化學(xué)式的最末尾，并用圓點(diǎn)將其與其他組分隔開(kāi)。 如石膏CaSO42H2O、蛋白石SiO2nH2O (5) 類質(zhì)同像替代的離子，用圓括號(hào)括起來(lái)，并按含量由多到少的順序排列，中間逗號(hào)隔開(kāi)。 如鐵閃鋅礦(Zn,Fe)S、黃玉Al2SiO4(F,OH)2（三）晶體化學(xué)式的計(jì)算實(shí)驗(yàn)式 首先用單礦物化學(xué)全分析所得的各組分重量百分?jǐn)?shù)除以各相應(yīng)組分的原子量（或分子量）將所得商數(shù)化為簡(jiǎn)單整數(shù)比，最后用這些整數(shù)標(biāo)