第二章--宝石的结晶学特征

第二章宝石的结晶学特征一、教学重点：熟练掌握晶体系常数和晶系特点二：教学难点：掌握晶体的对称和宝石的晶体形态三：教学目标：了解和掌握宝石的结晶学特征第一节晶体的基本特征《结晶学》-----研究晶体生长、形貌、内部结构及其物理性质的学科。是宝石学家鉴定宝玉石必须的知识34一、晶体和非晶质体用什么手段证明晶体和非晶体？1.用X射线分析的方法2.分析内部质点的排列规律3.内部质点有----原子、离子、分子一晶体与非晶质体晶体——具有一定的外部晶形和内部格子构造的固体。格子构造——内部质点（原子、离子或分子）作规律排列，并构成一定的几何图形红宝石固态物质晶体非晶质体2、非晶质体的定义：内部质点不作规则排列，不具有格子构造，无一定的外观形态。代表矿物：欧泊、火山玻璃小结晶体----质点有规则排列、有规则外形、有格子构造非晶体---质点无规则排列、无规则外形、无格子构造隐晶质----质点有规则排列、无规则外形、有格子构造二、晶体的结构特征1.晶体具有格子构造，质点在三度空间作格子状的规则排列。。例如：钻石和石墨2.晶体在自由生长状态下能自发地形成规则的多面体形态（1）对称、理想的完整晶面（2）生长环境的限制以及后期环境的改变，毁坏了晶体的外形，降低了它的完美性。3.晶体具有最小内能和稳定性晶体的内能最小，所处的状态最为稳定。分析自然界的三种物质气态、液态、固态三、晶体的方向性特征1.晶体的性质具有随方向而变化的异向性由于不同方向上质点的性质和间距不同，晶体在内部和外部性质上也存在差异。例如：碧玺、蓝晶石矿物（二硬石）沿平行晶体方向用小刀可以刻动。垂直晶体方向用小刀不可以刻动。2.晶体具有外形和性质的对称性物体相同部位有规律的重复。（1）所有晶体都是对称的（2）晶体对称是有限的（3）晶体对称有几何意义的对称和物理意义的对称。晶体---一切晶体不论其外形如何，它的内部质点（原子、离子或分子）都是作规则排列的，这种规律主要表现为质点的周期重复，从而构成了所谓格子构造。结论----晶体是具有格子构造的固体，晶体是固体最典型的代表代表矿物------钻石、红宝石非晶体（非晶质或非晶质体）--------内部质点1）、不具格子构造2）、不作规则排列3）、没有规则的外形（代表矿物-----欧泊、火山玻璃）35隐晶质-----由无数微晶组成（普通显微镜无法观察（超显微）1）、内部有序排列2）、没有规则排列3）、格子构造（代表矿物-----玉髓）多晶质-----由细小的晶体组成，用肉眼或放大镜观察到。（代表矿物-----翡翠）四、晶体形成的方式气相转变成固相时形成晶体物相液相固相地球上的物体以三种方式存在1.由液相转变成固相（1）、从溶体中结晶-----温度低于熔点时，晶体开始折出结晶金属熔体金属晶体36（2）、从溶液中结晶-----溶液达到过饱和状态时开始折出晶体①、温度降低----岩浆后期温度渐降、晶体折出②、水分蒸发-----天然盐湖卤水蒸发，盐类矿物折出③、通过化学反应----生成难溶物质2、由气相转变成固相由气相转变成固相的条件：足够低的蒸汽压例如：火山口附近喷气直接生成硫、碘氯化钠晶体由岩浆后期气体直接生成的宝石例如：绿柱石固相再结晶成固相环境条件的变化可以引起矿物的成分在固态下改组，使矿物晶体变大或生成新矿物。37再结晶有以下几种情况：（1）、同质多象转变是指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。