結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)課件-1結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)-第一章-晶體及其性質(zhì)

課程名稱(chēng)結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué)

CrystallographyandMineralogy地質(zhì)工程教研室第一章晶體及結(jié)晶學(xué)第二章晶體的測(cè)量與投影（自學(xué)為主）第三章晶體的宏觀(guān)對(duì)稱(chēng)第四章晶體定向與晶體符號(hào)第五章單形與聚形第六章群論基礎(chǔ)及其在晶體對(duì)稱(chēng)理論中的應(yīng)用（自學(xué)）第七章晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的微觀(guān)對(duì)稱(chēng)(自學(xué)為主）第八章晶體生長(zhǎng)簡(jiǎn)介第九章晶體的規(guī)則連生第十章晶體化學(xué)簡(jiǎn)介第一篇結(jié)晶學(xué)

（40%學(xué)時(shí)）第十一章礦物與礦物學(xué)的發(fā)展趨勢(shì)第十二章礦物的化學(xué)成分第十三章礦物的形態(tài)第十四章礦物的物理性質(zhì)第十五章礦物的成因第十六章礦物的鑒定和研究方法簡(jiǎn)介第十七章礦物的分類(lèi)和命名第十八章礦物各論第二篇礦物學(xué)

（60%學(xué)時(shí)）結(jié)晶學(xué)：以晶體為研究對(duì)象，主要研究晶體的對(duì)稱(chēng)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(lèi)。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(lèi)性、感性、個(gè)性本課程特點(diǎn)理論部分難度大。實(shí)踐性強(qiáng),實(shí)驗(yàn)要求耐心、細(xì)心。實(shí)驗(yàn)自己動(dòng)手，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。要求不遲到早退,不請(qǐng)假,課堂不睡覺(jué),不交頭接耳,關(guān)手機(jī),作筆記?？偝煽?jī)=平時(shí)課堂表現(xiàn)30%+實(shí)驗(yàn)報(bào)告20%+期末考試50%第一章晶體及結(jié)晶學(xué)

第一篇結(jié)晶學(xué)Crystallography第一節(jié)結(jié)晶學(xué)及其發(fā)展歷史對(duì)象：晶體（生成和變化、外部形態(tài)幾何規(guī)律、

內(nèi)部結(jié)構(gòu)、化學(xué)成分、物理性質(zhì)）地位：地球科學(xué)主干課程，專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課？常林鉆石

158.786克拉（1克拉=0.2克）碧璽(電氣石)綠柱石多晶材料

晶體？非晶體？結(jié)晶學(xué)是逐漸從礦物學(xué)中分離形成的一門(mén)獨(dú)立學(xué)科，但是結(jié)晶學(xué)在礦物學(xué)中的地位并沒(méi)有削弱，依然占有很重要的部分。結(jié)晶學(xué)的發(fā)展歷史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(xiàn)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(chēng)理論新領(lǐng)域。第二節(jié)晶體、非晶體與準(zhǔn)晶體的概念晶體crystal：

內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性平移重復(fù)排列形成的具有格子構(gòu)造的固體。

短程有序＋長(zhǎng)程有序非晶體noncrystal

：內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不作周期性平移重復(fù)且不具特定位置序的固體。如玻璃、琥珀、松香等

短程有序，非整周期平移重復(fù)，無(wú)位置序

晶體非晶體SiO2整個(gè)晶體就是由晶胞周期性的在三維空間并置堆砌而成的。晶體的本質(zhì)晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的有序排列決定晶體的外表特征：規(guī)則的幾何外形晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不同排列方式?jīng)Q定晶體外表特征的差異。氯化鈉晶體氯化鈉內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列晶體的共性：一切晶體，不論外形如何，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子、離子團(tuán)或分子）都是有規(guī)律排列的。即晶體內(nèi)部相同質(zhì)點(diǎn)在三維空間均呈周期性重復(fù)。白云母層狀結(jié)構(gòu)石英架狀結(jié)構(gòu)準(zhǔn)晶體quasicrystal

：

質(zhì)點(diǎn)的排列符合短程有序，有嚴(yán)格位置序和自相似分形結(jié)構(gòu)但不體現(xiàn)周期平移重復(fù)，即不存在格子構(gòu)造的固體。

短程有序，非整周期平移重復(fù)

