《物理宝玉石鉴赏结晶学基础.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《物理宝玉石鉴赏结晶学基础.pptx（57页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、 18551855年另一个法国人布拉维建立了晶体结构的空间点阵学年另一个法国人布拉维建立了晶体结构的空间点阵学说。说。一个理想晶体是由全同的称作基元的结构单元在空间作无一个理想晶体是由全同的称作基元的结构单元在空间作无限的重复排列而构成的；基元可以是原子、离子、原子团限的重复排列而构成的；基元可以是原子、离子、原子团或者分子；晶体中所有的基元都是等同的，也就是说他们或者分子；晶体中所有的基元都是等同的，也就是说他们的组成、位形和取向都是相同的。因此，晶体的内部结构的组成、位形和取向都是相同的。因此，晶体的内部结构可以抽象为在空间作周期性的无限分布的一些相同的几何可以抽象为在空间作周期性的无限分
2、布的一些相同的几何点，这些几何点代表了基元的某个相同位置，而这些几何点，这些几何点代表了基元的某个相同位置，而这些几何点的集合就称作空间点阵，简称点阵点的集合就称作空间点阵，简称点阵。第1页/共57页1、晶体的空间格子晶体的内部质点作周期性、规律的重复排列空间格子。有关要素：结点、行列、面网、平行六面体结点结点：空间格子中的点，代表晶体结构中的相当点。：空间格子中的点，代表晶体结构中的相当点。它是一种几何点，并不代表任何质点，但在实际晶它是一种几何点，并不代表任何质点，但在实际晶体中，在结点的位置上可以为同种质点所占据。体中，在结点的位置上可以为同种质点所占据。行列行列：结点在直线上的排列构成
3、行列。行列中相邻：结点在直线上的排列构成行列。行列中相邻结点间的距离称为该行列的结点间距。同一方向上结点间的距离称为该行列的结点间距。同一方向上的行列中结点间距是相等的，不同方向上的行列中的行列中结点间距是相等的，不同方向上的行列中结点间距一般是不相等的。结点间距一般是不相等的。第2页/共57页面网结点在平面上的分布，任意两个相交的行列就可以决定一个面网。面网上单位面积内结点的密度称为面网密度，相互平行的面网，网面密度相同。d第3页/共57页平行六面体：空间格子在三维空间可以划分出的最小重复单位。而实际晶体中所划出的这样的相应的单位，称为晶胞。单位晶胞（Unitcell）-组成晶体的最小单位c
4、ab 单位平行六面体参数单位平行六面体参数cXYZ第4页/共57页单位平行六面体与坐标轴的关系：棱交角单位平行六面体与坐标轴的关系：棱交角坐标轴之间坐标轴之间交角交角。a、b、c 轴单位轴单位。a、b、c、关系有关系有七种情况七种情况，与单位平行六面体，与单位平行六面体七种格七种格子相对应子相对应。（1 1）立方格子）立方格子 a=b=c =90o第5页/共57页（2 2）三方格子三方格子 a=b=c =90o，60，109o2816 第6页/共57页（3 3）四方格子四方格子 a=b c =90o第7页/共57页（4 4）六方格子六方格子 a=bc =90o =120o第8页/共57页（5
