寶石的結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)基礎(chǔ)PPT通用課件

1、第三章 寶石的結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)基礎(chǔ) 寶石是一種堅硬耐磨的固體物質(zhì)，寶石材料經(jīng)過精心設(shè)計和人工琢磨，形成規(guī)則的幾何形態(tài)，發(fā)出奇光異彩，映出奇妙花紋，所有這些首先歸功于人類的藝術(shù)創(chuàng)造，但本質(zhì)上是歸功于寶石材料的結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)性質(zhì)，因此，結(jié)晶學(xué)是寶石學(xué)重要的基礎(chǔ)學(xué)科之一，結(jié)晶學(xué)和礦物學(xué)知識對于寶石學(xué)家是必不可少的。第一節(jié)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)本節(jié)學(xué)習(xí)的重點：1.晶體與非晶質(zhì)的區(qū)別2.晶體對稱的特點及對稱要素（對稱軸、對稱面、對稱中心的概念）3.晶體的分類：七大晶系4.單形、聚形的概念 晶體的世界是一個晶瑩絢麗、色彩斑斕的世界。 EmeraldSapphireOlivine什么是晶體 ?在遠(yuǎn)古年代，人們在礦業(yè)活動中

2、發(fā)現(xiàn)了具有規(guī)則幾何多面體形態(tài)的水晶，于是，晶體的遠(yuǎn)古定義（從現(xiàn)象）：能自發(fā)生長成規(guī)則幾何多面體外形的固體稱為晶體。這種定義顯然是不夠嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，有些晶體并不發(fā)育成幾何多面體外形，例如巖石中的晶體小顆粒。晶體能夠發(fā)育成幾何多面體外形僅僅是晶體內(nèi)部本質(zhì)的一種外在表現(xiàn)形式，那么，晶體的內(nèi)部本質(zhì)又是什么呢? 1895年德國物理學(xué)家倫琴(W.C.Rentgen)發(fā)現(xiàn)X射線后，1912年德國物理學(xué)家勞埃（M.Von Laue）第一次用X射線在實驗上證明了晶體的根本特性晶體內(nèi)部質(zhì)點在三維空間周期性地排列。所以，晶體的現(xiàn)代定義（從本質(zhì)）： 晶體（crystal）是內(nèi)部質(zhì)點(原子、離子或分子)在三維空間周期性地重復(fù)

3、排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。這種質(zhì)點在三維空間周期性地重復(fù)排列也稱格子構(gòu)造，所以晶體是具有格子構(gòu)造的固體。 與此相反，不具格子構(gòu)造的固態(tài)物質(zhì)為非晶體或非晶態(tài)（noncrystal）。 晶體與非晶體結(jié)構(gòu)（平面）示意圖(a)晶體，（b）玻璃（非晶體） 一、晶體與非晶體1.晶體是具有格子構(gòu)造的固體。內(nèi)部質(zhì)點在三維空間有序排列，晶形的充分發(fā)育導(dǎo)致外部具有一定的幾何形態(tài)。如：石榴石、水晶、剛玉等。石鹽的晶體結(jié)構(gòu)自然界的礦物分為兩類：晶體和非晶質(zhì)體2.非晶體是不具有格子構(gòu)造的固體。內(nèi)部質(zhì)點無規(guī)則排列。如：玻璃、琥珀、松香、塑料等。 歐泊原石 琥珀 隱晶質(zhì)的岫玉 隱晶質(zhì)的瑪瑙 二、空間格子（十四種空間格子）1.定義

