1、矿物学与结晶学,主讲:王旭宇,学习本课程的目的:理解和掌握地球固体物质(目前尚包括月岩和陨石)基本组成单位的矿物,理解和掌握其主要内外属性、形成作用及其在人类成产生活中的用途,基本概念: 1:矿物:是自然作用中形成的天然固态单质和化合物,它具有一定的化学成分和内部结构,因而具有一定的化学性质和物理性质,在一定的物理化学条件下稳定,是固体地球和地外天体中岩石和矿石的基本组成单位,也是生物体中骨骼部分的主要组成。 2:准矿物:是具有一定化学成分的天然固态非晶质体。 3:工艺矿物:在实验室和生产工艺过程中研制和生产而形成的结晶态的化合物和单质。如合成金刚石、合成刚玉、合成水晶等。,第一篇:结晶学基础
2、 课程简介:结晶学:以晶体为研究对象,主要研究晶体的对称规律。研究的是晶体的共同规律,不涉及到具体的晶体种类。特点:空间性、抽象性、逻辑性、理性、共性与后续矿物学形成明显的对比: 矿物学:以矿物晶体为研究对象,主要研究各具体矿物晶体的成分、物理性质、成因特点等。特点:经验性、具体性、归纳分类性、感性、个性,结晶学(晶体学)发展历史及分支学科简介:,结晶学始于17世纪中叶人类的矿业活动,与天文学一起成为人类认识物质世界发展最早的两门自然科学。 1718世纪:以研究晶体形态为主,也初步推测研究晶体内部结构的几何规律; 19世纪末20世纪初:X射线的发现及其对晶体结构的测量,进入晶体内部结构研究阶段
3、; 20世纪70年代以来:透射电镜研究晶体内部超微结构细节; 20世纪80年代,发现准晶体,开辟了晶体对称理论新领域。,结晶学:是以晶体为研究对象,以晶体的生成和变化、晶体外部形态的几何性质、晶体的内部结构、化学组成和物理性质及其相互关系为研究内容的一门自然科学。,分支学科: 几何结晶学研究晶体外部几何形态及其规律,主要是对称规律。 晶体结构学研究晶体内部结构中质点排列规律及缺陷。 晶体化学研究晶体化学成分与结构的关系。 晶体生长学研究晶体生长机理及其影响因素。 晶体物理学研究晶体物理性质及其产生机理。本课程以晶体形态对称规律及晶体内部结构对称规律为主,简介晶体化学与晶体生长。,第一章 晶体与
4、晶体的基本性质,本章涉及一些重要的基本概念,这些概念在整个结晶学中都经常出现, 一定要牢固掌握。 掌握内容: 晶体的概念 晶体的内部构造空间格子 晶体的基本性质,第一节:晶体、非晶体与准晶体的概念晶体:内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列而形成格子构造的固体。,黄 铁 矿,NaCl的晶体结构示意图,无色水晶,非晶质体:内部质点在三维空间不成周期性平移重复排列。 晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。准晶体:其内部原子排列既不同于晶体,也不同于非晶体。,晶体 (远古年代的定义:自发形成规则形态的物体;(图片)现代的定义:内部结构具有周期重复性,即具有格子构造 的物体。)格子构造(晶体结构的周期
5、重复规律,这种规律是可以用格子状的图形空间格子表示的。)空间格子(表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形。要画出空间格子,就一定要找出相当点。) 相当点 (条件:占据相同的位置且周围环境和位向相同),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。 相当点(条件:条件:占据相同的位置且周围环境 和位向相同。),具体的晶体结构是多种原子、离子组成的,使得其重复规律不容易看出来,而空间格子就是使其重复规律突出表现出来。空间格子仅仅是一个体现晶体结构中的周期重复规律的几何图形,比具体晶体结构要简单的多。,空间格子的要素: 结点: 空间格子中的点,代
6、表具体晶体结构中的相当点. 行列: 结点在直线上的排列.(引出: 结点间距 ) 同一行列上的结点间距怎样? 面网: 结点在平面上的分布. (引出: 面网间距、 面网密度) 面网的形状一定是平行四边形!,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.,面网间距与 面网密度的关系:,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; , ,称为轴长与轴角,也称晶胞参数 ),a,b,c,实际晶体结构中,与空间格子中与单位平行六面体对应的部分叫晶胞。,NaCl晶胞,金红石晶胞
7、,1、自限性:是指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体的性质。 晶体通常被平的晶面所包围,晶面相交成直的晶棱,晶棱汇聚成尖的角顶。 晶体的多面体形态,是其格子构造在外形上的直接反映。晶面、晶棱与角顶分别与格子构造中的面网、行列及结点相对应。,一切晶体所共有的,并且是由晶体的格子构造所决定的性质,称为晶体的基本性质。,晶体的基本性质,2、均一性:由于晶体是具有格子构造的固体,在同一晶体的各个不同部分,质点的分布一样,故晶体的各部分的物理化学性质相同。 非晶体也具有均一性。但非晶体不具格子构造,其均一性是统计的、平均近似的均一,称为统计均一性;而晶体均一性取决于格子构造,称为结晶均一性。两者有
8、本质区别。,3、异向性: 同一晶体的格子构造中,在不同方向上质点的排列一般不同,晶体的性质也就随着方向的不同而有所差异。如蓝晶石的硬度、云母的解理、石英折射率等。,4、对称性:是指某种相同的性质在不同的方向或位置上作有规律地重复。对称性是晶体非常重要的性质,也是晶体分类的基础。5、最小内能:在相同的热力学条件下晶体与同种物质的非晶质体、液体、气体相比较,其内能最小。,6、稳定性:对于化学组成相同但处于不同物态下的物质而言以晶体最为稳定。 非晶体不稳定,有自发地向晶体转化的趋向。 晶体和非晶体在一定条件下是可以相互转化的。,请大家将下图的平面晶体结构的空间格子画出来。(答案),本章重点总结:本章包括3组重要的基本概念:1) 晶体、格子构造、空间格子、相当点;它们之间的关系。2) 结点、行列、面网、平行六面体; 结点间距、面网间距与面网密度的关系.3) 晶体的基本性质:自限性、均一性、异向性、对称性、最小内能、稳定性,并解释为什么。,课后思考题:,如何用晶体的格子构造解释其基本性质?,返回,返回,黄铜矿,NaCl (石盐),石墨,返回,平行六面体可具有各种不同的形状,各种形状的平行六面体的轴长与轴角(晶胞参数)怎么样?我们以后将会看到,平行六面体的形状一共有7种,对应有7套晶胞参数的形式,也对应7个晶系。,