5、5）正交格子正交格子 a b c =90o第9页/共57页（6 6）单斜格子单斜格子 a b c =90o 90o第10页/共57页（7 7）三斜格子三斜格子 a b c 90o第11页/共57页2、晶体的空间格子类型根据平行六面体中结点的分布不同，分为四类型：原始格子（P）底心格子（C）体心格子（I）面心格子（F）第12页/共57页原始格子（P）：结点分布于平行六面体的顶角第13页/共57页底心格子（C）结点分布于平行六面体的顶角及一对面的中心第14页/共57页体心格子（I）结点分布于平行六面体的顶角及中心第15页/共57页面心格子（F）结点分布于平行六面体的顶角及每个面中心第16页/共57
6、页金刚石（钻石）晶体结构面心格子第17页/共57页3、晶体的基本性质晶体是具有格子构造的固体，因而，晶体具有一些共有的、由格子构造所决定的基本性质：自限性均一性各向异性稳定性对称性第18页/共57页4、晶体的对称对称借助某一要素，可使相同部分完全重复的性质。对称要素：对称面（P）、对称轴（L）、对称中心（C）第19页/共57页对称面（P）一假想平面，晶体在平面的两侧部分呈镜像对应关系表示方法：P2P3P9PP与面、棱有着的关系：（1）对称面垂直并平分晶体上的晶面晶棱；（2）垂直晶面并平分它的两个晶棱的夹角；（3）包含晶棱第20页/共57页对称轴（Ln）一假想的直线，晶体的部分通过该直线旋转一定
7、角度而达到完全重合。使相同部分重复出现的最小旋转角，称为基转角（），旋转一周中，相同部分重复出现的次数，称为轴次（n）。、n之间的关系为：n=360/第21页/共57页对称轴类型名称符号基转角作图符号二次轴L2180三次轴L3120四次轴L490六次轴L660第22页/共57页对称轴在晶体中可能出露的位置是：对称轴在晶体中可能出露的位置是：（1）两个相对晶面的连线；两个相对晶面的连线；（2）两个相对晶棱中点的连线；两个相对晶棱中点的连线；（3）相对的两个角顶的连线相对的两个角顶的连线（4）一个角顶与之相对的晶面之间的连线一个角顶与之相对的晶面之间的连线第23页/共57页对称中心（C）一个假想的
8、点，通过该点的反伸而达到重合。其作用相当于一个照相机。AABBc第24页/共57页对称型、对称要素的组合对称型、对称要素的组合对称型：单个晶体中，全部对称要素的组合。晶 类：按对称型进行归类所划分成的晶体类别。数 量：对称要素的有限性（9种），规律性（对称组合定理）决定了对称型只有32种第25页/共57页5、晶体的对称分类 内部结构相似的可具有相同的对称特点。进而对晶体进行分类。方法：首先：将同一个对称型归为一类，称晶类（对应32）进而：在32种晶类中，按对称型的特点划分为：七个晶系然后：再按高次轴的有无和高次轴的数目，将七个晶系并为三个晶族第26页/共57页晶体的分类根据晶体对称性的特点，可
9、以对晶体进行合理的科学分类：1.晶族：根据是否有高次轴以及有一个或多个高次轴，把32个对称型归纳为低，中，高级三个晶族。（1）高级晶族：有多个高次对称轴。（2）中级晶族：只有一个高次对称轴。（3）低级晶族：没有高次对称轴。第27页/共57页晶体的分类2.晶系：在各晶族中，再根据对称特点划分出7个晶系：（1）属于低级晶族的有：三斜晶系(无对称轴和对称面)，单斜晶系(二次轴和对称面各不多于一个)和斜方晶系(二次轴或对称面多于一个)。（2）属于中级晶族有：四方晶系(有一个四次轴)，三方晶系(有一个三次轴)和六方晶系(有一个六次轴)。（3）属于高级晶族有：等轴晶系(有四个三次轴)。第28页/共57页按