4、由一系列有規(guī)律地在三維空間呈周期性重復(fù)排列的幾何點（即結(jié)點）所連結(jié)的無限的立體幾何圖形。它是從具體的晶體結(jié)構(gòu)中抽象出來的。（1）結(jié)點結(jié)點在直線上的排列構(gòu)成行列（2）面網(wǎng)結(jié)點在平面上的分布構(gòu)成面網(wǎng) 2.空間格子的特點（1）同一行列中及相互平行的行列上，結(jié)點間距是相同的；（2）不同方向的行列中，結(jié)點間距通常是不同的。（3）凡相互平行的面網(wǎng)，其單位面積的節(jié)點數(shù)（面網(wǎng)密度）和相鄰面網(wǎng)的距離（面網(wǎng)間距）必定全部相同；（4）互不平行的面網(wǎng)，面網(wǎng)密度一般不同?？臻g格子是由結(jié)點、行列、面網(wǎng)，平行六面體組成的，其中平行六面體是一個最小的重復(fù)單位，也叫晶胞。晶體實際上就是平行六面體（晶胞）在三維空間重復(fù)疊置的結(jié)果

5、。對不同礦物晶胞的大小不同，也就是說晶棱a, b, c的長度不同（1）定義 一個空間格子總是可以被三組相交的面網(wǎng)劃分成一系列相互平行疊置的一個最小重復(fù)單位，那就是單位平行六面體。3.平行六面體 根據(jù)單位平行六面體對稱性的不同，空間格子分別歸屬于7個晶系；再根據(jù)結(jié)點在單位平行六面體中的分布情況，將其劃分為原始格子、底心格子、體心格子和面心格子。在晶體中共有14種不同的空間格子型式。（2）分類(1) 原始格子(P)：結(jié)點分布于平行六面體的8個角頂上。(2) 底心格子(C)：結(jié)點分布于平行六面體的角頂及某一對面的中心。(3) 體心格子(I)：結(jié)點分布于平行六面體的角頂和體中心。(4) 面心格子(F)

6、：結(jié)點分布于平行六面體的角頂和3對面的中心。晶系原始格子（P）底心格子（C）體心格子（I）面心格子（F）三斜C=I I=F F=P單斜 I=F F=C斜方四方C=P F=I三方與本晶系對稱不符I=FF=P六方與本晶系對稱不符 與空間格子的條件不符 與空間格子的條件不符等軸與本晶系對稱不符晶體的基本性質(zhì)晶體的內(nèi)部構(gòu)造是由單位晶胞組成的立體空間格子。同一晶體由相同的晶胞組成，晶體種類不同，組成空間格子的形狀和大小也不同，這樣，就形成了千姿百態(tài)、物理和化學(xué)性質(zhì)不同的天然晶體世界。研究和統(tǒng)計表明，晶體有以下五種基本性質(zhì)：1、晶體的自限性 指一切晶體在生長過程中，只要具備充分的空間條件，都能自發(fā)地形成規(guī)

7、則的幾何多面體外形的性質(zhì)。晶體的自限性為我們確定晶體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、進行晶體分類和鑒定寶石原石晶體提供了宏觀依據(jù)。如黃鐵礦為立方體，祖母綠為六方柱狀，金剛石為八面體等。2、晶體的均一性對于某晶體，由于同一類型空間格子的周期性重復(fù)構(gòu)筑，決定了晶體中任何一部分所表現(xiàn)的物理化學(xué)性質(zhì)的均一性。基于這一點，同一晶體上切下來的寶石材料都具有相同的物理化學(xué)性質(zhì)。3、晶體的各向異性 除立方格子外的其余格子，由于不同方向上質(zhì)點性質(zhì)和間距不同，因此，晶體在內(nèi)部和外部性質(zhì)上也存在差異。如藍(lán)寶石垂直柱體（光軸）切磨時，無二色性，而平行光軸切磨時，則有二色性；又如藍(lán)晶石在不同方向具有不同的硬度，其摩氏硬度隨方向變化于5-7

