结晶学和矿物学课件-结晶矿物学综述-.ppt

1、7-1 14种空间格子种空间格子(布拉维格子布拉维格子)C C、在上述二原则下，应体积最小。、在上述二原则下，应体积最小。1 1、单位平行六面体地划分、单位平行六面体地划分单位平行六面体的划分应遵循下列原则：单位平行六面体的划分应遵循下列原则：A A、所选的平行六面体应能反映出整个格子、所选的平行六面体应能反映出整个格子结点分布所固有的对称性。结点分布所固有的对称性。B B、在上述前提下所选平行六面体棱与棱之、在上述前提下所选平行六面体棱与棱之间直角最多间直角最多第七章第七章 晶体结构的基本特征晶体结构的基本特征23456具具 的平面点阵的平面点阵PL 441单位平行六面体参数图解单位平行六面

2、体参数图解7-2 晶胞晶胞参数晶胞参数（晶胞：晶胞：能充分反映整个晶体构造特征的最基本能充分反映整个晶体构造特征的最基本 结构单位。结构单位。晶胞包含两个要素：晶胞包含两个要素：（1 1）晶胞的大小和型式：）晶胞的大小和型式：晶胞与单位平行六面体的关系：晶胞与单位平行六面体的关系：（1 1）晶胞的几何形状、大小与对应的单位平行六）晶胞的几何形状、大小与对应的单位平行六面体一致，可由同一组晶格常数来表示。面体一致，可由同一组晶格常数来表示。（2 2）单位平行六面体是由几何点构成，而晶胞是）单位平行六面体是由几何点构成，而晶胞是具体的有一定物理化学属性的质点组成。具体的有一定物理化学属性的质点组成

3、。o外形对称与内部对称的关系外形对称与内部对称的关系q晶体外观的对称取决于其内部构造的对称晶体外观的对称取决于其内部构造的对称q外部对称与内部对称的区别：外部对称与内部对称的区别：q外部对称外部对称:宏观对称宏观对称有限图形的对称有限图形的对称q内部对称内部对称:微观对称微观对称 晶体内部构造规律晶体内部构造规律 无限图形对称无限图形对称7-3 晶体内部结构的对称要素晶体内部结构的对称要素晶体微观对称要素：o平移轴：平移轴：q为一直线，沿此直线移动一定的距离，可使相为一直线，沿此直线移动一定的距离，可使相等部分重复。等部分重复。q能使图形复原的最小平移距离，称之为平移轴能使图形复原的最小平移距

4、离，称之为平移轴的移距。的移距。q空间格子中任一行列均是平移轴。空间格子中任一行列均是平移轴。1221o螺旋轴螺旋轴q为一假想直线，绕此直线旋转一定角度并沿此直为一假想直线，绕此直线旋转一定角度并沿此直线方向平移一定距离，可使相同部分重复。也可线方向平移一定距离，可使相同部分重复。也可先平移后旋转。先平移后旋转。n螺旋轴根据其旋转方向可分为左旋、右旋、中性螺旋螺旋轴根据其旋转方向可分为左旋、右旋、中性螺旋轴。轴。n注意：螺旋轴注意：螺旋轴n ns s的下标的下标s s是以右旋的螺距来标定的。是以右旋的螺距来标定的。TTT）（321T32o规定：规定：q在螺旋轴的符号中，若在螺旋轴的符号中，若s

5、1s1/2ns1/2n者为左旋螺旋轴。者为左旋螺旋轴。例如，例如，3 32 2，4 43 3，6 64 4，6 65 5。q当当s=1/2ns=1/2n者为中性螺旋轴。例如，者为中性螺旋轴。例如，2 21 1，4 42 2和和6 63 3。7-4空间群1 1、空间群定义、空间群定义 晶体内部结构中一切对称要素的组合称为空间群。晶体内部结构中一切对称要素的组合称为空间群。共有共有230230种。种。一个空间群可看成是由两部分组成的，一部分是晶体结构中所有平移轴的集合，称为平移群平移群；另一部分就是与点群点群,即晶体宏观对称要素的集合。晶体中可能的平移群有14种,与14种布拉维格子类型对应o两者的

6、区别两者的区别 对称型是针对晶体几何外形，作为有限图形，对对称型是针对晶体几何外形，作为有限图形，对称要素中不可能存在平移变换，对称要素只具有方称要素中不可能存在平移变换，对称要素只具有方向上的意义，不存在位置的问题，所有对称要素交向上的意义，不存在位置的问题，所有对称要素交于一点，故又称作点群，共有于一点，故又称作点群，共有3232种。种。空间群是针对晶体结构，它是无限图形，质点在空间群是针对晶体结构，它是无限图形，质点在空间成周期性排列，故有平移存在，对称要素在空空间成周期性排列，故有平移存在，对称要素在空间成周期性重复，数量无限，不仅有方向，而且存间成周期性重复，数量无限，不仅有方向，而

