矿物岩石学课件第1-5章-晶体相关知识01.ppt

1、矿物岩石学矿物岩石学ppt课件第课件第1-5章章 晶体相关知识晶体相关知识01第一节 晶体的概念自然界的物质，按照结晶质点排列方自然界的物质，按照结晶质点排列方式划分：式划分：结晶质结晶质 非晶质非晶质 准晶准晶石英晶体（石英晶体（SiO2）方解石晶体（冰洲石）方解石晶体（冰洲石）CaCO3常见的矿物晶体展示常见的矿物晶体展示3、矿物的物理性质、矿物的物理性质黄铁矿晶体黄铁矿晶体方解石晶体方解石晶体 黑云母晶体黑云母晶体第一节 晶体的概念1 1 结晶质：结晶质：或晶体，是内部质点（原子、或晶体，是内部质点（原子、离子或者分子）在三维空间作周期性重离子或者分子）在三维空间作周期性重复排列的固体物

2、质，或者称内部具有格复排列的固体物质，或者称内部具有格子状构造的固体。子状构造的固体。2 2 非晶质：非晶质：凡内部质点不能在三维空间作凡内部质点不能在三维空间作重复性周期排列的物质为非晶质。如玻重复性周期排列的物质为非晶质。如玻璃、琥珀、松香等璃、琥珀、松香等 在内部结构上：在内部结构上：晶体具有格子状构造，质晶体具有格子状构造，质点的排列既具有短程有序性，又具有长程有点的排列既具有短程有序性，又具有长程有序性；非晶质体则不具有格子状构造，质点序性；非晶质体则不具有格子状构造，质点的排列只具有短程有序性，不具有长程有序的排列只具有短程有序性，不具有长程有序性。性。外形上：外形上：晶体具有规则

3、几何多面体形状，晶体具有规则几何多面体形状，非晶质体为无定形体。非晶质体为无定形体。在物性上：在物性上：非晶质体不具有确定的熔点。非晶质体不具有确定的熔点。在分布上：在分布上：由于晶体比非晶体稳定，所以由于晶体比非晶体稳定，所以晶体的分布更广泛，自然界的固体物质绝大晶体的分布更广泛，自然界的固体物质绝大多数是晶体。多数是晶体。晶体与非晶体的区别晶体与非晶体的区别第一节 晶体的概念3 3 准晶：准晶：19851985年在电子显微镜研究中发现年在电子显微镜研究中发现的一种新物态，其内部结构的具体形式的一种新物态，其内部结构的具体形式虽然仍在探索之中，但从其对称性可知，虽然仍在探索之中，但从其对称性

4、可知，其质点的排列应是长程有序，但不体现其质点的排列应是长程有序，但不体现周期重复，即不存在格子构造，人们把周期重复，即不存在格子构造，人们把它称为准晶体。它称为准晶体。它可具有晶体所它可具有晶体所不能有的不能有的5 5次次或高于或高于6 6次的次的对称。对称。第二节 晶体的空间格子一、晶体的空间格子一、晶体的空间格子1 1 空间格子空间格子 ：表示晶体内部构造中质点表示晶体内部构造中质点重复规律的几何图形。重复规律的几何图形。空间格子最基本的特征空间格子最基本的特征:质点在三度空间质点在三度空间作有规律的周期性重复。作有规律的周期性重复。NaClNaCl晶体结构中，沿立方体棱的方向，晶体结构

5、中，沿立方体棱的方向，NaNa和和Cl Cl相间排列，每隔相间排列，每隔0.56402 nm0.56402 nm重复一次重复一次,在面对在面对角线方向角线方向,以以0.39882 nm0.39882 nm重复一次等等。重复一次等等。二 空间格子的组成要素1 1 结点结点:空间格子中的点空间格子中的点,代表具体晶体结构代表具体晶体结构中的相当点中的相当点.2 2 行列行列:结点在直线上的排列结点在直线上的排列.3 3 结点间距：结点间距：每一行列上相邻结点之间的距每一行列上相邻结点之间的距离称为结点间距。离称为结点间距。二 空间格子的组成要素3 3 面网面网:结点在平面上的分布结点在平面上的分布

6、.4 4 面网间距面网间距：平等且相邻的二面网间的垂直平等且相邻的二面网间的垂直距离称面网间距。距离称面网间距。5 5 面网密度：面网密度：面网中单位面积内结点的数目面网中单位面积内结点的数目称为面网密度。称为面网密度。面网面网AA间距间距d1面网面网BB间距间距d2面网面网CC间距间距d3面网面网DD间距间距d4面网间距依次减小面网间距依次减小,面网密度面网密度也是依次减小的也是依次减小的.所以所以:面网密度与面网间距面网密度与面网间距成正比成正比.平行六面体（晶胞）平行六面体（晶胞）:空间格子的最空间格子的最小组成单位，是连接空间格子中不在小组成单位，是连接空间格子中不在同一平面上的四个相

