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文檔簡介
礦物與巖石賓曉蓓武漢理工大學(xué)前言1課程簡介礦物與巖石:大類選修課,32學(xué)時(shí)原名:硅酸鹽巖相學(xué)是研究硅酸鹽工業(yè)原料及其產(chǎn)品的一門科學(xué)。采用相同的原料(礦物和巖石),在不同的配比和工藝條件下,可以生產(chǎn)出具有不同性能和用途的產(chǎn)品,不同的產(chǎn)品又有其獨(dú)特的巖相特征。因此,通過對礦石原料或產(chǎn)品的巖相分析,可以推斷生產(chǎn)工藝,達(dá)到改進(jìn)生產(chǎn)工藝,提高產(chǎn)品質(zhì)量,研制新產(chǎn)品的目的。2課程學(xué)習(xí)要求本課程技術(shù)性較強(qiáng),不僅在材料科學(xué)領(lǐng)域,在地質(zhì)、選礦等領(lǐng)域也廣泛應(yīng)用。結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)、光率體是本課程的難點(diǎn);掌握礦物的形態(tài)與物理性質(zhì),巖石的成因和結(jié)構(gòu)構(gòu)造特征,認(rèn)識一些常見的礦物和巖石,有助于理解材料的性質(zhì)和研制新材料。學(xué)會使用偏光顯微鏡,能進(jìn)行礦物、巖石及玻璃制品的巖相分析;了解光片的制作過程和使用反光顯微鏡進(jìn)行水泥熟料、金屬礦物和不透明礦物的巖相分析方法。目錄前言第1章幾何結(jié)晶學(xué)第2章礦物與巖石第3章晶體光學(xué)基礎(chǔ)第4章偏光顯微鏡下的晶體光學(xué)性質(zhì)第5章玻璃巖相分析第6章硅酸鹽水泥熟料巖相分析5教材:無機(jī)材料巖相學(xué),韓秀麗主編,化學(xué)工業(yè)出版社,2006年1月第一版參考書:邵國有主編,《硅酸鹽巖相學(xué)》,武漢理工大學(xué)出版社,1991年12月(第一版)秦善編著,晶體學(xué)基礎(chǔ),北京大學(xué)出版社,2004年9月(第一版)結(jié)晶學(xué)與礦物學(xué),潘兆魯主編,中國地質(zhì)大學(xué)出版社,1994.第1章幾何結(jié)晶學(xué)晶體:內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間呈周期性重復(fù)排列的固體。具有:自限性,均一性,異向性,對稱性,最小內(nèi)能性,穩(wěn)定性??臻g格子:表示晶體內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)在三維空間周期性重復(fù)排列規(guī)律的幾何圖形。
空間格子要素:結(jié)點(diǎn),行列(晶向),面網(wǎng),平行六面體平行六面體:空間格子可以劃出的最小重復(fù)單位。
單位平行六面體的形狀分為7種類型,依對稱特點(diǎn)不同與晶體分類的7個(gè)晶系相對應(yīng)。各晶系的格子常數(shù)或晶胞參數(shù):等軸晶系a=b=c;α=β=γ=90°四方晶系a=b≠c;α=β=γ=90°六方和三方晶系a=b≠c;α=β=90°,γ=120°三方晶系a=b=c;α=β=γ≠90°,60°,109°28’16”斜方晶系a≠b≠c;α=β=γ=90°單斜晶系a≠b≠c;α=γ=90°,β≠90°三斜晶系a≠b≠c;α≠β≠γ≠90°14種布拉維格子晶體的理想生長理論(層生長理論):
晶體在理想情況下生長時(shí),先長一條行列,然后長相鄰的行列。長滿一層面網(wǎng),再開始長第二層面網(wǎng)。晶面是平行向外推移的。布拉維法則:實(shí)際晶體總是被面網(wǎng)密度大的面網(wǎng)所包圍?!?-1晶體的宏觀對稱及晶體分類1對稱的概念對稱(symmetry)現(xiàn)象如蝴蝶、花冠等都常呈對稱的圖形。
蝴蝶的兩個(gè)相同的部分可以通過垂直平分它的鏡面的反映,彼此重合;花冠通過圍繞一根垂直它并通過它中心的直線旋轉(zhuǎn),可以多次重復(fù)其原來的形象。顯然對稱的圖形必須由兩個(gè)以上的相同的部分組成。但是,只具有相同的部分還不一定是對稱的圖形。對稱——就是物體相同部分有規(guī)律的重復(fù)。晶體對稱性(symmetry)最直觀的表現(xiàn)在外形上,相同的晶面(plane)、晶棱(arris)和角頂(cornerangle)作有規(guī)律的重復(fù)。2晶體對稱的特點(diǎn)晶體對稱性最直觀的表現(xiàn)是它的外形,表現(xiàn)為相同的晶面、晶棱和角頂作有規(guī)律的重復(fù)。但并不僅限于此,還有它自身的特點(diǎn):1)所有的晶體都具有對稱性。2)晶體的對稱是有限的。3)晶體的對稱既是外形上的對稱,同時(shí)也是物理性質(zhì)上的對稱。如光學(xué)、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)性質(zhì)等。3晶體的對稱操作和宏觀對稱要素欲使對稱圖形中相同部分重復(fù),必須通過一定的操作,稱為對稱操作。如蝴蝶、花冠。進(jìn)行對稱操作時(shí)所憑借的輔助幾何要素(點(diǎn)、線、面)稱為對稱要素。晶體外形可能存在的宏觀對稱要素包括對稱面、對稱軸、對稱中心、旋轉(zhuǎn)反伸軸,與它們相應(yīng)的對稱操作如下:3.1對稱面(P)對稱面是一個(gè)假想的平面;相應(yīng)的對稱操作為對于此平面的反映。它將圖形平分為互為鏡像的兩個(gè)相等部分。對稱面以P表示,在晶體中可以無或有一個(gè)或幾個(gè)對稱面。晶體中對稱面與晶面、晶棱可能存在三種關(guān)系:1)垂直并平分晶面;