10、晶系分类的常见宝石高级晶族：等轴：金刚石、石榴石、尖晶石中级晶族：六方：祖母绿、海蓝宝石三方：红宝石、蓝宝石、碧玺、水晶四方：锆石低级晶族：斜方：黄玉、橄榄石、金绿宝石单斜：软玉、硬玉、透辉石三斜：拉长石、月光石第29页/共57页共同特征 各晶体模型的每一晶面同形等大 从单形的一个晶面，通过对称型中全部对称要素的作用，可将其余晶面全部推导出来。单形是由同种晶面组成的一组晶面的总和。从单形的一个晶面，可以通过对称型中全部对称要素的作用，将该单形全部晶面推导出来。常用单形的形状或晶面的形状和多少来命名，如三方双锥、菱形十二面体、八面体、四面体关于单形名称6 6、单形和聚形、单形和聚形第30页/共5
11、7页平行双面轴双面斜方单锥斜方四面体斜方双锥斜方柱低级晶族的单形（低级晶族的单形（7 7种）种）单面第31页/共57页 中级晶族常见单形25种单形(垂直C轴的单面和双面除外)中级晶族四方柱 四方单锥 四方双锥复四方柱 复四方单锥 复四方双锥四方偏方面体 四方四面体 复四方偏三角面体三方柱 三方单锥 三方双锥 复方三柱 复三方单锥 复三方双锥三方偏方面体 菱面体 复三方偏三角面体六方柱 六方单锥 六方双锥 复六方柱 复六方单锥 复六方双锥六方偏方面体四方晶系三方晶系六方晶系第32页/共57页第33页/共57页 立方体八面体3L44L36L29PC六方双锥六方柱L66L27PC 同一种单晶宝石通常
12、只有一种对称型但可有多种单形同一单形只有一种对称型同一单形只有一种对称型但同一对称型有不同单形但同一对称型有不同单形立方体八面体钻石如单形与对称型的关系相关知识第34页/共57页知识的应用钻石、绿柱石、电气石、石榴子石、尖晶石、黄玉的常见晶形 不同晶体有不同的晶形，宝石晶体的单形特征是鉴定宝石的依据之一第35页/共57页聚形聚形 由两个或两个以上的单形组成的晶体形态。由两个或两个以上的单形组成的晶体形态。有多少种单形相聚，其聚形上有多少种单形相聚，其聚形上就会出现多少种不同的晶面。就会出现多少种不同的晶面。单形的聚合不是任意的，必须单形的聚合不是任意的，必须属于同一对称型的单形属于同一对称型的
13、单形（不包括单（不包括单面、双面和平行双面）面、双面和平行双面）才能相聚。才能相聚。四方柱和四方双锥的聚形四方柱和四方双锥的聚形第36页/共57页7 7 7 7、晶体定向和结晶符号、晶体定向和结晶符号、晶体定向和结晶符号、晶体定向和结晶符号在晶体的在晶体的在晶体的在晶体的对称型、单形和聚形对称型、单形和聚形对称型、单形和聚形对称型、单形和聚形确确确确定后，仍不能获得晶体形态的完整定后，仍不能获得晶体形态的完整定后，仍不能获得晶体形态的完整定后，仍不能获得晶体形态的完整描述，如图所示的两个晶体同属于描述，如图所示的两个晶体同属于描述，如图所示的两个晶体同属于描述，如图所示的两个晶体同属于L L
14、L L4 44 44L4L4L4L2 22 25PC 5PC 5PC 5PC 对称型和四方柱和四方双锥对称型和四方柱和四方双锥对称型和四方柱和四方双锥对称型和四方柱和四方双锥组成的聚形。组成的聚形。组成的聚形。组成的聚形。对此需要确切地表示晶面在空间的相对位置来进一步描述对此需要确切地表示晶面在空间的相对位置来进一步描述对此需要确切地表示晶面在空间的相对位置来进一步描述对此需要确切地表示晶面在空间的相对位置来进一步描述晶体。晶体。晶体。晶体。在晶体学中，确定晶面在空间的位置是按晶体的对称特征在晶体学中，确定晶面在空间的位置是按晶体的对称特征在晶体学中，确定晶面在空间的位置是按晶体的对称特征在晶
