结晶学与矿物学：晶体与结晶学课件.ppt

结晶学 与 矿物学,Crystallography & Mineralogy,课程安排 (80学时：讲课38学时，实习42学时) 结晶学(38学时)：讲课18学时，实习20学时 矿物学(42学时)：讲课22学时，实习20学时 通论部分(18学时)：讲课10学时，实习8学时 各论部分(24学时)：讲课12学时，实习12学时,课程要求 及 成绩评定 1不得缺课，不得玩手机，认真记笔记； 2重视实践，认真实习，随堂交作业； 3平时成绩作业成绩平时表现； 4课程考试：理论60%实践(模型+标本)40%； 5总成绩平时成绩(40%)考试成绩(60%)。,如何学好 结晶学 & 矿物学？,勤动脑、多提问 理思路、重实践,主要参考书籍： 1）赵珊茸,边秋娟,王勤燕,2011,结晶学 及矿物学,高等教育出版社 2）赵珊茸,边秋娟,凌其聪,2004,结晶学 及矿物学,高等教育出版社 3）潘兆橹,赵爱醒,潘铁虹,1993,1994,结晶学 及矿物学(上、下册),地质出版社 4）潘兆橹 等,1984,1985,结晶学及矿物学 (上、下册),地质出版社 5）王濮,潘兆橹,翁玲宝 等,1982 ,1984,1987, 系统矿物学(上、中、下册),地质出版社 6）武汉地质学院矿物教研室,1979,结晶学 及矿物学(上、下册),地质出版社,7）罗谷风,1985,结晶学导论,地质出版社 8）陈武,季寿元,1985,矿物学导论,地质出版社 9）罗谷风,陈武,薛纪越 等,1993,基础结晶学与 矿物学,南京大学出版社 10）南京大学地质学系岩矿教研室,1978,结晶学 与矿物学,地质出版社 11）Putnis A.，Introduction to mineral sciences. Cambridge：Cambridge University Press，1992 12）Hibbard M.J.，Mineralogy-A Geologists Point of View，New York：McGraw-Hill Higher Education，2002,其他部分网上资源 美国矿物学会（Mineralogical Society of America）： http:/www.minsocam.org/ 美国大学矿物学教学资源（Mineralogy Courses at Universities）： http:/www.minsocam.org/MSA/Special/Teachingmin.html 矿物收藏（Collectors Corner）： http:/www.minsocam.org/MSA/collectors_corner/index.htm 矿物学有关软件（Mineralogical Resources-Software）： http:/www.minsocam.org/MSA/Software/ 矿物学数据库（Mineralogy Database）：http:/ 矿物学数据库：http:/ 中国地质大学晶星晶体结构网：http:/www.crystalstar.org 美国矿物学家 Jill Banfield个人网页： http:/seismo.berkeley.edu/jill/banfield.html 美国矿物学家 Micheal F. Hochella,Jr.个人网页： http:/www.geol.vt.edu/profs/oldfiles/mfh.html 美国矿物学家徐惠芳个人网页： http:/www.geology.wisc.edu/people/display.html?id=475,结晶学,Crystallography,Chap.1 晶体 与 结晶学,结晶学(crystallography)： 是一门以晶体为研究对象 的自然科学。,一、晶体的概念 晶体(crystal)： 内部质点在三维空间 呈周期性重复排列的固体。 即晶体是具有格子构造的固体。,1 晶体、非晶质体与准晶体,结晶质(crystalline)： 内部质点(原子、离子或分子)在三维空间 成周期性平移重复排列的固态物质。 即 具有格子构造的固态物质。 注：结晶质(crystalline)： 显晶质(phanerocrystalline)：借助于 肉眼或一般放大镜能分辨出结晶颗粒者。 隐晶质(cryptocrystalline)：用一般放大镜 无法分辨出结晶颗粒者。,二、非晶质体的概念 非晶质体(non-crystal)： 内部质点在三维空间 不作周期性重复排列的固体， 即不具格子构造的固体。 非晶质(non-crystalline)： 内部质点在三维空间不呈规律性重复排列 的固态物质。,晶体与非晶质体的内部结构 有着本质性的区别： 晶体既具近程规律（短程有序）， 也具远程规律（长程有序）。 