7晶體的規(guī)則連生結(jié)構(gòu)化學詳解

前幾章爭論的對稱、單形和聚形——單個晶體自然生成或人工合成的晶體——單體產(chǎn)出，也常以構(gòu)造上彼此連接或親密相關(guān)的多個晶體的連生體產(chǎn)出。依據(jù)相互連生的個體間對稱要素或構(gòu)造關(guān)聯(lián)特點：連生體的形態(tài)分為規(guī)章連生和不規(guī)章連生晶體的不規(guī)章連生將在下文的礦物形態(tài)局部加以爭論，本章僅介紹同種晶體間的平行連生和雙晶及異種或同種晶體間的浮生和交生集中規(guī)章連生現(xiàn)象。本章概要平行連生的概念雙晶概念與雙晶要素；雙晶類型；假設(shè)干常見礦物的雙晶率浮生與交生的概念第七章、晶體的規(guī)章連生第七章、晶體的規(guī)章連生一、平行連生parallelgrouping結(jié)晶取向完全全都的兩個或兩個以上的同種晶體連生在一起，具平行連生關(guān)系的晶體稱平行連晶。平行連晶外形上表現(xiàn)為各晶體的全部幾何要素相互平行，其連生部位消失凹入角但內(nèi)部構(gòu)造呈連續(xù)貫穿的格子構(gòu)造。因此，從構(gòu)造特點上來看，平行連晶與單晶沒有什么區(qū)分。連生著的每一個晶體的相對應(yīng)的晶面和晶棱都平行。例：二、雙晶twins1.概念：

兩個以上的同種晶體按肯定的對稱規(guī)律形成的規(guī)章連生，相鄰兩個個體的相對應(yīng)的面、棱角并非完全平行，但它們可借助對稱操作〔反伸、旋轉(zhuǎn)、反映〕使兩個個體重合、平行或連成一個完整單晶體。2.雙晶要素twinelements〔1〕雙晶面twinningplane假想平面，雙晶相鄰兩個體重復或平行〔2〕雙晶軸twinningaxis假想直線，雙晶中的一個個體不動，另一個體繞直線旋轉(zhuǎn)〔常180度〕，兩個體重復、平行或連成一個完整晶體?！?〕雙晶中心twinningcenter

例尖晶石：雙晶面∥(111)，雙晶軸⊥(111)文石3接合面compositionsurface

雙晶相鄰兩個個體中接觸的面是屬于兩個個體的共同面網(wǎng)。

例

尖晶石接合面∥(111)金剛石4.雙晶律twinlaw——雙晶結(jié)合的規(guī)律。雙晶律表示方法：〔1〕雙晶要素+接合面〔雙晶要素不用雙晶中心〕例尖晶石：雙晶面∥(111)，雙晶軸⊥(111)，接合面∥(111)〔2〕其他命名方法特征礦物命名：尖晶石律雙晶律覺察地點命名：正長石的卡斯巴律雙晶〔捷克斯洛伐克地名〕礦物形態(tài)命名：十字石十字雙晶；石膏燕尾雙晶；金紅石膝狀雙晶5.雙晶類型〔1〕接觸雙晶簡潔接觸雙晶尖晶石聚片雙晶鈉長石環(huán)狀雙晶錫石〔2〕穿插雙晶〔貫穿雙晶〕螢石鉀長石卡式雙晶方解石金綠寶石

6雙晶的識別凹入角〔單晶體均為凸多面體〕雙晶紋〔一組平行線〕和雙晶縫合線〔一條直線或折線〕蝕象〔風化刻蝕〕雙晶中單體的取向不全都，因而在相鄰單體中蝕象的取向也不全都。例：石英柱面上縫合線兩側(cè)的蝕象假對稱任何晶體都有其固有的對稱性，而雙晶不符合其固有的對稱特點。例：黃鐵礦十字貫穿雙晶外形呈立方體，對稱表現(xiàn)為m3m，而黃鐵礦固有的對稱為m3雙晶縫合線7雙晶的成因〔1〕在雙晶位取向的晶核根底上生長生長雙晶〔2〕同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變轉(zhuǎn)變雙晶〔3〕機械外力作用機械雙晶8爭論意義鑒定礦物構(gòu)造地質(zhì)意義寶玉石晶體材料第三節(jié)浮生和交生1、浮生一種晶體以肯定的面網(wǎng)和確定的取向關(guān)系附著生長于另一種晶體外表，或者同種晶體以不同單形相像面網(wǎng)的晶面浮生在一起的規(guī)章連生。2、交生兩種不同的晶體彼此以肯定的取向關(guān)系交互結(jié)晶生長，形成穿插連生體的現(xiàn)象。例：文象構(gòu)造：石英嵌生于粗粒鉀長石中重點平行連生的概念雙晶概念與雙晶要素；雙晶類型；假設(shè)干常見礦物的雙晶率兩個以上的同種晶體按肯定的對稱規(guī)律形成的規(guī)章連生，相鄰兩個個體的相對應(yīng)的面、棱角并非完全平行，但它們可借助對稱操作〔反伸、旋轉(zhuǎn)、反映〕使兩個個體重合、平行或連成一個完整單晶體。雙晶面＋雙晶軸＋雙晶中心；接觸雙晶、穿插雙晶浮生與交生的概念本章完畢

