2-2.2晶体生长理论部分

单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,工艺矿物学,第一篇 矿物通论,适用专业：矿物加工工程,二、晶体生长,晶体生长过程是物质从,其它相转变为结晶相,的过程，实际上是,组成它的质点从不规则排列到规则排列形成格子构造的过程。,一）晶体生长理论,1,、,层生长理论,（,Kossel-Stranski,模型）,由,科塞尔在,1927,年提出，后经斯,特兰斯基,(,Stranski,),加以发展。,晶体生长时，以单个质点方式往晶芽上堆积，首先是完成一个行列,再长相邻行列,;,长完一层面网再长第二层面网，即晶面是,平行向外推移,而生长的,。,注解：关于层生长理论,溶液中质点堆积到晶芽的不同位置上时，所受引力大小不同，,质点将优先堆积到引力最强的位置上，以便释放出可能多的能量，而使晶体的内能达到最小,；,晶体生长过程中，在晶体上可能存在,三面凹入角，两面凹入角,，,一般位置,.,由于引力大小与质点数量成正比、与距离的平方成反比，,质点向晶芽上堆积时，将优先落在三面凹入角，其次是两面凹入角，最后是一般位置,。,理想晶体的生长过程,在晶芽的基础上，,落入质点根据引力大小落在相应位置，长完一条行列再长相邻的行列，长满一层面网再长相邻的面网，整个面网成层向外平移。,当晶体停止生长时，其,最外层的面网就是实际晶面,。,每两个相邻面网相交的公共行列就是,实际晶棱,。,整个晶体被晶面包围，形成,占有一定空间的封闭几何多面体形态,，表现出晶体的,自限性。,层生长理论的缺陷,把晶体的生长过程,简单化,，所描述的晶体生长过程只有在,理想情况下,才能出现。,三、布拉维法则,1),布拉维法则,内容,在,1855,年，,法国结晶学家布拉维,(,A,Bravis,),从晶体具有空间格子构造的几何概念出发，论述了,实际晶面与空间格子构造中面网之间的关系（,布拉维法则）：,即实际晶体的晶面常常平行面网中结点密度最大的面网。,2,）关于布拉维法则的几点说明,晶体生长时，,面网上的结点密度与该面网在垂直方向的生长速度成反比,。,面网密度小的晶面（,BC,）,在生长过程中生长速度快，最后被面网密度大的、生长速度慢的相邻晶面（,ABCD),所遮盖；,晶体上最终保留下来的晶面都是一些面网密度大的晶面,-,布拉维法则的实质,。,理论的不足,：该法则比较粗略，,忽视了晶体生长环境对晶面生长速度的影响。,四,、,面角守恒定律,在晶体生长过程中由于受到外部条件的影响，,同种晶面发育的形状和大小不同，从而形成偏离理想晶体状态的的歪晶,因此在很长的历史年代，人们没能掌握晶体形态的规律。,在,1669,年，,丹麦学者斯丹诺,（,N.Steno),在对,石英和赤铁矿,的研究发现（,面角守恒定律,）,：,即同种物质的所有晶体，对应晶面间的角度守恒,。,小知识：,1780,年，法国学者,克兰乔发明了接触测角仪,。其老师,法国学者罗美德利尔,（,Rom De LIsle）,利用这种测角仪进行了,20,多年,的晶体测角工作，测量了,500,多种矿物晶体的形状，肯定了面角守恒定律的普遍意义。,五、晶体定向和晶面符号,一）晶体定向,晶体定向,在矿物鉴定、矿物形态、内部构造和物理性质的研究工作,中具有重要的意义。,晶体定向：在晶体上建立一个三维空间坐标系统，在晶体上选择坐标轴和确定每个轴上的度量单位。,1,、晶体定向的相关概念,1,）晶轴及轴单位,晶轴,为给晶体定向，在晶体上所建立的坐标轴称为,晶轴,。,晶轴是,设想,的贯穿晶体中心的直线，,利用它们可以确定晶体中各晶面、晶棱和单形的方位。,轴单位,各晶轴上的度量单位称为,轴单位,（常用,a b c,表示,),。,2,）晶体定向,晶轴数目,的确定,取决于晶系的类型（对称特点）,三方晶系及六方晶系为,4,个晶轴,（分别用,X,、,Y,、,U,、,Z,轴表示,),，其它晶系为,3,个晶轴,(,用,X,、,Y,、,Z,轴表示,),。,三轴定向时，晶轴的,表示方法,前后轴为,x,轴，左右轴为,y,轴，直立轴为,z,轴,，,各轴的交点为晶体的中心。,正负规定：,各晶轴由中心向前、向右及向上的方向,为正，反之为负。,在四晶轴,定向,中,=y,轴,z,轴,=z,轴,x,轴,=,轴,z,轴,=90,=x,轴,y,轴,=y,轴,轴,=,轴,x,轴,=120,3,）轴角,各晶轴之间有一定的夹角关系，结晶学中,规定两个晶轴正端的夹角称为轴角,，,分别用,、,、,表示。,在三晶轴定向中,=yz,轴,=z,轴,x,轴，,=x,轴,y,轴,2,、晶轴的选择原则,晶体中晶轴选择与其内部晶胞划分一致，,晶体中三根晶轴的方向应平行于晶胞三根棱的方向，轴单位等于晶胞的三根棱长，,即晶体行列结点间距,a,0,、,b,0,、,c,0,。,晶轴选择时，,首先选择,对称轴,为晶轴，当对称轴数量不足或无对称轴时，则选,对称面法线方向,为晶轴,。,如果对称轴和对称面的法线不足或无对称轴时，,则选择,较发育的晶棱方向,为晶轴。,选出的晶轴位置,应相互垂直或尽可能互相垂直。