2-2.2晶体生长理论部分全解

择较发育的晶棱方向为晶轴。
选出的晶轴位置应相互垂直或尽可能互相垂直。
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3、晶体常数（轴率和轴角）
晶胞常数中的a0、b0、c0都是用x射线测定的实际长度
值，由于晶体定向的目的主要是确定晶面的方向，而不在
于确定其具体位置，因此只要知道三个轴单位的比值就可 以了。
六、面角守恒定律
在晶体生长过程中由于受到外部条件的影响，同种晶
面发育的形状和大小不同，从而形成偏离理想晶体状态的 的歪晶,因此在很长的历史年代，人们没能掌握晶体形态
的规律。 在1669年，丹麦学者斯丹诺（N.Steno)在对石英和赤 铁矿的研究发现（面角守恒定律）：
即同种物质的所有晶体，对应晶面间的角度守恒。
第二节 晶体生长
（主要内容：晶体的形成方式、层生长理论、螺旋生长理论、布拉维法则、面角 守恒定律、晶体定向和晶面符号、晶面符号与单形符号）
一、晶体的形成方式
晶体生长过程是物质从其它相转变为结晶相的过程，实际上是组
成它的质点从不规则排列到规则排列形成格子构造的过程。 晶体是在物相转变的情况下形成的。物相有三种，即气体、液体和 固体。
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二、成核作用
晶体的生成一般是先生成晶核，然后再逐渐长大。 晶核概念：从母相中初始析出并达到某个临界大小，从而得 以继续成长的结晶相微粒。 均匀成核作用 初次成核作用 成核作用 非均匀成核作用 二次成核作用

晶核由已达过饱和或过冷却的流体相本身自发地产生，这种 成核作用叫均匀成核作用； 晶核借助于非结晶相外来物的诱导而产生，叫非均匀成核作 用； 晶体由体系中业已存在的晶体的诱导而产生，这种成核作用 叫二次成核作用。
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层生长理论（Kossel-Stranski模型）
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注解：关于层生长理论
溶液中质点堆积到晶芽的不同位置上时，所受引力大 小不同，质点将优先堆积到引力最强的位置上，以便释
放出可能多的能量，而使晶体的内能达到最小；
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3）轴角 各晶轴之间有一定的夹角关系，结晶学中规定两个晶 轴正端的夹角称为轴角，分别用α、β、γ表示。
在三晶轴定向中
α=y∧z轴 β= z轴∧ x轴， γ= x轴∧ y轴
在四晶轴定向中
α = β= y轴∧ z轴= z轴∧ x轴= μ轴∧ z轴=90°
γHale Waihona Puke Baidu x轴∧ y轴= y轴∧ μ轴= μ轴∧ x轴=120 °
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层生长的特点
1．晶体常生长成面平、棱直的多面体形态。 2．在晶体生长过程中，环境会有变化，不同时刻生成的晶体 在物理性质和成分等方面可能有细微的变化，因而在晶体的 端面上常常可以看到带状构造，晶面是平行向外推移生长的。 3．由于晶面是平行向外推移生长的，所以同种矿物不同晶体 上对应晶面间的夹角不变。 4．晶体由小长大，许多晶面向外平行移动的轨迹形成以晶体 中心为顶点的锥状体，称为生长锥。