7、邻的结点而构成。同一平面上的四个相邻的结点而构成。它的大小相当于晶体中最小的组成单位晶胞它的大小相当于晶体中最小的组成单位晶胞单位平行六面体参数（点阵参数）三个棱长三个棱长：a、b、c 三个棱的夹角三个棱的夹角:、三、晶体的空间格子类型 依据单位空间格子的三个棱长依据单位空间格子的三个棱长a a、b b、c c及其夹角及其夹角、的相互关系，常将空间格子分为如下七类：的相互关系，常将空间格子分为如下七类：1 1）立方格子：）立方格子：a=b=ca=b=c，；，；=90=90；2 2）四方格子：）四方格子：a=bca=bc，=90=90；3 3）六方格子：）六方格子：a=bca=bc，=90=90

8、，=120=120；4 4）三方格子：）三方格子：a=b=ca=b=c，=90=90；5 5）斜方格子：）斜方格子：abcabc，=90=90；6 6）单斜格子：）单斜格子：abcabc，=90=90、9090 7 7）三斜格子：）三斜格子：abcabc，9090a-a-立方格子；立方格子；b-b-四方格子；四方格子；c-c-六方格子；六方格子；d-d-三方三方格子；格子；e-e-斜方格子；斜方格子；f-f-单斜格子；单斜格子；g-g-三斜格子三斜格子7种平行六面体（晶胞）形状种平行六面体（晶胞）形状空间格子四种类型：按照结点分部位置 原始格子（原始格子（P P）：）：结点分布于平行六面结点分

9、布于平行六面体的八个角顶上。体的八个角顶上。底心格子（底心格子（C)C)：结点分布于平行六面体结点分布于平行六面体的角顶及某一对面的中心。的角顶及某一对面的中心。体心格子（体心格子（I I）：）：结点分布于平行六面结点分布于平行六面体的角顶和体中心。体的角顶和体中心。面心格子（面心格子（F F）：）：结点分布于平行六面结点分布于平行六面体的角顶和三对面的中心。体的角顶和三对面的中心。原始格子底心格子体心格子面心格子 4 4种格子类型种格子类型平行六平行六面体中结点的分布规律面体中结点的分布规律（只能有（只能有4 4种情况）种情况）由由7 7种平行六面体种平行六面体和和4 4种结点分布位置种结点

10、分布位置相结合，可以导出晶体中只可能出现相结合，可以导出晶体中只可能出现1414种不同形式的空间格子。种不同形式的空间格子。这是布拉维这是布拉维18481848年最先导出的，因此年最先导出的，因此称为称为1414种布拉维格子。它表明实际晶体种布拉维格子。它表明实际晶体中抽象出来的空间格子只有中抽象出来的空间格子只有1414种。种。1414种布拉维格子种布拉维格子晶系原始格子（P）底心格子（C）体心格子（I）面心格子（F）三斜C=II=FF=P单斜I=FF=C斜方四方C=PF=I三方与本晶系对称不符I=FF=P六方与本晶系对称不符与空间格子的条件不符与空间格子的条件不符等轴与本晶系对称不符十四种

11、空间格子模型十四种空间格子模型第三节第三节 晶体的基本性质晶体的基本性质定义定义 为一切晶体所共有的，为一切晶体所共有的，并能以此与其他性质的物质相区并能以此与其他性质的物质相区别的性质。别的性质。本质本质 晶体的格子构造所决定晶体的格子构造所决定的。的。第三节 晶体的基本性质1.1.自限性（自范性）自限性（自范性）2.2.均一性均一性3.3.异向性（各向异性）异向性（各向异性）4.4.对称性对称性5.5.最小内能性最小内能性6.6.稳定性稳定性1.1.自限性（自范性）自限性（自范性）晶体在生长过程中，在适当的条件下，可晶体在生长过程中，在适当的条件下，可以自发地形成几何多面体外形的性质。以自

12、发地形成几何多面体外形的性质。晶体的多面体形态是其格晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的直接反子构造在外形上的直接反映。晶面、晶棱和角顶分映。晶面、晶棱和角顶分别与格子构造中的面网、别与格子构造中的面网、行列和结点相对应。行列和结点相对应。布拉维法则 实际晶体通常由面网密度大的面网所包围实际晶体通常由面网密度大的面网所包围晶体上的实际晶面平行于对应空间格子中晶体上的实际晶面平行于对应空间格子中面网密度大的面网，且面网密度越大，相应面网密度大的面网，且面网密度越大，相应晶面的重要性越大。晶面的重要性越大。1855 1855（18661866，18851885）年，布拉维（法）年，布拉维（法国）

13、根据晶体上不同晶面的相对生长速度国）根据晶体上不同晶面的相对生长速度与面网上结点的密度成反比的推论导出的。与面网上结点的密度成反比的推论导出的。该法则阐明了晶面发育的基本规律。该法则阐明了晶面发育的基本规律。2.2.均一性和异向性均一性和异向性均一性：均一性：指晶体中各个部分的物理性质指晶体中各个部分的物理性质和化学性质是相同的。和化学性质是相同的。由于质点周期性重复排列，晶体的任何由于质点周期性重复排列，晶体的任何一部分在结构上都是相同的，因此，一部分在结构上都是相同的，因此，由结构决定的一切物理性质，如密度、由结构决定的一切物理性质，如密度、颜色、导热性、膨胀性等也都具有均颜色、导热性、膨

