宝石的结晶学和矿物学基础

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(1) 原始格子(P):结点分布于平行六面体的8 (2) 底心格子(C):结点分布于平行六面体的角顶及某一对面的中心。 (3) 体心格子(I) (4) 面心格子(F):结点分布于平行六面体的角顶和3对面的中心。
晶系
三斜 单斜 斜方 四方 三方 六方
等轴
原始格子 (P)
底心格子 体心格子 面心格子 (C) (I) (F)
四方 复四方柱 复四方单锥 复四方双锥

晶系 四方偏方面体 四方四面体 复四方偏三角面体 三方柱 三方单锥 三方双锥
级 晶 族
三方 复方三柱 复三方单锥 复三方双锥 晶系 三方偏方面体 菱面体 复三方偏三角面体
六方 晶系
六方柱 六方单锥 六方双锥 复六方柱 复六方单锥 复六方双锥 六方偏方面体
以三方晶系单形来分析
六方偏方面体
(绿柱石、磷灰石)

四面体 三角三四面体 四角四面体 五角四面体 六四面体 钻石
级 晶
等轴 晶系
八面体
三角八面体
四角三八面体
五角八面体
六八面体
石榴子石 尖晶石

方体 四六面体 菱立形十二面体 五角十二面体 偏仿复十二面体
2.晶体的规则连生
(1)平行连生:两个或以上的同种晶体彼此平行地连生在一 起,连生着的每一个晶体的相对应的晶面和晶棱都相互平行, 这种连生称为平行连生。
(3)等轴晶系的单形
立方体
由两两平行 的6个全等正 方形组成
四六面体
立方体的每 个正方形分 成4个三角形
菱形十二面体
由12个全等的 菱形组成
五角十二面体
由12个全等的 五边形组成
小结
低 级 晶
三斜晶系 单斜晶系
单面 平行双面 (日光石) 双面 (透辉石、月光石)
族 斜方晶系 斜方柱 斜方四面体 斜方单锥 斜方双锥
三方偏方 面体(6个全
等的四边形)
3.常见单形及特征 (3)等轴晶系的单形
四面体类:
四面体
4个全等的等边三角形
五角三四面体
四面体的每个三角形 晶面分成3个五边形
三角三四面体
四面体的每个三角形 晶面分成3个三角形
四角三四面体
四面体的每个三角形 晶面分成3个四边形
六四面体
四面体的每个三角形 晶面分成6个三角形
(1)开形:单形的晶面不能够完全包围空 间,如四方柱、四方锥、平行双面等。
(2)闭形:单形的晶面能够完全包围空间, 如立方体、八面体、四方双锥等。
六方单锥 开形
水晶的聚形
四角三八面体 闭形
四方双锥 闭形
尖晶石的聚形
2.单形的种类
单形的种类共有47种几何单形 a.低级晶族共有7种单形:单面、平行双面、
1895年德国物理学家伦琴(W.C.Rentgen )发现X射线 后,1912年德国物理学家劳埃(M.Von Laue)第一次 用X射线在实验上证明了晶体的根本特性——晶体内 部质点在三维空间周期性地排列。
所以,晶体的现代定义(从本质):
晶体(crystal)是内部质点(原子、离子或分子) 在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。这种 质点在三维空间周期性地重复排列也称格子构造,所 以晶体是具有格子构造的固体。
以三方晶系单形来分析
三方柱
柱面为三个全等 的矩形
三方单锥
锥面为三个全 等的等腰三角形
三方双锥
锥面为6个全 等的等腰三角形
菱面体
6个全等的菱形
复三方柱
6个相等的矩形 柱面,与六方柱 的区别是横截面 不是正六边形
复三方单锥
6个全等的三 角形,与六方单 锥的区别是横截面 不是正六边形
复三方双锥
12个全等的三角形 锥面,与六方双锥 的区别是横截面不 是正六边形
双面、斜方柱、斜方四面体、斜方单锥、斜方 双锥。
b.中级晶族共有25种单形,分成六组:柱体 组、单锥体组、双锥体组、四方四面体和复三 方偏三角面体组、菱面体与复三方偏三角面体 组、偏方面体组。
c.高级晶族共有15种单形,分为三组:四面 体组、八面体组、立方体组。
3.常见单形及特征 (1)低级晶族常见单形
第三章 宝石的结晶学和矿物学基础
宝石是一种坚硬耐磨的固体物质,宝石材 料经过精心设计和人工琢磨,形成规则的几 何形态,发出奇光异彩,映出奇妙花纹,所 有这些首先归功于人类的艺术创造,但本质 上是归功于宝石材料的结晶学和矿物学性质, 因此,结晶学是宝石学重要的基础学科之一, 结晶学和矿物学知识对于宝石学家是必不可 少的。
3.常见单形及特征 (3)等轴晶系的单形
八面体类:
八面体
8个全等的等边三角形
三角三八面体
八面体的每个三角形 晶面分成3个三角形
五角三八面体
八面体的每个三角形 晶面分成3个五边形
四角三八面体
八面体的每个三角形 晶面分成3个四边形
六八面体
八面体的每个三角形 晶面分成6个三角形
3.常见单形及特征
立方体类:
在远古年代,人们在矿业活动中发现了具 有规则几何多面体形态的水晶,于是,
晶体的远古定义(从现象):能自发生长 成规则几何多面体外形的固体称为晶体。
这种定义显然是不够严谨的,有些晶体并 不发育成几何多面体外形,例如岩石中的 晶体小颗粒。晶体能够发育成几何多面体 外形仅仅是晶体内部本质的一种外在表现 形式,那么,晶体的内部本质又是什么呢?
