晶體的規(guī)則連生結(jié)構(gòu)化學(xué)

晶體的規(guī)則連生結(jié)構(gòu)化學(xué)第1頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五本章概要平行連生的概念雙晶概念與雙晶要素；雙晶類型；若干常見礦物的雙晶率浮生與交生的概念第七章、晶體的規(guī)則連生第2頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第七章、晶體的規(guī)則連生一、平行連生parallelgrouping

結(jié)晶取向完全一致的兩個或兩個以上的同種晶體連生在一起，具平行連生關(guān)系的晶體稱平行連晶。

平行連晶外形上表現(xiàn)為各晶體的所有幾何要素相互平行，其連生部位出現(xiàn)凹入角但內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈連續(xù)貫通的格子構(gòu)造。因此，從結(jié)構(gòu)特點上來看，平行連晶與單晶沒有什么區(qū)別。連生著的每一個晶體的相對應(yīng)的晶面和晶棱都平行。

例：第3頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五二、雙晶twins

1.概念：

兩個以上的同種晶體按一定的對稱規(guī)律形成的規(guī)則連生，相鄰兩個個體的相對應(yīng)的面、棱角并非完全平行，但它們可借助對稱操作（反伸、旋轉(zhuǎn)、反映）使兩個個體重合、平行或連成一個完整單晶體。第4頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五2.雙晶要素twinelements（1）雙晶面twinningplane

假想平面，雙晶相鄰兩個體重復(fù)或平行（2）雙晶軸twinningaxis

假想直線，雙晶中的一個個體不動，另一個體繞直線旋轉(zhuǎn)（常180度），兩個體重復(fù)、平行或連成一個完整晶體。（3）雙晶中心twinningcenter

例

尖晶石：雙晶面∥(111)，雙晶軸⊥(111)文石第5頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五3接合面compositionsurface

雙晶相鄰兩個個體中接觸的面是屬于兩個個體的共同面網(wǎng)。

例

尖晶石接合面∥(111)金剛石第6頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五4.雙晶律twinlaw

——

雙晶結(jié)合的規(guī)律。雙晶律表示方法：（1）雙晶要素+接合面（雙晶要素不用雙晶中心）例尖晶石：雙晶面∥(111)，雙晶軸⊥(111)，接合面∥(111)（2）其他命名方法

特征礦物命名：

尖晶石律雙晶律發(fā)現(xiàn)地點命名：正長石的卡斯巴律雙晶（捷克斯洛伐克地名）礦物形態(tài)命名：十字石十字雙晶；石膏燕尾雙晶；金紅石膝狀雙晶第7頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五5.雙晶類型（1）接觸雙晶

簡單接觸雙晶尖晶石

聚片雙晶鈉長石

環(huán)狀雙晶錫石（2）穿插雙晶（貫穿雙晶）

螢石鉀長石卡式雙晶方解石金綠寶石

第8頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五6雙晶的識別凹入角（單晶體均為凸多面體）雙晶紋（一組平行線）和雙晶縫合線（一條直線或折線）第9頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五蝕象（風(fēng)化刻蝕）

雙晶中單體的取向不一致，因而在相鄰單體中蝕象的取向也不一致。例：石英柱面上縫合線兩側(cè)的蝕象假對稱任何晶體都有其固有的對稱性，而雙晶不符合其固有的對稱特點。例：黃鐵礦十字貫穿雙晶外形呈立方體，對稱表現(xiàn)為m3m，而黃鐵礦固有的對稱為m3雙晶縫合線第10頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五7雙晶的成因（1）在雙晶位取向的晶核基礎(chǔ)上生長生長雙晶（2）同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變雙晶（3）機(jī)械外力作用機(jī)械雙晶第11頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五8研究意義鑒定礦物構(gòu)造地質(zhì)意義寶玉石晶體材料第12頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)浮生和交生1、浮生一種晶體以一定的面網(wǎng)和確定的取向關(guān)系附著生長于另一種晶體表面，或者同種晶體以不同單形相似面網(wǎng)的晶面浮生在一起的規(guī)則連生。2、交生兩種不同的晶體彼此以一定的取向關(guān)系交互結(jié)晶生長，形成交叉連生體的現(xiàn)象。例：文象結(jié)構(gòu)：石英嵌生于粗粒鉀長石中第13頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五重點平行連生的概念雙晶概念與雙晶要素；雙晶類型；若干常見礦物的雙晶率兩個以上的同種晶體按一定的對稱規(guī)律形成的規(guī)則連生，相鄰兩個個體的相對應(yīng)的面、棱角并非完全平行，但它們可借助對稱操作（反伸、旋轉(zhuǎn)、反映）使兩個個體重合、平行或連成一個完整單晶體。雙晶面＋雙晶軸＋雙晶中心；接觸雙晶、穿插雙晶浮生與交生的概念第14頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五本章結(jié)束