14、胀性等也都具有均一性。一性。异向性：异向性：同一格子构造中，在不同方向同一格子构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，因此，上质点排列一般是不一样的，因此，晶体的性质也随方向的不同而有所差晶体的性质也随方向的不同而有所差异这就是晶体的异向性。异这就是晶体的异向性。例：蓝晶石的硬度，矿物的解理例：蓝晶石的硬度，矿物的解理Z(AA)Z(AA)4-54-5Y(BB)Y(BB)6.5-76.5-73.3.对称性对称性晶体相同的性质在不同方向或位晶体相同的性质在不同方向或位置上作有规律的重复。置上作有规律的重复。宏观对称宏观对称微观结构对称微观结构对称4 一定的熔点 晶体具有一定的熔点，晶体加热在熔

15、点晶体具有一定的熔点，晶体加热在熔点温度开始熔化，直到晶体完全融化温度温度开始熔化，直到晶体完全融化温度才继续升高。才继续升高。玻璃、蔗糖等非晶质则不具有固定的熔玻璃、蔗糖等非晶质则不具有固定的熔点，熔化过程温度的变化为一条曲线；点，熔化过程温度的变化为一条曲线；5.5.最小内能性最小内能性相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质体、液体、气体状态相比较，其内能最小。体、液体、气体状态相比较，其内能最小。内能动能势能内能动能势能动能动能晶体内部质点在平衡点周围作无规则运动所决晶体内部质点在平衡点周围作无规则运动所决定的，与定的，与T T、P P有关有关。

16、势能势能质点间相互位置所决定的，与质点的排列有关。质点间相互位置所决定的，与质点的排列有关。当当T T、P P一定时，动能一定，这样决定物质内能大小一定时，动能一定，这样决定物质内能大小的就是势能了。因为晶体内部质点都已经达到平衡位的就是势能了。因为晶体内部质点都已经达到平衡位置，所以其势能最小。置，所以其势能最小。非晶质体、液体、气体的质点排列没有规律，质点间非晶质体、液体、气体的质点排列没有规律，质点间的距离不是平衡距离，它们的势能都比晶体势能大。的距离不是平衡距离，它们的势能都比晶体势能大。6.6.稳定性稳定性在相同的热力学条件下，晶体比具有相同化学成在相同的热力学条件下，晶体比具有相同

17、化学成分的非晶质体稳定。分的非晶质体稳定。晶体的稳定性是其具最小内能的必然结果。晶体的稳定性是其具最小内能的必然结果。气体：气体：扩散作用使质点作直线运动，不改变方向，扩散作用使质点作直线运动，不改变方向，具有占据最大空间的运动趋势，稳定性差；具有占据最大空间的运动趋势，稳定性差；液体：液体：流动作用使质点移动，所以其决定于容器的流动作用使质点移动，所以其决定于容器的形状；形状；非晶质体：非晶质体：质点运动类似晶体，质点处于振动状态，质点运动类似晶体，质点处于振动状态，且质点的相对移动极为困难。但时间加长，这种且质点的相对移动极为困难。但时间加长，这种运动可以显现出来，在温度较高时，这种运动更

18、运动可以显现出来，在温度较高时，这种运动更为显著。为显著。第四节 晶体的形成一一 晶体的形成方式晶体的形成方式1 1、由液相结晶析出晶体、由液相结晶析出晶体2、由气相转变为晶体3、由固态再结晶为新晶体二二 晶体的生长理论晶体的生长理论1 1、科塞尔理论、科塞尔理论2 2、布拉维法则布拉维法则3 3、面角守恒定律、面角守恒定律1 1、由液相结晶析出晶体、由液相结晶析出晶体由液相由液相(液体或熔体液体或熔体)中结晶析出晶体，是晶体中结晶析出晶体，是晶体形成的主要方式，又可分为两种情况：形成的主要方式，又可分为两种情况：1 1）从熔体中结晶：）从熔体中结晶：当温度低于熔体的熔点时，晶体开始析出，也当

19、温度低于熔体的熔点时，晶体开始析出，也就是说，只有当熔体过冷却时晶体才能发生。就是说，只有当熔体过冷却时晶体才能发生。如金属熔体冷却到熔点以下结晶成金属晶体。如金属熔体冷却到熔点以下结晶成金属晶体。岩浆中的晶体矿物都是由这种方式形成的。岩浆中的晶体矿物都是由这种方式形成的。因此，所形成矿物晶体都有较高的熔点。因此，所形成矿物晶体都有较高的熔点。一 晶体的形成方式1、由液相结晶析出晶体2 2）从溶液中结晶：）从溶液中结晶：这是自然界常见的现象，也是在实验室获得晶体常用的这是自然界常见的现象，也是在实验室获得晶体常用的方法。物质从溶液中结晶，必须在该物质达到过饱和方法。物质从溶液中结晶，必须在该物