(2)对称轴(Ln)
对称轴是一根假想的直线,相应的对称操 作是围绕此直线的旋转。当晶体围绕此直线旋 转一周时,晶体中相同的部分可以重复2次、3 次、4次或6次。对应的分别描述为L2、L3、L4、 L6。3次、4次和6次对称轴又称为高次对称轴。
(3)对称中心(C)
对称中心是一个假想的点,通过此点做 任意直线,则在此直线上距对称中心等 距离的两端必定可以找到对应点。
四、晶体的形态:
1.单形和聚形 (1)单形:单形是由对称要素联系起来的一组晶 面的总合。换句话说,单形也就是籍对称型中全 部对称要素的作用可以使它们相互重复的一组晶 面。因此,同一单形的所有晶面彼此都是等同的。 包括开形和闭形。 (2)聚形:两个以上的单形的聚合称为聚形。单 形的聚合不是任意的,必须是属于同一对称形的 单形才能相聚,所以聚形的对称性和其中的任一 单形的对称性相同。
隐晶质集合体
普通光学显微镜 也难观察的微晶集合体。
如岫玉、玉髓、绿松石
隐晶质的岫玉
隐晶质的玛瑙
二、空间格子(十四种空间格子)
1.定义 由一系列有规律地在三维空间呈周期性
重复排列的几何点(即结点) 所连结的无限的立体几何图形。 它是从具体的晶体结构中抽象出来的。
(1)结点 结点在直线上的排列构成行列 (2)面网 结点在平面上的分布构成面网
第一节结晶学基础
本节学习的重点: 1.晶体与非晶质的区别 2.晶体对称的特点及对称要素 (对称轴、对称面、对称中心的概念) 3.晶体的分类:七大晶系 4.单形、聚形的概念
晶体的世界是一个晶莹绚丽、色彩斑 斓的世界。
Emerald
Sapphire
Olivine
什么是晶体 ?
3.平行六面体
(1)定义 一个空间格子总是可以被三组相交的
面网划分成一系列相互平行叠置的一个最 小重复单位,那就是单位平行六面体。
(2)分类
根据单位平行六面体对称性的不同,空间 格子分别归属于7个晶系; 再根据结点在单位平行六面体中的分布情 况,将其划分为原始格子、底心格子、体 心格子和面心格子。 在晶体中共有14种不同的空间格子型式。
1、晶体的自限性
指一切晶体在生长过程中,只要具备充分 的空间条件,都能自发地形成规则的几何 多面体外形的性质。晶体的自限性为我们 确定晶体的内部结构、进行晶体分类和鉴 定宝石原石晶体提供了宏观依据。如黄铁 矿为立方体,祖母绿为六方柱状,金刚石 为八面体等。
2、晶体的均一性
对于某晶体,由于同一类型空间格子的 周期性重复构筑,决定了晶体中任何一 部分所表现的物理化学性质的均一性。 基于这一点,同一晶体上切下来的宝石 材料都具有相同的物理化学性质。
5、晶体的对称性
晶体在外形上,相同的晶面,晶棱,晶面 夹角有规律的重复,物理性质也是有规 律的重复。
三、晶体分类
1.晶体对称: 对称性是晶体的基本性质之一,它是由 晶体格子构造的规律所决定的。
对称面
2.对称要素:
通常描述晶体对称的几何要素包括: 对称面、对称轴、对称中心。
(1)对称面(P)
对称面是一个假想的平面,它将晶体平 分为互为镜像的两个相等部分。对称面 可以包含晶棱、垂直晶棱并通过它的中 心,垂直并平分晶面。 同一晶体内可以包含多个对称面。
晶体若存在对称中心时其晶面必然 是两两平行并相等。
4.晶体分类 根据晶体对称性特点,分为七大晶系
六方 晶系
三斜 晶系
等轴 晶系
晶系
斜方 晶系
单斜 晶系
四方 晶系
三方 晶系
根据是否有高次轴及其数量分三大晶族
(2)晶族
高级晶族:有多个高次轴, 等轴晶系
中级晶族:一个高次轴, 四方、三方、六方晶系
低级晶族:无高次轴, 斜方、单斜、三斜晶系
C=I
I=F
F=P
I=F
F=C
C=P
与本晶系 对称不符 与本晶系 对称不符
与本晶系 对称不符
F=I
I=F
F=P
与空间格 与空间格
子的条件 子的条件