7、且存在确定的位置，所有对称要素不交于一点，称为空在确定的位置，所有对称要素不交于一点，称为空间群，共有间群，共有230230种。种。空间群与对称型（点群）之间既有区别又相互统一空间群与对称型（点群）之间既有区别又相互统一两者相互统一：两者相互统一：晶体外形的对称是以晶体内部结构的对称为依晶体外形的对称是以晶体内部结构的对称为依据，前者是后者的一种外在表现，两者相互统一。据，前者是后者的一种外在表现，两者相互统一。3232种对称型经推导可得到种对称型经推导可得到230230种空间群，而种空间群，而230230种空种空间群又分属于间群又分属于3232种对称型。种对称型。2、空间群的国际符号 空间群

8、的国际符号包括两个组成部分：空间群的国际符号包括两个组成部分：q前面字母前面字母(大写斜体大写斜体P P，C C，I I、F F或或R)R)表示布拉维格子类型表示布拉维格子类型q后面与对称型国际符号相同，只是将其宏观对称要素符号后面与对称型国际符号相同，只是将其宏观对称要素符号换上相应微观对称要素的符号换上相应微观对称要素的符号格子类型对称型的国际符号平移格子类型对称型的国际符号平移q例如：例如：I4I41 1amdamd空间群的宏观对称型为空间群的宏观对称型为4 4mmmmmm体心格子体心格子(即四方体心格即四方体心格I)I)；平行平行z z轴方向为螺旋轴轴方向为螺旋轴4 4l l，而且垂直

9、而且垂直Z Z轴有滑移面轴有滑移面a a；垂直垂直X X轴为对称面轴为对称面m m；垂直垂直X X轴与轴与Y Y轴的角平分线则有滑移面轴的角平分线则有滑移面d d。7-5.7-5.等效点系等效点系 等效位置(equivalent positions)：在晶体结构中，能借助于空间群之各个对称要素的作用而相互系起来的一组点所分布的空间位置。n通常只考虑在一个单位晶胞范围内的情况，即在单位晶胞中，彼此能对称重复的各个结构位置，构成一个等效位置组;n把等效位置抽象成几何点,该集合便称为等效点系;n晶体结构中的空间群，对应于宏观晶体中的点群；而等效位置组的概念，则相似于单形的概念。7.6晶格缺陷晶格缺陷

10、 晶格缺陷是指在晶体结构中的局部范围内，晶格缺陷是指在晶体结构中的局部范围内，质点排列偏离了格子构造规律的现象。质点排列偏离了格子构造规律的现象。在实际晶体中，由于内部质点的热振动以在实际晶体中，由于内部质点的热振动以及受到辐射、应力作用等原因，而普遍存在着晶及受到辐射、应力作用等原因，而普遍存在着晶格缺陷。格缺陷。l点缺陷、线缺陷、面缺陷点缺陷、线缺陷、面缺陷 1 1点缺陷点缺陷 点缺陷是发生在一个或若干个质点范围内所形成点缺陷是发生在一个或若干个质点范围内所形成的晶格缺陷。最常见的点缺陷表现形式有的晶格缺陷。最常见的点缺陷表现形式有 空位、填隙、替位空位、填隙、替位 2线缺陷线缺陷 线缺陷

11、是指：在晶体内部结构中沿某条线线缺陷是指：在晶体内部结构中沿某条线(行行列列)周围局部范围内所产生的晶格缺陷。周围局部范围内所产生的晶格缺陷。它的表现形式主要是它的表现形式主要是位错位错。位错是指晶体在应力作用下，晶格中的一部分沿位错是指晶体在应力作用下，晶格中的一部分沿一定的面网相对于另一部分的局部滑动，滑移与未滑一定的面网相对于另一部分的局部滑动，滑移与未滑移部分的分界处出现了质点错乱排列。滑移与未滑移移部分的分界处出现了质点错乱排列。滑移与未滑移部分的分界线称为位错线。部分的分界线称为位错线。位错主要有两种类型：刃位错和螺旋位错位错主要有两种类型：刃位错和螺旋位错 3 3面缺陷面缺陷 面

12、缺陷是指沿晶格内或晶粒间某些面的面缺陷是指沿晶格内或晶粒间某些面的 两侧局部范围内所出现的晶格缺陷。两侧局部范围内所出现的晶格缺陷。畴界壁畴界壁在晶体结构中，在晶体结构中，某个局部区域与某个局部区域与周围区域在某种周围区域在某种性质上存在不连性质上存在不连续现象时，此区续现象时，此区域称为晶畴；相域称为晶畴；相邻晶畴之间的界邻晶畴之间的界面称为畴界壁面称为畴界壁。晶界晶界 指同种晶体内指同种晶体内部两晶格间不相互部两晶格间不相互平行，而是以一个平行，而是以一个小角度相交所形成小角度相交所形成的界面。的界面。8-1.球体紧密堆积原理球体紧密堆积原理8-2.配位数和配位多面体配位数和配位多面体8-