20、质达到过饱和时才发生。时才发生。过饱和的实现可有多种途径：过饱和的实现可有多种途径：温度降低，如岩浆期后的温度降低，如岩浆期后的热液越远离岩浆源则温度将渐次降低，各种矿物晶体热液越远离岩浆源则温度将渐次降低，各种矿物晶体陆续析出；水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，石膏、陆续析出；水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，石膏、石盐等盐类矿物结晶出来；通过化学反应，生成难溶石盐等盐类矿物结晶出来；通过化学反应，生成难溶物质等。物质等。自然界岩浆期后：自然界岩浆期后：产生含有各种金属物质的热水溶液。产生含有各种金属物质的热水溶液。从这种热液中沉淀出的各种金属矿物和非金属矿物，从这种热液中沉淀出的各种金属矿物和非金

21、属矿物，如方铅矿、闪锌矿、萤石、方解石等，就是溶液中生如方铅矿、闪锌矿、萤石、方解石等，就是溶液中生成晶体的例子。成晶体的例子。石盐石盐2、由气相转变为晶体从气相直接转变为晶体：从气相直接转变为晶体：条件是要有足够的蒸条件是要有足够的蒸气压。在火山口附近常有由火山喷气直接生成气压。在火山口附近常有由火山喷气直接生成 S S、I I、或、或NaClNaCl的晶体的晶体 这样的作用在地下深处亦有发生，如有些矿物这样的作用在地下深处亦有发生，如有些矿物就可以在岩浆作用期后由气体中直接生成（萤就可以在岩浆作用期后由气体中直接生成（萤石、绿柱石、电气石等）；雪花也是由于水蒸石、绿柱石、电气石等）；雪花也

22、是由于水蒸气冷却直接结晶而成的晶体。气冷却直接结晶而成的晶体。这些都是由气体转变为晶体的实例，此种现象这些都是由气体转变为晶体的实例，此种现象又称为凝华作用。又称为凝华作用。凝华作用形成的雪花（上）凝华作用形成的雪花（上）和自然硫（右）和自然硫（右）岩浆晚期气液作用形成的萤石岩浆晚期气液作用形成的萤石3、由固态再结晶为新晶体1）由固态非晶质体转变为晶体：）由固态非晶质体转变为晶体：例如火山玻璃的例如火山玻璃的“脱玻化作用脱玻化作用”或或“重结晶重结晶作用作用”2）同质多象转变可形成新的矿物晶体）同质多象转变可形成新的矿物晶体：所谓同质多象转变是指某种晶体，在热力学条所谓同质多象转变是指某种晶体

23、，在热力学条件改变时转变为另一种在新条件下稳定的晶件改变时转变为另一种在新条件下稳定的晶体。例如在体。例如在573573以上以上-石英石英(SiO2)(SiO2)可以转变可以转变为为石英石英(SiO2)(SiO2)，当温度降低到，当温度降低到573573以下时以下时则则石英又会重新转变为石英又会重新转变为-石英的晶体。石英的晶体。3 3）原矿物晶粒逐渐变大可形成新的矿物晶体：）原矿物晶粒逐渐变大可形成新的矿物晶体：由微粒方解石组成的石灰岩与岩浆岩接触时，受热再由微粒方解石组成的石灰岩与岩浆岩接触时，受热再结晶成为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。结晶成为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。4 4）固溶体

24、分解可形成新的矿物晶体：）固溶体分解可形成新的矿物晶体：在一定温度下固溶体可以分离成为几种独立矿物，例在一定温度下固溶体可以分离成为几种独立矿物，例如高温时钾长石为固溶体，随温度降低而变为条纹如高温时钾长石为固溶体，随温度降低而变为条纹长石。长石。5 5）变晶作用可在固态下形成新矿物晶体：）变晶作用可在固态下形成新矿物晶体：在较高的温度和压力下，粘土矿物通过变质重结晶作在较高的温度和压力下，粘土矿物通过变质重结晶作用可形成分子体积较小、比重较大且晶体较粗大的用可形成分子体积较小、比重较大且晶体较粗大的红柱石、蓝晶石等新矿物。红柱石、蓝晶石等新矿物。3、由固态再结晶为新晶体二二 晶体的生长理论晶

25、体的生长理论1 1 晶核的生长：晶核的生长：2 2 晶体的成长：晶体的成长：二 晶体的生长理论1 1 晶核的生长：晶核的生长：晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。晶体生成的一般过程是先生成晶核，而后再逐渐长大。成核作用包括：成核作用包括：均匀成核作用：均匀成核作用：介质体系内的质点同时进入不稳介质体系内的质点同时进入不稳定状态形成新相；定状态形成新相；不均匀成核作用：不均匀成核作用：在体系内的某些局部小区首先在体系内的某些局部小区首先形成新相的核形成新相的核。2 2 晶体的成长：晶体的成长：晶体成核后进一步长大的过程，晶体生长的两种主要的理论晶体成核后进一步长大的过程，晶体生长的两

