晶體形成精品課件

1、關(guān)于晶體的形成第一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月一、晶體形成的方式 形成晶體的作用，稱為結(jié)晶作用。晶體的形成過程就是由任一種物相轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶固相的過程。晶體有下列四種主要形成方式：（1）由液相結(jié)晶固相。（2）由氣相結(jié)晶固相。 例如 火山噴出硫蒸氣，在火山口附近因溫度降低而結(jié)晶出自然硫晶體； 水蒸汽遇冷凝結(jié)雪花。 可分為由溶液(過飽和)開始結(jié)晶。例如鹽湖因蒸發(fā)作用達(dá)到過飽和而結(jié)晶出石鹽、鉀鹽、石膏等晶體。 由熔體(過冷卻)開始結(jié)晶。例如鐵水冷凝成鐵晶體。第二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月（3）由非晶質(zhì)固相結(jié)晶固相。 自然界的非晶質(zhì)固相物質(zhì) 例如 火山玻璃 石英、長石的微晶（

2、晶化或脫?；?； 非晶質(zhì)膠體礦物蛋白石隱晶質(zhì)玉燧 石英晶體。（4）由一種結(jié)晶固相另一種結(jié)晶固相。 同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。如石墨(C) 金剛石(C). 再結(jié)晶。如石灰?guī)r(細(xì)粒方解石) 大理巖(粗粒方解石). 火山噴發(fā)出的熔巖流迅速冷卻，固結(jié)為非晶質(zhì)的火山玻璃。膠體溶液脫水，形成非晶質(zhì)固相物質(zhì)。如蛋白石等。高T高PT在地質(zhì)作用過程中,絕大多數(shù)礦物晶體 都是從液相中結(jié)晶形成的。第三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月二、晶核的形成(晶體的發(fā)生) 晶體的成長。 晶核(亦稱晶芽): 是晶體生長最原始的胚胎(生長點(diǎn)), 是極微小的微晶粒，是晶體成長的中心。 外來晶核，非自成的。例如人工合成水晶，就是在溶液中

3、放入一個(gè)石英晶粒(籽晶)作為晶核。 當(dāng)過冷卻或過飽和度很高時(shí),產(chǎn)生的晶核數(shù)目多; 反之則少. 晶體形成全過程包括兩個(gè)階段形成晶核的條件 自發(fā)晶核(質(zhì)點(diǎn)聚合)溶液過飽和熔體過冷卻形成晶核。第四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月三、晶體的成長 實(shí)際上是晶核形成后，質(zhì)點(diǎn)按格子構(gòu)造規(guī)律在晶核上不斷地堆積過程。 晶體生長的兩種主要理論： 1. 層生長理論: 要討論的關(guān)鍵問題是: 在一個(gè)面尚未生長完全前,在這一界面上找出最佳生長位置。晶體理想生長過程中質(zhì)點(diǎn)堆積順序的圖解123位置1-三面凹角;位置2-兩面凹角;位置3-一般位置第五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月,(h)孔第六張，PPT共

4、二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 圖表示質(zhì)點(diǎn)往晶芽上堆積時(shí)，在其表面只有三種可能的堆積位置1、2和3, 分別稱為三面凹角、兩面凹角和一般位置.每種位置上因成鍵數(shù)目不同, 新質(zhì)點(diǎn)就位后的穩(wěn)定程度亦不同。 因此，最佳生長位置是三面凹角位，其次是兩面凹角位,最不容易生長的位置是平坦面。 這樣，最理想的晶體生長方式就是:先在三面凹角上生長成一行，以至于三面凹角消失，再在兩面凹角處生長一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，以形成三面凹角，再生長一行，重復(fù)下去。 位置 最近質(zhì)點(diǎn)間的成鍵數(shù) 新質(zhì)點(diǎn)就位后的穩(wěn)定程度1-三面凹角2-兩面凹角3-一般位置3 (釋放出能量最大)2 (釋放出能量較大)1 (釋放出能量最小)最穩(wěn)定(最有利的生長位置

5、)次穩(wěn)定(次有利的生長位置)不穩(wěn)定(最不利的生長位置)第七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月層生長過程第八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 結(jié)論: 晶體在理想情況下生長時(shí), 一旦有三面凹角存在,質(zhì)點(diǎn)則優(yōu)先沿三面凹角位置生長一條行列;而當(dāng)這一條行列長滿后, 就只有兩面凹角了, 質(zhì)點(diǎn)就只能在兩面凹角處生長,這時(shí)又會(huì)產(chǎn)生三面凹角位置, 然后將重復(fù)上述過程生長相鄰行列; 在長滿一層面網(wǎng)后, 質(zhì)點(diǎn)就只能在任意的一般位置上生長,接著就會(huì)有兩面凹角產(chǎn)生, 隨后又會(huì)有三面凹角的形成 , 再開始生長第二層面網(wǎng)。晶面 (最外層面網(wǎng)) 是平行向外推移生長的。這就是晶體的 層生長理論 。第九張，PP

6、T共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 層生長理論可以解釋如下一些生長現(xiàn)象： （1）晶體的自限性 晶體常生長為面平、棱直的幾何多面體形態(tài)。 （2）晶體斷面上的環(huán)帶構(gòu)造 各個(gè)環(huán)帶代表了在晶體成長的不同階段中，由于介質(zhì)性質(zhì)或環(huán)境條件的某種變化,在晶體內(nèi)留下的當(dāng)時(shí)晶形輪廓的痕跡。它表明晶體是平行向外推移生長的。 （3）面角守恒定律 由于晶面是向外平行推移生長的，所以同種礦物不同晶體上對(duì)應(yīng)晶面間的夾角不變。 （4）生長錐或沙鐘構(gòu)造 晶體由小長大, 許多晶面向外平行移動(dòng)的軌跡形成以晶體中心為頂點(diǎn)的錐狀體。第十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月普通輝石的沙鐘構(gòu)造- 石英晶體橫斷面上煙灰色和乳白色相間的

