第三章晶体光学基础

晶体在外形上可能存在的对称要素如下：
对称面（P）在晶体上可以没有对称面，也可以有一个
或几个。书写时9P
对称轴Ln ：相应的对称操作为绕直线旋转

对称轴Ln,其中n为2、3、4、6。在晶体中不 可能有5次或高于6次的对称轴，这是由于它们 不符合空间格子的规律。
对称中心C：相应的对称操作为对一点的反伸
二．自然光和偏振光
一切从实际光源发出的原始普通光波，称为自然光，例 如．太阳光、火光、电灯光等。自然光的振动特点是光 波在垂直于传播方向的任意方向上振动，而且是均匀对 称的,即自然光的振动面是任意的，不受限制。 自然光经过反射、折射、双折射及吸收等作用，均可使 其变成只在一定方向振动的光波，这种光波称为偏振光， 简称为偏光。
第四章偏光显微镜薄片研究法
简介 主要内容： 第一节 晶体光学基础 第二节 偏光显微镜及试样的制备 第三节 平行光线下晶体的光学性质 第四节 聚敛光线下晶体的光学性质 第五节 油浸法测定晶体的折射率 第六节 晶体名称的确定
第三章 晶体光学基础
一、可见光一般知识
光波是电磁振动在空间的传播。可见光也属于一种电磁 波，各种电磁波间以Βιβλιοθήκη Baidu定的波长范围相互区别，可见光 的波长范围为390—770nm， 其振动方向和传播方向相互垂直。
2 条痕
矿物粉末的颜色。
3 光泽
指矿物表面对光的反射能力。
4 透明度 5 解理 6 硬度 常用互相刻划的方法测量矿物的相对硬度。
7 比密度
2.2 岩石
岩石的概念 岩石是天然产出的有一种或多种矿物（包括 火山玻璃、生物遗骸、胶体）组成的固态集 合体）。岩石可由一种矿物组成，而大多数 矿物由多种矿物组成。 岩石按照成因可分为：岩浆岩，沉积岩，变 质岩
滑移面
螺旋轴
二 空间群和等效点系
晶体结构中一切对称要素的组合称为空间群。晶体中 共有230种空间群。
晶体构造中，由一个起始点开始，通过空间群中各个 对称要素的作用，由此而重复出来的一系列点的总和 称为一个等效点系。
1.6晶体的自然形态
大多呈两个或两个的晶体自然地连结在一起。这种现 象称为晶体连生。
无机材料岩相学
授课教师：郭巍
2009-09-9
第二章 几何结晶学
1.1 晶体及其性质
一．晶体的概念 晶体是内部质点在三维空间成周期行重复排列的固体， 或者说晶体是具有格子构造的固体。
二 ．空间格子 是表示晶体内部结构质点 重复规律的几何图形。它不等 于晶体内部具体质点的格子构 造，而是从实际晶体内部抽象 出来的无限的几何图形。
浮生：不同物质的晶体沿—定方向的规则连 生，或同种物质的晶体以不同的面网相接合 而形成的规则连生称为浮生。
第三章
矿物与岩石
3.1矿物 一 矿物的概念 矿物是地壳中的化学元素经过各种地质作用所 形成的，并在一定的条件下相对稳定的单质 或化合物；是岩石和矿石的组成单位。
矿物具有一定的几何形状、物理性质和化学性质的自然体。 目前的矿物有3000多种，在实验条件下和生成工艺过程中 得到许多人工矿物，称为人造矿物或合成矿物。
三 晶体的三十二种对称型
将晶体中的全部对称要素按照组合定理组 合起来，称为晶体的对称型。 书写时，先写对称轴或旋转反伸轴，由高 次到低次的顺序，在写对称面、对称中心。 例如： 。 晶体中共有三十二种对称型。


四 晶体的分类
晶体中共有32种对称型，把属于同一对称型的所 有晶体归为一类，称为晶类→32类。根据有无高 次轴和高次轴多少，把这32个对称型划分为低， 中、高级三个晶族，在各族中又根据对称特点划分 为7个晶系。 对称型中无高次轴(大于等于L3）为低级晶族（三 斜晶系，单斜晶系，斜方晶系） 只有一个高次轴为中级晶族（四方或正方晶系，三 方晶系，六方晶系）； 高次轴多于一个（有4个L3）为高级晶族（等轴晶 系）。
类质同象代替观象虽然很普遍，但质点的 代替不是任意的，它有三个基本条件： 1）互相替换的离于或原于半径相等或相近； 2）互相替换的离子类型(或极化性质)相似， 3）互相替换离子的总电价应相等。 类质同象根据质点替换程度不同，可分为：
完全类质同象
构成类质同象替换关系的两种质点(或组分)， 可以任意量互相代替，以至于完全代替。
1.6晶体的微观对称
一 晶体微观对称的主要特点：
1.