26、种主要的理论 ：A A：层生长理论：层生长理论 B B：不拉维法则：不拉维法则 C:C:面角守恒定律面角守恒定律晶体生长模型A A：层生长理论（科塞：层生长理论（科塞尔理论）尔理论）:晶体在理想情况下生长时，晶体在理想情况下生长时，总是先生长一条行列然总是先生长一条行列然后再生长相邻的行列；后再生长相邻的行列；在长满一层面网后，再在长满一层面网后，再开始生长第二层面网；开始生长第二层面网；晶面（最外的面网）总晶面（最外的面网）总是平行向外推移而生长是平行向外推移而生长的。的。层生长过程层生长过程显晶质显晶质赤铁矿赤铁矿二 晶体的生长理论B B 晶体生长的布拉维法晶体生长的布拉维法则：则：晶体中

27、面网的数目无限，实晶体中面网的数目无限，实际晶体晶面数量有限，为什际晶体晶面数量有限，为什么有的面网不能形成晶面？么有的面网不能形成晶面？原因：原因：面网密度小面网密度小面网间面网间距大距大对生长质点吸引力对生长质点吸引力小小生长速度快，在晶形上生长速度快，在晶形上尖灭；反之，生长速度慢尖灭；反之，生长速度慢在晶形上保留；在晶形上保留；实际晶体往往被面网密度大实际晶体往往被面网密度大的晶面包围的晶面包围布拉维法则。布拉维法则。二 晶体的生长理论C C 面角守恒定律面角守恒定律理想状态下密度相同的面理想状态下密度相同的面网生长速度应该一致，自网生长速度应该一致，自然环境条件下同一类面网然环境条件

28、下同一类面网的生长速度出现差异，实的生长速度出现差异，实际晶体的形态偏离理想形际晶体的形态偏离理想形态形成歪晶。但是，歪晶态形成歪晶。但是，歪晶晶面之间存在明显的对应晶面之间存在明显的对应关系。关系。同一物质的所有晶体，其同一物质的所有晶体，其对应晶面间的夹角恒等对应晶面间的夹角恒等面角守恒定律。面角守恒定律。自形磁铁矿自形磁铁矿本章重点总结：本章重点总结：本章包括本章包括4 4组重要的基本概念组重要的基本概念:1)1)晶体、格子构造、空间格子、相当点；它晶体、格子构造、空间格子、相当点；它们之间的关系。们之间的关系。2)2)结点、行列、面网、平行六面体结点、行列、面网、平行六面体;结点间距、

29、结点间距、面网间距与面网密度的关系面网间距与面网密度的关系.3)3)晶体的基本性质：自限性、均一性、异向晶体的基本性质：自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能性、稳定性。性、对称性、最小内能性、稳定性。第一节第一节 对称的概念及晶体的对称性对称的概念及晶体的对称性1 1 对称：对称：就是物体（或图形）中，其相同部分就是物体（或图形）中，其相同部分之间的有规律的重复之间的有规律的重复例：蝴蝶、例：蝴蝶、花冠、建筑物、面容、雪花花冠、建筑物、面容、雪花第二章第二章 晶体的几何特征及表述晶体的几何特征及表述韩诗外传韩诗外传（韩婴，西汉）（韩婴，西汉）“凡草木花多五出，雪花独六出凡草木花多五出，雪花

30、独六出”神奇曼妙神奇曼妙 仪态万方仪态万方1)相同部分相同部分2)有规律的重复有规律的重复强强 调调微观结构对称微观结构对称格子状构造本身就是格子状构造本身就是质点在三维空间呈周期性重复的体现，质点在三维空间呈周期性重复的体现，从这个意义上说，所以的晶体都是对称从这个意义上说，所以的晶体都是对称的。的。宏观对称宏观对称晶体相同部位能够在不同晶体相同部位能够在不同的方向或位置上有规律重复出现的特性，的方向或位置上有规律重复出现的特性，宏观对称是晶体分类的基础。宏观对称是晶体分类的基础。2 2、晶体对称的特点、晶体对称的特点2 2、晶体对称的特点晶体对称的特点1 1）晶体内部）晶体内部 都具有格子

31、构造，通过平移，可都具有格子构造，通过平移，可使相同质点重复，因此，所有的晶体结构都使相同质点重复，因此，所有的晶体结构都是对称的。是对称的。2 2）晶体的对称）晶体的对称 受格子构造规律的限制，因此，受格子构造规律的限制，因此，晶体的对称是晶体的对称是有限的有限的，它遵循，它遵循“晶体对称定晶体对称定律律”。3 3）晶体的对称）晶体的对称 不仅体现在外形上，同时也体不仅体现在外形上，同时也体现在物理性质。现在物理性质。以上可见以上可见:格子构造使得所有晶体都是对称的，格子构造使得所有晶体都是对称的，格子构造也使得并不是所有对称都能在晶体格子构造也使得并不是所有对称都能在晶体中出现的。中出现的

