第七章晶體的發(fā)生與成長(zhǎng)

第七章晶體的發(fā)生與成長(zhǎng)第1頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1.由液相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w熔體晶體溶液1）從熔體中結(jié)晶當(dāng)溫度低于熔點(diǎn)時(shí)，晶體開始析出，即過冷卻條件下晶體才能發(fā)生。一.形成晶體的方式第2頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2）從溶液中結(jié)晶當(dāng)溶液處于過飽和時(shí)，溶質(zhì)從溶液中的結(jié)晶出來。其方式有：

A．溫度降低，如巖漿期后的熱液，遠(yuǎn)離巖漿源越遠(yuǎn)溫度將依次降低，各種礦物晶體陸續(xù)析出。如含有各種金屬物質(zhì)的熱水溶液中，可沉淀出各種金屬或非金屬礦物，方鉛礦、閃鋅礦、螢石、方解石等。

B．水分蒸發(fā)，如天然鹽湖鹵水蒸發(fā)，鹽類礦物結(jié)晶出來。

C．通過化學(xué)反應(yīng)，生成難溶物質(zhì)。第3頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2．由氣相轉(zhuǎn)變?yōu)榫w氣體在過飽和蒸氣壓或過冷卻溫度下，直接由氣體轉(zhuǎn)變?yōu)榫w。在火山口附近常由火山噴氣直接生成硫、碘或氯化鈉晶體。螢石、綠柱石、電氣石等等礦物也可在巖漿作用期后由氣體直接生成。雪花就是水蒸氣冷卻直接結(jié)晶而成的晶體。3．由固相直接轉(zhuǎn)為固相環(huán)境的變化可以引起礦物的成分在固態(tài)情況下產(chǎn)生改組，使原礦物的顆粒變大或生成新的礦物。這種再結(jié)晶可有以下幾種情況：

1）同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變 指某種晶體在熱力學(xué)條件改變時(shí)，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N在新條件下穩(wěn)定的晶體，它們?cè)谵D(zhuǎn)變前后的成分相同，但晶體結(jié)構(gòu)不同。

2）

原礦物晶粒逐漸變大 如由細(xì)粒方解石組成的石灰石與巖漿接觸時(shí)，受熱結(jié)晶成為由粗粒方解石晶體組成的大理巖。

3）固溶體分解

在一定溫度下固熔體可以分解成為幾種獨(dú)立的礦物。如由一定比例的閃鋅礦和黃銅礦在高溫時(shí)組成為均一相的固熔體，而在低溫時(shí)就分離為兩種獨(dú)立的礦物。第4頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

4）變晶

礦物在定向壓力方向上溶解，而在垂直壓力方向上再結(jié)晶，因而形成一向延長(zhǎng)或二向延展的變質(zhì)礦物，如角閃石、云母等，這樣的變質(zhì)礦物稱為“變晶”

5）由固態(tài)非晶質(zhì)體結(jié)晶

由非晶質(zhì)體向晶體的轉(zhuǎn)化是自發(fā)的，是釋放能量的過程。這種由玻璃質(zhì)轉(zhuǎn)化為結(jié)晶質(zhì)的作用為晶化作用或脫?；饔谩Ｅc上一作用相反，一些含放射性元素的晶體，由于受到放射性元素發(fā)生蛻變時(shí)釋放出來的能量的影響，使原晶體的格子遭到破壞變?yōu)榉蔷з|(zhì)體，這一作用稱為變生非晶質(zhì)化或玻璃化作用）。第5頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月二、成核作用

