1-1 晶体与非晶质体

石英与黄铁矿晶体
萤石与尖晶石晶体
石榴石晶体与绿柱石
1．层生长理论模型（科塞尔理论模型）
这一模型要讨论的关键问题是：在一个正在生长的晶面上 寻找出最佳生长位置，有平坦面、两面凹角位、三面凹角位。 其中平坦面只有一个方向成键，两面凹角有两个方向成键， 三面凹角有三个方向成键，见图：
因此，最佳生长位置是三面凹角位，其次是两面凹角 位，最不容易生长的位置是平坦面。 这样，最理想的晶体生长方式就是:先在三面凹角上生 长成一行，以至于三面凹角消失，再在两面凹角处生长一 个质点，以形成三面凹角，再生长一行，重复下去。
矿物是地壳中地质作用形成的天然无机晶 质固体。是地壳中岩石、矿石的组成单位。

矿物学是研究矿物的成分、结构、形态、 性质、成因、产状和用途以及矿物在时间 和空间的分布规律及其形成和变化的历史.
二、矿物学与其它学科的关系



数学、物理及结晶学是矿物学的基础 矿物学是岩石学、矿床学、地球化学的基 础 矿物学与地层学、构造地质学有密切关系 岩石学、矿床学、地球化学 ︱ 构造地质学--矿物学--地层学 ︱ 数学--＞结晶学﹤--物理



温度 杂质 粘度 结晶速度 涡流
所有这些外因是通过内因起作用的。
五、面角守恒定律
（一）、面角守恒定律： 在相同的温度、压力条件下，同种矿物 的晶体，其对应晶面间的面角恒等。
面角守恒定律的意义：结晶学发展的奠基石。
（二）、面角的测量：
就是测量晶面之间的夹角。
注意：晶面夹角与面角（晶面法线间的夹角）的区别！ 它们之间的关系为互补的关系。
立方格子：ａ＝ｂ＝c，α＝β＝γ＝90° 三方格子：ａ＝ｂ＝c，α＝β＝γ≠90° 四方格子：ａ＝ｂ≠c，α＝β＝γ＝90° 六方格子：ａ＝ｂ≠c，α＝β＝90°γ=120° 正交格子：ａ≠ｂ≠c，α＝β＝γ＝90° 单斜格子：ａ≠ｂ≠c，α＝γ＝90°，β≠90° 三斜格子：ａ≠ｂ≠c，α≠β≠γ≠90°

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七种形状的单位平行六面体
平行六面体可具有各种不同的形状，各种形状的平 行六面体的晶胞参数怎么样？
我们以后将会看到，平行六面体的形状一共有7种， 对应有7套晶胞参数的形式，也对应7个晶系。
小结：
晶体：
远古年代的定义：自发形成规则形态的物体； 现代的定义：内部结构具有周期重复性，即 格子构造 的物体。 可以用格子状的图形－空间格子表示的。
结晶学与矿物学
结晶学：以晶体为研究对象，主要研究晶 体的内部结构、对称规律、几何形状以及规则 连生。 特点：空间性、抽象性、逻辑性、共性 矿物学: 以矿物晶体为研究对象；主要研究 各矿物晶体的成分、结晶形态、物理性质、成 因产状等特征。 特点：经验性、感性、具体性、归纳分类性、 个性
绪论


一、矿物和矿物学
（请同学们自己解释。课堂讨论）
四、晶体的形成
（一）、成核
成核是一个相变过程，即在母液相中形成固相小晶芽，
也就是说，晶核的形成，一方面由于体系从液相转变为内能 更小的晶体相而使体系自由能下降，另一方面又由于增加了 液 - 固界面而使体系自由能升高。
（二）、晶体生长
一旦晶核形成后，就形成了晶－液界面，在界面上就要进 行生长，即组成晶体的原子、离子要按照晶体结构的排列方 式堆积起来形成晶体。

2、空间格子的要素：
★结点: 空间格子中的点,代表具体晶体结构 中的相当点. ★行列: 结点在直线上的排列. 结点间距：
★面网:


结点在平面上的分布.
面网间距： 面网密度：

图1－5面网
面网密度
面网AA’间距d1
面网BB’间距d2
面网CC’间距d3 面网DD’间距d4
面网间距依次减小,面网密度 也是依次减小的. 所以: 面网密度与面网间距 成正比.
2．螺旋生长理论模型 （BCF理论模型）
该模型认为晶面上存在 螺旋位错露头点可以作为 晶体生长的台阶源,可以对 平坦面的生长起着催化作 用，这种台阶源永不消失， 因此不需要形成二维核， 这样便成功地解释了晶体 在很低过饱和度下仍能生 长这一实验现象。
这两个模型有什么联系与区别？ 联系：都是层层外推生长； 区别：生长新的一层的成核机理不同。
★异向性：同一晶体不同方向具有 不同的物理性质。例如： 蓝晶石 的不同方向上硬度不同。
★对称性：同一晶体中，晶体形态相同的几个 部分（或物理性质相同的几个部分）有规律 地重复出现。例如下面的晶体形态是对称的：
★最小内能性：晶体与同种物质的非晶体相比，内 能最小。 ★稳定性：晶体比非晶体稳定。
﹡要学会用格子构造规律 解释这些基本性质！
有什么现象可证明这两个生长模型？
环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹
（四）、决定晶体生长形态的内因
1．布拉维法则(law of Bravais)： 晶体上的实际晶面往往平行于面网密度大的面网 。 为什么？ 面网密度大—面网间距大—对生长质点吸引力小—生 长速度慢
生长速度慢—在晶形上保留— 生长速度快—尖灭
格子构造：晶体结构的周期重复规律，这种规律是
空间格子：表示晶体结构周期重复规律的简单几何图形
要画出空间格子，就一定要找出相当点。
相当点
：1、性质相同，2、周围环境相同。
三、晶体的基Βιβλιοθήκη Baidu性质：
★自限性: 晶体能够自发地生长 成规则的几何多面体形态。
★均一性:同一晶体的不同部分物理化学性质完全相 同。晶体是绝对均一性，非晶体是统计的、平均 近似均一性。
三、矿物学发展简史




1857年偏光显微镜应用 —使矿物学研究由宏观 向微观；---使矿物学发生第一次变革； 本世纪二十年代，X-射线应用于矿物晶体结构分 析 ---使矿物学研究由微观向结构；---使矿物学 发生第二次变革； 三十年代以来，对矿物的物理化学条件与相平衡 所进行的研究---使矿物学发生第三次变革； 近二十多年来固体物理、量子物理和量子化学方 面的理论应用于矿物 研究---使矿物学发生第四 次变革；

接触测角

反射测角：单圈反射测角仪
双圈反射测角仪
下面的问题请同学们思考并讨论： （1） 非晶体（玻璃）的定义及特点？
（2） 液体、气体的结构具有什么规律？ （3）晶体与非晶体的转化？
本章重点总结： 本章包括3组重要的基本概念:
1) 晶体、格子构造、空间格子、相当点；它们之 间的关系。 2) 结点、行列、面网、平行六面体; 结点间距、 面网间距与面网密度的关系. 3) 晶体的基本性质：自限性、均一性、异向性、 对称性、最小内能、稳定性，并解释为什么。
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石盐的晶体结构
2、非晶质体是内部质点在三度空间不成周期 性排列的固体；如图： 3、晶体分布广、数量多，非晶质体分布少、 数量少； 4、晶质体和非晶质体在一定条件下可以互相 转化。
二、空间格子

1．空间格子： 由等同点在三维空间作周期性重复排列后 构成的无限图形，即称之为空间格子。
等同点（或称相当点）：周围环境和几何 位置都相同的 点
但是，实际晶体生长不可能达到这么理想的情况，也可能 一层还没有完全长满，另一层又开始生长了，这叫阶梯状生长， 最后可在晶面上留下生长层纹或生长阶梯。 阶梯状生长是属于层生长理论范畴的。
总之，层生长理论的中心思想是：晶体生长过程是晶面层 层外推的过程。 但是，层生长理论有一个缺陷：当将这一界面上的所有 最佳生长位置都生长完后，如果晶体还要继续生长，就必须在 这一平坦面上先生长一个质点，由此来提供最佳生长位置。这 个先生长在平坦面上的质点就相当于一个二维核，形成这个二 维核需要较大的过饱和度，但许多晶体在过饱和度很低的条件 下也能生长，为了解决这一理论模型与实验的差异，弗兰克 (Frank)于1949年提出了螺旋位错生长机制。
2．PBC（周期性键 链）理论：
晶面分为三类：
F面(平坦面，两个PBC)，
晶形上易保留。
S面(阶梯面，一个PBC),
可保留或不保留。
K面(扭折面，不含PBC),
晶形上不易保留 。
3．居里-吴里弗原理（最小表面能原理）：
晶体上所有晶面的表面能之和最小的形态最稳定。 ************
（五）、决定晶体生长形态的外因
★平行六面体: 结点在三维空间形成的最 小单位
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3、晶胞及晶胞参数


晶胞：能反映晶体构造特点的最小单位称 为晶胞（晶胞相当与空间格子构造中的平 行六面体）。 晶胞参数：表示晶胞大小（a0、bo、co）和 形状（α 、β 、γ ）的数据称为晶胞参数，
4．七种空间格子

四、矿物在经济建设中的作用
矿物是经济建设中不可缺少的原料或材料。 ---矿物是金属或非金属材料的来源； ---矿物为农业提供肥料； ---矿物为国防、科学技术提供特种材料。

第一章 晶体概述
本章涉及一些重要的基本概念，这些 概念在整个结晶学中都经常出现, 一定要 牢固掌握。
一、晶体与非晶质体
1、晶体是具有格子状构造的固体 (内部质点 在三维空间呈周期性重复排列的固体 )。 如石盐晶体