第八章第八章、晶體構(gòu)造本章概要1、空間格子的劃分原則；各晶系空間格子的特征〔晶胞參數(shù)〕4種根本格子類型和14種布拉維格子2、晶體構(gòu)造對稱與外部對稱的聯(lián)系與區(qū)分晶體構(gòu)造特有的對稱要素和對稱操作3、空間群與等效點系的概念；空間群國際符號的書寫規(guī)律。4、晶體構(gòu)造類型與典型構(gòu)造分析5、晶體中的缺陷類型一、十四種空間格子

空間格子的劃分〔1〕劃分原則反映固有的對稱性在上述前提下，棱與棱之間的直角關(guān)系力求最多在以上二條件的根底上，體積力求最小2.各晶系平行六面體的外形晶族晶系格子類型晶體常數(shù)高級等軸立方格子

a=b=c,α=β=γ=90°中級四方四方格子

a=b≠c,α=β=γ=90°三方菱面體格子

a=b≠c,α=β=90°γ=120°六方及三方六方格子

a=b≠c,α=β=90°γ=120°低級斜方斜方格子

a≠b≠cα=β=γ=90°單斜單斜格子

a≠b≠c,α=γ=90°β＞90°三斜三斜格子

a≠b≠c,α≠β≠γ≠90°〔1〕4種根本格子類型結(jié)點〔相當點〕分布：原始格子〔P〕：結(jié)點8個角頂上底心格子：角頂及某一對稱面的中心。C心格子〔C〕：結(jié)點分布〔001〕一對面的中心。A心格子〔A〕：結(jié)點分布〔100〕一對面的中心。B心格子〔B〕：結(jié)點分布〔010〕一對面的中心。體心格子〔I〕：結(jié)點分布角頂和體中心。面心格子〔F〕：結(jié)點分布角頂和三對面的中心。2十四種布拉維格子PFIBAC結(jié)點〔相當點〕分布類型：1〕原始格子(P)primitivelattice2)底心格子〔C〕base-centeredA心格子〔A〕—角頂和〔100〕面中心，a軸B心格子〔B〕—角頂和〔010〕面中心，b軸C心格子(C)—角頂和〔001〕面中心，c軸3〕體心格子〔I〕body-centered4〕面心格子〔F〕facecentered十四種布拉維格子原始格子(P)底心格子(C)體心格子(I)面心格子(F)三斜晶系PC=PI=PF=P單斜晶系PCI=CF=C斜方晶系PCIF四方晶系PC=PIF=I三方晶系P與本晶系不符I=RF=R六方晶系P不符合六方對稱與空間格子條件不符與空間格子條件不符等軸晶系P與本晶系對稱不符IF十四種布拉維格子原始格子(P)底心格子(C)體心格子(I)面心格子(F)三斜晶系PC=PI=PF=P單斜晶系PCI=CF=C斜方晶系PCIF四方晶系PC=PIF=I三方晶系P與本晶系不符I=RF=R六方晶系P不符合六方對稱與空間格子條件不符與空間格子條件不符等軸晶系P與本晶系對稱不符IF四方底心格子轉(zhuǎn)化為原始格子等軸底心格子轉(zhuǎn)化為體心格子其次節(jié)晶體構(gòu)造的對稱性晶體外部對稱與構(gòu)造對稱之間既有聯(lián)系又有區(qū)分晶體外部對稱性有限單形聚形晶體內(nèi)部格子構(gòu)造對稱性無限特點由于晶體的內(nèi)部對稱具有微觀無限圖形的對稱特點，因此，在晶體構(gòu)造中平行于任何一個對稱要素都有無窮多的對稱要素。同時，在晶體構(gòu)造上還消失了一種在晶體外形上不行能有的對稱操作——平移操作。一、晶體內(nèi)部構(gòu)造的對稱要素外形上那些可能消失的對稱要素＋特有的對稱要素一、晶體內(nèi)部構(gòu)造的對稱要素1.平移軸：移動重復平移重復——無意義2.螺旋軸〔screwaxis〕：nsn軸次〔與對稱形國際符號中對稱軸一樣〕n：1、2、3、4、6S:旋轉(zhuǎn)后向上移動的距離，<n的自然數(shù)—難點。螺旋軸：標準右旋2131

