寶玉石的結(jié)晶學(xué)特征_圖文

1、第二章:寶石的結(jié)晶學(xué)特征講師:楚愛勇寶玉石檢驗(yàn)員珠寶鑒定師貴金屬檢驗(yàn)員鉆石分級師TEL:158*QQ:1534295575結(jié)晶學(xué)是一門獨(dú)立的學(xué)科,是學(xué)習(xí)珠寶專業(yè)的基礎(chǔ)課程。結(jié)晶學(xué)是一門以晶體為研究對象的學(xué)科,具體研究晶體的生長、發(fā)生、變化及人工合成,研究晶體的幾何外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的一門學(xué)科第一節(jié):晶體的基本特征一:晶體與非晶質(zhì)體1、晶體-具有格子狀構(gòu)造的固體。氣體物質(zhì)液體晶體固體非晶體準(zhǔn)晶體格子構(gòu)造-是指晶體的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)(原子、離子作規(guī)律排列,而且這種排列可在三維空間作周期性重復(fù)(見圖1-1-1。每種寶石礦物晶體都具有其個(gè)性特征,并通常表現(xiàn)出典型的規(guī)則幾何形態(tài)(晶形。這種形態(tài)是其格子構(gòu)造的外觀表現(xiàn)

2、,如水晶、紅寶石、祖母綠等。 2、非晶質(zhì)體與晶體情況相反,有些物質(zhì)的內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)不作規(guī)則排列,不具格子構(gòu)造,因而沒有規(guī)則的幾何外形,這類物質(zhì)就稱為非晶質(zhì)或非晶質(zhì)體。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)的角度來看,非晶質(zhì)體中的質(zhì)點(diǎn)分布類似于液體。這類寶石材料包括火山玻璃、蛋白石和琥珀等(見圖1-1-2。 二、晶體的結(jié)構(gòu)特征1、晶體具有格子構(gòu)造,質(zhì)點(diǎn)在三度空間作格子狀的規(guī)則排列。2、晶體在自由生長狀態(tài)下能自發(fā)地形成規(guī)則的多面體形態(tài)3、晶體具有最小內(nèi)能和穩(wěn)定性。三、晶體的方向性特征1、晶體的性質(zhì)具有隨方向而變化的異向性2、晶體具有外形和性質(zhì)的對稱性總結(jié):晶體的基本性質(zhì):最小內(nèi)能性穩(wěn)定性對稱性異向性自限性均一性第二節(jié):晶體的對稱對

3、稱是指物體相同部分有規(guī)律地重復(fù),如某些動物、植物的葉子和花瓣等。但物體對稱的高低程度有所不同,有的對稱程度很高,有的很低,或者說不具某些對稱性(見圖1-1-3。 從宏觀上來看,晶體的對稱表現(xiàn)為構(gòu)成其外部幾何形態(tài)的面、棱和角頂有規(guī)律地重復(fù)。從微觀角度來看,由于晶體都具有格子構(gòu)造,而格子構(gòu)造本身就是質(zhì)點(diǎn)在三維空間周期性重復(fù)的體現(xiàn),因此從這種意義上來講,所有的晶體都是對稱的。一、晶體對稱的特點(diǎn)1、所有晶體都是對稱的。2、晶體的對稱不僅表現(xiàn)幾何形態(tài)上,還表現(xiàn)在物理化學(xué)性質(zhì)上。3、晶體的對稱是有限的。二、晶體的對稱要素1、對稱操作:為了研究和分析晶體的對稱性,往往要進(jìn)行一系列的操作。使晶體中相同部分重復(fù)

4、而進(jìn)行的操作叫對稱操作。2、對稱要素:進(jìn)行對稱操作所借助的幾何要素(點(diǎn)、線、面稱為對稱要素,一般對稱要素包括對稱面、對稱軸和對稱中心等1.對稱面(P對稱面是一個(gè)假想的通過晶體中心的平面,它將晶體平分為互為鏡像的兩個(gè)相等部分。對稱面可以垂直并平分晶面,可以垂直晶棱并通過它的中點(diǎn),也可以包含晶棱(見圖1-1-4。 2.對稱軸(L對稱軸是一根假想的通過晶體中心的直線,相應(yīng)的對稱操作是圍繞此直線的旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)一周,晶體中相同部分重復(fù)的次數(shù)叫軸次。晶體外形上可能出現(xiàn)的有意義的對稱軸有二次對稱軸(L2、三次對稱軸(L3、四次對稱軸(L4和六次對稱軸(L6,軸次高于二次的對稱軸,即L3、L4、L6稱為高次軸(