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2、晶轴的选择原则
晶体中晶轴选择与其内部晶胞划分一致，晶体中三根
晶轴的方向应平行于晶胞三根棱的方向，轴单位等于晶 胞的三根棱长，即晶体行列结点间距a0、b0、 c0。
晶轴选择时，首先选择对称轴为晶轴，当对称轴数量
不足或无对称轴时，则选对称面法线方向为晶轴。
如果对称轴和对称面的法线不足或无对称轴时， 则选
二）晶面符号与单形符号
1、晶面符号（简称面号） 1）晶面符号概念 晶体定向后，各晶面在空间的相对位置就可确定，
表示晶面在空间的相对位置的符号,称为晶面符号。
2）关于晶面符号的说明
晶面符号种类很多，通常采用英国人米勒尔（W.Hmiler)
小知识： 1780年，法国学者克兰乔发明了接触测角仪。其老师法国学者罗美德 利尔（RoméDe L‘Isle）利用这种测角仪进行了20多年的晶体测角工作，测量
了500多种矿物晶体的形状，肯定了面角守恒定律的普遍意义。
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面角：指晶面 法线之间的夹 角，其数值等 于相应晶面的 实际夹角之补 角。
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4）变晶 矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直压力方向上 再结晶，因而形成一向延长或二向延展的变质矿物， 如角闪石、云母等，这样的变质矿物称为“变晶” 5）由固态非晶质体结晶 由非晶质体向晶体的转化是自发的，是释放能量 的过程。这种由玻璃质转化为结晶质的作用为晶化作 用或脱玻化作用。 与上一作用相反，一些含放射性元素的晶体，由 于受到放射性元素发生蜕变时释放出来的能量的影响， 使原晶体的格子遭到破坏变为非晶质体，这一作用称 为变生非晶质化或玻璃化作用）。
晶体生长过程中，在晶体上可能存在三面凹入角，两 面凹入角，一般位置. 由于引力大小与质点数量成正比、与距离的平方成 反比，质点向晶芽上堆积时，将优先落在三面凹入角，
其次是两面凹入角，最后是一般位置。
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＋
＋ ＋
＋ ＋ ＋ ＋
＋
＋
三晶轴定向 α=y∧z轴 ，
四晶轴定向 α=β=y轴∧ z轴= z轴∧ x轴= μ轴∧ z轴=90° γ= x轴∧ y轴= y轴∧ μ轴= μ轴∧ x 轴=120 °
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β= z轴∧ x轴， γ= x轴∧ y轴
Frank(1949) 等科学家的研究表明，在达不到过
饱和或过冷却的条件下，晶体照样可以生长，这种
现象是层生长理论所不能解释的。
根据实际晶体结构中最常见的位错现象，提出了
螺旋生长理论:
即在晶体生长界面上，螺旋位错露头点所出现的 凹角，及其延伸所形成的二面凹角，可作为晶体生 长的台阶源，促进光滑界面上的生长。
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2．由气相转变为晶体
气体在过饱和蒸气压或过冷却温度下，直接由气
体转变为晶体。