非晶质体、液体只有 近程规律，而无远程规律。 气体既无远程规律，也无近程规律。,三、准晶体的概念 准晶体(quasicrystal)： 内部质点的排布 具长程有序(远程规律)， 但不具有三维周期性重复的 格子构造的固体。,各物态的区别,一、空间格子的导出 空间格子(space lattice)： 表示晶体内部结构中质点 周期性重复排列规律的三维无限的几何图形。,2 空间格子,对实际晶体结构作抽象： 在晶体结构中任选一几何点。 在结构中找出与此点相当 的几何点，这样一系列的点 称为相当点(equivalence point)。 相当点(等同点)：在晶体结构中 的位置及环境均完全相同的点。,C, 将相当点从晶体结构中 抽象出来，构成一个空间点阵。 以3组不共面的直线 将阵点连接起来，即形成了 三维格子状的空间格子。,C,二、空间格子的要素 1结点(node) 空间格子中的点，代表 晶体结构中的相当点，为几何点。 2行列(row) 分布在同一直线上的结点 即构成一个行列。 结点间距(row-spacing)： 行列上相邻两结点间的距离。 注意：同一行列上及相互平行的 行列上的结点间距必定相等。,3面网(net) 连接分布在同一平面内的结点 构成一个面网。 面网密度(reticular density)： 面网上单位面积内的 结点数。 面网间距(interplanar spacing)： 相互平行的相邻两面网间的垂直距离。,4平行六面体(parallelepipedon) 空间格子可被3组相交的行列 划分出一个最小重复单位 平行六面体。 晶胞(cell)：实际晶体结构中 划分出的最小组成单位。,注： 晶胞的形状和大小，取决于其 3个彼此相交的行列(X、Y、Z)上的 结点间距(a0、b0、c0)及其间的夹角 (、，其中 = YZ， = XZ， = XY)。 轴角、 和 轴单位a0、b0、c0 合称为晶胞参数 (cell parameters)。,1自限性(property of self-confinement) 晶体在自由空间中生长时，能自发地 形成封闭的凸几何多面体外形。 晶面(crystal face)：晶体表面上 自发长成的平面。 晶棱(crystal edge)： 晶面的交棱。,3 晶体的基本性质,2均一性(homogeneity) 同一晶体的任一部位的性质都是相同的。 注意： 晶体的均一性是由其格子构造决定的， 称为结晶均一性。 非晶质体也具均一性，但它是 宏观统计、平均近似的，称为统计均一性。 液体和气体也具有统计均一性。,3异向性(anisotropy) 晶体的性质随方向的不同 而有所差异。 注意： 晶体乃是一种均一的 各向异性体。 非晶质体一般表现为等向性， 其性质一般不随方向而改变。 晶体具异向性，并不排斥 在某些特定的方向上的性质相同。,4对称性(symmetry) 晶体的相同部分(如外形上 的相同晶面、晶棱或角顶， 内部结构中的相同面网、行列或质点等) 或性质，能够在不同的方向或位置上 有规律地重复出现。,5最小内能性(property of minimum internal energy) 在相同的热力学条件下， 与同种化学成分的非晶质体、 液体及气体相比，以晶体的内能为最小。 6稳定性(stability) 在相同的热力学条件下，对于化学成分相同 的物质，以不同的物理状态存在时，其中以 结晶状态最为稳定。 晶化(crystallizing)(脱玻化，devitrification) 非晶化(non-crystallizing)(玻璃化，vitrification),一、结晶学的研究内容 研究晶体的发生、成长、变化， 及其人工合成； 研究晶体的几何外形、内部结构， 及其规律性和不完善性； 研究晶体的物理性质，及其机理和利用； 研究晶体的成分、结构和性质之间关系 的规律性等。,4 结晶学概况,现代结晶学大体主要包括以下几个分支： 晶体生长学(crystallogeny) 几何结晶学(geometrical crystallography) 晶体结构学(crystallology) 晶体化学(crystallochemistry) 晶体物理学(crystallophysics),二、结晶学与其他学科的关系 1与基础学科的关系 2与地质科学的关系 3与应用技术科学的关系,三、结晶学在国民经济中的意义 现代科学技术的各个部门，特别 是尖端部门，均离不开电子元件， 而诸如集成电路、晶体振荡器等， 都是由特定性能的晶体制成的； 航天器表面的超高温防热瓦， 也是由晶体材料制成的； 金刚石晶体广泛应用于 工业的许多部门中及用作装饰品。,小结： 1重点： 晶体、非晶质体、准晶体的概念；空间格子； 相当点；晶体的基本性质 2难点： 相当点的概念；空间格子（平行六面体） 及其与晶体结构（晶胞）、实际晶体的关系,