32、。第二节.晶体对称要素及对称特点对对 称称 要要 素：素：对称面对称面(P)对称轴对称轴(Ln)对称中心对称中心(C)旋转反伸轴旋转反伸轴(Lni)第二节.晶体对称要素及对称特点1 1 对称面：对称面：对称面对称面 是一假象的平面（是一假象的平面（P P），它把晶体图），它把晶体图形分为两个相等的部分，相应的对称操作为形分为两个相等的部分，相应的对称操作为对于此假象平面的对于此假象平面的“反映反映”。对称面的特征是：对称面的特征是：该平面能够把图形平分为该平面能够把图形平分为两个相等的部分，其中的任一部分通过该平两个相等的部分，其中的任一部分通过该平面的镜相反映操作之后，可与另一部分重合，面的

33、镜相反映操作之后，可与另一部分重合，对应点的连线垂直对称面且被平分。对应点的连线垂直对称面且被平分。晶体只可有晶体只可有0-90-9个对称面。个对称面。晶体外形可能存在的对称要素和相应的对称操作如下：(请同学们在晶体模型上找对称面:示范模型)对称面的寻找对称面的寻找1）垂直并平分晶面对称面的寻找对称面的寻找2）垂直并平分晶棱对称面的寻找对称面的寻找3）包含晶棱并穿过角顶A:A:晶体中可以没有晶体中可以没有对称面，也可以有对称对称面，也可以有对称面，但最多只能有面，但最多只能有9 9个对个对称面；称面；B:B:必须通过晶体中必须通过晶体中心，其出现的位置多垂心，其出现的位置多垂直并平分于晶面或晶

34、棱；直并平分于晶面或晶棱；C:C:寻找对称面时要寻找对称面时要尽量避免转动模型，以尽量避免转动模型，以免造成重复；免造成重复；D:D:对称面的数目写对称面的数目写在前面：如，在前面：如，9P9P。注注 意意 2.2.对称轴（对称轴（Ln ）对称轴为一假想的直线，相对应对称轴为一假想的直线，相对应的对称操作是围绕此直线的旋转的对称操作是围绕此直线的旋转 ，旋转一定角度后可使相同（等）部分旋转一定角度后可使相同（等）部分有规律地重复有规律地重复 。对称轴对称轴L Ln n 操作为旋转操作为旋转 。其中。其中n n 代表代表轴次，意指旋转轴次，意指旋转360 360 o o 相同部分重复的次相同部分

35、重复的次数。旋转一次的角度为基转角数。旋转一次的角度为基转角 ，关系，关系为：为：n n=360/=360/。(请同学们在晶体模型上找对称轴请同学们在晶体模型上找对称轴)晶体的对称定律：晶体的对称定律：晶体中只能出现轴次为晶体中只能出现轴次为1 1、2 2、3 3、4 4、6 6 的对称的对称轴，而不能出现轴，而不能出现5 5 次或次或高于高于6 6 次的对称轴。次的对称轴。晶体对称晶体对称的有限性的有限性所决定所决定 原理：原理：L L5 5、L L7 7和和L L8 8等不符合空间格子等不符合空间格子的规律，在空间格子中，的规律，在空间格子中，垂直对称轴一垂直对称轴一定有面网存在，围绕该对

36、称轴转动所形定有面网存在，围绕该对称轴转动所形成的多边形应该符合于该面网上结点所成的多边形应该符合于该面网上结点所围成的网孔。围成的网孔。围绕围绕L L2 2、L L3 3、L L4 4、L L6 6所形成的多边形，所形成的多边形，都能毫无间隙地布满平面，都可能符合空都能毫无间隙地布满平面，都可能符合空间格子的网孔。间格子的网孔。具有具有L2、L3、L4和和L6的单锥及其横断面形态的单锥及其横断面形态 垂直对称轴切面上的多边形面网结点形态，垂直对称轴切面上的多边形面网结点形态，a、b、c、d、e、f、g分别为垂直二次、三次、四次、五次、六次、七次和八分别为垂直二次、三次、四次、五次、六次、七次

37、和八次对称轴的切面上面网结点的多边形次对称轴的切面上面网结点的多边形晶体对称轴可能的出露位置在一个晶体上有对称轴时，可能位置只有六种：在一个晶体上有对称轴时，可能位置只有六种：1)1)通过两个平行晶面中心，并与晶面垂直的直线；通过两个平行晶面中心，并与晶面垂直的直线；2)2)垂直并通过两个晶棱的中的；垂直并通过两个晶棱的中的；3)3)通过两个对应的晶角；通过两个对应的晶角；4)4)通过一个晶角和一个晶面中心并与其垂直；通过一个晶角和一个晶面中心并与其垂直；5)5)通过一个晶角和一条晶棱的中心，并与晶棱垂直；通过一个晶角和一条晶棱的中心，并与晶棱垂直；6)6)通过一条晶棱的中点和一个晶面的中心，