转变前后的成分相同，晶体结构不同。（2）、原矿物晶粒逐渐变大（3）、固溶体分解在一定温度下固溶体可以分解成为几种独立矿物（4）、变晶矿物在定向压力方向上溶解，而在垂直与压力方向上再结晶，因而形成一向延长或二向延展的变质矿物。（5）、由固态非晶质再结晶同质多象转变原矿物晶粒逐渐变大固相再结晶成固相固溶体分解变晶由固态非晶质再结晶三、晶体生长特点：1、形成晶核2、按层生长理论进行生长或螺旋生长理论生长38四、影响晶体生长的外部因素1、内因：决定晶体生长的形态内因是基本的2、外因：生成时所处的外界环境对晶体形态的影响也很大同一种矿物在不同的热力学条件下（包括各种地质条件）其晶体形态是可能有所差别的。温度热力学条件压力地质条件几种影响晶体生长的主要因素（1）、涡流（2）、温度在不同温度下，同种物质的晶体，其不同晶面的相对生长速度有所改变，影响晶体形态。（3）、杂质溶液中杂质的存在可以改变晶体上不同面网的表面能，所以其生长速度也随之变化而影响晶体形态。（4）、粘度39（5）、结晶速度①、结晶速度快，则结晶中心增多，晶体长的细小，如针状树枝状结晶速度小，则结晶中心增多，晶体长的粗大。②、结晶速度影响晶体的纯洁度快速结晶的晶体往往不纯，包裹了很多杂质。第二节晶体的对称一、晶体的对称要素对称操作---欲使对称图形中相同的部分重复，必须通过一定的操作进行对称操作时所应用的辅助几何要素----点、线、面----称为对称要素。451.对称中心（C）是晶体中的一个假想点，透过该点的直线两端等距离的地方有晶体上相等部分存在。48CB1BAA1具有对称中心的图形立方体有一对称中心四面体无对称中心2.线-----对称轴（L）对称轴是指通过晶体中心的一根假想的直线。三次对称轴以上的称之为高次轴。对称轴----是一根假想的直线，晶体周围围绕此直线旋转一周重复的次数称为轴次（n）。在图上用实线表示晶体外形可能有的对称轴名称符号基转角作图符号一次对称轴L1360°二次对称轴L2180°三次对称轴L3120°四次对称轴L490°六次对称轴L560°用图示法证明为什么只有L1、L2、L3、L4、L6，无L5、L7、L8473.面-----对称面（P）是一个假想平面，把晶体平分为互为镜象的两个相等部分。立方体有九个对称面(a)(b)图形：(a)垂直晶面和通过晶棱中心，并彼此互相垂直的三个对称面(b)包含一对晶棱，垂直斜切晶面的六个对称面。4.晶轴为了描述晶体的形态，必须有某些固定线作为描述晶面相对位置的坐标系统，这些坐标系统可认为是无限长的假想线，沿着与晶体对称性有关的某些限定方向穿过理想晶面他们相交在晶体内部被称为原点的一个点上，这些假想的线称为轴线在图上用虚线表示二、晶系的分类根据晶体对称要素的组合特点，将晶体划分为：三个晶族，七个独立的晶系1.高级晶族（有数个高次轴）晶系名称：等轴晶系（或立方晶系）对称特点：有四个三次轴（4L3）2.中级晶族（只有一个高次轴）晶系名称：六方晶系三方晶系四方晶系对称特点：有一个六次轴（L6）有一个三次轴（L3）有一给四次轴（L4）3.