雪花就是水蒸气冷却直接结晶而成的晶体。

在火山口附近常由火山喷气直接生成硫、碘或氯化钠
晶体。

萤石、绿柱石、电气石等等矿物也可在岩浆作用期后
由气体直接生成。
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的生长速度成反比。
面网密度小的晶面（BC）在生长过程中生长速度快， 最后被面网密度大的、生长速度慢的相邻晶面（ AB\CD) 所遮盖； 晶体上最终保留下来的晶面都是一些面网密度大的晶
面---布拉维法则的实质。
理论的不足：该法则比较粗略，忽视了晶体生长环
境对晶面生长速度的影响。
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在等轴、四方、斜方、单斜和三斜晶系中采用三轴定向；
在垂直Z轴平面内选择三个正端互成120°交角的L2 或对称面的法线方向或适当的晶棱方向作为水平晶轴 x、y、 u轴。此时轴角α=β=90 °，γ= 120°。
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格子构造中面网之间的关系（布拉维法则）：
即实际晶体的晶面常常平行面网中结点密度最大的面网。
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面网密度： AB>DC>BC 生长速度： AB<DC<BC
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2）关于布拉维法则的几点说明 晶体生长时，面网上的结点密度与该面网在垂直方向
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晶体生长速率R与溶液过饱和度S的关系
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五、布拉维法则
1)布拉维法则内容
在1855年，法国结晶学家布拉维(A．Bravis)从晶体具
有空间格子构造的几何概念出发，论述了实际晶面与空间
1、晶体定向的相关概念 1）晶轴及轴单位
晶轴 为给晶体定向，在晶体上所建立的坐标轴称为晶轴。
晶轴是设想的贯穿晶体中心的直线，利用它们可以确
定晶体中各晶面、晶棱和单形的方位。
轴单位 各晶轴上的度量单位称为轴单位（常用a b c表示)。
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2）晶体定向晶轴数目的确定
理想晶体的生长过程
在晶芽的基础上，落入质点根据引力大小落在相应位
置，长完一条行列再长相邻的行列，长满一层面网再长相 邻的面网，整个面网成层向外平移。 当晶体停止生长时，其最外层的面网就是实际晶面。 每两个相邻面网相交的公共行列就是实际晶棱。 整个晶体被晶面包围，形成占有一定空间的封闭几何多 面体形态，表现出晶体的 自限性。
取决于晶系的类型（对称特点）
三方晶系及六方晶系为4个晶轴（分别用X、Y 、U、Z轴表 示)，其它晶系为3个晶轴(用X、Y 、Z 轴表示)。 三轴定向时，晶轴的表示方法
前后轴为x轴，左右轴为y轴，直立轴为z轴，各轴的 交点为晶体的中心。
正负规定：
各晶轴由中心向前、向右及向上的方向为正，反之为负。
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石英结晶外形
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七、晶体定向和晶面符号
一）晶体定向
晶体定向在矿物鉴定、矿物形态、内部构造和物理性
质的研究工作中具有重要的意义。 晶体定向：在晶体上建立一个三维空间坐标系统，在晶体 上选择坐标轴和确定每个轴上的度量单位。
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轴率：定义轴单位a0、b0 晶体常数： 定义轴率a:b:c及轴角αβγ总称为晶体常数，它是
、c0的连比值a:b:c为轴率。
表示坐标系特征的一组常数。
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4）各晶系的晶体定向方法
由于各晶系对称特点不同，晶轴的选择方法和晶体常 数的特点也不同。 在三方和六方晶系中，采用四轴定向，定向时，以唯一 的高次轴L3、L6（或Li6）为Z轴；
液相 气相 固相 晶体
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1. 由液相转变为晶体 熔体 晶体 溶液
1） 从熔体中结晶 当温度低于熔点时，晶体开始析出， 即过冷却条件下结晶才能发生。
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2）从溶液中结晶
当溶液处于过饱和时，溶质从溶液中的结晶出来。 其方式有： A ．温度降低，如岩浆期后的热液，远离岩浆源 越远温度将依次降低，各种矿物晶体陆续析出。 如含有各种金属物质的热水溶液中，可沉淀出各 种金属或非金属矿物，方铅矿、闪锌矿、萤石、方解 石等。 B ．水分蒸发，如天然盐湖卤水蒸发，盐类矿物 结晶出来。 C．通过化学反应，生成难溶物质。
o 1 2 0
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层生长理论的缺陷
把晶体的生长过程简单化，所描述的晶体生
长过程只有在理想情况下才能出现。
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四、 螺旋生长理论
3．由固相直接转为固相
环境的变化可以引起矿物的成分在固态情况下产生改组， 使原矿物的颗粒变大或生成新的矿物。这种再结晶可有以下 几种情况： 1）同质多象转变 某种晶体在热力学条件改变时，转变为另一种在新条件 下稳定的晶体，它们在转变前后的成分相同，但晶体结构不 同。 2） 原矿物晶粒逐渐变大 如由细粒方解石组成的石灰石与岩浆接触时，受热结晶成 为由粗粒方解石晶体组成的大理岩。 3）固溶体分解 在一定温度下固熔体可以分解成为几种独立的矿物。 如由一定比例的闪锌矿和黄铜矿在高温时组成为均一相的固 熔体，而在低温时就分离为两种独立的矿物。
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三、层生长理论（Kossel-Stranski模型）
由科塞尔在1927年提出，后经斯特兰斯基 (Stranski)加以发展。
晶体生长时，以单个质点方式往晶芽上堆积， 首先是完成一个行列, 再长相邻行列;长完一层面网 再长第二层面网，即晶面是平行向外推移而生长的。