矿物的晶体化学.pptx
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矿物岩石学ppt课件第1-5章 晶体相关知识02共140页
由于共价键是很强的，因此具原子晶格的有
较高的硬度和熔点，为绝缘体（熔化后也不导 电）。
透明至半透明，玻璃—金刚光泽。与键的强
度有关的物理性质差异取决于原子的化合价及 半径的大小。
例：金刚石，sp3杂 化轨道成键，在4个方向 成键，形成四面体，键 角为109°28´16"。
3 金属键和金属晶格
1) 金属键 ——纯金属元素组成的晶体内，
第二节 配位数和配位多面体
1、配位数
指晶体结构中，在该原子或离子的 周围，与它直接相邻结合的原子或异号 离子的个数。
单质晶体——金属晶体为主，配位数大，通常为12。 例：Au、Cu。
共价晶体——受共价键的影响，配位数偏小。例： 金刚石（4）。
离子晶体——当异号离子相互接触时，晶体结构最 为稳定，否则，结构不稳定。在离子化合物中，主要 的阳离子配位数为4和6。
生的双晶。例，机械双晶、转变双晶
双晶的研究意义
大约20％的矿物都有双晶存在
双晶可以作为矿物鉴定的特征之一，可提 供一定的矿物形成时的信息，但对于晶体材料 来说，双晶的存在会影响晶体的性能利用。
本章重点总结
晶体的对称 晶体定向 各晶系晶轴选择的原则及晶体常
数特征 理解晶面符号、单形符号 理解双晶
离子半径与配位数的关系：
离子晶体中，当异号离子相互接触时，晶体 结构最为稳定。如果阳离子半径变小，则其可 能在阴离子间移动，导致结构不稳定，引起配 位数的改变。对于离子键晶体来说，阴、阳离 子的相对大小决定其配位数。
2、配位多面体
配位多面体是指在晶体结构中，与某一阳 离子成配位关系而相邻结合的各个阴离子，它 们的中心联线所构成的多面体。
第三章 晶体化学基础
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
较高的硬度和熔点，为绝缘体（熔化后也不导 电）。
透明至半透明，玻璃—金刚光泽。与键的强
度有关的物理性质差异取决于原子的化合价及 半径的大小。
例：金刚石，sp3杂 化轨道成键，在4个方向 成键，形成四面体，键 角为109°28´16"。
3 金属键和金属晶格
1) 金属键 ——纯金属元素组成的晶体内，
第二节 配位数和配位多面体
1、配位数
指晶体结构中，在该原子或离子的 周围，与它直接相邻结合的原子或异号 离子的个数。
单质晶体——金属晶体为主，配位数大，通常为12。 例：Au、Cu。
共价晶体——受共价键的影响，配位数偏小。例： 金刚石（4）。
离子晶体——当异号离子相互接触时，晶体结构最 为稳定，否则，结构不稳定。在离子化合物中，主要 的阳离子配位数为4和6。
生的双晶。例，机械双晶、转变双晶
双晶的研究意义
大约20％的矿物都有双晶存在
双晶可以作为矿物鉴定的特征之一，可提 供一定的矿物形成时的信息，但对于晶体材料 来说，双晶的存在会影响晶体的性能利用。
本章重点总结
晶体的对称 晶体定向 各晶系晶轴选择的原则及晶体常
数特征 理解晶面符号、单形符号 理解双晶
离子半径与配位数的关系：
离子晶体中，当异号离子相互接触时，晶体 结构最为稳定。如果阳离子半径变小，则其可 能在阴离子间移动，导致结构不稳定，引起配 位数的改变。对于离子键晶体来说，阴、阳离 子的相对大小决定其配位数。
2、配位多面体
配位多面体是指在晶体结构中，与某一阳 离子成配位关系而相邻结合的各个阴离子，它 们的中心联线所构成的多面体。
第三章 晶体化学基础
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节
4-5矿物的化学成分、晶体化学和形态PPT课件
10
矿物的化学成分及其可变性
少数矿物的化学成分相当固定，其化学组成遵守 物理化学分配定律——定比定律和倍比定律，各 组分间具严格的化合比，其化学组成可由理想化 学式表示。如 水晶（SiO2）。
11
矿物的化学成分及其可变性
矿物的化学成分无论是单质还是化合物，并不是绝对不变 的，通常都在一定的范围内有所变化。
8
二、矿物的化学成分及其可变性
单质：由同种元素的原子自相结合组成，如金刚 石C，自然金Au等。
9
矿物的化学成分及其可变性
化合物：由两种或两种以上不同的化学元素的原 子组成的。 简单化合物：由一种阳离子和一种阴离子组成， 如 石盐NaCl、方铅矿PbS。 络合物：由一种阳离子和一种络阴离子组成， 如方解石Ca[CO3]、镁橄榄石Mg[SiO4]。 复化合物（复盐）：由两种以上阳离子与同种 （络）阴离子组成，如黄铜矿CuFeS2、白云石 CaMg[CO3]。
• 橄榄石中，Fe2+对Mg2+的替代。
异价类质同象：相互替代的离子的电价不等。
• 斜长石(Ca[Al2Si2O8])中，Ca2+ 和 Na+之间的替代， 同时还有Al3+ 和Si4+之间的替代。
19