晶體的生成一般是先生成晶核，然后再逐漸長(zhǎng)大。晶核：從母相中初始析出并達(dá)到某個(gè)臨界大小，從而得以繼續(xù)成長(zhǎng)的結(jié)晶相微粒。均勻成核作用初次成核作用成核作用非均勻成核作用二次成核作用晶核可由已達(dá)過飽和或過冷卻的流體相本身自發(fā)地產(chǎn)生，這種成核作用叫均勻成核作用；晶核也可借助于非結(jié)晶相外來物的誘導(dǎo)而產(chǎn)生，叫非均勻成核作用；晶體還可由體系中業(yè)已存在的晶體的誘導(dǎo)而產(chǎn)生，這種成核作用叫二次成核作用。第6頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月成核能體系總的能量變化：⊿G=-⊿G1+⊿G2其中：-⊿G1=f(r3)為體系降低的自由能⊿G2=

f(r2)為晶核表面上的自由能rc為可以使晶體得以繼續(xù)成長(zhǎng)的臨界尺寸。第7頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月成核能(⊿G)的大小隨著晶核臨界尺寸(rc)的不同而變化，而rc又與溶液的過飽和度密切相關(guān)。過飽和度越高，晶核的rc以及⊿G就越小，相應(yīng)地成核幾率就越大，成核速率（單位時(shí)間內(nèi)所形成的晶核之總體積）就越高。反之，過飽和度很低，rc以及⊿G就越大，⊿G可能超出體系的能量起伏的變化幅度，此時(shí)盡管溶液已達(dá)飽和，但仍不能有晶核自發(fā)地產(chǎn)生，低過飽和溶液可以無限期地保持穩(wěn)定。第8頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月非均勻成核和二次成核作用也需要一定的成核能（⊿G’）。若⊿G’＝⊿G，晶核與固相外來物之間完全沒有親和力，不發(fā)生均勻成核和二次成核；若⊿G’＝0，說明固相外來物與所結(jié)晶物質(zhì)是同種晶體，優(yōu)先二次成核。晶種若⊿G>⊿G’>0，固相外來物與所結(jié)晶物質(zhì)兩者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)越接近，⊿G’就越小，越容易發(fā)生非均勻成核或二次成核作用。第9頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月三、層生長(zhǎng)理論（Kossel1927）晶體在理想情況下生長(zhǎng)時(shí)，先長(zhǎng)一條行列，然后長(zhǎng)相鄰的行列；在長(zhǎng)滿一層面網(wǎng)后，再開始長(zhǎng)第二層面網(wǎng)；晶面（最外面的面網(wǎng)）是平行向外推移而生長(zhǎng)的。第10頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第11頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第12頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月1．晶體常生長(zhǎng)成面平、棱直的多面體形態(tài)。2．在晶體生長(zhǎng)過程中，環(huán)境會(huì)有變化，不同時(shí)刻生成的晶體在物理性質(zhì)和成分等方面可能有細(xì)微的變化，因而在晶體的端面上常?？梢钥吹綆顦?gòu)造，晶面是平行向外推移生長(zhǎng)的。3．由于晶面是平行向外推移生長(zhǎng)的，所以同種礦物不同晶體上對(duì)應(yīng)晶面間的夾角不變。4．晶體由小長(zhǎng)大，許多晶面向外平行移動(dòng)的軌跡形成以晶體中心為頂點(diǎn)的錐狀體，稱為生長(zhǎng)錐。層生長(zhǎng)的特點(diǎn)：第13頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月四、螺旋生長(zhǎng)理論Frank(1949)等科學(xué)家的研究表明，在達(dá)不到過飽和或過冷卻的條件下，晶體照樣可以生長(zhǎng)，這種現(xiàn)象是層生長(zhǎng)理論所不能解釋的。根據(jù)實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中最常見的位錯(cuò)現(xiàn)象，提出了螺旋生長(zhǎng)理論。即在晶體生長(zhǎng)界面上，螺旋位錯(cuò)露頭點(diǎn)所出現(xiàn)的凹角，及其延伸所形成的二面凹角，可作為晶體生長(zhǎng)的臺(tái)階源，促進(jìn)光滑界面上的生長(zhǎng)。第14頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第15頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月第16頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月晶體生長(zhǎng)速率R與溶液過飽和度S的關(guān)系第17頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