第八章第15頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第八章、晶體結(jié)構(gòu)本章概要1、空間格子的劃分原則；各晶系空間格子的特征（晶胞參數(shù)）

4種基本格子類型和14種布拉維格子2、晶體結(jié)構(gòu)對稱與外部對稱的聯(lián)系與區(qū)別

晶體結(jié)構(gòu)特有的對稱要素和對稱操作3、空間群與等效點系的概念；空間群國際符號的書寫規(guī)律。4、晶體結(jié)構(gòu)類型與典型結(jié)構(gòu)分析5、晶體中的缺陷類型第16頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五一、十四種空間格子

空間格子的劃分（1）劃分原則反映固有的對稱性在上述前提下，棱與棱之間的直角關(guān)系力求最多在以上二條件的基礎(chǔ)上，體積力求最小第17頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五2.各晶系平行六面體的形狀晶族晶系格子類型晶體常數(shù)高級等軸立方格子

a=b=c,α=β=γ=90°中級四方四方格子

a=b≠c,α=β=γ=90°三方菱面體格子

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°低級斜方斜方格子

a≠b≠cα=β=γ=90°單斜單斜格子

a≠b≠c,α=γ=90°

β＞90°三斜三斜格子

a≠b≠c,α≠β≠γ≠90°第18頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第19頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五（1）4種基本格子類型結(jié)點（相當(dāng)點）分布：原始格子（P）：結(jié)點8個角頂上底心格子：角頂及某一對稱面的中心。

C心格子（C）：結(jié)點分布（001）一對面的中心。

A心格子（A）：結(jié)點分布（100）一對面的中心。

B心格子（B）：結(jié)點分布（010）一對面的中心。體心格子（I）：結(jié)點分布角頂和體中心。面心格子（F）：結(jié)點分布角頂和三對面的中心。2十四種布拉維格子PFIBAC第20頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)點（相當(dāng)點）分布類型：

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

A心格子（A）—角頂和（100）面中心，a軸

B心格子（B）—角頂和（010）面中心，b軸

C心格子(C)—角頂和（001）面中心，c軸

3）體心格子（I）

body-centered4）面心格子（F）

facecentered第21頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五十四種布拉維格子原始格子(P)底心格子(C)體心格子(I)面心格子(F)三斜晶系PC=PI=PF=P單斜晶系PCI=CF=C斜方晶系PCIF四方晶系PC=PIF=I三方晶系P與本晶系不符I=RF=R六方晶系P不符合六方對稱與空間格子條件不符與空間格子條件不符等軸晶系P與本晶系對稱不符IF第22頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五十四種布拉維格子原始格子(P)底心格子(C)體心格子(I)面心格子(F)三斜晶系PC=PI=PF=P單斜晶系PCI=CF=C斜方晶系PCIF四方晶系PC=PIF=I三方晶系P與本晶系不符I=RF=R六方晶系P不符合六方對稱與空間格子條件不符與空間格子條件不符等軸晶系P與本晶系對稱不符IF第23頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四方底心格子轉(zhuǎn)化為原始格子等軸底心格子轉(zhuǎn)化為體心格子第24頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第二節(jié)晶體結(jié)構(gòu)的對稱性晶體外部對稱與結(jié)構(gòu)對稱之間既有聯(lián)系又有區(qū)別晶體外部對稱性有限單形聚形晶體內(nèi)部格子構(gòu)造對稱性無限第25頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五特點由于晶體的內(nèi)部對稱具有微觀無限圖形的對稱特點，因此，在晶體結(jié)構(gòu)中平行于任何一個對稱要素都有無窮多的對稱要素。同時，在晶體結(jié)構(gòu)上還出現(xiàn)了一種在晶體外形上不可能有的對稱操作——平移操作。一、晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對稱要素外形上那些可能出現(xiàn)的對稱要素＋特有的對稱要素第26頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五一、晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的對稱要素1.平移軸：移動重復(fù)

平移重復(fù)——無意義2.螺旋軸（screwaxis）：nsn軸次（與對稱形國際符號中對稱軸相同）

n：1、2、3、4、6S:

旋轉(zhuǎn)后向上移動的距離，<n的自然數(shù)—難點。第27頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五螺旋軸：標(biāo)準(zhǔn)右旋2131

3241

42

43

61

62

63

64

65左旋31=

32左旋41=

43第28頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五3.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為軸向滑移，滑移矢量分別為a/2、b/2、c/2n為對角線滑移，滑距為(a+b)/2、(b+c)/2、(c+a)/2、(a+b+c)/2n為金剛石型滑移，滑距為(a+b)/4、(b+c)/4、(c+a)/4、(a+b+c)/4第29頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五二、空間群復(fù)習(xí)：布拉維格子類型：P、I、C、F晶體內(nèi)部對稱要素：21426431abcnd對稱型的國際符號：mmm4/mmmm3m第30頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五二、空間群1.概念:晶體內(nèi)部所有對稱要素的組合。

空間群的國際符號：如P21/mFmmmIbam2.空間群的國際符號構(gòu)成：

格子類型+類似對稱型的國際符號（簡單+平移）例：4（L4）——空間群的國際符號分別為P4、41、

P42、

P43、

P44國際符號能直觀的表示出空間格子的類型和對稱要素組合第31頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五三等效點系（了解）晶體結(jié)構(gòu)中由一原始點經(jīng)空間群中所有對稱要素的作用所推導(dǎo)出來的規(guī)則點系。這些點所分布的空間位置稱為等效位置。描述等效點系時需說明重復(fù)點數(shù)（魏科夫符號）、點位置上的對稱性和點的坐標(biāo)等內(nèi)容。第32頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)晶體結(jié)構(gòu)類型與典型結(jié)構(gòu)1晶體結(jié)構(gòu)類型依據(jù)：常根據(jù)最強(qiáng)化學(xué)鍵在結(jié)構(gòu)空間的分布和原子或配位多面體聯(lián)結(jié)的形式，將晶體結(jié)構(gòu)劃分為如下幾種類型1）島狀（island）結(jié)構(gòu)中存在原子團(tuán)，團(tuán)內(nèi)的鍵強(qiáng)遠(yuǎn)大于團(tuán)外鍵強(qiáng)，如橄欖石（Mg,Fe）2SiO42）環(huán)狀（cycle）結(jié)構(gòu)中的配位多面體為封閉的環(huán)，按環(huán)節(jié)的數(shù)目可以有三環(huán)、四環(huán)、六環(huán)等多種，環(huán)還可以重疊起來形成雙環(huán)，如六方雙環(huán)等。如綠柱石3）鏈狀（chain）最強(qiáng)的鍵趨向于單向分布，原子或配位多面體聯(lián)結(jié)成鏈狀，鏈間以弱鍵或數(shù)量較少的強(qiáng)鍵相聯(lián)結(jié)。如輝石第33頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五4）層狀（sheet）最強(qiáng)的鍵沿兩度空間分布，原子或配位多面體聯(lián)結(jié)成平面網(wǎng)層，層間以分子鍵或其他弱鍵相聯(lián)結(jié)，如石墨（C）5）架狀（framwork）最強(qiáng)鍵在三度空間均分布，但配位多面體以共角頂聯(lián)結(jié)，同一角頂聯(lián)結(jié)的配位多面體不超過兩個，因而結(jié)構(gòu)開闊，如長石6）配位型（coordinate）晶格中只有一種化學(xué)健存在，它可以是離子鍵、共價鍵或金屬鍵，鍵在三度空間均勻分布。如金剛石（C）7）分子型（molecular）晶體中的結(jié)構(gòu)單位為中性分子，分子內(nèi)部通常以較強(qiáng)的共價鍵聯(lián)結(jié)，分子間以微弱的分子鍵即范德華力相聯(lián)結(jié)，如自然硫（S）第34頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)構(gòu)型常以某一種晶體為代表而命名，這些作為代表的晶體結(jié)構(gòu)