类质同象的类型
元素周期表中，从左上方到右下方的对角线方向上的元素 的离子容易发生异价类质同象。-类质同象的对角线法则
20
影响类质同象代替的因素
内因 相似的原子或离子半径 相互替换的离子的总电价应相等 离子类型和键性必须相同 代替后有较多能量放出 晶体结构特征
外因 温度 组分浓度 压力
21
影响类质同象代替的因素
相似的原子或离子半径→保持晶体结构的稳定 （R1-R2）/R2 <10%~15% 易形成完全类质同像 15% <（R1-R2）/R2<25% 低温下形成不完全 类质同像，在高温下能形成完全类质同像。 （R1-R2）/R2>25%~40% 在高温条件下可形成 不完全类质同象，在低温条件下不能形成类质同 象。
矿物的化学成分及其可变性
少数矿物的化学成分相当固定，其化学组成遵守 物理化学分配定律——定比定律和倍比定律，各 组分间具严格的化合比，其化学组成可由理想化 学式表示。如 水晶（SiO2）。
11
矿物的化学成分及其可变性
矿物的化学成分无论是单质还是化合物，并不是绝对不变 的，通常都在一定的范围内有所变化。
8
二、矿物的化学成分及其可变性
单质：由同种元素的原子自相结合组成，如金刚 石C，自然金Au等。
9
矿物的化学成分及其可变性
化合物：由两种或两种以上不同的化学元素的原 子组成的。 简单化合物：由一种阳离子和一种阴离子组成， 如 石盐NaCl、方铅矿PbS。 络合物：由一种阳离子和一种络阴离子组成， 如方解石Ca[CO3]、镁橄榄石Mg[SiO4]。 复化合物（复盐）：由两种以上阳离子与同种 （络）阴离子组成，如黄铜矿CuFeS2、白云石 CaMg[CO3]。
• 橄榄石中，Fe2+对Mg2+的替代。
异价类质同象：相互替代的离子的电价不等。
• 斜长石(Ca[Al2Si2O8])中，Ca2+ 和 Na+之间的替代， 同时还有Al3+ 和Si4+之间的替代。
19
类质同象的类型
元素周期表中，从左上方到右下方的对角线方向上的元素 的离子容易发生异价类质同象。-类质同象的对角线法则
20
影响类质同象代替的因素
内因 相似的原子或离子半径 相互替换的离子的总电价应相等 离子类型和键性必须相同 代替后有较多能量放出 晶体结构特征
外因 温度 组分浓度 压力
21
影响类质同象代替的因素
相似的原子或离子半径→保持晶体结构的稳定 （R1-R2）/R2 <10%~15% 易形成完全类质同像 15% <（R1-R2）/R2<25% 低温下形成不完全 类质同像，在高温下能形成完全类质同像。 （R1-R2）/R2>25%~40% 在高温条件下可形成 不完全类质同象，在低温条件下不能形成类质同 象。
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金刚石
自然金
(2)硫化物及类似化合物大类：辰砂HgS，黄铁矿 FeS2等
辰砂
辰砂
辰砂
黄铁矿
(3)氧化物和氢氧化合物大类：
氧化物类： 红、蓝宝石 石英族 赤铁矿 锡石 尖晶石 金绿宝石 金红石
Al2O3 SiO2 Fe2O3 SnO2 MgAl2O4 BeAl2O4 TiO2
Al4[Si4O10](OH)8 单位晶胞结构 高岭石 地开石 珍珠陶土
单元层 单层 双层 六层
晶系 三斜 单斜 单斜
6. 水在矿物中存在的形式
(1)吸附水：呈中性的水分子存在(H2O)，不参与矿 物晶体结构
薄膜水
毛细管水
胶体水：是水胶凝体矿物中的分散媒而存在的水， 即固定吸附在分散相表面的水。
5．同质多象
同种化学成分的物质，在不同物理化学条件下（温 度、压力、介质）形成不同结构晶体的现象，称为 同质多象。
碳（C）的同质多象变体：
金刚石
等轴晶系
石墨
六方晶系
六方金刚石 六方晶系（陨石撞击地表 时所形成）SiO2的同质ຫໍສະໝຸດ 象变体573℃（常压）以上
β
石英（高温石英）六方晶系
573℃以下
(4)类质同象元素，写在小括号中，用逗号隔开， 含量高者写在前面，如橄榄石(Mg, Fe)2[SiO4]。
(5)若有分子水则排在最后，中间用·隔开，如欧泊
SiO2·nH2O
矿物的化学式是根据矿物的定量化学全分析数据， 经过换算得来的，但由此得到的只是实验式、结 构式要根据晶体结构和晶体化学原理确定或进行 晶体结构分析。
矿物的化学式有两种，即实验式和结构式
a、实验式：仅表示出组成矿物元素的种类及其原 子数之比的化学式，可用元素的形式写出如 BeAl2O4，也可用简单氧化物组合方式写出 BeO·Al2O3 b、结构式（晶体化学式）：除了能表示出组成元 素的种类及其原子数之比外，还可反映矿物晶体 结构中各组分相互结合的情况。
自然金
(2)硫化物及类似化合物大类：辰砂HgS，黄铁矿 FeS2等
辰砂
辰砂
辰砂
黄铁矿
(3)氧化物和氢氧化合物大类：
氧化物类： 红、蓝宝石 石英族 赤铁矿 锡石 尖晶石 金绿宝石 金红石
Al2O3 SiO2 Fe2O3 SnO2 MgAl2O4 BeAl2O4 TiO2