8、之間。 4、晶體的穩(wěn)定性指同一成分組成的結(jié)晶體物質(zhì)處于最穩(wěn)定的狀態(tài)，即內(nèi)部質(zhì)點處于有規(guī)律的格子平衡位置，具有最小的內(nèi)能。對于無序狀態(tài)的液體和氣體，則隨著時間的遷移，會有向有序結(jié)晶態(tài)發(fā)展的趨勢。晶體的這一特性，為寶石的長久保存提供了有利條件，也為不穩(wěn)定的寶石（歐泊）提出了需要保護的問題。5、晶體的對稱性 晶體在外形上，相同的晶面，晶棱，晶面夾角有規(guī)律的重復(fù)，物理性質(zhì)也是有規(guī)律的重復(fù)。三、晶體分類1.晶體對稱： 對稱性是晶體的基本性質(zhì)之一，它是由晶體格子構(gòu)造的規(guī)律所決定的。對稱面 通常描述晶體對稱的幾何要素包括：對稱面、對稱軸、對稱中心。2.對稱要素：（1）對稱面(P) 對稱面是一個假想的平面，它

9、將晶體平分為互為鏡像的兩個相等部分。對稱面可以包含晶棱、垂直晶棱并通過它的中心，垂直并平分晶面。同一晶體內(nèi)可以包含多個對稱面。（2）對稱軸(Ln) 對稱軸是一根假想的直線，相應(yīng)的對稱操作是圍繞此直線的旋轉(zhuǎn)。當(dāng)晶體圍繞此直線旋轉(zhuǎn)一周時，晶體中相同的部分可以重復(fù)2次、3次、4次或6次。對應(yīng)的分別描述為L2、L3、L4、 L6。3次、4次和6次對稱軸又稱為高次對稱軸。（3）對稱中心(C)對稱中心是一個假想的點，通過此點做任意直線，則在此直線上距對稱中心等距離的兩端必定可以找到對應(yīng)點。 晶體若存在對稱中心時其晶面必然是兩兩平行并相等。4.晶體分類根據(jù)晶體對稱性特點，分為七大晶系晶系等軸晶系六方晶系四方

10、晶系三方晶系單斜晶系斜方晶系三斜晶系根據(jù)是否有高次軸及其數(shù)量分三大晶族四、晶體的形態(tài)：1.單形和聚形（1）單形：單形是由對稱要素聯(lián)系起來的一組晶面的總合。換句話說，單形也就是籍對稱型中全部對稱要素的作用可以使它們相互重復(fù)的一組晶面。因此，同一單形的所有晶面彼此都是等同的。包括開形和閉形。（2）聚形：兩個以上的單形的聚合稱為聚形。單形的聚合不是任意的，必須是屬于同一對稱形的單形才能相聚，所以聚形的對稱性和其中的任一單形的對稱性相同。 （1）開形：單形的晶面不能夠完全包圍空間，如四方柱、四方錐、平行雙面等。（2）閉形：單形的晶面能夠完全包圍空間，如立方體、八面體、四方雙錐等。水晶的聚形 尖晶石的聚

11、形 六方單錐開形 四角三八面體閉形 四方雙錐閉形 2.單形的種類單形的種類共有47種幾何單形 a.低級晶族共有7種單形：單面、平行雙面、雙面、斜方柱、斜方四面體、斜方單錐、斜方雙錐。 b.中級晶族共有25種單形，分成六組：柱體組、單錐體組、雙錐體組、四方四面體和復(fù)三方偏三角面體組、菱面體與復(fù)三方偏三角面體組、偏方面體組。 c.高級晶族共有15種單形，分為三組：四面體組、八面體組、立方體組。 (1)低級晶族常見單形三斜晶系單面單斜晶系平行雙面只有一個面(無L、P、C) 兩個面平行且相等(只有C)雙面兩個面以對稱面或?qū)ΨQ軸對稱且相等P斜方晶系斜方柱(3對平行雙面，橫截面為菱形)斜方單錐(2對雙面，

12、橫截面為菱形)斜方雙錐(4對雙面，橫截面為菱形)3.常見單形及特征(2)中級晶族常見單形中級晶族四方柱 四方單錐 四方雙錐復(fù)四方柱 復(fù)四方單錐 復(fù)四方雙錐四方偏方面體 四方四面體 復(fù)四方偏三角面體三方柱 三方單錐 三方雙錐 復(fù)方三柱 復(fù)三方單錐 復(fù)三方雙錐三方偏方面體 菱面體 復(fù)三方偏三角面體六方柱 六方單錐 六方雙錐 復(fù)六方柱 復(fù)六方單錐 復(fù)六方雙錐六方偏方面體四方晶系三方晶系六方晶系3.常見單形及特征以三方晶系單形來分析以三方晶系單形來分析 三方柱柱面為三個全等 的矩形三方單錐錐面為三個全等的等腰三角形三方雙錐錐面為6個全等的等腰三角形三方偏方面體(6個全等的四邊形) 菱面體6個全等的菱形

