结晶学课件 第4章 晶体的定向与结晶符号
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第四章晶体定向与结晶符号晶体定向(crystal orientation)就是在晶体中建立一个坐标系,这样晶体中各个晶面、晶棱以及对称要素就可以在其中标定方向,这种表示晶面、晶棱及对称要素等的方位的符号统称结晶符号(crystal indices)。
由于晶体的各种特性(形态、物性、结构等)都与晶体的方向有关,所以晶体定向是研究晶体的最基本的工作。
一、晶体定向晶体定向就是在晶体中以晶体中心为原点建立一个坐标系,这个坐标系一般由三根晶轴 X、Y、Z轴(也可用a、b、c轴表示)组成。
三根晶轴正端之间的夹角分别表示为α(Y∧Z)、β(Z∧X)、γ(X∧Y)。
对于三、六方晶系的晶体,通常要用四轴定向法,即要选出四根晶轴。
那么,究竟选择晶体中哪些方向上的直线作为晶轴呢?选择的原则有两点:① 与晶体的对称特点相符合(即一般都以对称要素作晶轴);② 在遵循上述原则的基础上尽量使晶轴夹角=90°。
各晶系对称特点不同,具体选择晶轴的方法也不同,具体选择原则见表3-1。
表3-1 各晶系选择晶轴的具体方法及晶体常数特点请注意,这里在晶体宏观形态中按对称特点选出的晶轴,实际上与晶体内部结构中空间格子的三个不共面的行列方向一致。
二、晶胞参数及晶面符号、晶棱符号1 晶胞参数X、Y、Z三根晶轴方向上的行列上的结点间距分别表示为a0、b0、c0,称为轴长;三根晶轴正端之间的夹角α、β、γ称为轴角,轴长和轴角统称晶胞参数(cell parameter)。
在第一章我们就已知,a0、b0、c0以及α、β、γ决定空间格子中平行六面体的大小和形状。
但是,在晶体宏观形态上是定不出轴长的,只能根据对称特点定出a0∶b0∶c0(或表示为a∶b∶c),这一比例称为轴率。
轴率与轴角统称晶体常数 (crystal constants),晶体常数特点是可以在晶体宏观形态上体现出来的,例如:等轴晶系晶体对称程度高,晶轴X、Y、Z为彼此对称的行列,它们通过对称要素的作用可以相互重合,因此它们的轴长是相同的,即a=b=c,轴率a∶b∶c=1∶1∶1;中级晶族(四方、三方和六方晶系)晶体中只有一个高次轴,以高次轴为Z轴,通过高次轴的作用可使X轴与Y轴重合(在三方与六方晶系中可使X轴、Y轴、U轴重合),因此轴长a=b,但与c不等,轴率a∶c因晶体的种别而异;低级晶族(斜方、单斜和三斜晶系)晶体对称程度低,X、Y、Z轴不能通过对称要素的作用而重合,所以a≠b≠c,晶体的种类不同,轴率a∶b∶c数据不同。
实验2. 晶体定向和结晶符号一、目的要求掌握不同晶系晶轴选择的原则,确定模型中单形的名称及其符号。
二、基本原理为了获得晶体形态的完整描述,需要确切地表示晶面在空间的相对位置。
在晶体学中,确定晶面在空间的位置是按晶体的对称特征选择坐标系,将晶体按对称特征放置于该坐标系中(晶体定向),再以一种符号表示法表示出晶面在空间的位置。
晶体定向就是给晶体选择坐标轴(晶轴)和确定坐标轴上的轴单位。
在七个晶系中,有五个晶系(立方、四方、斜方、单斜、三斜)采用三轴定向,即选择交于晶体中心的三条直线,它们分别记为a、b、c轴(或X、Y、Z轴)。
相应b与c间轴角为α,a与c间轴角为β,a与b间轴角为γ。