Al4[Si4O10](OH)8 单位晶胞结构 高岭石 地开石 珍珠陶土
单元层 单层 双层 六层
晶系 三斜 单斜 单斜
6. 水在矿物中存在的形式
(1)吸附水：呈中性的水分子存在(H2O)，不参与矿 物晶体结构
薄膜水
毛细管水
胶体水：是水胶凝体矿物中的分散媒而存在的水， 即固定吸附在分散相表面的水。
5．同质多象
同种化学成分的物质，在不同物理化学条件下（温 度、压力、介质）形成不同结构晶体的现象，称为 同质多象。
碳（C）的同质多象变体：
金刚石
等轴晶系
石墨
六方晶系
六方金刚石 六方晶系（陨石撞击地表 时所形成）SiO2的同质ຫໍສະໝຸດ 象变体573℃（常压）以上
β
石英（高温石英）六方晶系
573℃以下
(4)类质同象元素，写在小括号中，用逗号隔开， 含量高者写在前面，如橄榄石(Mg, Fe)2[SiO4]。
(5)若有分子水则排在最后，中间用·隔开，如欧泊
SiO2·nH2O
矿物的化学式是根据矿物的定量化学全分析数据， 经过换算得来的，但由此得到的只是实验式、结 构式要根据晶体结构和晶体化学原理确定或进行 晶体结构分析。
矿物的化学式有两种，即实验式和结构式
a、实验式：仅表示出组成矿物元素的种类及其原 子数之比的化学式，可用元素的形式写出如 BeAl2O4，也可用简单氧化物组合方式写出 BeO·Al2O3 b、结构式（晶体化学式）：除了能表示出组成元 素的种类及其原子数之比外，还可反映矿物晶体 结构中各组分相互结合的情况。
矿物的晶体化学分类.ppt
最紧密堆积）、锇型结构（六方最紧密堆积），半 金属元素矿物为砷型结构（NaCl结构沿L3变形， L33L23PC）；自然非金属元素矿物结构各异。
物理性质：自然金属元素矿物－－金属键的特点（有
哪些特点？）；自然非金属元素矿物－－非金属键 的特点，物性各异，与化学键有关。
第十八章 自然元素大类
分类
自然金属元素类：铜族（Cu、Au、Ag） 铂族（Pt、Ir、Ru 、Os等）
主要矿物简介——毒砂：
形态：常见柱状，{120} ，{110}， {101} （各是什么单形？）。
物理性质：锡白色，金属光泽，无解 理，硬度大。
成因：热液型。 用途：提炼As，可综合利用其中的 Co。
思考题：
1、从方铅矿、闪锌矿的结构解释其解理。 2、闪锌矿颜色变化的原因？可反映什么成因条 件？ 3、方铅矿、闪锌矿的最主要的类质同像元素是 什么？ 4、黄铜矿与闪锌矿的结构关系？ 5、低温热液的标型矿物有哪些？ 6、辉钼矿的成分、结构特点？
主要矿物简介——辉钼矿：
化学组成：MoS2， 类质同像含Re，并且 是Re最主要的存在形 式。
晶体结构：层状结构： [MoS6]三方柱层与S 组成的空八面体层相间 堆积形成。
S组成的三方柱 层，充填Mo
S组成的八面体 层，不充填Mo
主要矿物简介——辉钼矿：
形态：片状。 物理性质：铅灰色，金属光泽，{0001} 极完全解理，解理片具挠性，硬度小。与石 墨很像，但在上釉瓷板上条痕黄绿色。 成因：热液型。 用途：提炼Mo,Re。
是半导体？
第十九章 硫化物及其
类似化合物大类
概述
化学组成：阴离子为S，以及少量Se、Te、As、Sb， 阳离子为铜型离子（Cu、Pb、Zn、Ag）以及靠 近铜型离子一边的过渡型离子（Fe、Co、Ni）。 另外，常含一些稀有元素Ge、Ga、Re、Tl等可 综合利用。该大类矿物是工业上有色金属和稀有分 散元素矿产的重要来源。
物理性质：自然金属元素矿物－－金属键的特点（有
哪些特点？）；自然非金属元素矿物－－非金属键 的特点，物性各异，与化学键有关。
第十八章 自然元素大类
分类
自然金属元素类：铜族（Cu、Au、Ag） 铂族（Pt、Ir、Ru 、Os等）
主要矿物简介——毒砂：
形态：常见柱状，{120} ，{110}， {101} （各是什么单形？）。
物理性质：锡白色，金属光泽，无解 理，硬度大。
成因：热液型。 用途：提炼As，可综合利用其中的 Co。
思考题：
1、从方铅矿、闪锌矿的结构解释其解理。 2、闪锌矿颜色变化的原因？可反映什么成因条 件？ 3、方铅矿、闪锌矿的最主要的类质同像元素是 什么？ 4、黄铜矿与闪锌矿的结构关系？ 5、低温热液的标型矿物有哪些？ 6、辉钼矿的成分、结构特点？
主要矿物简介——辉钼矿：
化学组成：MoS2， 类质同像含Re，并且 是Re最主要的存在形 式。
晶体结构：层状结构： [MoS6]三方柱层与S 组成的空八面体层相间 堆积形成。
S组成的三方柱 层，充填Mo
S组成的八面体 层，不充填Mo
主要矿物简介——辉钼矿：
形态：片状。 物理性质：铅灰色，金属光泽，{0001} 极完全解理，解理片具挠性，硬度小。与石 墨很像，但在上釉瓷板上条痕黄绿色。 成因：热液型。 用途：提炼Mo,Re。
是半导体？
第十九章 硫化物及其
类似化合物大类
概述