13、復(fù)三方柱6個相等的矩形柱面，與六方柱的區(qū)別是橫截面不是正六邊形復(fù)三方雙錐12個全等的三角形錐面，與六方雙錐的區(qū)別是橫截面不是正六邊形復(fù)三方單錐6個全等的三角形，與六方單錐的區(qū)別是橫截面不是正六邊形(3)等軸晶系的單形四面體類： 四面體4個全等的等邊三角形 三角三四面體四面體的每個三角形晶面分成3個三角形 四角三四面體四面體的每個三角形晶面分成3個四邊形五角三四面體四面體的每個三角形晶面分成3個五邊形六四面體四面體的每個三角形晶面分成6個三角形3.常見單形及特征(3)等軸晶系的單形八面體類： 八面體8個全等的等邊三角形 四角三八面體八面體的每個三角形晶面分成3個四邊形五角三八面體八面體的每個三角

14、形晶面分成3個五邊形 三角三八面體八面體的每個三角形晶面分成3個三角形六八面體八面體的每個三角形晶面分成6個三角形3.常見單形及特征(3)等軸晶系的單形立方體類： 立方體由兩兩平行的6個全等正方形組成 四六面體立方體的每個正方形分成4個三角形菱形十二面體 由12個全等的菱形組成五角十二面體 由12個全等的 五邊形組成3.常見單形及特征小 結(jié)單面 平行雙面四方晶系三方晶系六方晶系中級晶族四方柱 四方單錐 四方雙錐復(fù)四方柱 復(fù)四方單錐 復(fù)四方雙錐四方偏方面體 四方四面體 復(fù)四方偏三角面體三方柱 三方單錐 三方雙錐 復(fù)方三柱 復(fù)三方單錐 復(fù)三方雙錐三方偏方面體 菱面體 復(fù)三方偏三角面體六方柱 六方單

15、錐 六方雙錐 復(fù)六方柱 復(fù)六方單錐 復(fù)六方雙錐六方偏方面體高級晶族等軸晶系四面體 三角三四面體 四角四面體 五角四面體 六四面體八面體 三角八面體 四角三八面體 五角八面體 六八面體 方體 四六面體 菱立形十二面體 五角十二面體 偏仿復(fù)十二面體(透輝石、月光石)低級晶族單斜晶系三斜晶系斜方晶系雙面斜方柱 斜方四面體 斜方單錐 斜方雙錐(黃玉 金綠寶石 橄欖石)(日光石)(鋯石、方柱石)(電氣石、水晶、紅寶石)(綠柱石、磷灰石)鉆石石榴子石尖晶石 2.晶體的規(guī)則連生 （1）平行連生：兩個或以上的同種晶體彼此平行地連生在一起，連生著的每一個晶體的相對應(yīng)的晶面和晶棱都相互平行，這種連生稱為平行連生。

16、 （2）浮生：兩個或多個不同種類的晶體沿一定方向的規(guī)則連生；或者兩個或多個同種晶體以不同的面網(wǎng)相接合而形成的規(guī)則連生稱為浮生。（3）雙晶：雙晶是兩個以上的同種晶體按一定的對稱規(guī)律形成的規(guī)則連生，相鄰兩個個體的相應(yīng)的面、棱、角并非完全平行，但它們可借助對稱操作-反映，旋轉(zhuǎn)或反伸，使兩個個體彼此重合或平行。 雙晶按生長的方式可分為下例幾種類型：（1）接觸雙晶：即僅由兩個個體組成的雙晶，如尖晶石的雙晶；（2）聚片雙晶：多個雙晶個體以同一雙晶律連生，接合面相互平行，如鈉長石的聚片雙晶；（3）環(huán)狀雙晶：多個雙晶個體彼此以同樣的雙晶律連生，但結(jié)合面互不平行，而是依次以等角相交。晶體連生的個數(shù)有三連晶、四連