5、見圖1-1-5。 3.對稱中心(C對稱中心是一個(gè)假想的位于晶體中心的點(diǎn),相應(yīng)的對稱操作就是對此點(diǎn)的反伸。如果通過此點(diǎn)作任意直線,則在此直線上距對稱中心等距離的兩端必定可找到對應(yīng)點(diǎn)(見圖1-1-6。 三、對稱型一個(gè)晶體中所有對稱要素的組合稱為該晶體的對稱型。例如,鉆石晶體存在三個(gè)L4、四個(gè)L3、六個(gè)L2、九個(gè)對稱面P、一個(gè)對稱中心C,那么鉆石的對稱型就是所有這些對稱要素的總和,可記為:3L44L36L29PC。自然界中所有晶體歸納起來共有32種對稱型(見表1-1-1。四、晶系的分類根據(jù)晶體對稱性的特點(diǎn),可以把晶體劃分成七大晶系。再根據(jù)晶體是否有高次軸和有幾個(gè)(一個(gè)或多個(gè)高次軸,把七大晶系歸納為低

6、、中、高級三個(gè)晶族。低級晶族沒有高次軸。它包括三斜晶系(無對稱軸和對稱面、單斜晶系(二次軸或?qū)ΨQ面不多于一個(gè)和斜方晶系(二次軸或?qū)ΨQ面多于一個(gè),無高次軸;中級晶族(只有一個(gè)高次軸包括四方晶系(有一個(gè)四次軸、三方晶系(有一個(gè)三次軸和六方晶系(有一個(gè)六次軸高級晶族只有等軸晶系,它有一個(gè)以上的高次軸(如都具有四個(gè)三次軸。 第三節(jié):晶體常數(shù)和晶系特點(diǎn)一.晶體定向晶體定向就是在晶體中確定一個(gè)坐標(biāo)系統(tǒng),也就是選擇坐標(biāo)軸(又可稱為晶軸和確定各晶軸上單位長(軸長之比(軸率。給晶體定向的目的是為了更確切地描述和表達(dá)構(gòu)成晶體的晶面、晶棱在空間的展布方位。晶軸系指交于晶體中心的三條直線,它們分別為X軸、Y軸和Z軸(

7、有些書籍中采用a、b、c來表示晶軸,它們分別與X、Y、Z相對應(yīng),晶軸的展布和正負(fù)方向與幾何學(xué)中的規(guī)定相同。對于三方和六方晶系要增加一個(gè)u軸,其前端為負(fù),后方為正。晶軸一般與對稱軸或?qū)ΨQ面的法線重合,或與某個(gè)晶棱方向平行。晶軸的選擇要遵循一定的結(jié)晶學(xué)規(guī)律,各晶系的選軸原則見表1-1-2。二.晶格常數(shù)軸角系指晶軸正端之間的夾角,它們分別以(YZ、(Z X、(X Y表示。軸長與軸率。晶軸實(shí)際上是格子構(gòu)造中的行列,該行列上的結(jié)點(diǎn)間距稱為軸長或軸單位,X、Y、Z軸上的軸單位(結(jié)點(diǎn)間距,又稱軸長分別以a0、b0。和c0表示。由于結(jié)點(diǎn)間距極小(以nm計(jì),需要借助X射線分析才能測定,因此只根據(jù)晶體外形的宏觀研

8、究是不能確定軸長的。但根據(jù)幾何結(jié)晶學(xué)的方法可以確定出它們之間的比率:a:b: c,這一比率稱為釉翠。晶體常數(shù)軸率a:b:c和軸角、合稱為晶體常數(shù)。在一般性描述中常敘述晶體常數(shù)的特征,而不給出具體的軸比率值或非特殊的軸角值。如軸率特征只說明軸單位之間相等或不相等(如a=b±c,軸角只說明是否為特殊角(如=90、>90、=120即可。 三、不同晶系的晶體常數(shù)特點(diǎn)不同,各晶系的特點(diǎn)如下1.等軸晶系等軸晶系有三個(gè)等長且相互垂直的結(jié)晶軸,即a=b=c,=90(見圖1-1-7。該晶系最高對稱型為3L44L36L29PC。三個(gè)結(jié)晶軸相當(dāng)于該晶系中三個(gè)相互重直的L4或L2。其常見單形為立方體、

9、八面體、菱形十二面體、五角十二面體、四角三八面體和四面體等。屬于等軸晶系的寶石礦物有鉆石、石榴石、尖晶石、螢石和方鈉石等。 第四節(jié):單形和聚形單形1、定義:一組晶面的組合2、特點(diǎn):只有一種晶面組成,且晶面同形等大。3、數(shù)目:結(jié)晶學(xué)單形146種。幾何單形47種。4、類型:開形:單錐類、柱類閉形:雙錐類、等軸晶系聚形:1、定義:2個(gè)以上的單形相聚2、特點(diǎn):多種不同的面3、相聚的條件:必須屬于同一對稱型。 第五節(jié):雙晶一、雙晶的概念:雙晶是兩個(gè)或兩個(gè)以上的同種晶體按一定的對稱規(guī)律形成的規(guī)則連生,相鄰的兩個(gè)個(gè)體相應(yīng)的面、棱并非平行,但它們可以借助對稱操作反映、旋轉(zhuǎn)或反伸,使兩個(gè)個(gè)體彼此重合或平行。二、