如石鹽（NaCl）、方鉛礦（PbS）、方鎂石（MgO）都具有NaCl型結(jié)構(gòu)。另外，一些在幾何特征上與典型結(jié)構(gòu)近似的晶體結(jié)構(gòu)稍加補(bǔ)充說明后，也可借典型結(jié)構(gòu)來描述，成為某典型結(jié)構(gòu)的“衍生結(jié)構(gòu)”。如黃鐵礦（FeS2）每兩個S與1個Fe相間排列，與石鹽中Na和Cl的排布近似，其結(jié)構(gòu)便可視為NaCl的衍生結(jié)構(gòu)。2典型結(jié)構(gòu)第35頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五3、晶格缺陷是一種在晶體結(jié)構(gòu)中的局部范圍內(nèi)，質(zhì)點排列偏離了格子構(gòu)造規(guī)律的現(xiàn)象。點缺陷-pointdefect線缺陷-linedefect面缺陷-facedefect體缺陷——細(xì)微包裹體晶格缺陷主要指前三種第36頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五1、點缺陷發(fā)生在一個或若干個質(zhì)點范圍內(nèi)所形成的晶格缺陷。（1）空位晶格中應(yīng)有質(zhì)點占據(jù)的位置因卻是指點而造成空位。第37頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五（2）填隙晶體結(jié)構(gòu)中正常排列的質(zhì)點之間，存在多余的質(zhì)點填充晶格空隙的現(xiàn)象。（3）替位雜質(zhì)成分的質(zhì)點代替了晶體本身固有成分的質(zhì)點，并占據(jù)了被替代質(zhì)點的位置。第38頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五2、線缺陷在晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中沿某條線（行列）方向上的周圍局部范圍內(nèi)所產(chǎn)生的晶格缺陷。它的表現(xiàn)形式主要是位錯3、面缺陷在二位空間的缺陷稱面缺陷。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。平移表面、堆垛層錯、界面（晶界）、相界面第39頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五總結(jié)1、空間格子的劃分原則；各晶系空間格子的特征（晶胞參數(shù)）

4種基本格子和14種布拉維格子2、晶體結(jié)構(gòu)對稱與內(nèi)部對稱的聯(lián)系與區(qū)別晶體結(jié)構(gòu)特有的對稱要素和對稱操作3、空間群與等效點系概念；空間群國際符號的書寫規(guī)律4、晶體結(jié)構(gòu)類型與典型結(jié)構(gòu)分析5、晶體中的缺陷類型第40頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五本章結(jié)束

第九章第41頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第九章晶體化學(xué)

crystalchemistry前面晶體外部對稱特點：

對稱型→晶體對稱分類（晶族晶系）→定向（三軸、四軸）、晶體常數(shù)（軸率、軸角）→晶面符號→單形（單形符號）→聚形晶面及對稱要素投影—工具多個晶體有規(guī)律生長—雙晶晶體內(nèi)部對稱特點：對稱軸、平移軸、螺旋軸、對稱面、滑移面—幾何點

空間群國際符號——對稱型國際符號基礎(chǔ)上晶體的化學(xué)組成＋結(jié)構(gòu)→決定晶體性質(zhì)，晶體化學(xué)

成分相同，結(jié)構(gòu)不同如C,

結(jié)構(gòu)相同成分不同如NaCl和PbS第42頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五本章概要1、等大球的最緊密堆積類型；等大球緊密堆積形成的空隙類型及其數(shù)目。2、配位數(shù)和配位多面體的概念及其關(guān)系；影響配位數(shù)的內(nèi)因和外因。3、離子晶格、原子晶格、金屬晶格、分子晶格和氫鍵型晶格的晶體具有的物性特點。4、類質(zhì)同象的概念、類型、條件和研究意義。5、同質(zhì)多象、多型、有序度的概念及研究意義。第43頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第一節(jié)晶體結(jié)構(gòu)的緊密堆積原理一、緊密堆積原理

按照晶體的最小內(nèi)能性和穩(wěn)定性，晶體結(jié)構(gòu)中的質(zhì)點存在盡可能相互靠近以占有最小空間的趨勢。考慮到部分晶體（如以金屬鍵或離子鍵為主的晶體）中質(zhì)點間的聯(lián)系沒有方向性和飽和性，我們可將其內(nèi)部質(zhì)點（原子或離子）視為具有一定體積的球體，用球體的緊密堆積原理對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。金屬晶格常為等軸晶系如自然金、六方晶系如自然鋨—等大球體最緊密堆積

離子晶格—陰離子近似等大球體最緊密堆積，如磁鐵礦1.等大球最緊密堆積

一層球緊密堆積第44頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五A球周圍兩套空隙：B、C第二層球堆積情況：兩種選擇第45頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第三層球堆積：兩種（1）重復(fù)A：ABAB

六方最緊密堆積（hexagonalclosestpacking）:

兩層一重復(fù)ABAB……六方格子相當(dāng)點第46頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五（2）立方最緊密堆積（cubicclosestpacking）:

三層一重復(fù)ABCABC……立方面心格子相當(dāng)點第47頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五2.空隙類型和空隙數(shù)

（1）四面體空隙（2）八面體空隙（3）空隙數(shù)

N個等大球體最緊密堆積時，一個球體周圍有6個八面體空隙、8個四面體空隙。組成八面體空隙需6個球、四面體空隙需4個球。

1個球的八面體空隙：6×1/6=1

四面體空隙:8×1/4=2

N個等大球體最緊密堆積時，有

N個八面體空隙、2N個四面體空隙第48頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五二配位數(shù)和配位多面體配位數(shù)（C.N.coordinationnumber）：

原子或離子周圍與之最為臨近的原子或異號離子的數(shù)目配位多面體(coordinationpolyhedron)：

呈配位關(guān)系的原子或異號離子的中心聯(lián)線形成的幾何多面體。第49頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五陽離子配位數(shù)與陽、陰離子半徑比值rc/ra的關(guān)系離子半徑比值配位數(shù)配位多面體0.000-0.1552啞鈴狀0.155-0.2553三角形0.255-0.4144四面體0.414-0.7326八面體0.732-18立方體112立方八面體（cation,anion）第50頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五配位數(shù)為6時計算rc/ra的圖解第51頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五三、化學(xué)鍵和晶格類型1.離子晶格離子鍵，無方向飽和性，透明，硬度較大，NaCl2.原子晶格共價鍵,方向性，不最緊密堆積，硬度大，金剛石3.金屬晶格金屬鍵，自然金4.分子晶格范德華力，熱膨脹率大，自然硫5.氫鍵晶格氫原子，礦物中無，礦物中含有氫鍵，如氫氧化物，含水化合物，層狀硅酸鹽

實際礦物晶體結(jié)構(gòu)中：存在單純的一種鍵力如金剛石；更多的是多種鍵力的存在如含氧鹽，團(tuán)內(nèi)以共價鍵為主，團(tuán)外離子鍵；許多晶體中過渡型鍵如Al2O3，以共價鍵為主。第52頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五四、典型結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)類型NaCl型：

NaCl型結(jié)構(gòu)：方鉛礦方解石結(jié)構(gòu)：NaCl結(jié)構(gòu)沿L3壓→方解石結(jié)構(gòu)ZnS型：

黃銅礦結(jié)構(gòu)：是ZnS結(jié)構(gòu)的衍生第53頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五五、類質(zhì)同象Isomorphism

剛玉：Cr紅寶石，Ti藍(lán)寶石金剛石：N順磁性，B半導(dǎo)體性黃鐵礦：N型導(dǎo)電（Co,Ni），P型導(dǎo)電(As,Sb)Fe金屬：立方面心格子，六方格子，Co、Ni出現(xiàn)磁性

1.概念：晶體形成時，其結(jié)構(gòu)中本應(yīng)全部由某種原子或離子占有的等效位置，部分地被它種類似的質(zhì)點所代替，晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化而結(jié)構(gòu)形式不變的現(xiàn)象。

類似質(zhì)點替代-->結(jié)構(gòu)形式不變，晶體常數(shù)變化不大。

例：Mg[Co3]---Fe[Co3],Mg,Fe任意比例，類質(zhì)同象混晶

Mg2[sio4]---Fe2[sio4],Mg,Fe任意比例

ZnS類質(zhì)同象

FeZn<27%第54頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五第55頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五類質(zhì)同象與固溶體solidsolution：固溶體：在固態(tài)條件下，一種組分溶于另一種組分而形成的均勻的固體。固溶體：1.替代固溶體—類質(zhì)同象混晶

2.填隙固溶體（侵入固溶體）類質(zhì)同象是固溶體的一種類型第56頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五類質(zhì)同象的表示：

（，）含量多前少后，如(Mg,Fe)2[sio4]類質(zhì)同象？CaMg[CO3]2，Ca:Mg=1:1第57頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五2.類質(zhì)同象類型1）替代含量：完全類質(zhì)同象系列completeisomorphism

不完全類質(zhì)同象系列incompleteisomorphism2）電價：等價isovalentisomorphism

異價heterovalentisomorphism第58頁，共64頁，2023年，2月20日，星期五3.決定和影響類質(zhì)同象的因素1）原子和離子半徑（r1—大，r2—?。?/p>

（r1–r2）/

r2:小于15%易形成完全類質(zhì)同象（r1–