化学组成：阴离子为S，以及少量Se、Te、As、Sb， 阳离子为铜型离子（Cu、Pb、Zn、Ag）以及靠 近铜型离子一边的过渡型离子（Fe、Co、Ni）。 另外，常含一些稀有元素Ge、Ga、Re、Tl等可 综合利用。该大类矿物是工业上有色金属和稀有分 散元素矿产的重要来源。
认识矿物的性质课件PPT
储量评估是矿产资源开发的基础 工作，主要包括地质勘探、地球 物理勘探、地球化学勘探等方法 。
开采方法和选矿技术
开采方法
根据矿体的赋存条件、矿石性质等因素，选择合适的开采方法， 如露天开采、地下开采等。
选矿技术
选矿是将矿石中有用矿物与脉石矿物分离的过程，包括破碎、磨矿、 分选等步骤，常用的选矿方法有重选、浮选、磁选等。
06
矿物在生活和工业中的应用
宝石类矿物及其价值评估
1 2 3
宝石类矿物的定义和分类
宝石类矿物是指具有美观、耐久和稀少等特点的 矿物，可分为贵金属、宝石和半宝石等。
宝石类矿物的价值评估
宝石的价值评估主要考虑颜色、透明度、大小、 切工和净度等因素，同时受到市场供求关系的影 响。
常见宝石类矿物的特点和用途
开采与选矿技术的发展趋势
随着科技的进步，开采和选矿技术不断向智能化、自动化方向发展， 提高资源利用率和经济效益。
资源回收利用与环境保护
资源回收利用
通过回收利用废旧金属、非金 属等资源，可以减少对自然资 源的开采，降低能源消耗和环 境污染。
环境保护措施
在矿产资源开发过程中，应采 取有效的环境保护措施，如减 少废水、废气、废渣的排放， 加强生态恢复和治理等。
矿物的形成和分布受到地质作用的影响，不同地质 环境下会形成不同类型的矿物。
矿物分类方法
按化学成分分类
矿物可分为硅酸盐矿物、氧化物矿物、硫化物矿物 、卤化物矿物等。
按晶体结构分类
矿物可分为等轴晶系、四方晶系、三方晶系、六方 晶系、斜方晶系等。
按物理性质分类
矿物可分为金属矿物和非金属矿物，还可根据颜色 、光泽、硬度等物理性质进行分类。
绿色矿业发展
绿色矿业是指在矿产资源开发 过程中，注重生态环境保护和 资源高效利用的发展模式，是 未来矿业发展的重要方向。
开采方法和选矿技术
开采方法
根据矿体的赋存条件、矿石性质等因素，选择合适的开采方法， 如露天开采、地下开采等。
选矿技术
选矿是将矿石中有用矿物与脉石矿物分离的过程，包括破碎、磨矿、 分选等步骤，常用的选矿方法有重选、浮选、磁选等。
06
矿物在生活和工业中的应用
宝石类矿物及其价值评估
1 2 3
宝石类矿物的定义和分类
宝石类矿物是指具有美观、耐久和稀少等特点的 矿物，可分为贵金属、宝石和半宝石等。
宝石类矿物的价值评估
宝石的价值评估主要考虑颜色、透明度、大小、 切工和净度等因素，同时受到市场供求关系的影 响。
常见宝石类矿物的特点和用途
开采与选矿技术的发展趋势
随着科技的进步，开采和选矿技术不断向智能化、自动化方向发展， 提高资源利用率和经济效益。
资源回收利用与环境保护
资源回收利用
通过回收利用废旧金属、非金 属等资源，可以减少对自然资 源的开采，降低能源消耗和环 境污染。
环境保护措施
在矿产资源开发过程中，应采 取有效的环境保护措施，如减 少废水、废气、废渣的排放， 加强生态恢复和治理等。
矿物的形成和分布受到地质作用的影响，不同地质 环境下会形成不同类型的矿物。
矿物分类方法
按化学成分分类
矿物可分为硅酸盐矿物、氧化物矿物、硫化物矿物 、卤化物矿物等。
按晶体结构分类
矿物可分为等轴晶系、四方晶系、三方晶系、六方 晶系、斜方晶系等。
按物理性质分类
矿物可分为金属矿物和非金属矿物，还可根据颜色 、光泽、硬度等物理性质进行分类。
绿色矿业发展
绿色矿业是指在矿产资源开发 过程中，注重生态环境保护和 资源高效利用的发展模式，是 未来矿业发展的重要方向。
矿物的物理性质和晶化分类
•产生的原因：
•沿着双晶接合面特别是聚片双晶的接合面发生，如刚玉
沿某一种面网存在有他种成分的细微包裹体，或者是固溶 体离溶物
•矿物解理与裂理的区别
•解理——晶质矿物的固有特性，同种矿物具有相同解理
•裂理——矿物的非固有特性，同种矿物并非都具有裂理，
•
但若产生裂理，必在相同的方向上
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矿物的物理性质和晶化分类
• 延展性是金属键矿物的一种 特性。金属键的矿物在外力作用 下能产生塑性形变;金属键程度不 同，则延展性也有差异
•
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矿物的物理性质和晶化分类
• 5、 矿物的脆性和延展性
•弹性：
•矿物受力后，去除外力后自行恢复原状 的性质，如云母
•挠性：
•矿物受力后，去除外力后不能自行恢复 原状的性质，如蛭石
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矿物的物理性质和晶化分类
•依据矿物相对密度大小可将矿物分为：
• 轻级(<2.5 ): 如 石墨(2.5)、自然硫(2.05～2.08)、 石盐(2.3)等