13、3.化学键和晶格类型化学键和晶格类型8-4.晶体结构类型与典型结构晶体结构类型与典型结构结晶学与矿物学结晶学与矿物学8-5.类质同象类质同象8-6.同质多象同质多象8-7.有序和无序有序和无序8-8.型变和多型型变和多型晶体化学晶体化学 是研究单质或化合物中是研究单质或化合物中离子离子、分子分子或或原子原子在晶体在晶体内的内的分布规律分布规律，从而阐明，从而阐明化学成分化学成分与与晶体结构晶体结构以及与以及与晶体的晶体的物理性质物理性质、化学性质化学性质之间关系的分支学科。之间关系的分支学科。两层重复两层重复ABABAB.ABABAB.最紧密堆积面（最紧密堆积面（00010001）1、等大球体

14、的最紧密堆积 isometric spheriform closest packing三层重复三层重复 ABCABCABC.ABCABCABC.最紧密堆积面（最紧密堆积面（111111）立方最紧密堆积立方最紧密堆积 cubic closest packing立方最紧密堆积立方最紧密堆积(ccp)(ccp)最紧密堆积最紧密堆积 空隙率空隙率25.95%当当n个球做最紧密堆积时个球做最紧密堆积时四面体空隙数四面体空隙数=2n八面体空隙数八面体空隙数=n空隙的类型和数目空隙分布特点：空隙分布特点：六方堆积中，四面体六方堆积中，四面体四面体；八面体四面体；八面体八面体八面体立方堆积中，四面体立方堆积中

15、，四面体八面体；八面体八面体；八面体四面体四面体四面体空隙四面体空隙八面体空隙八面体空隙2 2、不等大球体的最紧密堆积、不等大球体的最紧密堆积 different spheriform closest packing阴离子作最紧密堆积阴离子作最紧密堆积阳离子充填其空隙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，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特别是金属晶格和离子晶格9-2 配位数和配位多面体配位数和配位多面体 配位数配位数(coordination number C.N.)每个原子或离子周围与之呈配位关系的原子每个原子或离子周围与之呈配位关系的原子或异号离子

16、的数目或异号离子的数目 配位多面体配位多面体(coordination polyhedron)以任一原子或离子为中心，将其周围与之呈配位以任一原子或离子为中心，将其周围与之呈配位关系的原子或异号离子中心联线所形成的几何图形关系的原子或异号离子中心联线所形成的几何图形 影响配位数的因素影响配位数的因素 influence factor of C.N.质点的质点的相对大小相对大小，堆积的，堆积的紧密程度紧密程度及质点间及质点间化学键化学键的性质的性质配位数配位数由金属键由金属键 离子键离子键 共价键共价键 降低降低 金属键做最紧密堆积时具最高配位数金属键做最紧密堆积时具最高配位数（1212）典型共

17、价键或以共价键为主的单质或化合物都典型共价键或以共价键为主的单质或化合物都 具有最低的配位数具有最低的配位数（CN=3,4)CN=3,4)离子化合物晶体，配位数大小主要取决于阴、阳离子化合物晶体，配位数大小主要取决于阴、阳 离子半径的比值离子半径的比值温度增高温度增高 配位数减小配位数减小压力增大压力增大 配位数增高配位数增高外因外因rcra=0.414rc阳离子半径阳离子半径ra阴离子半径阴离子半径组成离子晶格的组成离子晶格的质点，是丢失了价电子的质点，是丢失了价电子的阳离子阳离子和获得外层电子的和获得外层电子的阴离子阴离子，彼此间以静电作用力而相互维系。，彼此间以静电作用力而相互维系。离子

18、键没有方向性和饱和性的限制。离子键没有方向性和饱和性的限制。8-3.8-3.化学键和晶格类型化学键和晶格类型离子晶格的特点：离子晶格的特点：离子晶格中，电子皆属于一定的离子，质点间电子密度离子晶格中，电子皆属于一定的离子，质点间电子密度小，对光的吸收少，因此，其晶体透明、半透明，但熔小，对光的吸收少，因此，其晶体透明、半透明，但熔化后导电。由于离子键的作用力比较强，所以晶体硬度化后导电。由于离子键的作用力比较强，所以晶体硬度较大。较大。化学键和晶格类型化学键和晶格类型 组成原子晶格的质点，是彼此间以共价键相结组成原子晶格的质点，是彼此间以共价键相结合的原子。合的原子。原子晶格的特点：原子晶格的

19、特点：共价键的键强较大，所以原子晶格的晶体强度共价键的键强较大，所以原子晶格的晶体强度高、熔点高、不导电、透明至半透明，玻璃高、熔点高、不导电、透明至半透明，玻璃金刚金刚光泽。光泽。化学键和晶格类型化学键和晶格类型 组成金属晶格的质点是丢失了价电子的金属阳组成金属晶格的质点是丢失了价电子的金属阳离子，它们彼此间借助于在整个晶格内运动着的离子，它们彼此间借助于在整个晶格内运动着的“自由电子自由电子”而相互维系，形成金属单质或金属互化而相互维系，形成金属单质或金属互化物。物。金属晶格的特点：金属晶格的特点：由于金属键具自由电子，金属晶体为良导体，由于金属键具自由电子，金属晶体为良导体，不透明，高反

