内容发布更新时间 : 2024/5/10 22:09:14星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

结晶学与矿物学笔记 一．【结晶学及其发展史】（第一章）

1．结晶学：结晶学也称为晶体学，是以晶体为研究对象、以晶体的对称规律为主要研究内容的一门基础性的自然学科。

2．简史：1669年，斯丹诺;面角守恒定律。1784.阿羽伊；整数定律。1809、魏斯；晶体的对称定律。1830、赫赛尔；32种对称型（点群）。1855、布拉维；14种布拉维格子。1867、加多林；32种对称型（点群）。1899、费德洛夫和圣夫利斯；230种空间群。1895、X射线。1909、劳埃；X射线对晶体的衍射及结构规律研究。1960~、布拉格父子；测定了大量晶体结构。1956~1960、用电子显微镜观察晶体结构的晶格像。1984、肖特曼等；发现准晶体，由此，“准晶体学”分支学科形成。

3.学科分支：晶体化学、晶体物理学、晶体结构学、晶体生长学。

4.意义：结晶学是矿物学、材料学、生命科学等许多学科的基础，而矿物学是整个地球科的基础，材料学是人类赖以进步的基石。故曰，结晶学是一门对科学的发展、技术的进步以及社会的文明起着基础作用的重要学科。 二．【晶体的定义及相关概念】

1.晶体：内部质点在三维空间上周期性平移重复排列（也称格子构造）构成的固体物质。或晶体是具有格子构造的固体。

2.格子构造：晶体内部结构最基本的特征是内部质点在三维空间内周期性平移重复排列，即格子构造。 3.空间格子：表示晶体内部结构中质点周期性重复排列规律的几图形。 4.相当点：满足（1）.点的内容相同，（2）.点的周围环境相同的条件的点。 5.空间格子三要素：（1）结点，空间格子中的点，代表晶体结构中的相当点（2）行列.结点在直线上的排列即构成行列，空间格子中的任意两个结点联接起来就一条行列的方向行列中相邻结点间的距离称该行列的结点间距。(3).面网，结点在平面上的分布即构成面网，空间格子中任意两个相交的行列决定一个面网。一个面网上的结点分布定可以连接成一个一个的平行四边形。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，其密度必相同，且任意两个相邻面网间的垂直距离———面网间距也必相等。面网密度与面网间距成正比，即面网密度大的面网其面网间距亦大，反之亦然。

6.平行六面体：在三维空间上，空间格子可以划出的最小重复单位。在实际晶体结构中所划出的最小重复单位称晶包，其形状与大小取决于它的三条彼此相交的棱的长度.

7．近远程归规律：局部有序称为进程规律，整个结构范围内的有序称为远程规律。晶体两者兼备，非晶体只有近程规律，液体结构与非晶体相似，也只有近程规律，气体两者都无。 8．晶化与非晶化：由非晶体转化为晶体称晶化（脱玻化）。相反，晶体内部质点的规律排列遭破坏，而转化为非晶体的过程称非晶化。

9.准晶体：内部质点排列具有近程规律和远程规律，但没有平移周期，也不具有格子构造，介于晶体与非晶体中间的状态。 三．【晶体的性质】

1.自限性：指晶体在适当条件下可以自发的形成几何多面体外形的性质。晶体的多面体形态是其格子构造在外形上的直接反映。

2.均一性：在同一晶体的不同部分，质点的分布一样，故其各个部分的物理性质和化学性质相同，即晶体的均一性。非晶体也具有均一性，但非晶体不具有格子构造，其均一性是统计的、平均近似的均一，称统计均一性，而晶体具有格子构造，称结晶均一性。

3.异向性：同一格子构造中，在不同方向上质点排列一般是不一样的，故晶体的性质也随方向的同而有所差异，此则晶体的异向性。晶体多面的形态也是其异向性的一种表现。

4.对称性：在晶体外形上常有相等的晶面、晶棱和顶角重复出现，这种相同的性质在不同的方向或位置上有规律的重复就是对称性。对称性是晶体极其重要的性质，是晶体分类的基础。

5.最小内能性:在相同的热力学条件下，晶体与同种物质的非晶体、液体、气体相比较，其内能最小这就是

晶体的最小内能性。所谓内能，包括质点的动能与势能，动能与所处的热力学条件有关，温度越高，质点的热运动越强，动能就越大，故不能直接用来比较物体间内能的大小。可用来比较内能大小的只有势能。而势能取决于质点间的距离与排列。晶体的格子构造使其内部质点有规律的排列，这种规律的排列是质点间的引力与吃斥力达到平衡的结果。各个质点间的相对势能最小，故其内能最小。【解释晶体具有一定的熔点，而非晶体无：晶体加热时，起初温度随时间推移而上升，当达到某一温度，晶体开始熔解，温度的上升停顿，此时所加的热量（称为熔解替热）用于破坏晶体的格子构造，直到晶体完全熔解，温度才开始继续上升，由于晶体的格子构造中各个部分的质点是按同一方式排列的，破坏晶体各个部分所需温度相同。故晶体有一定的熔点，而非晶体无格子构造，所以没有熔点】