五、影響晶體生長(zhǎng)的內(nèi)因（布拉維法則）實(shí)際晶體的晶面常常平行于面網(wǎng)結(jié)點(diǎn)密度最大的面網(wǎng)。這就是布拉維法則。面網(wǎng)密度：AB>DC>BC生長(zhǎng)速度：AB<DC<BC第18頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月因此：面網(wǎng)密度小的面，其面網(wǎng)間距也小，從而相鄰面網(wǎng)間的引力就大，因此將優(yōu)先生長(zhǎng)。反之，面網(wǎng)密度大的面，成長(zhǎng)就慢。各晶面間的相對(duì)生長(zhǎng)速度與其本身面網(wǎng)密度的大小成反比。生長(zhǎng)速度快的晶面，在晶體的生長(zhǎng)過程中，將會(huì)縮小而最終消失，實(shí)際上保留下來的晶面將是面網(wǎng)密度大的晶面。面網(wǎng)密度越大，被保留下來的幾率就越大，晶面本身的面積相應(yīng)也越大。第19頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月六、

影響晶體生長(zhǎng)的外部因素

1.渦流晶體在生長(zhǎng)時(shí)，周圍溶液中的溶質(zhì)粘附于晶體上，溶質(zhì)濃度降低，晶體生長(zhǎng)時(shí)放出的熱量，使溶液比重減小。由于重力的作用，輕的上浮，周圍重的補(bǔ)充進(jìn)來，從而形成渦流。晶體生長(zhǎng)時(shí)渦流向上，而溶解時(shí)則相反。渦流使溶液物質(zhì)供給不均勻，有方向性，因而使處于不同位置的晶體形態(tài)特征不同。第20頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月2.溫度溫度的變化直接導(dǎo)致過飽和度或過冷卻度的變化，從而改變了晶面的比表面自由能及不同晶面間的相對(duì)生長(zhǎng)速度，所以會(huì)形成不同的晶體形態(tài)。第21頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月3.雜質(zhì)溶液中雜質(zhì)的存在，可以改變晶體不同面網(wǎng)的表面能，所以其相對(duì)生長(zhǎng)速度也會(huì)隨只變化而影響晶體的形態(tài)。4.粘度粘度的加大，會(huì)防礙渦流的產(chǎn)生，溶質(zhì)的供給只能一擴(kuò)散的方式來進(jìn)行，造成物質(zhì)供給不足。產(chǎn)生骸晶。5.結(jié)晶速度結(jié)晶速度大，則結(jié)晶中心增多，晶體長(zhǎng)的細(xì)小，且往往長(zhǎng)成針狀、樹枝狀。反之，結(jié)晶速度小，晶體長(zhǎng)得粗大。第22頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月七、晶體的溶解與再生1.晶體的溶解晶體在不飽和的溶液中就會(huì)溶解，由于角頂和棱與溶劑接觸的機(jī)會(huì)多，所以這些地方溶解得快些，因而晶體可溶成近似球狀。第23頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月

2．晶體的再生破壞和溶解了的晶體在合適的環(huán)境，又可恢復(fù)多面體形態(tài)，稱為晶體的再生。晶體的再生第24頁，課件共26頁，創(chuàng)作于2023年2月面角恒等定律對(duì)于一種晶體而言，往往只有幾種比較固定的面網(wǎng)，才能發(fā)育成為實(shí)際的晶面。晶體生長(zhǎng)時(shí)，常受到外界因素的影響，使晶面發(fā)育不完整，形成“歪晶”。研究發(fā)現(xiàn)：成分和結(jié)構(gòu)均相同的所有晶體，不論它們的形狀和大小如何，一個(gè)晶體上的晶面夾角與另一些晶體上的相對(duì)應(yīng)的晶面夾角恒等。稱為面角恒等定律。面角是指晶面法線