结晶学与矿物学

相互平行的面网，面网密度必相同，且任二相邻面网 间的垂直距离——面网间距(interplanar spacing)也 必定相等；互不平行的面网，面网密度及面网间距一
般不同。面网密度大的面网其面网间距亦大，反之， 密度小，间距亦小，如左图所示，其中AA′，BB′， CC′，DD′的面网密度依次减小，它们的面网间距 d1,d2,d3,d4也依次减小。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
二、晶面发育的一般规律
3.面角恒等定律
在理想条件下，相同面网密度的晶面生长速度 相同，应是同形等大的。但在外界条件影响下， 这些晶面得不到相等的发育，形成偏离理想晶体 的歪晶，使这些晶面大小悬殊、形状各异。
但是，成分和构造相同的所有晶体，其对应晶 面间的夹角恒等，称为面角恒等定律。
晶体与非晶体结构（ 平面）示意图
(a)晶体，（b）玻璃（非 晶体）
由图可见，晶体的内部结构中原子、离子是有规律排列的，具格子构造；非晶体的 内部结构是不规律的，不具格子构造。但是，非晶体的内部结构在很小的范围内也 具有某些有序性（如一个小红点周围分布着三个小蓝点），这种有序性与晶体结构 中的一样。我们将这种局部的有序称为近程规律，而在整个结构范围的有序称为远 程规律。显然，晶体既有近程规律也有远程规律，非晶体则只有近程规律。 液体的结构与非晶态结构相似，也只具有近程规律；在气体中无远程规律也无近程 规律。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子
⑷ 平行六面体
是空间格子的最小单位，由三对 平行而且相等的面构成。在实际晶体 中，这样划分出来的最小单位称为晶 胞。
空间格子可以看成是平行六面体 在三度空间平行、无间隙地重复堆砌 而成的。而整个晶体结构可以视为晶 胞在三度空间平行、无间隙的重复堆 砌。
晶体与非晶体在一定条件下是可以互相转化的，例如，岩浆 迅速冷凝而成的火山玻璃，在漫长的地质年代中，其内部质 点进行着很缓慢的扩散、调整，趋于规则排列，即由非晶态 转化为晶态，这一过程称为晶化（crystallizing）或脱玻化 （devitrification）。晶化过程可以自发进行，因为非晶态内 能高、不稳定，而晶态内能小、稳定。相反，晶体也可因内 部质点的规则排列遭到破坏而转化为非晶态，这个过程称为 非晶化（non—crystallizing）。非晶化一般需要外能，例如 一些含放射性元素矿物晶体，由于受放射性蜕变所发出的α 射线的作用，晶体遭到破坏而转变为非晶态。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子
⑶ 面网
由结点在平面上排列而 成。空间格子中任意三个不 在同一行列上的结点就可联 结成一个面网。面网上单位 面积内的结点数目称为面网 密度。互相平行的面网，面 网密度相等，不平行的面网， 面网密度一般不等。互相平 行的相邻两面网之间的垂直 距离称为面网间距。
可用格子构造解释：成分和构造相同的晶体， 其对应晶面的面网相同，其夹角必然相等。晶体 生长时晶面又是平行向外推移的，因此，不论晶 体生长的形态如何，其晶面间的夹角是不会改变 的。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
三、晶体的基本性质 1.自限性 (selfconfinement )
结晶学与矿物学
Crystallography and Mineralogy
课前的话
课程说明 教材和参考书 考试方式 其他
课程说明
课程名称: 结晶学与矿物学 Crystallography and Mineralogy
授课教师: 胡华、孟宪富 授课对象: 地质、资工、地化 总学时数: 地质44(28+16)；资工、地化40(28+12) 周学时数: 4 考查方式: 闭卷考试
由相当点排列而成的几何图形叫做空间格子，相当 点的分布体现了晶体构造中所有质点的重复规律，为了 研究晶体内部构造中质点重复的规律而不受晶体大小的 限制，可以设想相当点在三度空间是做无限排列的。
图a为一晶体的平面结构图，我们在结构中任意选择一个 点（例如选在灰色的点），然后在结构中找出此点的相当 点，将这套相当点抽取出来，如图b所示（在有些书籍中， 将晶体结构中的相当点抽取出来所形成的一系列点的分布 图案，称为点阵。）再将相当点按一定规则相连就形成了
1.矿物学的内容：
研究矿物的化学成分、内部构造、外表形态、 物理性质及其相互关系，并阐述地壳中矿物的形成和 变化历史，探讨其时间和空间分布的规律及其实际用 途的科学。其研究的主要对象为地壳中产出的、无机 的、晶质矿物。
❖ 矿物学是一门很古老的学科，它的产生和发展是 人类长期生产实践的结果。早在我国史前的旧石 器时代，人们即开始认识了矿物和岩石，并用来 制作生产工具(石器)和装饰品。
2．空间格子的要素
⑴ 结点