20、射率，金属光泽。具高密度，硬度一不透明，高反射率，金属光泽。具高密度，硬度一般较低。般较低。化学键和晶格类型化学键和晶格类型 在分子晶格中存在着真实的分子在分子晶格中存在着真实的分子,分子之间由范分子之间由范德华力相维系；它们相互间的空间配置方式则主要德华力相维系；它们相互间的空间配置方式则主要取决于分子本身的几何特征。取决于分子本身的几何特征。分子晶格的特点：分子晶格的特点：分子键的作用力是很弱的，所以分子晶格的晶分子键的作用力是很弱的，所以分子晶格的晶体一般熔点低，可压缩性大，热膨胀率大，导热率体一般熔点低，可压缩性大，热膨胀率大，导热率小，硬度低，透明，不导电。小，硬度低，透明，不导电。

21、化学键和晶格类型化学键和晶格类型 氢键：氢键：是一种由氢原子参与成键的特殊键型，其性质介是一种由氢原子参与成键的特殊键型，其性质介于共价键与分子键之间。氢键具有方向性和饱和性；其键强于共价键与分子键之间。氢键具有方向性和饱和性；其键强虽比分子键强，但仍与一般分子键属于同一数量级。氢键主虽比分子键强，但仍与一般分子键属于同一数量级。氢键主要存在于一些氢氧化物、层状结构硅酸盐等矿物中。要存在于一些氢氧化物、层状结构硅酸盐等矿物中。氢键型晶格的特点：氢键型晶格的特点：氢键的作用力虽不强，但对物质的性质产生明显的影响氢键的作用力虽不强，但对物质的性质产生明显的影响，分子间形成氢键会使物质的熔点、沸点增

22、高；分子内形成，分子间形成氢键会使物质的熔点、沸点增高；分子内形成氢键则会使物质的熔点、沸点降低。但一般来说氢键晶格的氢键则会使物质的熔点、沸点降低。但一般来说氢键晶格的晶体具有配位数低、熔点低、密度小的特征。晶体具有配位数低、熔点低、密度小的特征。化学键和晶格类型化学键和晶格类型单键型晶体结构：单键型晶体结构：一些晶体结构中，只存在单纯的一些晶体结构中，只存在单纯的一种键力。一种键力。多键型晶体结构：多键型晶体结构：一些晶体结构中，存在多种化学一些晶体结构中，存在多种化学键力。键力。过渡型化学键：过渡型化学键：许多晶体结构中，化学键的性质具许多晶体结构中，化学键的性质具有过渡性。有过渡性。（

23、1）岛状型）岛状型 （2）环状型）环状型 （3）链状型）链状型 （4）层状型）层状型 （5）架状型）架状型 （6）配位型）配位型 （7）分子型）分子型（1）等型结构：）等型结构：不同晶体，若对应质点排列方式相同，我们称其不同晶体，若对应质点排列方式相同，我们称其为等型结构。为等型结构。（2）典型结构：）典型结构：将等型结构以其中一种晶体命名，如方铅矿、方将等型结构以其中一种晶体命名，如方铅矿、方镁石的晶体结构，我们称之为镁石的晶体结构，我们称之为“具有具有NaCl型结构型结构”。（3）衍生结构：）衍生结构：若一种晶体的结构，在几何特征上相当于由某种若一种晶体的结构，在几何特征上相当于由某种典型

24、结构衍变而来，我们称这种结构是该典型结构的衍生典型结构衍变而来，我们称这种结构是该典型结构的衍生结构。结构。铜型结构，闪锌矿型结构，赤铜矿型结构，铜型结构，闪锌矿型结构，赤铜矿型结构，刚玉型结构，金红石型结构，尖晶石型结构，刚玉型结构，金红石型结构，尖晶石型结构，水镁石型结构，水镁石型结构，NaCl型结构，萤石型结构型结构，萤石型结构,金刚石型结构，石墨型结构金刚石型结构，石墨型结构,钙钛矿型结构钙钛矿型结构 8-5 类质同像类质同像 isomorphism1 1 概念概念晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他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

25、大的变化，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而结构型式并不改变的这种现象MgCO3(Mg,Fe)CO3(Fe,Mg)CO3FeCO3 菱镁矿菱镁矿 含铁的菱镁矿含铁的菱镁矿 含镁的菱铁矿含镁的菱铁矿 菱铁矿菱铁矿ZnS(Zn,Fe)S Fe Zn26%在固态条件下，一种组份内“溶解”了其他的组份，由此所组成的、呈单一结晶相的均匀晶体。A）属于类质同像替代的元素用（）括起。B）顺序遵循前多后少原则。如橄榄石(Mg,Fe)2SiO4，指晶格中Mg含量多于Fe含量。菱镁矿(Mg,Fe)CO3 区别于：白云石 CaMgCO322 分类分类 完全的类质同像：完全的类