38、并与该晶通过一条晶棱的中点和一个晶面的中心，并与该晶面垂直；面垂直；对称轴的寻找对称轴的寻找 1 1）通过晶棱中点且垂直该晶棱的直线）通过晶棱中点且垂直该晶棱的直线LL2 2对称轴的寻找对称轴的寻找2 2）通过晶面中心且垂直该晶面的）通过晶面中心且垂直该晶面的直线直线LL4 4对称轴的寻找对称轴的寻找3 3）通过角顶的直线）通过角顶的直线LL3 3 3.3.对称中心（对称中心（C C）对称中心为一假想对称中心为一假想的点，相对应的对称的点，相对应的对称操作是对于此点操作是对于此点反向反向延伸延伸 ，通过此点，等，通过此点，等距离两端必能找到相距离两端必能找到相对应的点对应的点 。在晶体中可以没

39、在晶体中可以没有对称中心，若有有对称中心，若有则只能有则只能有1 1个，出个，出现在晶体的中心。现在晶体的中心。若晶体具有对称中心，其相应若晶体具有对称中心，其相应的的晶面、晶棱、角顶晶面、晶棱、角顶都体现都体现反向平反向平行行。其晶面必然都是两两平行而且。其晶面必然都是两两平行而且相等的，这一点可以用来作为判别相等的，这一点可以用来作为判别晶体有无对称中心的依据。晶体有无对称中心的依据。规律规律第二节.晶体对称要素及对称特点4 4 旋转反伸对称轴旋转反伸对称轴(L(Li in n)：旋转反伸对称轴是一条假旋转反伸对称轴是一条假想的直线，对应的操作想的直线，对应的操作是旋转反伸，即晶体或是旋转

40、反伸，即晶体或者图形旋转一定角度后，者图形旋转一定角度后，再对该直线上的一点进再对该直线上的一点进行反伸，可使晶体或者行反伸，可使晶体或者图形上相等的部分重复图形上相等的部分重复出现。出现。四方四面体具有四方四面体具有L Li i4 4的图解的图解第二节.晶体对称要素及对称特点4 4 旋转反伸对称轴旋转反伸对称轴(L(Li in n)特点是：特点是：晶体或图形绕轴旋转一定晶体或图形绕轴旋转一定角度并反伸后，可使晶角度并反伸后，可使晶体或者图形重复体或者图形重复。经推。经推导证明，旋转反伸对称导证明，旋转反伸对称轴仅可能有轴仅可能有5 5种，即种，即L Li i1 1 、L Li i2 2 L

41、Li i3 3 、L Li i4 4 、L Li i6 6 。当有。当有多条旋转反伸轴同时出多条旋转反伸轴同时出现时记为现时记为3 L3 Li i4 4。四方四面体具有四方四面体具有L Li i4 4的图解的图解 旋转反伸轴的图旋转反伸轴的图解解1 1、对称型、对称型2 2、晶体的对称分类、晶体的对称分类第三节 对称型及晶体的分类1、对称型及相关概念 1 1 对称型：对称型：一个晶体中全部对称要素的总合，称为一个晶体中全部对称要素的总合，称为该晶体的对称型。该晶体的对称型。通常又被称为通常又被称为“点群点群”或者或者“晶类晶类”书写方法：书写方法：1 1）高次轴、低次轴、对称面、对称中心的顺序

42、书）高次轴、低次轴、对称面、对称中心的顺序书写；写；2 2）晶体中存在多个同轴次对称轴或多个对称面，）晶体中存在多个同轴次对称轴或多个对称面，其个数写在对称要素的前面；其个数写在对称要素的前面；例如例如，呈立方体形态的晶体有呈立方体形态的晶体有3 3个个L L4 4、4 4个个L L3 3 、6 6个个L L2 2 、9 9个个P P和和1 1个个C C，所以，呈立方体形态的晶体，对，所以，呈立方体形态的晶体，对称型为称型为“3L3L4 44L4L3 36L6L2 29PC”9PC”。关于关于3232种对称型种对称型 由于晶体对称要素的有限性，对称要素组由于晶体对称要素的有限性，对称要素组合是

43、有规律的，因此，晶体中的对称型也是有合是有规律的，因此，晶体中的对称型也是有限的。这种有限性表现在实际晶体中只有限的。这种有限性表现在实际晶体中只有3232种种对称型（赫赛尔对称型（赫赛尔 HesselHessel，18301830）。）。3232种对称型可以分成种对称型可以分成A A类（类（2727种）和种）和B B类（类（5 5种）种）32种对称型推导表 对对 称称 型型共共 同同 式式 LnLnnL2 LnP(C)LnnP LnnL2(n+1)PC Lin Lin nL2nP(*1)Lin(n/2)L2(n/2)P(*2)晶系晶系 A 类类n=1L1 Li1=C 三斜三斜n=2L23 L

44、2 L2 PCL22P 3 L2 3PC Li2=P单斜单斜斜方斜方n=3L3 L3 3 L2 L3 3P Li3=Li3C Li33 L2 3P=L3 3 L2 3PC 三方三方n=4L4L4 4L2 L4 PC L4 4P L4 4L2 5PC Li4Li42 L2 2P 四方四方n=6L6 L6 6 L2 L6 PC L6 6P L6 6 L2 7PC Li6=Li6P Li63 L2 3P=L3 3 L2 4P 六方六方 B 类类 3 L2 4 L3 3 L4 4 L3 6 L2 3 L2 4 L3 3PC3Li44L36P 3 L4 4 L3 6 L2 9PC 等轴等轴2 2 晶体的