2)垂直晶棱并通過它的中心;3)包含晶棱。3.2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)。旋轉(zhuǎn)一周重復(fù)的次數(shù)稱為軸次(n)。重復(fù)時(shí)所旋轉(zhuǎn)的最小角度稱基轉(zhuǎn)角α,兩者之間的關(guān)系為α=360/n。對稱軸寫作Ln。在一個(gè)晶體中,可以無,也可以有一種或幾種對稱軸,而每一種對稱軸也可以有一個(gè)或多個(gè)。例如:立方體有3L44L36L2晶體的對稱定律:在晶體中不可能存在五次及高于六次的對稱軸。3.3對稱中心(C)對稱中心是一個(gè)假想的點(diǎn);相應(yīng)的對稱操作是對此點(diǎn)的反伸(或稱倒反)。對稱中心以字母C來表示。在晶體中,若存在對稱中心時(shí),其晶面必然都是兩兩平行而且相等。3.4旋轉(zhuǎn)反伸軸(Lin)旋轉(zhuǎn)反伸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)和對此直線上的一個(gè)點(diǎn)反伸的復(fù)合操作。旋轉(zhuǎn)反伸軸以Lin表示,軸次n可為1、2、3、4、6。相應(yīng)的基轉(zhuǎn)角為360°、180°、120°、90°、60°。除Li4外,其余各種旋轉(zhuǎn)反伸軸都可以用其它簡單的對稱要素或它們的組合來代替:4對稱要素的組合在結(jié)晶多面體中,可以有一個(gè)對稱要素單獨(dú)存在,也可以有若干對稱要素組合在一起共存。對稱要素的組合服從以下四條規(guī)律:4.1組合定律一如果有一根二次軸L2垂直Ln,則必有n根L2垂直Ln,Ln×L2⊥=LnnL2⊥
L2×L2⊥=3L2,L3×L2⊥=L33L2,L4×L2⊥=L44L2
,L6×L2⊥=L66L2
4.2組合定律二
如果有一個(gè)對稱面P垂直于偶次軸Ln(偶),則其交點(diǎn)必為對稱中心C,即Ln(偶)×P⊥→LnPCL2×P⊥→L2PC,L4×P⊥→L4PC,L6×P⊥→L6PC4.3組合定律三如果有一個(gè)對稱面P包含Ln,則必有n個(gè)對稱面包含Ln,即Ln×P∥→LnnPL2×P∥→L22P,L3×P∥→L23P,L4×P∥→L44P,L6×P∥→L66P4.4組合定律四
如果有一根二次軸L2垂直于Lin(或者有一個(gè)對稱面P包含Lin):(1)當(dāng)n為奇數(shù)時(shí)必有n根L2垂直Lin和n個(gè)對稱面包含Lin,Li3×L2⊥→Li33L2⊥3P∥;(2)當(dāng)n為偶數(shù)時(shí)則必有n/2個(gè)L2垂直Lin和n/2個(gè)對稱面包含Lin,即Li4×L2⊥→Li42L2⊥2P∥,Li6×L2⊥→Li63L2⊥3P∥5對稱型及推導(dǎo)5.1對稱型的概念單個(gè)晶體中全部對稱要素的組合稱為該晶體的對稱型。由于晶體中全部對稱要素都通過晶體的中心點(diǎn),在進(jìn)行對稱操作時(shí)至少有一個(gè)點(diǎn)是不動的(點(diǎn)操作),因此對稱型也稱點(diǎn)群。對稱型的書寫方法:先寫Ln和Lin,軸次由高到低,再寫P,最后寫C,對稱要素的數(shù)量寫在該對稱要素的前面。如:食鹽的對稱型為3L44L36L29PC。結(jié)晶多面體中可能存在的對稱要素只有9種:對稱軸L1、L2、L3、L4、L6對稱面P(Li2=P);對稱中心C(Li1=C);旋轉(zhuǎn)反伸軸Li1=C,Li2=P,Li3=L3+C,Li4,Li6=L3+P5.2三十二種對稱型晶體中各種對稱要素組合在一起,可能出現(xiàn)的對稱型共有32種。晶體按對稱性就分為32個(gè)晶類。6晶體分類晶體分類的方法很多,這里介紹按照晶體對稱特點(diǎn)進(jìn)行的分類,分類依據(jù)如下:1)把屬于同一對稱型的晶體歸為一類,稱為晶類,共32個(gè)晶類。2)根據(jù)是否有高次軸以及有幾個(gè)高次軸,把32個(gè)對稱型歸納為低級、中級、高級三個(gè)晶族。低級晶族無高次軸中級晶族有一個(gè)高次軸高級晶族有多于一個(gè)的高次軸3)在各晶族中,再根據(jù)對稱特點(diǎn)劃分晶系,共有七個(gè)晶系。屬于低級晶族的:三斜晶系(無對稱軸和對稱面)、單斜晶系(二次軸和對稱面各不多于一個(gè))和斜方晶系(二次軸或?qū)ΨQ面多于一個(gè));屬于中級晶族的四方晶系(有一個(gè)四次軸)、三方晶系(有一個(gè)三次軸
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