10、雙晶要素:進(jìn)行對稱操作時(shí)所借助的輔助幾何要素稱為雙晶要素:包括雙晶面、雙晶軸和雙晶中心。1、雙晶面是個(gè)假想的平面,通過它的反映可使雙晶的兩個(gè)個(gè)體重合或平行。2、雙晶軸是一根假想的直線,雙晶中一個(gè)個(gè)體圍繞此直線旋轉(zhuǎn)180后可與另一個(gè)個(gè)體平行或重合。3、雙晶中心是一假想的點(diǎn),雙晶的一個(gè)個(gè)體通過它的反伸可與另一個(gè)個(gè)體重合。三、雙晶類型根據(jù)雙晶個(gè)體連生的方式(分類依據(jù),可將雙晶分為以下幾種類型。(接觸雙晶、聚片雙晶、穿插雙晶、輪式雙晶1、接觸雙晶由兩個(gè)個(gè)體組成,彼此以簡單的平面相接觸,如尖晶石雙晶、水晶膝狀雙晶(見圖1-1-19(a(c。2、聚片雙晶即一系列接觸雙晶,板則有相同的結(jié)構(gòu)取向,如鈉長石的聚

11、片雙晶(見圖1-1-19(b。3、穿插雙晶(貫穿雙晶由兩個(gè)個(gè)體相互穿插而形成,如螢石的立方體穿插雙晶和長石卡氏雙由多個(gè)個(gè)體以同一雙晶律連生,接合面相互平行,常以薄板狀產(chǎn)出,每個(gè)薄板與其直接相鄰的薄板呈相反方向排列,而相間的薄晶(見圖1-1-19(d(e;穿插雙晶的接合面往往不是一個(gè)連續(xù)的平面。4、輪式雙晶由兩個(gè)以上的單體,按同一種雙晶律組成,表現(xiàn)為若干組接觸雙晶或貫穿雙晶的組合,各接合面互不平行而依次呈等角度相交,雙晶總體呈環(huán)狀或輻射狀,按其單體的個(gè)數(shù)可分別稱為三連晶、四連晶等。如金綠寶石的三連晶(見圖1-1-19(f。 第六節(jié):寶石礦物的形態(tài)一、結(jié)晶習(xí)性1、概念:不同礦物晶體結(jié)構(gòu)不同,在一定

12、的外界條件下,晶體有總是趨向于形成某一形態(tài)的特征,晶面上發(fā)育不同的晶面特征。2、類型:根據(jù)晶體在三維空間延伸的情況,可大致分為三種類型:三向等長,指晶體在三維空間的發(fā)育程度基本相等,呈現(xiàn)出粒狀或等軸狀,如石榴石(圖1-1-25(a、黃鐵礦和石英巖中的石英晶體等;二向延長,指晶體在一個(gè)方向上發(fā)育較差,而呈板狀或片狀,如重晶石(圖1-1-25(b和石膏等;一向延長,指晶體在一個(gè)方向上發(fā)育特別快,而呈現(xiàn)柱狀、長柱狀、針狀或纖維狀,如電氣石(圖1-1-25(c、綠柱石、水晶和以包體出現(xiàn)的針狀金紅石等。 3、晶面條紋1定義:晶面上由一系列所謂的鄰接面構(gòu)成的直線條紋,稱為晶面條紋。晶面條紋是晶體在生長過程

13、中形成的,在許多晶體上可以看到。例如:石英晶體的柱面上常具橫紋;電氣石晶體柱面上則常具縱紋(見圖1-1-4(a;黃鐵礦立方體晶面上也常有條紋,其三對平行晶面上的條紋方向相互垂直(見圖1-1-24(b。晶面條紋是由鄰接面的細(xì)窄條帶與主要晶面呈階梯狀反復(fù)交替生長而造成的。 2蝕像除晶面條紋外,在生長過程中晶體表面還可遺留下生長層、螺旋紋和生長丘等表面特征。另外,在晶體形成之后,由于遭受溶蝕還會在晶體表面形成凹坑(溶蝕坑,凹坑的形狀、方向和分布受內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)排列方式所控制,能反映出晶體的對稱性,它可作為鑒定晶體原石的依據(jù)。如鉆石表面的等邊三角形凹坑(倒三角蝕像二、同種寶石礦物的集合體形態(tài) 同種寶石礦物多個(gè)單體聚集在一起的集合體形 態(tài)可以說是千姿百態(tài)。 一般來講，單體成粒狀、片狀和柱狀礦物的集 合體就分別稱之為粒狀集合體、片狀集合體和 柱狀集合體。除此之外還有一些成特殊形態(tài)的 集合體，寶石中常見的有如下幾種。 放射狀集合體 指呈長柱狀或針狀的礦物單 體，它們以一點(diǎn)為中心，向外成放射狀排列而 形成的集合體，例如紅柱石的放射狀集合體， 又稱為菊花石(見圖1126(a。 纖維狀集合體 指纖維狀的礦物單體，其延長 方向相互平行密集排列所形成的集合體，如纖 維狀石膏、陽起石貓眼等(見圖1-1-2