不符
不符
晶体的基本性质
晶体的内部构造是由单位晶胞组成的立 体空间格子。同一晶体由相同的晶胞组 成,晶体种类不同,组成空间格子的形 状和大小也不同,这样,就形成了千姿 百态、物理和化学性质不同的天然晶体 世界。研究和统计表明,晶体有以下五 种基本性质:
3、晶体的各向异性
除立方格子外的其余格子,由于不同方向 上质点性质和wenku.baidu.com距不同,因此,晶体在内 部和外部性质上也存在差异。如蓝宝石垂 直柱体(光轴)切磨时,无二色性,而平 行光轴切磨时,则有二色性;又如蓝晶石 在不同方向具有不同的硬度,其摩氏硬度 随方向变化于5-7之间。
4、晶体的稳定性
指同一成分组成的结晶体物质处于最稳定 的状态,即内部质点处于有规律的格子平 衡位置,具有最小的内能。对于无序状态 的液体和气体,则随着时间的迁移,会有 向有序结晶态发展的趋势。晶体的这一特 性,为宝石的长久保存提供了有利条件, 也为不稳定的宝石(欧泊)提出了需要保 护的问题。
与此相反,不具格子构造的固态物质为非晶体或 非晶态(non crystal)。
晶体与非晶体结构(平面)示意图 (a)晶体,(b)玻璃(非晶体)
一、晶体与非晶体
自然界的矿物分为两类:
晶体和非晶质体
石盐的晶体结构
1.晶体
是具有格子构造的固体。 内部质点在三维空间有序排列,
晶形的充分发育导致 外部具有一定的几何形态。 如:石榴石、水晶、刚玉等。
单面
三斜晶系 平行双面
单斜晶系 双面
只有一个面 (无L、P、C)
斜方晶系
斜方柱(3对平行双 面,横截面为菱形)
两个面平行 且相等(只有C)
斜方单锥
(2对双面, 横截面为菱 形)
P
两个面以对称面或 对称轴对称且相等
斜方双 锥(4对
双面,横 截面为菱 形)
3.常见单形及特征 (2)中级晶族常见单形
四方柱 四方单锥 四方双锥
(黄玉 金绿宝石 橄榄石)
四方 晶系
四方柱 四方单锥 四方双锥
复四方柱 复四方单锥 复四方双锥
(锆石、方柱石)
四方偏方面体 四方四面体 复四方偏三角面体
中 级 晶 族
三方 晶系
三方柱 三方单锥 三方双锥 复方三柱 复三方单锥 复三方双锥
(电气石、水晶、红宝石)
三方偏方面体 菱面体 复三方偏三角面体
六方 六方柱 六方单锥 六方双锥 晶系 复六方柱 复六方单锥 复六方双锥
2.非晶体
是不具有格子构造的固体。 内部质点无规则排列。 如:玻璃、琥珀、 松香、塑料等。
欧泊原石
琥珀
晶体
单晶体
整个宝石仅由一个晶体, 或者几个密切相连的 晶体组成, 大多数宝石为单晶体
多晶集合体
部分宝石(玉 石) 由大量细小的晶体
组成
显晶质集合体
肉眼或10×放大镜 可以辨认晶体颗粒大小,
如石英岩、翡翠
(2)浮生:两个或多个不同种类的晶体沿一定方向的规则连 生;或者两个或多个同种晶体以不同的面网相接合而形成的 规则连生称为浮生。
(3)双晶:双晶是两个以上的同种晶体按一定的对称规律形 成的规则连生,相邻两个个体的相应的面、棱、角并非完全 平行,但它们可借助对称操作-反映,旋转或反伸,使两个 个体彼此重合或平行。
2.空间格子的特点
(1)同一行列中及相互平行的行列上,结点间距是 相同的; (2)不同方向的行列中,结点间距通常是不同的。 (3)凡相互平行的面网,其单位面积的节点数 (面网密度)和相邻面网的距离(面网间距) 必定全部相同; (4)互不平行的面网,面网密度一般不同。
空间格子是由结点、行列、面网,平行六面体组 成的,其中平行六面体是一个最小的重复单位, 也叫晶胞。晶体实际上就是平行六面体(晶胞) 在三维空间重复叠置的结果。对不同矿物晶胞 的大小不同,也就是说晶棱a, b, c的长度不同
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