• 中级(2.5～4): 大多数矿物属于此级。如 石英(2.65)、 萤石(3.18)、金刚石(3.52)等； • • 重级(>4): 如 重晶石(4.3～4.7)、磁铁矿(4.5～5.2)、 白钨矿(5.8～6.2)、 方铅矿(7.4～7.6)、 自然金(14.6～ 18.3)等。
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矿物的物理性质和晶化分类
3rew
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
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2020/11/30
矿物的物理性质和晶化分类
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矿物的物理性质和晶化分类
• 4、 矿物的脆性和延展性
•沿着双晶接合面特别是聚片双晶的接合面发生，如刚玉
沿某一种面网存在有他种成分的细微包裹体，或者是固溶 体离溶物
•矿物解理与裂理的区别
•解理——晶质矿物的固有特性，同种矿物具有相同解理
•裂理——矿物的非固有特性，同种矿物并非都具有裂理，
•
但若产生裂理，必在相同的方向上
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矿物的物理性质和晶化分类
• 延展性是金属键矿物的一种 特性。金属键的矿物在外力作用 下能产生塑性形变;金属键程度不 同，则延展性也有差异
•
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矿物的物理性质和晶化分类
• 5、 矿物的脆性和延展性
•弹性：
•矿物受力后，去除外力后自行恢复原状 的性质，如云母
•挠性：
•矿物受力后，去除外力后不能自行恢复 原状的性质，如蛭石
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矿物的物理性质和晶化分类
•依据矿物相对密度大小可将矿物分为：
• 轻级(<2.5 ): 如 石墨(2.5)、自然硫(2.05～2.08)、 石盐(2.3)等
• 中级(2.5～4): 大多数矿物属于此级。如 石英(2.65)、 萤石(3.18)、金刚石(3.52)等； • • 重级(>4): 如 重晶石(4.3～4.7)、磁铁矿(4.5～5.2)、 白钨矿(5.8～6.2)、 方铅矿(7.4～7.6)、 自然金(14.6～ 18.3)等。
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2020/11/30
矿物的物理性质和晶化分类
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矿物的物理性质和晶化分类
• 4、 矿物的脆性和延展性
矿物晶体化学第一章晶体的几何结构优秀课件 (2)
● 平行六面体（parallelepiped）：空间格子中的最小单位。
面网
平行六面体
面网间距与面网密度的关系：
面网AA’间距d1 面网BB’间距d2 面网CC’间距d3 面网DD’间距d4
面网间距依次减小,面网 密度也是依次减小的.
所以: 面网密度与面网 间距成正比.
平行六面体: 结点在三维空间形成的最小重复 单位 (引出: a, b, c; α,β,γ ,称为轴长与轴角,也称晶 胞参数 ）
体外形，这些固体肯定是晶体吗？为什么？
1.1.4 布拉维法则和面角守恒定律 ● 布拉维法则：晶体通常被面网密度大的晶面所包围。 ● 晶面的生长速度与其面网密度一般呈反比关系。 ● 生长速度大的BC晶面逐渐变小，甚至消失；生长速 度小的AB、CD晶面将逐渐扩展，最后保留下来。
面网密度与晶面生长过程的关系
●面角守恒定律 丹麦矿物学家斯丹诺发现，同种晶体虽然它
们的形状和大小各不相同，但各相对应的晶面夹 角是相等的。由此提出了面角守恒定律：在相同 的温度、压力条件下，成分和构造相同的所有晶 体，其对应晶面间的夹角恒等。
石英晶体
晶面夹角与面角（晶面法线的夹角）的区 别！
它们之间的关系为互补的关系。通常 都用面角（晶面法线的夹角）表示。
的组成：基圆、直径、大 圆弧、小圆弧
5.628Ǻ
2.8148Ǻ
a
b
c
NaCl结构（a、b）及相当点
分布（c）
● 空间格子：相当点在三维空间呈格子状 排列称空间格子。 ● 空间格子是表示晶体构造规律的几何图 形，是无限图形。
空间格子
导出空间格子的方法：
首先在晶体结构中找出相当点，再将相 当点按照一定的规律连接起来就形成了空间 格子。
面网
平行六面体
面网间距与面网密度的关系：
面网AA’间距d1 面网BB’间距d2 面网CC’间距d3 面网DD’间距d4
面网间距依次减小,面网 密度也是依次减小的.