6.稳定性：在相同的热力条件下，晶体比具有相同化学成分的非晶体稳定，非晶体有自发转化为分晶体的必然趋势，而晶体绝不会自发的转变为非晶体，此则晶体的稳定性。晶体的稳定性是晶体具有最小内能性的必然结果。 四．【晶体的生长】（第二章） 1、晶体的形成方式及必要条件：

a．气相—结晶固相；气相物质（气体），要有足够低的的蒸汽压压。 b、液相—结晶固相；溶液、蒸发饱和溶液；熔液、降温；化学反应。

c、固相—结晶固相；ａ、非晶固体—结晶固相；ｂ、一种结晶固相—另一种结晶固相；（同质多象体转变、固体相互反应而结晶、固体矿物再结晶而成） 2、晶体生长的过程；当晶体达到结晶条件时，即介质达到过饱和或过冷却阶段，母液相中形成固相小晶芽，这就是成核过程。（成核有均匀成核和非均匀成核两种形式）.之后，晶体的质点围绕晶核按照格子构造规律排列堆积，晶体就不断长大。 3、晶体生长理论模型；

a.层生长理论模型：晶体在理想情况下生长时，有三面凹角位存在，质点就优先沿着三面凹角位生长一条行列，当此行列长满后，就剩二面凹角位，质点就在二面凹角处生长，此时又产生三面凹位角，然后生长相邻行列，在一层长满后，在新的面上又开始上述过程，如此循环。而晶面是平行向外推移而生长的。【原理】；质点结合成键时优选成键数目最多、释放的能量最大的位置。（科赛尔首先提出，斯特兰斯基加以发展，亦称科赛尔—斯特兰斯基理论）【可解释】：ａ、晶体常生长成面平、棱直的多面体形态；ｂ、环境变化使晶体断面上可看到带状构造；ｃ、由于==，故同种矿物不同晶上对应晶面间的夹角不变；ｄ、晶体由小长大，进而长成生长锥或沙钟状构造。

b.螺旋生长理论模型：在晶体生长界面上螺旋位错露头点所出现的凹角即其延伸所形成的二面凹角，可作为晶体生长的台阶源，促进光滑界面的生长，螺旋式的台阶并不随原子面网以层层生长而消失，从而使螺旋式生长持续下去。 4、晶面的发育；

a.布拉维法则：在晶体上，各晶面间相对的生长速度与它们本身面网密度的大小成反比，即面网密度越大的晶面，其生长速度越慢，反之则快，而生长速度快的面，往往被歼灭掉，保留下来的实际晶面将是生长速度慢的面网，即面网密度大的晶面。

b.居里—吴里弗原理：就晶体的平衡形态而言，各晶面的生长速度与各晶面的比表面能成正比。 5、影响晶体生长形态的外因：

a．温度；①、温度高低直接决定晶体的生长速度；②、温度的变化将改变结晶母体的性质；&温度直接决定晶体是否能够发生和长大。

b、杂质；&、促进熔体中晶核形成；&、降低晶体结晶温度；&、对某些结晶作用促进或抑制作用，结晶形成固熔体。

c、涡流；&由于溶液密度变化形成涡流，进而影响溶液物质供给方向。直接影响晶体形态。

d、黏度、&黏度影响晶体生长形态。黏度影响对流作用的产生，使溶质供给只有以扩散方式进行。晶体棱、角部易接受溶质，长得快，晶面中心相反，甚至不生长，形成骸晶。

e、结晶速度；&结晶速度影响晶体形态，&结晶速度影响晶体成分；&、结晶速度影响晶体纯度 6、晶体的溶解和再生长；

a、晶体的溶解：把晶体置于不饱和溶液中，晶体就开始溶解。顶角与棱因与溶液接触机会多而溶解的快，故晶体可溶成近似球形。（蚀像；晶面薄弱地方被溶解出的小凹坑）

b、晶体的再生；被破坏和被溶解的晶体处于合适的环境又可恢复多面体形态，称晶体的再生。注意：晶体的溶解和再生不是简单的相反现象，其形态会变化。 7、晶体生长的实验方法； a、水热法； b、提拉法；

c、低温溶液生长； d、高温熔液生长； 五、【晶体的测量】(第三章)

1、面角守恒定律；在相同温度、压力条件下，成分和构造相同的所有晶体，其对应面间的角度守恒。（1669年，首先由丹麦学者斯丹诺提出。

意义：在千变万化的歪晶中揭示出了晶体在外形上所固有的规律，从而奠定了几何结晶学的基础。 2、晶体的测量：又成测角法，根据测角的数据通过投影，可以研究晶体形态的对称，绘制出晶体的理想形态图。（此过程还可以计算晶体常数，确定晶面符号，同时还可以观察和研究晶面的细节。 3、所测量数据：一般所测角度是晶面法线夹角，称为面角。 4、所用仪器：接触测角仪，反射测角仪。 5．测量步骤：a、接触测角法；。。。。。。。。用接触测角仪测量，此仪器使用简单，但精度较低，（误差0.5°~1°）。且不适于测量小晶体。b、反射角测量法：可分为单圈反射测角仪与双全反射测角仪。。。。。。。。。。其精度相对较高。 六、【晶体的投影】；

目的：把晶面的空间分布转化为平面图 1、 极射赤平投影；原理：取一点O为投影中心，以一定的半径做一个球，称为投影球；通过球心做一个水平面Q，称投影面；投影面与投影球相交于一个大圆，相当于地球的赤道，称为基圆；垂直于投影面的直径NS，称为投影轴；投影轴与投影球的交点N和S，即投影球的北极和南极，分称为上目测点和下目测点；将北半球的点与南极连线、或南半球的点与北极连线，连线与基圆会交于一点，此则极射赤平投影。

2、 晶面的球面坐标：与地球类比，纬度相当于极距角ρ，经度相当于方位角ψ。极距角指球面投影点与N极之间的夹角，即投影轴与晶面法线之间的夹角； 0°~90°指晶面位于上半球，90°~180°指晶面位于下半球。方位角指包含球面投影点的子午面与零度子午面的夹角。其范围为0°~360°。极距角与方位角构成球面坐标，也称极坐标。

3、 学会利用吴氏网画投影点。 七、【晶体的宏观对称】