3241

42

43

61

62

63

64

65左旋31=

32左旋41=

433.滑移面〔gliceplaneofsymmetry〕

a滑移面

b滑移面c滑移面n滑移面d滑移面a、b、c為軸向滑移，滑移矢量分別為a/2、b/2、c/2n為對角線滑移，滑距為(a+b)/2、(b+c)/2、(c+a)/2、(a+b+c)/2n為金剛石型滑移，滑距為(a+b)/4、(b+c)/4、(c+a)/4、(a+b+c)/4二、空間群復習：布拉維格子類型：P、I、C、F晶體內(nèi)部對稱要素：21426431abcnd對稱型的國際符號：mmm4/mmmm3m二、空間群1.概念:晶體內(nèi)部全部對稱要素的組合。空間群的國際符號：如P21/mFmmmIbam2.空間群的國際符號構(gòu)成：

格子類型+類似對稱型的國際符號〔簡潔+平移〕例：4〔L4〕——空間群的國際符號分別為P4、41、P42、P43、P44國際符號能直觀的表示出空間格子的類型和對稱要素組合三等效點系〔了解〕晶體構(gòu)造中由一原始點經(jīng)空間群中全部對稱要素的作用所推導出來的規(guī)章點系。這些點所分布的空間位置稱為等效位置。描述等效點系時需說明重復點數(shù)〔魏科夫符號〕、點位置上的對稱性和點的坐標等內(nèi)容。第三節(jié)晶體構(gòu)造類型與典型構(gòu)造1晶體構(gòu)造類型依據(jù)：常依據(jù)最強化學鍵在構(gòu)造空間的分布和原子或配位多面體聯(lián)結(jié)的形式，將晶體構(gòu)造劃分為如下幾種類型1〕島狀〔island〕構(gòu)造中存在原子團，團內(nèi)的鍵強遠大于團外鍵強，如橄欖石〔Mg,Fe〕2SiO42〕環(huán)狀〔cycle〕構(gòu)造中的配位多面體為封閉的環(huán)，按環(huán)節(jié)的數(shù)目可以有三環(huán)、四環(huán)、六環(huán)等多種，環(huán)還可以重疊起來形成雙環(huán)，如六方雙環(huán)等。如綠柱石3〕鏈狀〔chain〕最強的鍵趨向于單向分布，原子或配位多面體聯(lián)結(jié)成鏈狀，鏈間以弱鍵或數(shù)量較少的強鍵相聯(lián)結(jié)。如輝石4〕層狀〔sheet〕最強的鍵沿兩度空間分布，原子或配位多面體聯(lián)結(jié)成平面網(wǎng)層，層間以分子鍵或其他弱鍵相聯(lián)結(jié)，如石墨〔C〕5〕架狀〔framwork〕最強鍵在三度空間均分布，但配位多面體以共角頂聯(lián)結(jié)，同一角頂聯(lián)結(jié)的配位多面體不超過兩個，因而構(gòu)造開闊，如長石6〕配位型〔coordinate〕晶格中只有一種化學健存在，它可以是離子鍵、共價鍵或金屬鍵，鍵在三度空間均勻分布。如金剛石〔C〕7〕分子型〔molecular〕晶體中的構(gòu)造單位為中性分子，分子內(nèi)部通常以較強的共價鍵聯(lián)結(jié)，分子間以微弱的分子鍵即范德華力相聯(lián)結(jié)，如自然硫〔S〕構(gòu)造型常以某一種晶體為代表而命名，這些作為代表的晶體構(gòu)造如石鹽〔NaCl〕、方鉛礦〔PbS〕、方鎂石〔MgO〕都具有NaCl型構(gòu)造。另外，一些在幾何特征上與典型構(gòu)造近似的晶體構(gòu)造稍加補充說明后，也可借典型構(gòu)造來描述，成為某典型構(gòu)造的“衍生構(gòu)造”。如黃鐵礦〔FeS2〕每兩個S與1個Fe相間排列，與石鹽中Na和Cl的排布近似，其構(gòu)造便可視為NaCl的衍生構(gòu)造。2典型構(gòu)造3、晶格缺陷是一種在晶體構(gòu)造中的局部范圍內(nèi)，質(zhì)點排列偏離了格子構(gòu)造規(guī)律的現(xiàn)象。點缺陷-pointdefect線缺陷-linedefect面缺陷-facedefect體缺陷——微小包裹體晶格缺陷主要指前三種1、點缺陷發(fā)生在一個或假設(shè)干個質(zhì)點范圍內(nèi)所形成的晶格缺陷?！?〕空位晶格中應(yīng)有質(zhì)點占據(jù)的位置因卻是教導而造成空位?！?〕填隙晶體構(gòu)造中正常排列的質(zhì)點之間，存在多余的質(zhì)點填充晶格空隙的現(xiàn)象?！?〕替位雜質(zhì)成分的質(zhì)點代替了晶體本身固有成分的質(zhì)點，并占據(jù)了被替代質(zhì)點的位置。2、線缺陷在晶體內(nèi)部構(gòu)造中沿某條線〔行列〕方向上的四周局部范圍內(nèi)所產(chǎn)生的晶格缺陷。它的表現(xiàn)形式主要是位錯3、面缺陷在二位空間的缺陷稱面缺陷。指沿晶格內(nèi)或晶粒間某些面的兩側(cè)局部范圍內(nèi)所消失的晶格缺陷。平移外表、堆垛層錯、界面〔晶界〕、相界面總結(jié)1、空間格子的劃分原則；各晶系空間格子的特征〔晶胞參數(shù)〕4種根本格子和14種布拉維格子2、晶體構(gòu)造對稱與內(nèi)部對稱的聯(lián)系與區(qū)分晶體構(gòu)造特有的對稱要素和對稱操作3、空間群與等效點系概念；空間群國際符號的書寫規(guī)律4、晶體構(gòu)造類型與典型構(gòu)造分析5、晶體中的缺陷類型本章完畢