17、晶，等等。金綠寶石的三連晶雙晶就是環(huán)狀雙晶的典型例子；（4）穿插雙晶：又稱貫穿雙晶，是單晶個體相互穿插而形成的雙晶，十字石雙晶和螢石雙晶就是典型例子。金綠寶石的輪式雙晶 長石卡氏雙晶 水晶的雙晶 3.晶面花紋 （1）晶面條紋 晶面上由一系列鄰接面構(gòu)造構(gòu)成的直線條紋，稱為晶面條紋。晶面條紋是晶體在生長過程中形成的，在許多晶體上可以看到，例如石英晶體柱面上的橫紋，電氣石晶體上的柱面縱紋，黃鐵礦立體上三對相互垂直的條紋等。黃鐵礦的晶面條紋 （2）蝕像：晶體的晶面上出現(xiàn)的具有幾何形狀內(nèi)凹小坑或者突起的小丘 鉆石表面的蝕象 （3）印痕：生長時多個晶體擠壓在一起造成的晶面花紋。 第二節(jié)礦物學(xué)基礎(chǔ)一、礦物的

18、概念二、礦物的光學(xué)特征三、礦物的力學(xué)性質(zhì)一、礦物的概念礦物指在自然過程中形成的具有特定晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分的無機物，大多數(shù)寶石都屬于礦物。 二、礦物的光學(xué)特征 1.礦物的顏色2.條痕3.光澤4.透明度1.礦物的顏色是眼底視神經(jīng)對光波的感應(yīng)而在大腦中產(chǎn)生的感覺?？梢姽饨?jīng)礦物體選擇性吸收后，其殘余光的混合色即是該礦物的顏色。寶石的顏色2.條痕 將硬度較低的礦物在白色無釉瓷板上刻劃后留下的礦物粉末的痕跡，條痕色是指留下的礦物粉末的顏色。礦物的條痕可消除假色，減弱他色，因而比礦物顏色更有鑒定意義。條痕測試是破壞性測試，只能用于未加工的寶石或琢型寶石不顯眼的部位。 3.光澤 材料表面反光的能力和特征。它主

19、要與材料的折射率、反光率有關(guān)，但也與材料顆粒的集合方式、表面平整程度以及拋光質(zhì)量和硬度有關(guān)。礦物學(xué)中，通常按光澤的強弱將光澤分為四級：金屬光澤、半金屬光澤、金剛光澤和玻璃光澤 。寶石還常見一些特殊的光澤，如：絲絹光澤、珍珠光澤、蠟狀光澤、油脂光澤等。 鋯石的亞金剛光澤 軟玉的油脂光澤 4.透明度 指寶石材料透過可見光光的程度。 分為5個級別：透明、亞透明、 半透明、微透明、不透明。寶石的不同透明度 三、礦物的力學(xué)性質(zhì)1.解理 2.斷口3.裂理4.硬度5.韌性 6.脆性 1.解理 礦物受外力(敲打、擠壓等)作用后,沿著一定的結(jié)晶方向發(fā)生破裂,并能裂出光滑平面的性質(zhì)稱為解理。解理是由礦物的晶體結(jié)構(gòu)決定的。由于晶體中的化學(xué)鍵力在不同的結(jié)晶方向存在差異，導(dǎo)致面網(wǎng)間化學(xué)鍵力最弱的方向易于產(chǎn)生破裂，形成解理。解理按產(chǎn)生的難易程度分為以下幾種類型：完全解理、中等解理、不完全解理。 瑩石的八面體完全解理 2.斷口晶體或材料受到外力作用發(fā)生的隨即的無方向性的破裂。由于斷口常具有一定的形態(tài)，因此可用來作為鑒定礦物的一種輔助特征。常見的斷口類型有：貝殼狀斷口、