15、体学中，确定晶面在空间的位置是按晶体的对称特征选择坐标系，将晶体按对称特征放置于该坐标系中选择坐标系，将晶体按对称特征放置于该坐标系中选择坐标系，将晶体按对称特征放置于该坐标系中选择坐标系，将晶体按对称特征放置于该坐标系中(晶体定晶体定晶体定晶体定向向向向)，以一定的符号表示法表示出，以一定的符号表示法表示出，以一定的符号表示法表示出，以一定的符号表示法表示出晶面晶面晶面晶面在空间的在空间的在空间的在空间的位置位置位置位置。具有相同对称型和单形的两种聚形具有相同对称型和单形的两种聚形第37页/共57页晶体定向晶体定向选择坐标轴和确定各轴上轴单位的比值。选择坐标轴和确定各轴上轴单位的比值。晶轴和
16、晶体几何常数晶轴和晶体几何常数 晶轴：晶轴：晶体上所设置的坐标轴。晶体上所设置的坐标轴。轴角：轴角：每两个晶轴正端之间的夹角。每两个晶轴正端之间的夹角。aYZ ZX XY第38页/共57页轴单位：轴单位：按按X,Y,Z轴的顺序，标记为轴的顺序，标记为a,b,c轴率：轴率：用投影法求出它们的比率用投影法求出它们的比率a:b:c晶轴的选择原则晶轴的选择原则 选对称轴作晶轴；选对称轴作晶轴；若对称轴的个数不足，由对称面的发线来补充；若对称轴的个数不足，由对称面的发线来补充；若没有对称面和对称轴，则选三个晶棱充当晶轴若没有对称面和对称轴，则选三个晶棱充当晶轴第39页/共57页第40页/共57页整数定律
17、（有理指数定律）整数定律（有理指数定律）晶体上任何晶面在结晶轴上的截距系数之比恒为简单的晶体上任何晶面在结晶轴上的截距系数之比恒为简单的整整数比数比。说明两个问题：说明两个问题：晶面在结晶轴上的截距就是晶轴结点的整数倍；晶面在结晶轴上的截距就是晶轴结点的整数倍；晶体在生长过程中，是遵守晶体在生长过程中，是遵守布拉维法则布拉维法则的（实际出现的的（实际出现的晶面系密度较大的面网，面网密度越大，出现的可能性越大）。晶面系密度较大的面网，面网密度越大，出现的可能性越大）。米氏符号（米勒尔）：米氏符号（米勒尔）：晶面符号可用晶面符号可用（晶面指数）（晶面指数）来表示，晶面指数等于该晶面来表示，晶面指数
18、等于该晶面在三个晶轴上的在三个晶轴上的截距系数的倒数比截距系数的倒数比。用用hkl表示分别与表示分别与XYZ三个轴相对应。三个轴相对应。第41页/共57页确定步骤确定步骤：按晶体定向原则进行按晶体定向原则进行晶体定向晶体定向；求待标晶面在求待标晶面在X X、Y Y、Z Z轴上的截距轴上的截距p pa a、q qb b、r rc c，得，得截距截距 系数系数p p、q q、r r；取截距系数的倒数比取截距系数的倒数比1/p1/p：1/q1/q：1/r=h1/r=h：k k：l l（为最小整（为最小整 数比）；数比）；去掉比号、以去掉比号、以小括号小括号括起来，写为括起来，写为(h k lh k
19、l)。晶面符号图解第42页/共57页补充说明：补充说明：若若晶面平行于某晶轴晶面平行于某晶轴，则该晶轴上的截距系数为，则该晶轴上的截距系数为，其，其 倒数倒数1/1/为为0 0，即晶面在该晶轴上的，即晶面在该晶轴上的指数为指数为0 0。如果晶面与晶轴相交于如果晶面与晶轴相交于负端负端，则在，则在指数上部标指数上部标一一“-”号，号，如如（001001）。互相平行的晶面可用同一晶面指数表示互相平行的晶面可用同一晶面指数表示，即，即(h kh k l l)可代可代 表相互平行的一组晶面。表相互平行的一组晶面。对四轴定向的三方、六方晶系，晶面指数按对四轴定向的三方、六方晶系，晶面指数按XYUZXYU