宏观对称
2. 3.
在晶体的构造中，任何一个对称要素有无穷多个和它相同的对称 要素。 晶体微观对称除了宏观对称的要素外，出现了晶体宏观对称中不 可能的对称操作：平移操作。晶体内部特有的对称要素有： 平移轴：晶体内部构造中，任一行列方向都是一个平移轴，行列 的结点间距即为平移轴的移距，无穷多个平移轴的集合组成了平 移群。 滑移面 螺旋轴
层间水是以中性水分子的形式存在于某些层状硅酸盐晶格构造层 之间的水。水的含量不定，受交换阳离子的种类和环境、温 度、湿度的控制。
3. 沸石水 4.结构水 5. 层间水
四 矿物的化学式
表示矿物化学组成的一种形式。
它对于矿物的分类，区分元素在矿物晶格中的状态，了解矿物 的成分、结构、与物理性质之间的关系、甚至推断矿物的形成 条件都具有意义。
晶体的连生分为两类：不规则连生和规则连生。 晶体的规则连生主要有三种现象：平行连晶、双 晶、浮生。
两个或两个以上的同种晶体彼此间以平行而 连续的内部构造连生在一起，所有对应的晶 面、晶棱相互平行，单体之间有凹入角，这 种规则连生称为平行连晶，如图所示
两个或两个以上的同种晶体之间按一定的对 称规律相互连结而成的规则连生。外形上是 一个单体为另一个单体的镜象反映，或一个 单体旋转180。后，可与另一个单体重合或 平行，这种连生称为双晶。
空间格子有下列几种要素： 1）结点 为几何点 2）行列 结点在直线上排列 3) 面网 →面网密度、面网间距 4）平行六面体:空间格子的最小单位。 在实际晶体中称为晶胞。
三．非晶质体 物质内部质点在三维空间不做规律排列，即不具有格子构造。例 如玻璃、塑料、沥青等。晶体与非晶体之间可以互相转化。 四．晶体的基本性质 1）自限性：指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体 的性质。 2）均一性：指晶体各个部分具有相同的性质。 3）异向性；举例蓝晶石硬度，水晶的热膨胀性 4）对称性：指晶体中相等的晶面、晶棱和角顶以及晶体物理 化学性质在不同方向上或位置上作有规律的重复出现。 5）最小内能 是指在相同的热力学条件下。与同种化学成分的 非晶体、液体、气体相比较晶体的内能最小。（解释） 6）稳定性 在相同的热力学条件下，具有相同化学成分的晶体 和非晶体相比，晶体是最稳定的。
二.矿物的化学成分及化学式
按照矿物的化学成分类型： 1.单质 这类矿物的元素主要以原子存在。 2 化合物 由两种或两种以上的元素化合而成的矿物。 1）简单化合物如方铅矿Pbs,石盐和刚玉等。 2）络合物 由阳离子和一种络阴离子化合而成的矿物。如 方解石Ca［CO3］,硬石膏Ca［SO4］,正长石 K ［AlSi3O8 ］ 3）复化合物 由两种或两种以上的阳离子和阴离子或者络 阴离子组成的化合物。如白云石（Ca,Mg) ［ CO3］2
1.2 布拉维法则
晶体在生长过程中，晶面的生长速度与其面网密度有 很大关系，二者成反比关系。法国学者布拉维做了总 结：
晶体通常被面网密度大的晶面所包围。
1.3 晶体宏观对称
对称是指物体相等部分有规律的重复。晶体的对称是由其 内部格子构造决定的。 一 晶体的对称操作和对称要素
使物体的相等部分重复所进行的操作称为对称操 作； 在进行对称操作时，所借助的几何要素（点、线、 面）称为对称要素。
1.4 晶体的理想形态
对于属于同一对称型的晶体，可以具有不同的形态， 例如:
晶体的理想形态：单形和聚形 一.单形 单形是由对称要素联系起来的一组晶面的总和。同一 单形中的晶面应该同形等大。单形共有47种。
低级晶族单形
中级晶族单形
高级晶族单形
二.聚形
由两个或两个以上的单形的聚合称为聚形。
自然光和偏振光
光波的振动方向和传播方向构成的面，称偏光的振动面。振动面呈 平
平面偏振光的简单类比
三 光线的折射和折射率