三方、六方晶系一般采用四轴定向,即在ab平面上增加了一个d轴,使水平面三轴间正向的轴角形成120°,以满足该类晶系对称性的要求。
晶体放置的取向原则是要反映晶体的对称性,从晶体的外形上讲,对称轴、倒转轴、对称面的法线及晶棱是与晶体构造中的行列重合的,因此晶体与坐标轴的相对取向按对称轴、倒转轴、对称面的法线、晶棱的优先顺序作晶轴方向。
轴单位是晶轴上的单位长度。
由于所选定的晶轴都是格子构造中的行列方向,所以晶轴的轴单位就是该行列的结点间距。
a、b、c轴上的轴单位分别以a o、b o、c o表示,有时也直接用a、b、c表示,其间比率a:b:c称为轴率(或称轴单位比)。
轴率a:b:c和轴角α、β、γ合称为晶体几何常数。
在晶体定向的基础上,我们就可以确定晶体各种结晶几何参数在空间的位置。
表示这些参数在空间位置所用的符号称为结晶符号,结晶符号主要有晶面符号、晶向符号、单形符号和晶带符号。
表示晶面在空间位置的符号称为晶面符号。
晶面符号有几种,通常多采用米氏符号,又称米勒指数或晶面指数,是英国学者米勒(W.H.Miller)于1839年提出。
本实验通过在晶体模型上确定米勒指数和单形符号,达到掌握晶体定向和确切表示晶面族在空间的相对位置的方法。
5-第四章晶体定向和晶体符号第四章晶体定向和晶体符号[内容介绍] 本章介绍晶体定向、晶面符号、单形符号、晶带符号的概念、各晶系晶体的定向原则及各种晶体符号的确定方法。
[学习目的] 理解和掌握晶体定向、晶体符号的概念及其确定原则和方法,系统地掌握结晶学的基本知识,为学习矿物学和晶体光学打下良好基础。
图4-1所示的两个晶体,都是由四方柱和四方双锥组成的聚形,均属L 44L 25PC 对称型,但其形态明显不同。
这种形态的差异,是由于四方柱和四方双锥的相对位置不同造成的。
由此可见,在研究晶体时,仅确定其对称型和由哪些单形所组成,仍不能获得晶体形态的完整概念,必须进一步确定各单形在空间的相对位置,因而需要在晶体上选定一个坐标系统,这就是晶体定向。
还必须进一步研究晶面、晶棱(晶带)以及单形等在晶体上的方向,并用一定的符号表示它们,这就是所谓的晶面符号、晶棱符号与单形符号。
这些符号统称为晶体符号。
晶体定向和晶体符号不仅在研究晶体形态时需要,在确切地描述晶体的异向性、对称性以及矿物鉴定、矿物内部结构和物理性质的研究工作中都具有重要的意义。
第一节晶体定向一、晶体定向的概念晶体定向就是在晶体中确定坐标系统。
具体说来,就是要选定坐标轴(晶轴)和确定各晶轴上单位长度(轴长)及其比值(轴率)。
(一)晶轴如图4-2所示,晶轴系交于晶体中心的三条直线,它们分别为a 轴(或称x 轴)前端为“+”,后端为“-”、b 轴(或称y 轴)右端为“+”,左端为“-”和c 轴(或称z 轴)上端为“+”,下端为“-”;对于三方和六方晶系要增加一个d 轴或称u 轴,前端为“-”,后端为“+”(图4-3)。
晶轴的选择:晶体中晶轴的选择应与空间格子类型的特征相吻合。
三个晶轴的方向应当平行晶胞中三个棱的方向。
图4-1 由四方柱和四方锥组成的二种聚形由于对称轴、对称面法线及晶棱的方向与空间格子的行列方向相平行。
因此,晶轴的选择,首先应选对称称轴作为晶轴,在无对称轴及对称轴数量不足时,可选对称面法线作为晶轴,若两者均缺乏时,则可选择平行主要晶棱的方向线作为晶轴。