20、Z轴顺序轴顺序 排列，晶面指数的一般式写作排列，晶面指数的一般式写作(h k i lh k i l)，其中，其中i i 对应对应U U轴轴 ，其它，其它h h、k k、l l 和三轴定向相同。和三轴定向相同。数学上可以证明晶面指数学上可以证明晶面指 数间有数间有h h+k k+i i=0=0 的关系的关系，即，即h h、k k、i i 中只有两个是独中只有两个是独 立的，故一般式又可写作立的，故一般式又可写作(h k h k l l)。第43页/共57页晶体的连生平行连生平行连生两个或以上的同种晶体彼此平行地连生在一起，两个或以上的同种晶体彼此平行地连生在一起，连生着的每一个晶体的相对应的晶面
21、和晶棱都相互平行，这连生着的每一个晶体的相对应的晶面和晶棱都相互平行，这种连生称为平行连生。种连生称为平行连生。第44页/共57页双晶双晶 两个或两个以上的同种晶体，按一定的对称规律的规则两个或两个以上的同种晶体，按一定的对称规律的规则连生。其对应的面、棱不完全平行，但它们可借助对称操连生。其对应的面、棱不完全平行，但它们可借助对称操作（反映、旋转或反伸），使两个个体彼此重合或平行。作（反映、旋转或反伸），使两个个体彼此重合或平行。双晶要素：双晶轴、双晶面、双晶中心双晶轴、双晶面、双晶中心双晶面：双晶面：为一假想的平面。通过它的反映可使构成双晶的为一假想的平面。通过它的反映可使构成双晶的两个单
22、晶体重合或达到完全平行。两个单晶体重合或达到完全平行。双晶轴：双晶轴：为一假想的直线。当围绕它旋转为一假想的直线。当围绕它旋转180180后后,可使构成可使构成双晶的两个单晶体重合或达到完全平行一致。双晶的两个单晶体重合或达到完全平行一致。双晶中心：双晶中心：为一假想的定点。通过它的反伸后为一假想的定点。通过它的反伸后,可使构成双可使构成双晶的两个单体重合或达到平行一致的方位晶的两个单体重合或达到平行一致的方位。双晶中心只有。双晶中心只有在单晶体本身无对称中心的情况才有可能出现。在单晶体本身无对称中心的情况才有可能出现。第45页/共57页双晶的类型：双晶的类型：按结合面分按结合面分：接触双晶，
23、穿插双晶：接触双晶，穿插双晶 双晶个体以简单的平面相接触而连生的为接触双晶，它又双晶个体以简单的平面相接触而连生的为接触双晶，它又可分为可分为简单的接触双晶简单的接触双晶、聚片双晶聚片双晶和和环状双晶环状双晶。第46页/共57页双晶的类型：双晶的类型：按结合面分按结合面分：接触双晶，穿插双晶：接触双晶，穿插双晶 穿插双晶是由个体相互穿插所形成的双晶。穿插双晶是由个体相互穿插所形成的双晶。按成因分按成因分：原生双晶、次生双晶（机械双晶、转变双晶）原生双晶、次生双晶（机械双晶、转变双晶）第47页/共57页双晶的识别：双晶的识别：a.单晶多为凸多面体，而多数双晶有凹角。单晶多为凸多面体，而多数双晶有
24、凹角。b.双晶的接合面在晶体表面双晶的接合面在晶体表面(包括晶面、解理面、断口包括晶面、解理面、断口)表表现为现为“缝合线缝合线”。c.蚀像可以显示双晶的存在。蚀像可以显示双晶的存在。d.单晶河双晶的对称不同。单晶河双晶的对称不同。第48页/共57页晶面花纹：晶面花纹：（1）晶面条纹：在许多晶体的晶面上可以看到一系列平行的或）晶面条纹：在许多晶体的晶面上可以看到一系列平行的或交叉的条纹，并严格地沿一定的结晶方向排列。交叉的条纹，并严格地沿一定的结晶方向排列。（2）蚀像：晶体的晶面上出现的具有几何形状内凹小坑或者突）蚀像：晶体的晶面上出现的具有几何形状内凹小坑或者突起的小丘。起的小丘。（3）印痕