所以: 面网密度与面网 间距成正比.
平行六面体: 结点在三维空间形成的最小重复 单位 (引出: a, b, c; α,β,γ ,称为轴长与轴角,也称晶 胞参数 ）
体外形，这些固体肯定是晶体吗？为什么？
1.1.4 布拉维法则和面角守恒定律 ● 布拉维法则：晶体通常被面网密度大的晶面所包围。 ● 晶面的生长速度与其面网密度一般呈反比关系。 ● 生长速度大的BC晶面逐渐变小，甚至消失；生长速 度小的AB、CD晶面将逐渐扩展，最后保留下来。
面网密度与晶面生长过程的关系
●面角守恒定律 丹麦矿物学家斯丹诺发现，同种晶体虽然它
们的形状和大小各不相同，但各相对应的晶面夹 角是相等的。由此提出了面角守恒定律：在相同 的温度、压力条件下，成分和构造相同的所有晶 体，其对应晶面间的夹角恒等。
石英晶体
晶面夹角与面角（晶面法线的夹角）的区 别！
它们之间的关系为互补的关系。通常 都用面角（晶面法线的夹角）表示。
的组成：基圆、直径、大 圆弧、小圆弧
5.628Ǻ
2.8148Ǻ
a
b
c
NaCl结构（a、b）及相当点
分布（c）
● 空间格子：相当点在三维空间呈格子状 排列称空间格子。 ● 空间格子是表示晶体构造规律的几何图 形，是无限图形。
空间格子
导出空间格子的方法：
首先在晶体结构中找出相当点，再将相 当点按照一定的规律连接起来就形成了空间 格子。
《晶体化学》ppt课件
作为六次配位下限值的0.414也是 四次配位的上限值。
当Rk∕Ra的值等于或接近于0.414 时，阳离子有成为四次和六次两种配位 的能够。
阳离子呈六次配位时的稳定界限是 在Rk∕Ra的值为0.414－0.732之间。
离子化合物中，大多数阳离子的配位数为 6和4，其次是8。某些晶体构造中，能够有5、 7、9和10的配位数。
R堆3积系数=V球/V晶胞 =0.7405
除了面心立方堆 积和六方严密堆 积外，还有体心 立方堆积，如中 间图所示，为8次 配位。
Body centered cubic packing,bcc
如Cr、α-Fe、Mo、 W
体心立方构造的空隙
体心立方的空隙
六方严密堆积空隙
三种典型构造中的空隙
金属单质的构造与性质
三层
三 层
两 层
等大球体的最严密堆积方式，最根本的就是六 方最严密堆积和立方最严密堆积两种。当然，还可 出现更多层反复的周期性堆积，如ABAC、ABAC、 ABAC……四层反复；ABCACB、ABCACB、ABCACB…… 六层反复等。
在两种最根本 的最严密堆积 方 式中，每个球体所 接触到的同径球体 个数为12〔即配位 数等于12〕。
共价晶体
共价晶体受共价键合轨道数和方向性的约 束，一个特定原子的最临近原子数是有限制的， 达不到密堆积程度，堆积效率较低。如金刚石 晶体的堆积系数仅有0.34。
8-N〔8减N，N表示这个原子最外层的电子 数〕法那么反映了某个元素在结合成共价晶体 时，所能获得的最大成键轨道数目。
每个硅以自
硅
旋相反的电
ZnO：R+∕R-＝0.63，CN＝6〔NaCl型〕
实践CN＝4〔ZnS型〕
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影响配位数的因素 influence factor of C.N. 质点的相对大小，堆积的紧密程度及质点间化 学键的性质
配位数由金属键 离子键 共价键 降低
金属键做最紧密堆积时具最高配位数（12）
典型共价键或以共价键为主的单质或化合物都
具有最低的配位数（CN=3,4)
离子化合物晶体，配位数大小主要取决于阴、阳
单元素晶体 等大球体 化合物 不等大球体
1、等大球体的最紧密堆积
isometric spheriform closest packing
B处和C处可通过旋转后 ，堆积效果相同，故二 层球堆积只有一种—— 堆积于第一层形成的空 隙之上。
• 第三层球堆积时，置于第二层堆积形成的空隙之上 ，出现两种不同的方式：ABA，ABC
Mg[CO3]—(Mg,Fe)[CO3]—(Fe,Mg)[CO3]—Fe[CO3] 菱镁矿 含铁的菱镁矿 含镁的菱铁矿 菱铁矿
ZnS—(Zn,Fe)S Fe Zn<26%
2 分类 classification 完全的类质同像：两种质点可以任意比例相互取代 有限类质同像：两种质点的相互代替局限在一个有限
离子半径的比值
rrac =0.414
rc—阴离子半径 ra—阳离子半径
外因
温度增高 压力增大
配位数减小 配位数增高
配位数及配位多面体的形状
配位多面体的自我调整
常见阳离子的配位数及配位多面体
配位多面体的连接方式
晶体结构可视为由配位多面体 相互联结而成的体系
四 类质同像 isomorphism
1 概念 definition 晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他 类似的质点所代替，仅晶格常数发生不大的变化， 而结构型式并不改变的这种现象
原子和离子半径的大小，特别是相对大小，对晶体结构 中指点的排列方式影响很大。很多情况下，晶体结构可视 为由各种大小的质点——球形原子、离子呈紧密堆砌而成 。
二、球体的最紧密堆积 spheriform closest packing
晶结构
球体堆积 Why ?