26、质同像：两种质点可以任意比例相互取代两种质点可以任意比例相互取代 有限类质同像：有限类质同像：两种质点的相互代替局限在一个有限两种质点的相互代替局限在一个有限 的范围内的范围内 异价的类质同像异价的类质同像 Na+Ca2+Al3+Si4+等价的类质同像等价的类质同像 Fe2+Mg2+Fe2+Zn2+3 影响类质同像的因素影响类质同像的因素内因内因 原子和离子半径原子和离子半径(r1-r2)10-15%时时,完全的类质同像完全的类质同像r2(r1-r2)高温完全类质同像高温完全类质同像低温有限类质同像低温有限类质同像30%时时,高温有限类质同像高温有限类质同像低温低温不形成不形成类质同像类质同像

27、r2异价类质同像的对角线法则异价类质同像的对角线法则（电价平衡为主，半径差异居次）（电价平衡为主，半径差异居次）Li 0.076(6)0.092(8)左上方低价左上方低价Na0.102(6)0.118(8)Mg0.072(6)0.089(8)Al0.039(4)0.054(6)K 0.138(6)0.151(8)Ca0.100(6)0.112(8)Sc0.075(6)0.087(8)Ti0.061(6)0.074(8)右下方高价右下方高价Rb0.152(6)0.161(8)Sr0.118(6)0.126(8)Y0.090(6)0.102(8)Zr0.072(6)0.084(8)Nb0.064(

28、6)0.074(8)Mo0.059(6)0.073(7)Gs0.167(6)0.174(8)Ba0.135(6)0.142(8)TR0.086-0.103(6)0.098-0.116(8)Hf0.071(6)0.083(8)Ta0.064(6)0.074(8)W0.060(6)Re0.053(6)在元素周期表中，从左上方到右下方的对角线方向，离在元素周期表中，从左上方到右下方的对角线方向，离子半径相近；一般右下方的高价离子易代替其左上方的低价子半径相近；一般右下方的高价离子易代替其左上方的低价离子，称为类质同象的对角线法则。离子，称为类质同象的对角线法则。简单的代替简单的代替 橄榄石橄榄石 M

29、g2+Fe2+成对的代替成对的代替不等量的代替不等量的代替 云母中云母中 2Al3+3Mg2+3Mg2+2Al3+斜长石斜长石 Ca2+Al3+Na+Si4+磷灰石磷灰石 Ce3+Na+2Ca2+萤石萤石 Ca2+Y3+F-绿柱石绿柱石Li+Cs+Be2+离子电价离子电价不同的方式不同的方式(如下）如下）总电价平衡总电价平衡独居石独居石 (Ce,La)3+PO43-,，Th4+SiO44-Ca2+SO42-离子类型和化学键离子类型和化学键离子类型相同，化学键相近离子类型相同，化学键相近Ca2+(0.100nm)Hg2+(0.102nm)Al3+(0.026nm)Si4+(0.039nm)Si-

30、O(0.161nm)Al-O(0.176nm)同一种离子随着配位环境的不同，其化学键的性质也会同一种离子随着配位环境的不同，其化学键的性质也会发生改变。发生改变。AlCN6(八面体）离子键性为主八面体）离子键性为主 Mg2+,Fe2+,Fe3+CN4(四面体）共价键性为主四面体）共价键性为主 Si4+外因外因 温度增高有利于类质同象的产生，而温度降低则温度增高有利于类质同象的产生，而温度降低则 将限制类质同象的范围并促使离溶将限制类质同象的范围并促使离溶 (K,Na)AlSi3O8或或(Na,K)AlSi3O8 条纹长石条纹长石 黄铜矿黄铜矿(CuFeS2)和黝锡矿和黝锡矿(Cu2FeSnS4

31、)（500 C）压力增大将限制类质同象代替的范围并促使其离溶压力增大将限制类质同象代替的范围并促使其离溶 压力增大使配位多面体变形，不利于较大离子置换较小离子压力增大使配位多面体变形，不利于较大离子置换较小离子 组分浓度满足矿物组分之间的量比组分浓度满足矿物组分之间的量比 补偿类质同像补偿类质同像8-6 同质多像同质多像 polymorphism1.概念概念 同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件下，形同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件下，形成不同结构的晶体的现象。这些不同结构的晶体，称成不同结构的晶体的现象。这些不同结构的晶体，称为该成分的同质多象变体。为该成分的同质多象变体。石墨和

32、金刚石结构及物性对比石墨和金刚石结构及物性对比 金刚石金刚石石墨石墨晶系晶系等轴晶系等轴晶系六方晶系六方晶系配位数配位数43原子间距原子间距0.154nm层内层内0.142nm,层间层间0.340nm键性键性共价键共价键层内共价键，层间分子键层内共价键，层间分子键形态形态八面体八面体六方片状六方片状颜色颜色无色或浅色无色或浅色黑色黑色透明度透明度透明透明不透明不透明光泽光泽金刚光泽金刚光泽金属光泽金属光泽解理解理111中等中等0001完全完全硬度硬度101相对密度相对密度3.552.23导电性导电性不良导体不良导体良导体良导体2 2 同质多像变体的转变同质多像变体的转变地质温压计地质温压计 可