25、：生长时多个晶体挤压在一起造成的晶面花纹。）印痕：生长时多个晶体挤压在一起造成的晶面花纹。黄铁矿的晶面条纹钻石的表面蚀像第49页/共57页8 8 8 8、晶体化学、晶体化学、晶体化学、晶体化学1.1.紧密堆积紧密堆积在晶体结构中，质点之间趋向于尽可能的在晶体结构中，质点之间趋向于尽可能的相互靠近以占有最小空间，使彼此之间的作用相互靠近以占有最小空间，使彼此之间的作用力达到平衡状态，以达到内能最小，使晶体处力达到平衡状态，以达到内能最小，使晶体处于最稳定状态。于最稳定状态。第50页/共57页2.2.类质同象类质同象 晶体结构中的某些质点晶体结构中的某些质点(原子、离子或分子原子、离子或分子)为为
26、它种类似的质点所代替，仅使晶格常数发生不大它种类似的质点所代替，仅使晶格常数发生不大的变化，而结构型式并不改变，这种现象称为类的变化，而结构型式并不改变，这种现象称为类质同像。如刚玉纯净时无色，当其中的质同像。如刚玉纯净时无色，当其中的AlAl部分被部分被CrCr取代后变为红宝石，若其中的取代后变为红宝石，若其中的AlAl部分被部分被FeFe、TiTi取代后则变为蓝宝石。取代后则变为蓝宝石。第51页/共57页3.3.同质多象同质多象 同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件(温度、压力、介质温度、压力、介质)下，形成不同结构的晶体的现下，形成不同结构的晶
27、体的现象，称为同质多像。这些不同结构的晶体，称为象，称为同质多像。这些不同结构的晶体，称为该成分的同质多像变体。该成分的同质多像变体。如：钻石与石墨其化学如：钻石与石墨其化学成分均为成分均为C C，由于其形成的物理化学条件的不同，由于其形成的物理化学条件的不同，形成了两种完全不同的矿物。形成了两种完全不同的矿物。第52页/共57页4.4.矿物中的水矿物中的水 在有些矿物中含有水，并使得矿物的性质与其在有些矿物中含有水，并使得矿物的性质与其含水有关。根据矿物中水的存在形式以及它们在含水有关。根据矿物中水的存在形式以及它们在晶体结构中的作用，可以把水分为两类：一类不晶体结构中的作用，可以把水分为两
28、类：一类不参加晶格，与矿物晶体结构无关的，统称为吸附参加晶格，与矿物晶体结构无关的，统称为吸附水；另一类是参加晶格或与矿物晶体结构密切相水；另一类是参加晶格或与矿物晶体结构密切相关，关，称为结晶水、沸石水、层间水和结构水。称为结晶水、沸石水、层间水和结构水。第53页/共57页（1）吸附水：不参加晶格，与矿物晶体结构无关，是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒或裂隙表面机械吸附的中性的H2O分子。吸附水不属于矿物的化学成分，不写入化学式。它们在矿物中的含量不定，随温度和湿度而不同。温度达到100-110时吸附水就全部从矿物中逸出而不破坏晶格。第54页/共57页（2）结晶水：以中性分子存在于矿物中，在晶格中具有固定的位置，起着构造单位的作用，是矿物化学组成的一部分。水分子的数量与矿物的其它成分之间常成简单比例。不同矿物中，结晶水与晶格联系的牢固程度是不同的，因此其逸出温度也有所不同。当结晶水失去时，晶体的结构遭到破坏和重建，形成新的结构。第55页/共57页（3）结构水：又称化合水。是以(OH)-、H、(H3O)+离子形式参加矿物晶格的“水”，在晶格中占有固定的位置，在组成上具有确定的含量比。由于与其它质点有较强的键力联系，需要较高的温度（大约600-1000）才能逸出。当其逸出后，结构完全破坏，晶体结构重新改组。第56页/共57页感谢您的观看！第57页/共57页