具有一定有效半径的离子或原子 刚性小球
金属键和离子键都没有方向性和饱和性 晶体中原子或离子的化合遵循内能最小的原则
coordination number and coordination polyhedron
配位数 (coordination number C.N.)
每个原子或离子周围与之呈配位关系的原子或 异号离子的数目 配位多面体(coordination polyhedron) 以任一原子或离子为中心，将其周围与之呈配位 关系或异号离子的中心联线所形成的几何图形
一、原子和原子半径
1.基本概念
绝对半径：计算得出的各种原子或离子的半径（理论半径）
有效半径：由实验方法得到的各种原子或离子的半径
共价半径：同种元素的原子共价单键结合时，其核间距的一半 称为该原子的共价半径
金属半径：在金属单质晶格中，两相邻原子核间距的一半称 为该原子的金属半径
范德华半径：在原子间仅存在范德华作用时，两相邻原子核间 距的一半称为范德华半径
三层重复 ABCABCABC.... 最紧密堆积面（111）
• 四层重复：ABCBABCBABCB… • 五层重复：ACBCBACBCB… • 六层重复：ABCACBABCACB…
（两层重复中：ABAB ,相邻上下层为同号层；三 层重复中：ABCABC ,相邻上下层为异号层）
因此，4，5，6，7… 层重复可以看作是由同号和 异号排列、重复、组合而成。最基本的排列方 式只有两种：ABABAB…六方最紧密堆积
阴离子作最紧密堆积 阳离子充填其空隙
最紧密堆积原理可适用于许多晶体结构， 特别是金属晶格和离子晶格
• 例如：
• TiO2 晶体： O作等大球体紧密堆积，Ti充填于八面体 空隙之中
• FeCr2O4晶体： O作等大球体紧密堆积，Cr充填于八面体 空隙之中，Fe充填于四面体空隙之中
三 配位数和配位多面体
和ABCABCABC….立方最紧密堆积
空隙的类型和数目
四面体空隙
八面体空隙
最紧密堆积 空隙率25.95% 四面体空隙数=2n
当n个球做最紧密堆积时
八面体空隙数=n
空隙分布特点：
六方堆积中，四面体—四面体；八面体—八面体
立方堆积堆积中，四面体—八面体；八面体—四面体
2、不等大球体的最紧密堆积
different spheriform closest packing
• 第四层： ABAB……. 或ACAC… ABCA….
第五层：ABABA 或ACACA ABCAB…
第六层…ABABAB或ACACAC ABCABC或ACBACB
六方最紧密堆积
Hexagonal closest packing
两层重复 ABABAB... . 最紧密堆积 面（0001 ）
立方最紧密堆积 cubic closest packing
第七章 矿物的晶体化学
原子和原子半径 球体的最紧密堆积 配位数和配位多面体 类质同像、同质多像 晶体结构的有序—无序、多型、型变
何谓晶体化学？What’s crystalloid chemistry?
晶体化学 是研究单质或化合物中离子、分子或原子在晶体
内的分布规律，从而阐明化学成分与晶体结构以及与晶体的 物理性质、化学性质之间关系的分支学科。
2. 原子半径、离子半径的规律
• 同种元素的原子半径而言，共价半径最小 • 同种元素的半径，阳离子<原子<阴离子 • 同一周期元素，半径随原子序数增加而减小 • 同一族元素，由上向下，半径增大（左上 右下） • 镧系和錒系元素中，半径随原子序数增加而逐渐缩小，称
之为镧系收缩，使得其后的第六周期元素与同族中第五周 期元素半径相近 • 同种元素，电价相同情况下，半径随配位数增大而增大 • 过渡元素离子半径变化趋势复杂
第二部分 矿物学通论
Conspectus of mineralogy
矿物的晶体化学 crystalloid chemistry 矿物的化学成分 chemistry component
矿物的物理性质 physical characters
矿物的形态 configuration of mineral
矿物的形成与变化 forming and transformation of mineral
配位数由金属键 离子键 共价键 降低
金属键做最紧密堆积时具最高配位数（12）
典型共价键或以共价键为主的单质或化合物都
具有最低的配位数（CN=3,4)
离子化合物晶体，配位数大小主要取决于阴、阳
单元素晶体 等大球体 化合物 不等大球体
1、等大球体的最紧密堆积
isometric spheriform closest packing
B处和C处可通过旋转后 ，堆积效果相同，故二 层球堆积只有一种—— 堆积于第一层形成的空 隙之上。
• 第三层球堆积时，置于第二层堆积形成的空隙之上 ，出现两种不同的方式：ABA，ABC
Mg[CO3]—(Mg,Fe)[CO3]—(Fe,Mg)[CO3]—Fe[CO3] 菱镁矿 含铁的菱镁矿 含镁的菱铁矿 菱铁矿
ZnS—(Zn,Fe)S Fe Zn<26%
2 分类 classification 完全的类质同像：两种质点可以任意比例相互取代 有限类质同像：两种质点的相互代替局限在一个有限
离子半径的比值
rrac =0.414
rc—阴离子半径 ra—阳离子半径
外因
温度增高 压力增大
配位数减小 配位数增高
配位数及配位多面体的形状
配位多面体的自我调整
常见阳离子的配位数及配位多面体
配位多面体的连接方式
晶体结构可视为由配位多面体 相互联结而成的体系
四 类质同像 isomorphism
1 概念 definition 晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他 类似的质点所代替，仅晶格常数发生不大的变化， 而结构型式并不改变的这种现象
原子和离子半径的大小，特别是相对大小，对晶体结构 中指点的排列方式影响很大。很多情况下，晶体结构可视 为由各种大小的质点——球形原子、离子呈紧密堆砌而成 。
二、球体的最紧密堆积 spheriform closest packing
晶结构
球体堆积 Why ?