33、逆转变可逆转变 -石英石英-石石英英 5735735738708701470147017201720三方晶系三方晶系六方晶系六方晶系六方晶系六方晶系等轴晶系等轴晶系-石英石英 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 熔体熔体 不可逆转变不可逆转变 文石文石 方解石方解石 石墨石墨 金刚石金刚石 由于物理化学条件的改变，使一种同质多象变体在固态由于物理化学条件的改变，使一种同质多象变体在固态条件下转变为另一种变体的过程，称为同质多象转变。条件下转变为另一种变体的过程，称为同质多象转变。n这样一种同由于物理化学条件的改变，使一种同质多象变体在固态条件下转变为另一种变体的过程，称为同质多象转变。

34、n从不同变体间的结构关系来看，有以下三种类型：o(1)移位型转变(displacive transformation)：从一种变体转变为另一变体时，仅是结构中质点的位置稍有移动，键角有所改变，相当于整个结构发生了一定的变形，但不涉及键的破坏和重建，也不改变配位的基本形式;o(2)重建型转变(reconstructive transformation)：转变时结构内的质点位置有根本性的变动，亦即或者是配位方式根本改变，或者是配位形式虽然基本不变，但配位多面体之间的联结方式发生了重大的变化。o(3)有序-无序转变(O-D transformation)：这是同质多象转变的一种特殊类型。8-7 8-

35、7 晶体结构的有序晶体结构的有序无序无序概念概念有序结构有序结构无序结构无序结构 在一个晶体结构中，在可被两种或几种不同的原子或离子所在一个晶体结构中，在可被两种或几种不同的原子或离子所占据的某些结构位置上，若不同原子或离子占据的某些结构位置上，若不同原子或离子全部选择性全部选择性地分占其地分占其中在结构上和能量上不等价的两种位置而作规则分布中在结构上和能量上不等价的两种位置而作规则分布(占位几率不占位几率不等等)，则该结构被称为，则该结构被称为 完全有序完全有序(也称超结构也称超结构)；若不同原子或离；若不同原子或离子在其结构中子在其结构中全都随机分布全都随机分布(占位几率相等占位几率相等)

36、，则该结构被称为，则该结构被称为完完全无序全无序。长程有序与短程有序长程有序与短程有序长程有序：晶体结构整体性有序现象。长程有序：晶体结构整体性有序现象。短程有序：晶体结构中局部性有序现象。短程有序：晶体结构中局部性有序现象。在晶体结构内的几个至几十个在晶体结构内的几个至几十个nmnm的局部区域的局部区域(晶畴晶畴)内，质点呈有序分布内，质点呈有序分布，而晶畴与晶畴之间可以是无序分布。，而晶畴与晶畴之间可以是无序分布。部分有序，有序度部分有序，有序度 在完全有序与无序之间，存在着过渡状态，即部分有序：在完全有序与无序之间，存在着过渡状态，即部分有序：部分质点占据特定位置，另一部分质点则是在任意

37、的位置上。部分质点占据特定位置，另一部分质点则是在任意的位置上。S=0 1S=0 1（完全无序）（完全无序）（完全有序）（完全有序）研究方法研究方法：晶体晶体X X射线衍射、红外光谱、电子衍射、光学性质或透射电射线衍射、红外光谱、电子衍射、光学性质或透射电 子显微镜子显微镜S=p-r1-rp p：某种质点独自占据某种位置的百分数：某种质点独自占据某种位置的百分数r r：该种质点在整个体系中所占百分数。：该种质点在整个体系中所占百分数。8-8 型变和多型型变和多型Mg-Co-Zn-Fe-Mn-Ca-Sr-Ba-Pb 方解石型方解石型 C.N.=6 文石型结构文石型结构C.N.=9 三方晶系三方晶

38、系 斜方晶系斜方晶系 概念：概念：化学式属于同一类型的化合物中，随着化学式属于同一类型的化合物中，随着化学成分化学成分的规律变化，而引起的的规律变化，而引起的晶体结构型式晶体结构型式的明显变化的现象称为的明显变化的现象称为型变型变(晶变晶变)现象。现象。一个典型的例子发生在二价阳离子无水碳酸盐矿物中。一个典型的例子发生在二价阳离子无水碳酸盐矿物中。结构通式：结构通式：A2+(CO3)1.型变（晶变）型变（晶变）（1）半径小于）半径小于 Ca2+（0.1nm）的离子）的离子Mg2+,Co2+,Zn2+,Fe2+,Mn2+，分别形成菱镁矿，菱钴矿，菱锌矿，菱铁矿，菱锰，分别形成菱镁矿，菱钴矿，菱锌