具五次對(duì)稱(chēng)軸，無(wú)格子構(gòu)造短程有序第三節(jié)晶體的空間格子一、晶體的空間格子1空間格子：表示晶體內(nèi)部構(gòu)造中質(zhì)點(diǎn)重復(fù)規(guī)律的幾何圖形?？臻g格子最基本的特征:質(zhì)點(diǎn)在三度空間作有規(guī)律的周期性重復(fù)。NaCl晶體結(jié)構(gòu)中，沿立方體棱的方向，Na＋和Cl－相間排列，每隔0.56402nm重復(fù)一次,在面對(duì)角線(xiàn)方向,以0.39882nm重復(fù)一次等等。導(dǎo)出空間格子的方法：

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。）二空間格子的組成要素1結(jié)點(diǎn):

空間格子中的點(diǎn),代表具體晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn).2行列:

結(jié)點(diǎn)在直線(xiàn)上的排列.3結(jié)點(diǎn)間距：每一行列上相鄰結(jié)點(diǎn)之間的距離稱(chēng)為結(jié)點(diǎn)間距。

二空間格子的組成要素3面網(wǎng):

結(jié)點(diǎn)在平面上的分布.

4面網(wǎng)間距：平等且相鄰的二面網(wǎng)間的垂直距離稱(chēng)面網(wǎng)間距。5面網(wǎng)密度：面網(wǎng)中單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的數(shù)目稱(chēng)為面網(wǎng)密度。面網(wǎng)AA’間距d1面網(wǎng)BB’間距d2面網(wǎng)CC’間距d3面網(wǎng)DD’間距d4面網(wǎng)間距依次減小,面網(wǎng)密度也是依次減小的.所以:面網(wǎng)密度與面網(wǎng)間距成正比.平行六面體（晶胞）:

空間格子的最小組成單位，是連接空間格子中不在同一平面上的四個(gè)相鄰的結(jié)點(diǎn)而構(gòu)成。它的大小相當(dāng)于晶體中最小的組成單位－晶胞單位平行六面體參數(shù)（點(diǎn)陣參數(shù)）

三個(gè)棱長(zhǎng)：a、b、c三個(gè)棱的夾角:

α、β、γ三、晶體的空間格子類(lèi)型依據(jù)單位空間格子的三個(gè)棱長(zhǎng)a、b、c及其夾角α、β、γ的相互關(guān)系，常將空間格子分為如下七類(lèi)：

1）立方格子：a=b=c，；α=β=γ=90°；

2）四方格子：a=b≠c，α=β=γ=90°；

3）六方格子：a=b≠c，α=β=90°，γ=120°；

4）三方格子：a=b=c，α=β=γ≠90°；

5）斜方格子：a≠b≠c，α=β=γ=90°；

6）單斜格子：a≠b≠c，α=γ=90°、β≠90°7）三斜格子：a≠b≠c，α≠β≠γ≠90°a-立方格子；b-四方格子；c-六方格子；d-三方格子；e-斜方格子；f-單斜格子；g-三斜格子7種平行六面體（晶胞）形狀空間格子四種類(lèi)型：按照結(jié)點(diǎn)分布位置

原始格子（P）：結(jié)點(diǎn)分布于平行六面體的八個(gè)角頂上。

底心格子（C)：結(jié)點(diǎn)分布于平行六面體的角頂及某一對(duì)面的中心。

體心格子（I）：結(jié)點(diǎn)分布于平行六面體的角頂和體中心。

面心格子（F）：結(jié)點(diǎn)分布于平行六面體的角頂和三對(duì)面的中心。

原始格子底心格子體心格子面心格子4種格子類(lèi)型——平行六面體中結(jié)點(diǎn)的分布規(guī)律（只能有4種情況）

由7種平行六面體和4種結(jié)點(diǎn)分布位置相結(jié)合，可以導(dǎo)出晶體中只可能出現(xiàn)14種不同形式的空間格子。這是布拉維1848年最先導(dǎo)出的，因此稱(chēng)為14種布拉維格子。它表明實(shí)際晶體中抽象出來(lái)的空間格子只有14種。14種布拉維格子晶系原始格子（P）底心格子（C）體心格子（I）面心格子（F）三斜

C=II=FF=P單斜

I=F

F=C斜方四方C=P

F=I

三方與本晶系對(duì)稱(chēng)不符I=FF=P六方與本晶系對(duì)稱(chēng)不符與空間格子的條件不符與空間格子的條件不符等軸與本晶系對(duì)稱(chēng)不符十四種空間格子模型

第四節(jié)晶體的基本性質(zhì)