具有一定有效半径的离子或原子 刚性小球
金属键和离子键都没有方向性和饱和性 晶体中原子或离子的化合遵循内能最小的原则
coordination number and coordination polyhedron
配位数 (coordination number C.N.)
每个原子或离子周围与之呈配位关系的原子或 异号离子的数目 配位多面体(coordination polyhedron) 以任一原子或离子为中心，将其周围与之呈配位 关系或异号离子的中心联线所形成的几何图形
一、原子和原子半径
1.基本概念
绝对半径：计算得出的各种原子或离子的半径（理论半径）
有效半径：由实验方法得到的各种原子或离子的半径
共价半径：同种元素的原子共价单键结合时，其核间距的一半 称为该原子的共价半径
金属半径：在金属单质晶格中，两相邻原子核间距的一半称 为该原子的金属半径
范德华半径：在原子间仅存在范德华作用时，两相邻原子核间 距的一半称为范德华半径
三层重复 ABCABCABC.... 最紧密堆积面（111）
• 四层重复：ABCBABCBABCB… • 五层重复：ACBCBACBCB… • 六层重复：ABCACBABCACB…
（两层重复中：ABAB ,相邻上下层为同号层；三 层重复中：ABCABC ,相邻上下层为异号层）
因此，4，5，6，7… 层重复可以看作是由同号和 异号排列、重复、组合而成。最基本的排列方 式只有两种：ABABAB…六方最紧密堆积
阴离子作最紧密堆积 阳离子充填其空隙
最紧密堆积原理可适用于许多晶体结构， 特别是金属晶格和离子晶格
• 例如：
• TiO2 晶体： O作等大球体紧密堆积，Ti充填于八面体 空隙之中
• FeCr2O4晶体： O作等大球体紧密堆积，Cr充填于八面体 空隙之中，Fe充填于四面体空隙之中
三 配位数和配位多面体
和ABCABCABC….立方最紧密堆积
空隙的类型和数目
四面体空隙
八面体空隙
最紧密堆积 空隙率25.95% 四面体空隙数=2n
当n个球做最紧密堆积时
八面体空隙数=n
空隙分布特点：
六方堆积中，四面体—四面体；八面体—八面体
立方堆积堆积中，四面体—八面体；八面体—四面体
2、不等大球体的最紧密堆积
different spheriform closest packing
• 第四层： ABAB……. 或ACAC… ABCA….
第五层：ABABA 或ACACA ABCAB…
第六层…ABABAB或ACACAC ABCABC或ACBACB
六方最紧密堆积
Hexagonal closest packing
两层重复 ABABAB... . 最紧密堆积 面（0001 ）
立方最紧密堆积 cubic closest packing
第七章 矿物的晶体化学
原子和原子半径 球体的最紧密堆积 配位数和配位多面体 类质同像、同质多像 晶体结构的有序—无序、多型、型变
何谓晶体化学？What’s crystalloid chemistry?
晶体化学 是研究单质或化合物中离子、分子或原子在晶体
内的分布规律，从而阐明化学成分与晶体结构以及与晶体的 物理性质、化学性质之间关系的分支学科。
2. 原子半径、离子半径的规律
• 同种元素的原子半径而言，共价半径最小 • 同种元素的半径，阳离子<原子<阴离子 • 同一周期元素，半径随原子序数增加而减小 • 同一族元素，由上向下，半径增大（左上 右下） • 镧系和錒系元素中，半径随原子序数增加而逐渐缩小，称
之为镧系收缩，使得其后的第六周期元素与同族中第五周 期元素半径相近 • 同种元素，电价相同情况下，半径随配位数增大而增大 • 过渡元素离子半径变化趋势复杂
第二部分 矿物学通论
Conspectus of mineralogy
矿物的晶体化学 crystalloid chemistry 矿物的化学成分 chemistry component
矿物的物理性质 physical characters
矿物的形态 configuration of mineral
矿物的形成与变化 forming and transformation of mineral