7、環(huán)帶構(gòu)造- 石英晶體的帶狀構(gòu)造合成紅寶石的六方色帶有什么現(xiàn)象可以證明層生長理論?第十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 實(shí)際晶體生長也可能一層還沒有完全長滿，另一層又開始生長了，這叫階梯狀生長，最后可在晶面上留下生長層紋或生長階梯。 階梯狀生長是屬于層生長理論范疇的。 總之，層生長理論的中心思想是：晶體生長過程是晶面層層外推的過程。 但是，層生長理論有一個(gè)缺陷：當(dāng)將這一界面上的所有最佳生長位置都生長完后，如果晶體還要繼續(xù)生長，就必須在這一平坦面上先生長一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，由此來提供最佳生長位置。這個(gè)先生長在平坦面上的質(zhì)點(diǎn)就相當(dāng)于一個(gè)二維核，形成這

8、個(gè)二維核需要較大的過飽和度，但許多晶體在過飽和度很低的條件下也能生長，為了解決這一理論模型與實(shí)驗(yàn)的差異，弗蘭克(Frank)于1949年提出了螺旋位錯(cuò)生長機(jī)制。 第十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月2螺旋生長理論（BCF理論） 該模型認(rèn)為晶面上存在螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)可以作為晶體生長的臺(tái)階源,可以對(duì)平坦面的生長起著催化作用,這種臺(tái)階源永不消失，因此不需要形成二維核，這樣便成功地解釋了晶體在很低過飽和度下仍能生長這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。第十四張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月螺旋生長過程第十五張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月第十六張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 有什么現(xiàn)

9、象可證明螺旋生長理論？ SiC晶體表面的生長螺紋第十七張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月這兩個(gè)理論有什么聯(lián)系與區(qū)別？ 聯(lián)系：都是層層外推生長； 區(qū)別：生長新的一層的成核機(jī)理不同第十八張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月四、晶面的發(fā)育 在晶體生長過程中，不同晶面的相對(duì)生長速度不同。晶體的形態(tài)取決于晶面的相對(duì)生長速度。 所謂晶面生長速度：是指晶面在單位時(shí)間內(nèi)沿其法線方向所增長的速度。 生長速度慢，晶面擴(kuò)大，最后包圍整個(gè)晶體。 生長速度快，晶面縮小，最終消失。 晶體是被生長速度慢的晶面所包圍。 布拉維法則指出：晶體上的實(shí)際晶面平行于面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)；且面網(wǎng)密度越大，相應(yīng)晶面的重要性也越

10、大。若第十九張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 晶面的重要性可由晶面本身的大小, 在各個(gè)晶體上出現(xiàn)的頻數(shù)，以及是否平行解理面來衡量。第二十張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月闡述：右圖為一晶體格子構(gòu)造的一個(gè)切面, AB，BC, CD為三個(gè)晶面的跡線，相應(yīng)面網(wǎng)的面網(wǎng)密度是ABCDBC，面網(wǎng)密度大的晶面,面網(wǎng)間距大也,對(duì)外的質(zhì)點(diǎn)吸引力就小,質(zhì)點(diǎn)就不易生長上去， 如圖所示。當(dāng)晶體繼續(xù)生長，質(zhì)點(diǎn)將優(yōu)先堆積1位置，其次是2，最后是3位置。于是,晶面BC將優(yōu)先生長，CD次之，而AB則落在最后。晶面生長速度是：ABCDBC。ABCDabABCD213晶體構(gòu)造中面網(wǎng)密度與生長速度關(guān)系圖解 面網(wǎng)密

11、度是 ABCDBC；晶面生長速度是 ABCDBC。(b)(a)a b第二十一張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月 結(jié)論：在一個(gè)晶體上，各晶面間相對(duì)的生長速度與它們本身面網(wǎng)密度的大小成反比，即面網(wǎng)密度越大的晶面，其生長速度越慢；反之則快。 保留下來的實(shí)際晶面便將是面網(wǎng)密度大的晶面, 而且面網(wǎng)密度越大, 被保留下來的幾率也越大，晶面本身的面積相應(yīng)也大。 解釋了從小晶體成長為大晶體時(shí)晶面數(shù)目趨于減少,晶形趨于簡單的原因。 不足之處：不能解釋有時(shí)同一種礦物在不同的生長環(huán)境中形態(tài)不同。即沒有考慮外界溫度、壓力、溶液溶度、所含雜質(zhì)及晶體內(nèi)部缺陷對(duì)晶面生長速度的影響。 第二十二張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月五、決定晶體生長形態(tài)的外因(P133)溫度雜質(zhì)粘度結(jié)晶速度渦流 所有這些外因是通過內(nèi)因起作用的。第二十三張，PPT共二十六頁，創(chuàng)作于2022年6月六、面角守恒定律：實(shí)際晶體形態(tài)（歪晶）：偏離理想晶體形態(tài)。 盡管形態(tài)各不相同, 看似無規(guī)律, 但對(duì)應(yīng)的晶面面角相等, 即“面角守恒定律”。 同種礦物的晶體，其對(duì)應(yīng)晶面間角度守恒。 面角守恒定律的意義：結(jié)晶學(xué)發(fā)展的奠基石。- 石英晶體