第九章第九章晶體化學

crystalchemistry前面晶體外部對稱特點：對稱型→晶體對稱分類〔晶族晶系〕→定向〔三軸、四軸〕、晶體常數(shù)〔軸率、軸角〕→晶面符號→單形〔單形符號〕→聚形晶面及對稱要素投影—工具多個晶體有規(guī)律生長—雙晶晶體內(nèi)部對稱特點：對稱軸、平移軸、螺旋軸、對稱面、滑移面—幾何點空間群國際符號——對稱型國際符號根底上晶體的化學組成＋構(gòu)造→打算晶體性質(zhì)，晶體化學成分一樣，構(gòu)造不同如C,構(gòu)造一樣成分不同如NaCl和PbS本章概要1、等大球的最嚴密積存類型；等大球嚴密積存形成的空隙類型及其數(shù)目。2、配位數(shù)和配位多面體的概念及其關(guān)系；影響配位數(shù)的內(nèi)因和外因。3、離子晶格、原子晶格、金屬晶格、分子晶格和氫鍵型晶格的晶體具有的物性特點。4、類質(zhì)同象的概念、類型、條件和爭論意義。5、同質(zhì)多象、多型、有序度的概念及爭論意義。第一節(jié)晶體構(gòu)造的嚴密積存原理一、嚴密積存原理依據(jù)晶體的最小內(nèi)能性和穩(wěn)定性，晶體構(gòu)造中的質(zhì)點存在盡可能相互靠近以占有最小空間的趨勢?？紤]到局部晶體〔如以金屬鍵或離子鍵為主的晶體〕中質(zhì)點間的聯(lián)系沒有方向性和飽和性，我們可將其內(nèi)部質(zhì)點〔原子或離子〕視為具有肯定體積的球體，用球體的嚴密積存原理對其構(gòu)造進展分析。金屬晶格常為等軸晶系如自然金、六方晶系如自然鋨—等大球體最嚴密積存