45、对称分类晶体的对称分类晶类的概念晶类的概念:指按对称型进行归类时，所划分成指按对称型进行归类时，所划分成的晶体类别。的晶体类别。根据晶体的对称特点，可以将晶体划分为三根据晶体的对称特点，可以将晶体划分为三个晶族（根据是否有高次轴或高次轴的多少来个晶族（根据是否有高次轴或高次轴的多少来划分）、七个晶系（在晶族中，根据对称型的划分）、七个晶系（在晶族中，根据对称型的特点来划分晶系）。特点来划分晶系）。晶族晶族晶族特点晶族特点晶系晶系对称型数量对称型数量对称特点对称特点高级晶族高级晶族多个高次轴多个高次轴立方晶系立方晶系5 5有有4 L4 L3 3中级晶族中级晶族一个高次轴一个高次轴四方晶系四方晶系

46、7 7有有1 1个个L L4 4六方晶系六方晶系7 7有有1 1个个L L6 6三方晶系三方晶系5 5有有1 1个个L L3 3低级晶族低级晶族没有高次轴没有高次轴斜方晶系斜方晶系3 3多于多于1 1个个L L2 2或或P P单斜晶系单斜晶系3 31 1个个L L2 2或或P P三斜晶系三斜晶系2 2无无L L2 2和和P P各晶族、晶系晶体对称的特点各晶族、晶系晶体对称的特点晶体的对称分类 依据晶体对称特点、高次对称轴及对称轴的数量进行分依据晶体对称特点、高次对称轴及对称轴的数量进行分类，各晶系晶体常数类，各晶系晶体常数a a、b b、c c及其夹角及其夹角、的相的相互关系如下：互关系如下：

47、1 1）等轴晶系：）等轴晶系：a=b=ca=b=c，；，；=90=90；2 2）四方晶系：）四方晶系：a=bca=bc，=90=90；3 3）六方晶系：）六方晶系：a=bca=bc，=90=90，=120=120；4 4）三方晶系：）三方晶系：a=b=ca=b=c，=90=90；5 5）斜方晶系：）斜方晶系：abcabc，=90=90；6 6）单斜晶系：）单斜晶系：abcabc，=90=90、9090 7 7）三斜晶系：）三斜晶系：abcabc，9090 本节重点总结1)1)对称要素：对称要素：P P,L Ln n,C C,L Li in n；2)2)对称型：常见重要的对称型；对称型：常见重要

48、的对称型；3)3)晶体的对称分类：晶体的对称分类：3 3个晶族，个晶族，7 7个晶个晶系，系，3232个晶类。个晶类。第四节 单形和聚形二二 聚形聚形三三 双晶双晶第四节 单形和聚形 晶体的理想形态严格地遵循格子构造规律，是由晶体晶体的理想形态严格地遵循格子构造规律，是由晶体的对称性决定的。的对称性决定的。晶体的理想形态可分为两种类型晶体的理想形态可分为两种类型:一类由同形等大的一类由同形等大的晶面组成，称为单形；另一类是由两种或两种以上的晶面组成，称为单形；另一类是由两种或两种以上的单形聚合成的，称为聚形。单形聚合成的，称为聚形。立方体立方体(左左)八面体八面体(中中)和菱形十二面体和菱形十

49、二面体(右右)的单形及聚形的形态的单形及聚形的形态第三节 晶体的理想形态单形的概念单形的概念4747种几何单形的形态特点种几何单形的形态特点146146种结晶单形种结晶单形单形单形：由对称要素所联系的一组晶面的组合。由对称要素所联系的一组晶面的组合。即：单形是一个晶体上能够由该晶体的所有对即：单形是一个晶体上能够由该晶体的所有对称要素操作而使它们相互重复的一组晶面。称要素操作而使它们相互重复的一组晶面。1.1.单形的概念单形的概念如：四方柱、立方体等通过对称要素操作，如：四方柱、立方体等通过对称要素操作，单形上的所有晶面能够相互重复。单形上的所有晶面能够相互重复。同一单形的同一单形的所有晶面在

50、理想所有晶面在理想情况下同形、等情况下同形、等大。大。同一单形的晶面特征（同一单形的晶面特征（1 1）同一单形的各晶面与相同对称要素间的同一单形的各晶面与相同对称要素间的取向关系（平行、垂直、某一角度相交）取向关系（平行、垂直、某一角度相交）相互一致。相互一致。借助其它对称要素，相同对称要素间可以借助其它对称要素，相同对称要素间可以重复。重复。如：如：L L4 44L4L2 25PC5PC中的中的两种两种L L2 2（分别指穿过面中（分别指穿过面中心和棱中点的）心和棱中点的）不是相同对称要素不是相同对称要素。3L3L4 44L4L3 36L6L2 29PC9PC中的中的3L3L4 4则是相同对