Theultimatepropertiesofcrystal1.自限性（自范性）2.均一性3.異向性（各向異性）4.對(duì)稱(chēng)性5.最小內(nèi)能性6.穩(wěn)定性1.自限性（自范性）

晶體在生長(zhǎng)過(guò)程中，在適當(dāng)?shù)臈l件下，可以自發(fā)地形成幾何多面體外形的性質(zhì)。

晶體的多面體形態(tài)是其格子構(gòu)造在外形上的直接反映。晶面、晶棱和角頂分別與格子構(gòu)造中的面網(wǎng)、行列和結(jié)點(diǎn)相對(duì)應(yīng)。礦物自限性2.均一性和異向性均一性：指晶體中各個(gè)部分的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)是相同的。

由于質(zhì)點(diǎn)周期性重復(fù)排列，晶體的任何一部分在結(jié)構(gòu)上都是相同的，因此，由結(jié)構(gòu)決定的一切物理性質(zhì)，如密度、顏色、導(dǎo)熱性、膨脹性等也都具有均一性。異向性：同一格子構(gòu)造中，在不同方向上質(zhì)點(diǎn)排列一般是不一樣的，因此，晶體的性質(zhì)也隨方向的不同而有所差異這就是晶體的異向性。

例：藍(lán)晶石的硬度，礦物的解理Z(AA)＝4-5Y(BB)＝6.5-7晶體的結(jié)晶學(xué)均一性非晶體的統(tǒng)計(jì)均一性SiO2Kyanite（藍(lán)晶石）QuartzinclusterfromToiVillage,Waziristan,Pakistan!

Measures4.5cmby2.7cminsize.

礦物異向性3.對(duì)稱(chēng)性晶體相同的性質(zhì)在不同方向或位置上作有規(guī)律的重復(fù)。宏觀(guān)對(duì)稱(chēng)——晶體相同部位能夠在不同的方向或位置上有規(guī)律重復(fù)出現(xiàn)的特性，宏觀(guān)對(duì)稱(chēng)是晶體分類(lèi)的基礎(chǔ)。微觀(guān)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)——格子狀構(gòu)造本身就是質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)的體現(xiàn)，從這個(gè)意義上說(shuō)，所以的晶體都是對(duì)稱(chēng)的。4一定的熔點(diǎn)晶體具有一定的熔點(diǎn)，晶體加熱在熔點(diǎn)溫度開(kāi)始熔化，直到晶體完全融化溫度才繼續(xù)升高。玻璃、蔗糖等非晶質(zhì)則不具有固定的熔點(diǎn)，熔化過(guò)程溫度的變化為一條曲線(xiàn)；5.最小內(nèi)能性相同熱力學(xué)條件下，晶體與同種物質(zhì)的非晶質(zhì)體、液體、氣體狀態(tài)相比較，其內(nèi)能最小。內(nèi)能＝動(dòng)能＋勢(shì)能動(dòng)能——晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在平衡點(diǎn)周?chē)鳠o(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)所決定的，與T、P有關(guān)。勢(shì)能——質(zhì)點(diǎn)間相互位置所決定的，與質(zhì)點(diǎn)的排列有關(guān)。當(dāng)T、P一定時(shí)，動(dòng)能一定，這樣決定物質(zhì)內(nèi)能大小的就是勢(shì)能了。因?yàn)榫w內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)都已經(jīng)達(dá)到平衡位置，所以其勢(shì)能最小。

非晶質(zhì)體、液體、氣體的質(zhì)點(diǎn)排列沒(méi)有規(guī)律，質(zhì)點(diǎn)間的距離不是平衡距離，它們的勢(shì)能都比晶體勢(shì)能大。6.穩(wěn)定性在相同的熱力學(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。

晶體的穩(wěn)定性是其具最小內(nèi)能的必然結(jié)果。氣體：擴(kuò)散作用使質(zhì)點(diǎn)作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，不改變方向，具有占據(jù)最大空間的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，穩(wěn)定性差；液體：流動(dòng)作用使質(zhì)點(diǎn)移動(dòng)，所以其決定于容器的形狀；非晶質(zhì)體：質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)類(lèi)似晶體，質(zhì)點(diǎn)處于振動(dòng)狀態(tài)，且質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)移動(dòng)極為困難。但時(shí)間加長(zhǎng)，這種運(yùn)動(dòng)可以顯現(xiàn)出來(lái)，在溫度較高時(shí)，這種運(yùn)動(dòng)更為顯著。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)作