離子晶格—陰離子近似等大球體最嚴密積存，如磁鐵礦1.等大球最嚴密積存一層球嚴密積存A球四周兩套空隙：B、C其次層球積存狀況：兩種選擇第三層球積存：兩種〔1〕重復A：ABAB六方最嚴密積存〔hexagonalclosestpacking〕:兩層一重復ABAB……六方格子相當點〔2〕立方最嚴密積存〔cubicclosestpacking〕:三層一重復ABCABC……立方面心格子相當點2.空隙類型和空隙數(shù)〔1〕四周體空隙〔2〕八面體空隙〔3〕空隙數(shù)N個等大球體最嚴密積存時，一個球體四周有6個八面體空隙、8個四周體空隙。組成八面體空隙需6個球、四周體空隙需4個球。1個球的八面體空隙：6×1/6=1四周體空隙:8×1/4=2N個等大球體最嚴密積存時，有N個八面體空隙、2N個四周體空隙二配位數(shù)和配位多面體配位數(shù)〔C.N.coordinationnumber〕：原子或離子四周與之最為接近的原子或異號離子的數(shù)目配位多面體(coordinationpolyhedron)：呈配位關(guān)系的原子或異號離子的中心聯(lián)線形成的幾何多面體。陽離子配位數(shù)與陽、陰離子半徑比值rc/ra的關(guān)系離子半徑比值配位數(shù)配位多面體0.000-0.1552啞鈴狀0.155-0.2553三角形0.255-0.4144四面體0.414-0.7326八面體0.732-18立方體112立方八面體〔cation,anion〕配位數(shù)為6時計算rc/ra的圖解三、化學鍵和晶格類型1.離子晶格離子鍵，無方向飽和性，透亮，硬度較大，NaCl2.原子晶格共價鍵,方向性，不最嚴密積存，硬度大，金剛石3.金屬晶格金屬鍵，自然金4.分子晶格范德華力，熱膨脹率大，自然硫5.氫鍵晶格氫原子，礦物中無，礦物中含有氫鍵，如氫氧化物，含水化合物，層狀硅酸鹽實際礦物晶體構(gòu)造中：存在單純的一種鍵力如金剛石；更多的是多種鍵力的存在如含氧鹽，團內(nèi)以共價鍵為主，團外離子鍵；很多晶體中過渡型鍵如Al2O3，以共價鍵為主。四、典型構(gòu)造分析構(gòu)造類型NaCl型：NaCl型構(gòu)造：方鉛礦方解石構(gòu)造：NaCl構(gòu)造沿L3壓→方解石構(gòu)造ZnS型：黃銅礦構(gòu)造：是ZnS構(gòu)造的衍生五、類質(zhì)同象Isomorphism剛玉：Cr紅寶石，Ti藍寶石金剛石：N順磁性，B半導體性黃鐵礦：N型導電〔Co,Ni〕，P型導電(As,Sb)Fe金屬：立方面心格子，六方格子，Co、Ni消失磁性1.概念：晶體形成時，其構(gòu)造中本應(yīng)全部由某種原子或離子占有的等效位置，局部地被它種類似的質(zhì)點所代替，晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化而構(gòu)造形式不變的現(xiàn)象。類似質(zhì)點替代-->構(gòu)造形式不變，晶體常數(shù)變化不大。

例：Mg[Co3]---Fe[Co3],Mg,Fe任意比例，類質(zhì)同象混晶Mg2[sio4]---Fe2[sio4],Mg,Fe任意比例ZnS類質(zhì)同象FeZn<27%類質(zhì)同象與固溶體solidsolution：固溶體：在固態(tài)條件下，一種組分溶于另一種組分而形成的均勻的固體。固溶體：1.替代固溶體—類質(zhì)同象混晶2.填隙固溶體〔侵入固溶體〕類質(zhì)同象是固溶體的一種類型類質(zhì)同象的表示：〔，〕含量多前少后，如(Mg,Fe)2[sio4]類質(zhì)同象？CaMg[CO3]2，Ca:Mg=1:12.類質(zhì)同象類型1〕替代含量：完全類質(zhì)同象系列completeisomorphism不完全類質(zhì)同象系列incompleteisomorphism2〕電價：等價isovalentisomorphism異價heterovalentisomorphism3.打算和影響類質(zhì)同象的因素1〕原子和離子半徑〔r1—大，r2—小〕〔r1–r2〕/r2:小于15%易形成完全類質(zhì)同象〔r1–r2〕/r2:10-25%高溫易形成完全類質(zhì)同象，低溫分別〔r1–r2〕/r2:25-40%不易形成完全類質(zhì)同象2〕離子類型和鍵型Ca2+和Hg2+半徑分別0.1nm0.102nm惰性氣體型、銅型；Al-Si3〕溫度T高---有利如矽線石Al→Si，T低---不利條紋長石4.爭論類質(zhì)同象的意義1、礦物溫壓計的理論根底形成環(huán)境2、多金屬礦床綜合爭論和稀有分散元素賦存狀態(tài)爭論查找分散有用元素，Re常賦存在輝鉬礦中,In、Ga常賦存在閃鋅礦中混晶分解