39、矿，菱铁矿，菱锰矿呈矿呈方解石结构方解石结构(R-3c)。一个类质同象系列。一个类质同象系列。白云石不一样：白云石不一样：CaMgCO32（R-3）（2）半径大于）半径大于 Ca2+（0.1nm）的离子）的离子Ba2+,Sr2+,Pb2+，分别形成，分别形成碳酸钡矿，碳酸锶矿，白铅矿。碳酸钡矿，碳酸锶矿，白铅矿。呈文石型结构呈文石型结构(Pmcn)。一。一个类质同象系列。个类质同象系列。（3）半径为）半径为0.1nm 的的Ca2+离子既可以形成方解石结构，也可以形离子既可以形成方解石结构，也可以形成文石型结构。成文石型结构。一个同质多象系列。一个同质多象系列。这种同类型化合物，由于成分与结构有

40、规律的变化系列称为型这种同类型化合物，由于成分与结构有规律的变化系列称为型变（晶变）系列。变（晶变）系列。矿物的光学性质矿物的光学性质 矿物的力学性质矿物的力学性质 矿物的磁性矿物的磁性 矿物的电学性质矿物的电学性质 矿物的其它物理性质矿物的其它物理性质第九章第九章 矿物的物理性质矿物的物理性质一、矿物的光学性质一、矿物的光学性质1 1、矿物的颜色、矿物的颜色定义：定义：对光选择性吸收的结果对光选择性吸收的结果可见光可见光 390760nm，其间波长由长至短依其间波长由长至短依次显示红、橙、黄、次显示红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色，绿、青、蓝、紫等色，它们的混合色为它们的混合色为白色白色白白电

41、磁波谱电磁波谱一、矿物的光学性质一、矿物的光学性质矿物的光学效应矿物的光学效应反射、吸收、透射反射、吸收、透射 矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色矿物对光全部吸收时，矿物呈黑色 对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色对所有波长的色光均匀吸收，矿物呈不同程度的灰色 基本上都不吸收则为无色或白色基本上都不吸收则为无色或白色 选择吸收某些波长的色光，矿物选择吸收某些波长的色光，矿物呈现吸收色光的互补色呈现吸收色光的互补色矿物颜色的类型矿物颜色的类型 自色、它色、假色自色、它色、假色 自色自色是指矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色。自色是指矿物本身固有的成分、结构所决定的颜色。自色 对矿物鉴定有

42、着重要的意义。对矿物鉴定有着重要的意义。它色它色是由杂质、气液包裹体所引起的颜色是由杂质、气液包裹体所引起的颜色 假色假色是因物理光学效应而产生的颜色是因物理光学效应而产生的颜色 矿物颜色的类型矿物颜色的类型-自色自色 体色、表色体色、表色体色：体色：物体物体内部内部所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一定所表现出来的颜色。当白光透入矿物达一定 深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而呈现深度，且在此过程中选择吸收不同波长的色光而呈现 出其出其互补色互补色，为矿物所，为矿物所固有固有的颜色，如橄榄石吸收紫的颜色，如橄榄石吸收紫 光而呈橄榄绿色光而呈橄榄绿色表色：表色：即即反射色反射色，只有物体

43、的反射光所呈现的颜色，不透，只有物体的反射光所呈现的颜色，不透 明矿物因吸收非常强，因而表现的都是表面色。明矿物因吸收非常强，因而表现的都是表面色。反射光反射光是矿物表层对透射光吸收后的是矿物表层对透射光吸收后的再辐射再辐射，而且某个波，而且某个波长范围内的色光吸收的越多再辐射时它们的强度也越大，长范围内的色光吸收的越多再辐射时它们的强度也越大，从而使矿物呈现相应的从而使矿物呈现相应的表面色表面色。所以，。所以，表面色表面色表现为与被表现为与被吸收色光一致的颜色，而吸收色光一致的颜色，而非补色非补色。2）他色：）他色：v矿物因含外来带色的矿物因含外来带色的杂质杂质、气液包裹体气液包裹体等所引起

44、的颜色。等所引起的颜色。注意：注意：v少数矿物因少数矿物因晶格缺陷晶格缺陷（如色心）而引起。大部分（如色心）而引起。大部分碱金属碱金属和和碱碱土金属土金属的化合物的呈色主要与的化合物的呈色主要与色心色心(最常见最常见F心心)有关。如萤石有关。如萤石的紫色等。的紫色等。3）假色：）假色：v由物理由物理光学效应光学效应所引起的颜色，是自然光照射在矿物表面或所引起的颜色，是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的进入到矿物内部所产生的干涉、衍射、散射干涉、衍射、散射等而引起的颜色等而引起的颜色 锖色：锖色：v某些不透明矿物的表面某些不透明矿物的表面氧化薄膜氧化薄膜引起反射光的干涉作用而使引起反射

45、光的干涉作用而使矿物表面呈现斑驳陆离的彩色。矿物表面呈现斑驳陆离的彩色。晕色：晕色：v某些透明矿物内部一系列平行密集的某些透明矿物内部一系列平行密集的解理面解理面或或裂隙面裂隙面对光连对光连续续反射反射，引起光的，引起光的干涉干涉，从而使矿物表面常出现如同水面上，从而使矿物表面常出现如同水面上的的油膜油膜所形成的所形成的彩虹般的色带彩虹般的色带。变彩：变彩：v某些透明矿物，因内部存在许多某些透明矿物，因内部存在许多厚度厚度与可见光波长相当的微与可见光波长相当的微细细叶片状叶片状或或层状层状结构，引起光的结构，引起光的衍射、干涉衍射、干涉作用，导致其作用，导致其不不均匀分布均匀分布的各种颜色会随