低级晶族（无高次轴）晶系特点：斜方晶系单斜晶系三斜晶系对称特点：二次轴或对称面多于一个二次轴或对称面不多于一个无二次轴或对称面第三节晶体常数和晶系特点一、等轴晶系等轴晶系有三根等长且相互垂直的晶轴晶体常数特点：a=b=c，三个角都是90°最高对称型：3L44L36L29PC常见单形是立方体、八面体和菱形十二面体等轴晶体系的宝石有：钻石、石榴石、萤石、方钠石、和尖晶石等（图2-3-2）等轴晶系的晶体钻石尖晶石菱形十二面体的石榴石晶体萤石晶体二、六方晶系晶体常数特点：a=b≠c,а==90°，=120°最高对称型：L66L27PC,常见单形是六方柱和六方双锥。六方晶系的宝石有绿柱石、磷灰石和高温石英等（图2-3-3）三、三方晶系晶体常数特点：a=b≠c,а==90°，=120°最高对称型：L33L23PC,常见单形是三方柱、菱面体和三方单锥。三方晶系的宝石有刚玉、碧玺、石英、硅铍石、菱锰矿、蓝锥矿和方解石等（图2-3-4）四、四方晶系该晶系有三根相互垂直的晶轴，其中两根横轴轴长相等，另一根纵轴则不等，并称之为主轴。晶体常数特点：a=b≠c,а===90°最高对称型：L44L25PC,常见单形是四方柱和四方双锥。四方晶系的宝石有锆石、符山石、金红石、和方柱石等（图2-3-5）五、斜方晶系该晶系有三根轴长不等的晶轴，彼此相互垂直。晶体常数特点：a≠b≠c,а===90°最高对称型：3L23PC,常见单形是斜方柱和斜方双锥。斜方晶系的宝石有金绿宝石、托帕石、橄榄石、赛黄晶、堇青石、柱晶石、玩火辉石和黝帘石等（图2-3-6）六、单斜晶系该晶系有三根轴长不等的晶轴，其中Y轴与其他两根轴所构成的平面相垂直，这后两根轴彼此斜交。晶体常数特点：a≠b≠c,а==90°，＞90°最高对称型：L2PC,常见单形是斜方柱和平行双面。单斜晶系的宝石有正长石、锂辉石、透辉石、榍石、磷铝钠石石膏等（图2-3-7）七、三斜晶系•该晶系有三根轴长不等的晶轴，且彼此相互斜交。晶体常数特点：a≠b≠c,а≠≠90°最高对称型：C,常见单形是平行双面和单面。三斜晶系的宝石有绿松石、钠长石、蔷薇辉石和斧石等（图2-3-8）第四节单形和聚形单形、聚形和晶体规则连生本节研究晶体外形的特点：1.单形---是对称要素联系起来的一组晶面的总和.同一单形的所有晶面都同形等大.512.聚形----由两个或两个以上单形聚合而成的晶形.分析聚形的步骤:1）.找出晶面的对称要素,确定其所属的晶族、晶系和晶类。（因各晶族、晶系、晶类所能出现的单形是不同的）2）、确定晶体上有几种不同的晶面，从而确定此聚形晶体是由几个单形组成的。3）、根据每一单形的晶面数，晶面相互关系以及晶体所属晶系、对称型以及晶面与对称型中对称要素的相对空间关系，确定各单形的名称。各晶系中的重要单形及特征(详见P12表2-4-1）第五节双晶一、双晶定义：指由彼此间有着直接的结晶关系，并按一定的对称方式生长在一起的两个或更多的单体所组成的规则连生晶体。二、双晶的类型有三种：1.接触双晶各单晶沿一个简单的平面（双晶面）相接触，当把一部分沿轴（双晶轴）旋转180°后，两部分将构成一个单晶的形态；或借助一个假想镜面反映，使两个个体重合或成平行方位。2.聚片双晶：一系列薄层晶体的叶片状接触双晶。每一薄层晶体与相邻的晶体呈相反方向排列。故间隔的晶体具有相同的结构。3.穿插双晶两个单晶互生并相互穿插。如：十字石、萤石等第六节宝石矿物的形态一、结晶习性定义：宝石矿物有晶体和非晶体之分，不同矿物晶体结构不同，在一定的外界条件下，晶体有总是趋向于形成某一种形态的特征，晶面上发育不同的晶面特征，如：钻石常呈八面体，绿柱石常呈六方柱、碧玺常呈三方柱，石榴石常呈菱形十二面体。（如图2-6-1）