,3,、晶体常数（,轴率和轴角,）,晶胞常数中的,a,0,、,b,0,、,c,0,都是用,x,射线测定的实际长度值，由于晶体定向的目的主要是,确定晶面的方向，而不在于确定其,具体位置,，,因此只要,知道三个轴单位,的比值就可以了。,轴率：,定义轴单位,a,0,、,b,0,、,c,0,的连比值,a:b:c,为,轴率,。,晶体常数：,定义,轴率,a:b:c,及轴角,总称为晶体常数,，它表示坐标系特征的一组常数。,4,）各晶系的晶体定向方法,由于各晶系对称特点不同，,晶轴的选择方法和晶体常数的特点也不同,。,在等轴、四方、斜方、单斜和三斜晶系中,采用三轴定向,；,在三方和六方晶系中，采用,四轴定向,，定向时，以唯一的高次轴,L,3,、,L,6,（或,L,i,6,）为,Z,轴；,在垂直,Z,轴平面内选择三个正端互成,120,交角的,L,2,或对称面的法线方向或适当的晶棱方向作为水平晶轴,x,、,y,、,u,轴。此时轴角,=90,，,=120,。,二）晶面符号与单形符号,1,、,晶面符号,（简称面号）,1,）晶面符号概念,晶体定向后，各晶面在空间的相对位置就可确定，表示,晶面在空间的相对位置的符号,称为晶面符号,。,2,）关于晶面符号的说明,晶面符号种类很多，通常采用英国人,米勒尔,（,W.Hmiler,),于,1839,年,所创的符号，也称为,米氏符号,。,米氏符号用,晶面在三个晶轴上的截矩系数的倒数比来表示,。,例如：如果晶面,ABC,在,x、y、z,三个晶轴上的截距分别为,2,a、3b、6C。,系数,2、3、6,称为截距系数,（通常用,p、q、r,表示,),，其倒数比为,3：2：1,，则记作（,321,）为该晶面的米氏符号，小括号内的数字称为,晶面指数,。,确定米氏符号时，应注意以下几点,晶面指数排列有统一的规定顺序：,对三轴定向：按照,x y z,轴排列，,表示为（,h k l,）,;,对三方、六方晶系的四轴定向者，指数按照,x y u z,轴排列顺序，,一般写成（,h k I L,）。,在读,晶面符号时,按照字面顺序读出。,当,晶面平行于某一晶轴时，则看成晶面与该晶轴在无限远处相交，其截矩系数为，此晶面在此晶轴上的晶面指数就为,0,。,当晶面与各晶轴相截且,截矩系数相等,时，,则其晶面指数相同，晶面符号为（,111,）,；,晶面指数根据晶面截晶轴在负端或正端,有正负之分,，在负截矩相应的指数上方加上“,-”,号，如（,3,2,1,）,如果只知道晶面与晶轴相截交，但不能确定截矩系数时，则晶面符号写成一般形式：,如（,h k l,）,，,如果与某一轴平行，则用“,0”,表示，记为（,h 0 l,）。,同一晶体上，,任何两个互相平行的晶面,，,晶面指数的绝对值相等，但正负号相反。,六、整数定律,1,）整数定律的内容,1774,年，,法国学者阿羽依,（,R.J.,Haiig,),发现：,晶体上任何晶面在各晶轴上的截矩系数之比，恒为简单整数比。,截矩系数之比数值都是整数,;,晶面指数也是小整数，,一般绝对值不大于,3或4,，大于,6,的情况极少。,2,）机理解释,晶面是晶体结构中最外层的,面网,，而晶轴又是晶体构造中的,行列,，所以,晶面与晶轴交截地方必定是结点所在的位置。,晶面在晶轴上的截矩即,是该晶轴上结点间距的整数倍，截矩系数之比也因而必为整数比。,又根据布拉维法则，晶体往往,被面网密度较大的晶面所包围。,面网密度越大，其截矩系数之比越简单。,结论：晶体上任何晶面在晶轴上的截矩系数之比为简单整数比，其相应的倒数比也是简单整数比,，即晶面指数为小整数。,七、单形符号,单形是由对称要素联系起来的一组,同形等大、性质相同,的晶面，而晶轴又是,根据晶体的对称要素来,选择的，因此，同一单形的各个晶面与晶轴都有相同的,相对位置,。,实例：立方体的每一个晶面都垂直一根晶轴而平行于另外两根晶轴，八面体的每一个晶面都截晶轴于等长的位置）,。,所以,同一单形的,各个晶面指数的绝对值不变，只有顺序与正负号的区别,。,如果知道了,单形的一个晶面的符号,，则该单形的其它晶面符号即可导出。,注解,习惯上单形的代表晶面一般,选择,正,指数最多的晶面为代表面,；,同时遵循,先前、次右、后上,的原则。,如立方体，前端只有一个（,100,）晶面与,x,轴正端相交，故以它作为代表面，其单形符号为,100,。,单形符号概念：在单形中选择一个代表晶面，把该晶面的符号用,括起来，代表一单形，称之为单形符号（简称形号），如立方体的形号,100,，八面体的形号,111,。,石英结晶外形,面角：指晶面法线之间的夹角，其数值等于相应晶面的实际夹角之补角。,三晶轴,定向,=yz,轴 ，,=z,轴,x,轴，,=x,轴,y,轴,四晶轴,定向,=y轴 z轴=z轴 x轴=轴 z轴=90,=x轴 y轴=y轴 轴=轴 x轴=120,举例,1,（,2D,）,z,y,x,O,E,D,F,A,B,C,y,x,举例,2,（,3D,）,ABO=(?),ACO=(?),DEF=(?),ABC=(?),X,Y,O,A,B,C,试试看，你掌握了么？,布拉维法则图解,图,2,28,立方体和八面体的晶面符号,