結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)

結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)crystallographyandmineralogy課程簡(jiǎn)介結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)是地球科學(xué)主干課程、專業(yè)基礎(chǔ)課課程研究對(duì)象：晶體和礦物結(jié)晶學(xué)：以晶體為研究對(duì)象，主要研究晶體的對(duì)稱規(guī)律。研究的是晶體的共同規(guī)律，不涉及到具體的晶體種類。特點(diǎn)：空間性、抽象性、邏輯性、理性、共性與后續(xù)礦物學(xué)形成明顯的對(duì)比礦物學(xué)：以礦物晶體為研究對(duì)象，主要研究各具體礦物晶體的成分、物理性質(zhì)、成因特點(diǎn)等。特點(diǎn)：經(jīng)驗(yàn)性、具體性、歸納分類性、感性、個(gè)性晶體和礦物與我們?nèi)粘Ｉ钜灿忻芮新?lián)系：衣—防火衣食—中藥礦物藥朱砂硫磺蒙脫石寶玉石1/16/20241/16/2024課程目的要求通過(guò)學(xué)習(xí)，要求對(duì)礦物晶體有系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)和了解，掌握礦物內(nèi)外屬性、形成作用及其在人類生產(chǎn)生活中的用途，為進(jìn)一步學(xué)習(xí)后續(xù)專業(yè)課程奠定基礎(chǔ)?？疾榕c考核相結(jié)合，嚴(yán)格評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，公平合理。1/16/2024第一篇結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)（50%學(xué)時(shí)）

（研究對(duì)象——晶體）第一章晶體與晶體的基本性質(zhì)第二章晶體生長(zhǎng)模型與面角恒等定律第三章晶體的測(cè)量與投影第四章晶體的外部對(duì)稱第五章晶體定向與晶體符號(hào)第六章單形與聚形第七章晶體的規(guī)則連生第八章晶體結(jié)構(gòu)第九章晶體化學(xué)1/16/2024第二篇礦物學(xué)（50%學(xué)時(shí)）

（研究對(duì)象——礦物(天然產(chǎn)出的晶體)）第十章礦物與礦物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)第十一章礦物的形態(tài)第十二章礦物的物理性質(zhì)第十三章礦物的化學(xué)成分第十四章礦物的命名與分類第十五章自然元素礦物大類第十六章金屬互化物礦物大類第十七章硫化物及其類似化合物礦物大類第十八章氧化物和氫氧化物礦物大類第十九章含氧鹽礦物大類（一）第二十章含氧鹽礦物大類（二）第二十一章鹵化物礦物大類1/16/2024第一篇結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)

結(jié)晶學(xué)（晶體學(xué)）發(fā)展歷史及分支學(xué)科簡(jiǎn)介結(jié)晶學(xué)始于17世紀(jì)中葉人類的礦業(yè)活動(dòng)，與天文學(xué)一起成為人類認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界發(fā)展最早的兩門(mén)自然科學(xué)。17～18世紀(jì)：以研究晶體形態(tài)為主，也初步推測(cè)研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的幾何規(guī)律；19世紀(jì)末～20世紀(jì)初：X－射線的發(fā)現(xiàn)及其對(duì)晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)量，進(jìn)入晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)研究階段；20世紀(jì)70年代以來(lái)：透射電鏡研究晶體內(nèi)部超微結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)；20世紀(jì)80年代，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)晶體，開(kāi)辟了晶體對(duì)稱理論新領(lǐng)域。1/16/2024分支學(xué)科：幾何結(jié)晶學(xué)－研究晶體宏觀形態(tài)幾何規(guī)律，主要是對(duì)稱規(guī)律。晶體結(jié)構(gòu)學(xué)－研究晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)幾何規(guī)律及缺陷。晶體化學(xué)－研究晶體成分與結(jié)構(gòu)的關(guān)系。晶體生長(zhǎng)學(xué)－研究晶體生長(zhǎng)機(jī)理及其影響因素。晶體物理學(xué)－研究晶體物理性質(zhì)及其產(chǎn)生機(jī)理。以晶體形態(tài)對(duì)稱規(guī)律及晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)稱規(guī)律為主，簡(jiǎn)介晶體化學(xué)與晶體生長(zhǎng)。1/16/2024第一章晶體與晶體的基本性質(zhì)

crystalandtheultimatepropertiesofcrystal本章概要1.晶體、非晶體2.空間格子——抽象，難點(diǎn)3.晶體6個(gè)基本性質(zhì)1/16/2024一、晶體的基本概念1.晶體的定義：