46、的各种颜色会随观察方向观察方向的不同而发生变换。的不同而发生变换。乳光：乳光：v某些矿物中见到的一种类似于某些矿物中见到的一种类似于蛋清般蛋清般略带柔和略带柔和淡蓝色调淡蓝色调的的 乳白色浮光乳白色浮光。v这是由于矿物内部含有许多远比可见光波长为小的其他矿物这是由于矿物内部含有许多远比可见光波长为小的其他矿物或胶体微粒，使入射光发生或胶体微粒，使入射光发生漫反射漫反射所致。所致。矿物的条痕是指矿物粉末的颜色矿物的条痕是指矿物粉末的颜色一般是将矿物在白色无釉瓷板上刻划后，观察其留下的粉一般是将矿物在白色无釉瓷板上刻划后，观察其留下的粉末颜色。矿物的条痕可以消除假色、减弱他色，因而比矿物颜末颜色。

47、矿物的条痕可以消除假色、减弱他色，因而比矿物颜色更稳定色更稳定应用对象：应用对象：有色矿物有色矿物 低硬度矿物低硬度矿物（硬度（硬度25%。呈。呈抛光金属抛光金属般的光泽。般的光泽。矿物具金属色，条痕呈矿物具金属色，条痕呈黑色黑色或或金属色金属色，不透明不透明。半金属光泽半金属光泽 R=25-19%。呈。呈未刨光金属未刨光金属般的光泽。般的光泽。矿物呈金属色，条痕为矿物呈金属色，条痕为棕色棕色、褐色褐色等等深彩色深彩色，不透明半透明不透明半透明。金刚光泽金刚光泽 R=19-10%。如同。如同金刚石金刚石般的光泽。般的光泽。颜色和条痕均呈颜色和条痕均呈浅色浅色(如浅黄、桔红、浅绿等如浅黄、桔红、

48、浅绿等)、白色白色或或无色无色，半透明透明半透明透明。玻璃光泽玻璃光泽 R=10-4%。如同。如同玻璃玻璃般的光泽。般的光泽。矿物为无色、白色或浅色，条痕呈矿物为无色、白色或浅色，条痕呈无色无色或或白色白色，透明透明。矿物光泽的分级矿物光泽的分级金属光泽金属光泽半金属光泽半金属光泽金刚光泽金刚光泽玻璃光泽玻璃光泽1）油脂光泽：）油脂光泽：v某些某些解理不发育解理不发育的的浅色透明浅色透明矿物的不平矿物的不平坦断口上呈现的坦断口上呈现的似油脂似油脂般的光泽。般的光泽。2）树脂光泽：）树脂光泽：v某些具某些具金刚光泽金刚光泽的的黄、褐或棕色透明黄、褐或棕色透明矿矿物的不平坦断口上的物的不平坦断口上

49、的似松香似松香般的光泽。般的光泽。3）沥青光泽：）沥青光泽：v解理不发育解理不发育的的半透明半透明或或不透明黑色不透明黑色矿物矿物的不平坦断口上的不平坦断口上乌亮沥青状乌亮沥青状光泽。光泽。4）珍珠光泽：）珍珠光泽：v浅色透明浅色透明矿物的矿物的极完全解理面极完全解理面上的如上的如珍珍珠表面珠表面或或蚌壳内壁蚌壳内壁柔和而多彩柔和而多彩的光泽。的光泽。矿物矿物不平坦的表面不平坦的表面或或矿物集合矿物集合体体的表面上的特殊的表面上的特殊变异光泽变异光泽：5）丝绢光泽：）丝绢光泽：v具具玻璃光泽玻璃光泽的的无色或浅色透明无色或浅色透明矿物的矿物的纤维状集合体纤维状集合体表面常呈表面常呈蚕丝蚕丝或或

50、丝织品状丝织品状的光亮。的光亮。6）蜡状光泽：）蜡状光泽：v某些某些透明矿物透明矿物的的隐晶质隐晶质或或非晶质非晶质致密块体致密块体上的上的似蜡烛表面似蜡烛表面的的光泽。光泽。7）土状光泽：）土状光泽：v呈呈土状土状、粉末状粉末状或或疏松疏松多孔状集合体多孔状集合体的矿物表面如的矿物表面如土块般暗土块般暗淡无光淡无光。5、矿物的发光性、矿物的发光性发光性发光性是指物体受外加能量激发，能明显地发出可见光是指物体受外加能量激发，能明显地发出可见光荧光：荧光：发光体一旦停止受激，发光现象发光体一旦停止受激，发光现象立即消失立即消失。持续发光持续发光时间时间10-8秒秒。磷光：磷光：发光体停止激发，仍