是空间格子中的点，代表 晶体构造中的相当点，在实际 晶体构造中，结点可以为相同 的离子、原子或分子占据。但 结点本身不代表任何质点,是只 具有几何意义的几何点。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子
⑵ 行列
由结点在直线上排列而成。 空间格子中任意二结点联结起 来的直线就是一条行列。行列 中相邻结点之间的距离称为该 行列的结点间距，同一行列中 结点间距相等，彼此平行的行 列结点间距也是相等的，不平 行的行列，结点间距一般不等。
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子
⑴ 氯化铯的晶体构造
质点（Cl-、Cs+） 在晶体构造中的任 一方向上的相同部 分呈等间距、周期 性的重复出现，排 列成三度空间的立 体格子。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子
绪论
一、矿物的概念
2.矿物的定义 矿物是指地质作用中形成的单质或化合物，
具有相对固定的化学成分，晶质矿物还具有确 定的内部结构，稳定于一定的物理化学条件， 是组成岩石和矿石的基本单元。
绪论
二、晶体的概念 1.晶体
晶体是具格子构造的固体。
绪论
二、晶体的概念 2．非晶质
内部质点不做格子状规则排列的物质叫作 非晶质。除气体和液体外，那些看起来是 固体，而内部质点不做格子状排列的物质， 如玻璃、松香等也是非晶质，应属过冷液 体，只有晶体才能称为真正的固体。
⑵ 相当点
为晶体构造中的一系列几何点，这些点周围 的环境是完全相同的，即各相当点在相同的方 向上隔相同的距离，有相同的质点分布。
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第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子
（3）空间格子(lattice )
从具体的晶体构造中抽象出空间格子，就是通过在晶 体构造中选取相当点来实现的，不管相当点选在Cl-离 子的中心，还是选在Cs+离子的中心或其他任何地方， 抽象出来的空间格子都是一样的。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
二、晶面发育的一般规律
1.科塞尔原理
自然界的晶体，绝大部分是从液体 中结晶出来的。温度降低、溶液过饱 和、产生晶芽、溶液中的质点向晶芽 上粘附，使结晶格子逐渐扩大。 科塞尔提出地晶面生长规律：如图所 示：1（三面凹角位置）→2（两面凹 角位置）→3（新的一层的起点）， 即先长完一条行列然后再长相邻行 列，长满一层面网或再长第二层面网。 晶面是平行地向外推移的。
3.准晶体
1984年在电子显微镜研究中，发现 了一种新的物态，其内部质点排列 具有远程规律，但没有平移周期， 即不具格子构造。左图就是一种具 有远程规律，但没有平移周期的图 形，这种物态是介于晶体与非晶体 之间的一种状态，人们称之为准晶 态或准晶体（quasicrystal）。
绪论
三、矿物学和结晶学的概念及其学习意义
晶体具有自发的形成几何多面体形 态的性质，即自限性。非晶质是无定形 的，不能自发的形成几何多面体形态， 如玻璃。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
三、晶体的基本性质
2.均一性和异向性(homogeneity & anisotropy )
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
二、晶面发育的一般规律
2.布拉维法则—晶体为面网密度大的晶面所包围
生长速度大的晶面逐渐缩小、 消失；速度小的扩大，保留。 生长速度主要受面网本身的性 质（密度）影响，即与晶面的 面网密度成反比关系。质点间 的吸引力与它们之间距离的平 方成反比，密度最小的晶面对 介质中的质点的吸引力最大， 具有最大的生长速度。
教材和参考书
教材
矿物学简明教程，戈定夷，地质出版社，1989
参考书
基础结晶学与矿物学，罗谷风，南京大学出版社，1993 结晶学及矿物学（上、下）， 潘兆橹，地质出版社，1993 结晶学及矿物学，赵珊茸，高等教育出版社，2004
考试方式
平时成绩占20% (包括出勤、上课、作业和实验情
况)
考试成绩占80%
重要的专业基础课、直接为后继课程—岩石学、 构造地质学、石油地质学等打基础。
第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子 1．空间格子的概念
用以表示晶体内部质点排列的规律性。是从实 际晶体构造中抽象出来的一种由相当点排列而成的 几何图形。
第一篇 几何结晶学基础
绪论
三、矿物学和结晶学的概念及其学习意义
2.结晶学的内容：
研究晶体发生、生长、外部形态、内部结构及物 理性质的科学。早期主要研究对象是自然界中生长 的矿物晶体,为矿物学的一部分、到了十九世纪后半 叶，成为一门独立的科学，但仍然为矿物学中的重 要组成部分。