人類最早把具有天然規(guī)則幾何多面體形態(tài)的固體叫晶體。

現(xiàn)代對(duì)晶體的定義是：晶體（crystal)是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在三維空間周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。這種質(zhì)點(diǎn)在三維空間周期性地重復(fù)排列也稱格子構(gòu)造，所以晶體是具有格子構(gòu)造的固體。1/16/2024石鹽的晶體結(jié)構(gòu)1/16/20242.不具格子構(gòu)造的物質(zhì)稱為非晶體或非晶態(tài)3.晶體與非晶體在一定條件下可以互相轉(zhuǎn)化

非晶態(tài)晶態(tài)(晶化，自發(fā)進(jìn)行)晶態(tài)非晶態(tài)(非晶化，需要外能)晶體具有格子構(gòu)造既有近程規(guī)律也有遠(yuǎn)程規(guī)律非晶體不具格子構(gòu)造只有近程規(guī)律（無(wú)定形體）1/16/2024

所以,晶體比非晶體穩(wěn)定。自然界的固體物質(zhì)中，絕大多數(shù)是晶體。4.準(zhǔn)晶體（quasicrystal)：

一種新的物態(tài)，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列具有遠(yuǎn)程規(guī)律，但沒(méi)有平移周期，即不具格子構(gòu)造。這種物態(tài)是介于晶體與非晶體之間的一種狀態(tài)。1/16/2024二、空間格子1.概念：空間格子就是表示晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)中質(zhì)點(diǎn)周期性重復(fù)排列規(guī)律的幾何圖形。

◆空間格子的導(dǎo)出：（a）晶體平面結(jié)構(gòu)圖（b）相當(dāng)點(diǎn)(空間點(diǎn)陣)（c）空間格子相當(dāng)點(diǎn)：是指質(zhì)點(diǎn)種類相同，周?chē)h(huán)境（分布種類相同和取向相同的其他質(zhì)點(diǎn)）也一樣的幾何點(diǎn)。1/16/2024

首先在晶體結(jié)構(gòu)中找出相當(dāng)點(diǎn)，再將相當(dāng)點(diǎn)按照一定的規(guī)律連接起來(lái)就形成了空間格子。

相當(dāng)點(diǎn)（兩個(gè)條件：1、性質(zhì)相同，2、周?chē)h(huán)境相同。）1/16/2024空間格子與具體的晶體結(jié)構(gòu)是什么關(guān)系？可以認(rèn)為具體的晶體結(jié)構(gòu)是多套空間格子組成的，見(jiàn)圖。具體的晶體結(jié)構(gòu)是多種原子、離子組成的，使得其重復(fù)規(guī)律不容易看出來(lái)，而空間格子就是使其重復(fù)規(guī)律突出表現(xiàn)出來(lái)?？臻g格子僅僅是一個(gè)體現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)中的周期重復(fù)規(guī)律的幾何圖形，比具體晶體結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)單的多。1/16/20242.空間格子的要素：（1）結(jié)點(diǎn)：是空間格子中的點(diǎn)，它們代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)。在實(shí)際晶體中,結(jié)點(diǎn)的位置一定由同種質(zhì)點(diǎn)所占據(jù)。在空間格子中，它們只有幾何意義，為幾何點(diǎn)。1/16/2024（2）行列：結(jié)點(diǎn)在直線上的排列構(gòu)成行列?？臻g格子中任意兩個(gè)結(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)起來(lái)就是一條行列的方向。在同一行列中結(jié)點(diǎn)間距是相等的，在平行的行列上結(jié)點(diǎn)間距也是相等的；不同方向的行列，其結(jié)點(diǎn)間距一般是不等的?？臻g格子中的行列1/16/2024（3）面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng)?？臻g格子中不在同一行列上的任意三個(gè)結(jié)點(diǎn)就可以聯(lián)結(jié)成一個(gè)面網(wǎng)，即任意兩個(gè)相交的行列就可以決定一個(gè)面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)密度稱為面網(wǎng)密度。相互平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度相同，面網(wǎng)間距（兩相鄰面網(wǎng)間的垂直距）也必定相等；互不平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度及面網(wǎng)間距一般不同。

空間格子中的面網(wǎng)1/16/2024面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距之間關(guān)系的示意圖βββ123β4結(jié)論：面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)其面網(wǎng)間距也大，反之，密度小，間距也小。1/16/2024（4）平行六面體：是空間格子中所劃分出的最小重復(fù)單位。它由六個(gè)兩兩平行而且相等的面組成。實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中所劃分出的這種最小重復(fù)單位,稱為晶胞。整個(gè)晶體結(jié)構(gòu)可視為晶胞在三維空間平行地、毫無(wú)間隙地重復(fù)累疊而成。晶胞的形態(tài)和大小取決于晶胞參數(shù)（a、b、c；α、β、γ，也稱為軸長(zhǎng)和軸角）。1/16/2024平行六面體空間格子返回1/16/2024平行六面體可具有各種不同的形狀，各種形狀的平行六面體的晶胞參數(shù)怎么樣？我們以后將會(huì)看到，平行六面體的形狀一共有7種，對(duì)應(yīng)有7套晶胞參數(shù)的形式，也對(duì)應(yīng)7個(gè)晶系。1/16/2024三、晶體的基本性質(zhì)1、自限性：