光线从一种介质传播到另一种 介质时，在界面除部分被反射 和吸收外，还有部分光线进入 第二介质发生折射成折射线。 光在两种介质中的传播速比等 于相应的入射角正弦和折射角 正弦比，对两固定介质来说此 比值是常数n，即：
是晶体中心的一个假想的点，通过此点，任意直线的 等距离两端，必定找到对应的点。晶体中可以没有或 有一个对称中心。如有晶体上的晶面必然都是两两平 行且相等。
旋转反伸轴Lin：对称操作为围绕一条直线旋转并 对直线上的一点反伸
晶体中的旋转反伸轴有Li1，Li2,Li3,Li4和 Li6，并且有如下规则:
不完全类质同象 构成类质同象替换关系的两种质点(或组分)， 不能以任意量代替，而是在有限范围内以不 同比例替换。
2 同质异象
同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件下(温度、 压力、结晶及介质成分等)，可以形成在构造、形态与 物理性质上完全有差异的矿物。
三.矿物中的水
1．吸附水
2.结晶水
吸附水是以中性水分子的形式吸附于矿物表面或缝隙中的 水，它不参加矿物的晶体结构。吸附水含量不固定， 加热到一定的温度(100～110℃)即可全部放出。 结晶水是以中性水分子的形式存在于矿物晶格中特定位 置上的水。结晶水在晶格中结合牢固，所以失水温度 较高，不超过600℃，通常为100～200℃。 存在于沸石组矿物中的中性水分子。水占据了结构中大的 空洞和孔道，位置不十分固定，一般在80~400℃时 逸出→晶格不变，脱水后可重新吸水。 以OH或H3O等离子形式存在于矿物中的水→占据晶格位 置→ 600~1000℃失去。
光密
绝对折射率N:当第一种介质为 真空或空气时得到的折射率。 N>1 折射率N是鉴定矿物晶体最可 靠的常数之一。
光疏
折射率的色散
射入同一介质的光波因波长不同折射率不同 的性质。
同一介质光波的波长与折射率成反比关系。在可见光 中紫色波长最短，红光波长最长，因此同一介质在紫 光中测定的折射率最大，红光最强。 晶体折射率色散能力：指晶体在两种波长中测定的折 射率之差。 为了不受色散的影响，测定折射率时用单色光（黄光）
习题及思考题
1．何谓晶体的对称?晶体的对称要素包括哪几种? 2．何谓对称型?划分晶族、晶系的依据是什么？ 3．简单叙述检验晶体有无对称中心的方法。 4. 何谓矿物? 5. 何谓类质同象与同质异象？矿物中存在哪几种类型的水？ 6. 矿物单体有哪几种形态？矿物集合体有哪几种形态？ 7. 何谓自色、他色、假色? 8. 矿物的光学性质、电学性质有哪些，这些性质间的关系如何? 9. 何谓解理、断口，矿物的解理与内部结构的关系？
三 .矿物化学成分和结构的变化
1.类质同象代替 在矿物晶体形成的过程中，晶体的某种质点的位置， 被类似的质点占据，只是稍微改变其晶格常数，而 不改变晶体的结构类型。如铁闪锌矿（ZnS）中 Zn2＋位置可被Fe2＋代替→［（Zn,Fe）S］，，两 者晶格类型相同，晶格常数稍有变化，前者呈浅褐 色，后者呈黑色。 具有类质同象的晶体，很象是两种固体的均匀混合 物，因此又称“固溶体”。
根据矿物定量化学全分析的结果计算出的方法有两种： 1 实验式 表示矿物化学成分中各组分之间数量比的化学式。 2.结构式 也叫晶体化学式 既可表示矿物组成元素的种类和数量比，也可表示原子 在结构中的相互关系。 书写原则：
五 矿物的物理性质
1 颜色 矿物的颜色
矿物的颜色是矿物对白光中不同波长的光波选择吸收的结果。 分为：自色，他色，假色。
只有属于同一对称型的单形才能聚合在一起形成聚形，出现在 同一个晶体上。
1.5晶体定向和结晶符号
晶体的定向：在晶体上选择一个坐标系，选 择的坐标轴称为晶轴(a,b,c或x,y,z轴）， 然后根据晶面在坐标轴上的截距，用一定符 号来表示该晶面在空间的位置。 晶面符号:用晶面在各晶轴上截矩的倒数比， 化简，去掉比号，以（）扩之。 晶体符号:在单形中选择一个代表晶面，把 该晶面改用｛｝扩起来，代表一种单形。