是指晶體在適當(dāng)條件下，可以自發(fā)地形成幾何多面體外形的性質(zhì)。其表現(xiàn)在晶體為平的晶面所包圍,是格子構(gòu)造在外形上的直接反映。晶面(晶體表面自發(fā)形成的平面)～面網(wǎng)

晶棱(兩個(gè)晶面的交棱）～行列角頂(晶棱會(huì)聚成尖的角頂)～結(jié)點(diǎn)

晶面、晶棱、角頂與面網(wǎng)、行列、結(jié)點(diǎn)的關(guān)系示意圖1/16/2024

晶體的幾何多面體形態(tài)受格子構(gòu)造制約，它服從于一定的結(jié)晶學(xué)規(guī)律。2、均一性是指晶體上的任一部位具有和整個(gè)晶體完全相同的性質(zhì)。因?yàn)榫w是具有格子構(gòu)造的固體,在一個(gè)晶體的各個(gè)不同部位都具有完全相同的格子構(gòu)造，所以它們所表現(xiàn)出的各項(xiàng)性質(zhì)也必定完全相同——結(jié)晶均一性。1/16/2024

非晶質(zhì)體具有統(tǒng)計(jì)均一性。因?yàn)榉蔷з|(zhì)體不具有格子構(gòu)造（質(zhì)點(diǎn)排列不具遠(yuǎn)程規(guī)律），非晶質(zhì)體的各個(gè)不同部分，沒(méi)有任何兩部分的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是完全相同的，它們所以它們所表現(xiàn)出的各項(xiàng)性質(zhì)也只是在統(tǒng)計(jì)意義上才是均一的。如玻璃的不同部分折射率等也是相同的。

1/16/20243、異向性（各向異性）：

是指晶體的性質(zhì)隨方向不同而有所差異。因?yàn)橥桓褡訕?gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)排列一般是不一樣的，因此沿不同方向觀察時(shí)，晶體的各項(xiàng)性質(zhì)將表現(xiàn)出差異來(lái)。如藍(lán)晶石（二硬石）的硬度，隨方向的不同而有顯著的差別。平行晶體的延長(zhǎng)方向AA可用小刀刻動(dòng)，而垂直晶體的延長(zhǎng)方向BB小刀不能刻動(dòng)。

非晶質(zhì)體一般具各向同性，而無(wú)異向性。1/16/20244、對(duì)稱性：是指在晶體的外形上,相等的晶面、晶棱和角頂重復(fù)出現(xiàn)的性質(zhì)。晶體的格子構(gòu)造本身就是質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的體現(xiàn)。所以一切晶體都是對(duì)稱的。對(duì)稱性是晶體極其重要的性質(zhì),是晶體分類的基礎(chǔ)。1/16/20245、最小內(nèi)能：

是指在相同的熱力學(xué)條件下，晶體與同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體相比較，其內(nèi)能最小.內(nèi)能動(dòng)能（與物質(zhì)所處的熱力學(xué)條件有關(guān)，溫度越高，質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，動(dòng)能也越大，不能用來(lái)比較內(nèi)能的大小。）勢(shì)能（位能，取決于質(zhì)點(diǎn)間的距離與排列。勢(shì)能越大，內(nèi)能也越大。)1/16/2024

因?yàn)椋w是具有格子構(gòu)造的固體，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)是有規(guī)律排列的，這種規(guī)律的排列是質(zhì)點(diǎn)間的引力與斥力達(dá)到平衡的結(jié)果。所以，晶體具有最小內(nèi)能。

對(duì)比加熱曲線：

熔點(diǎn)時(shí)間

溫度晶體溫度時(shí)間非晶質(zhì)體1/16/2024晶體有固定的熔點(diǎn)，而非晶質(zhì)體沒(méi)有固定的熔點(diǎn)。6、穩(wěn)定性：

是指在相同的熱力學(xué)條件下，晶體比具有相同化學(xué)成分的非晶質(zhì)體穩(wěn)定。因?yàn)?，非晶質(zhì)體有自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的必然趨勢(shì)，而晶體決不會(huì)自發(fā)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷з|(zhì)體。

非晶質(zhì)體外界能量晶體自發(fā)地

晶體的穩(wěn)定性是晶體具有最小內(nèi)能的必然結(jié)果。晶體1/16/2024本章重點(diǎn)（3組重要的基本概念）晶體的概念