地质大学结晶矿物学课件

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標型礦物
• 定義：是指那些只在特定的地質作用下形成 的礦物，這種礦物的出現與某特定的地質環 境是一一對應的關係。如辰砂、輝銻礦只能 生成於低溫熱液礦床中，藍閃石只出現於低 溫高壓變質帶中，柯石英和金剛石只能產於 高壓環境中。
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礦物學溫度計
• 有的礦物只能在一定的、相對狹窄的溫度 範圍形成，這種礦物能反映礦物生成時的 溫度，稱其為礦物學溫度計，可以用作礦 物學溫度計的性質有——礦物的標型特徵、 標型礦物、礦物的共生關係、固溶體離溶 點、同質多象轉變點等。溫度計是與體系 的壓力和組分的關係緊密。
• 所形成的礦物有：
• Mg、Fe矽酸鹽——橄欖石、輝石、角閃石、黑雲母等 • K、Na、Ca矽酸鹽——長石、白雲母等 • 氧化物——石英等 • 重要礦床的礦石礦物：磁鐵礦、鉻鐵礦、自然鉑、磁黃鐵礦、
黃銅礦
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（2）火山作用
• 是岩漿作用的另一種形式，為地殼深部 的岩漿沿地殼脆弱帶上升至地表，或直 接溢出地表、甚至噴向空中，這種作用 過程稱火山作用。
O7h—Fd3m， a=0.35595nm， Z=8
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一些矽酸鹽的晶體結構
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（2）化學成分：
• 礦物依據化學成分可分為：
– 自然元素 – 硫化物及其類似化合物 – 氧化物及氫氧化物 – 含氧鹽 – 鹵化物
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表7-1 礦物晶體化學分類體系 (以白雲母為例KAl2[AlSi3O10](OH)2 ）
一、 礦物的分類
• 0 概述 由於分類的依據不同，礦物的分類 方法很多，有純化學分類法、地球化學分 類法、礦物成因分類法、晶體化學分類法 等方法。
• 1 晶體化學分類：是較常用的，晶體化學分 類法——同時考慮礦物的化學成分和晶體 結構，這兩者又間接地與生成條件、元素 地球化學性質相關。分類體系為：

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教材和参考书
教材
矿物学简明教程，戈定夷，地质出版社，1989
参考书
基础结晶学与矿物学，罗谷风，南京大学出版社，1993 结晶学及矿物学（上、下）， 潘兆橹，地质出版社，1993 结晶学及矿物学，赵珊茸，高等教育出版社，2004
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4
考试方式
平时成绩占20% (包括出勤、上课、作业和实验情
3.在地质专业中的地位：
重要的专业基础课、直接为后继课程—岩石学、 构造地质学、石油地质学等打基础。
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第一篇 几何结晶学基础
第一章 晶 体 的 基 本 性 质
一、表示晶体构造规律性的几何图形—空间格子 1．空间格子的概念
用以表示晶体内部质点排列的规律性。是从实 际晶体构造中抽象出来的一种由相当点排列而成的 几何图形。
结晶学与矿物学
Crystallography and Mineralogy
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1
课前的话
课程说明 教材和参考书 考试方式 其他
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课程说明
课程名称: 结晶学与矿物学 Crystallography and Mineralogy
授课教师: 胡华、孟宪富 授课对象: 地质、资工、地化 总学时数: 地质44(28+16)；资工、地化40(28+12) 周学时数: 4 考查方式: 闭卷考试
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绪论
三、矿物学和结晶学的概念及其学习意义
2.结晶学的内容：
研究晶体发生、生长、外部形态、内部结构及物
理性质的科学。早期主要研究对象是自然界中生长
的矿物晶体,为矿物学的一部分、到了十九世纪后半
叶，成为一门独立的科学，但仍然为矿物学中的重

一、化学组成
第33页/共99页
二、晶体化学特点
氧化物晶体化学特点： O2-常作立方或六方最紧密堆积或近似最紧密堆
积，阳离子充填四面体或八面体空隙。键性以离子 键为主，且以低价惰性气体型离子的氧化物中为最 强，如方镁石MgO。 氢氧化物晶体化学特点：
(OH)-或(OH)-和O2-共同形成紧密堆积，后者中 (OH)-与O2-通常成互层分布。多数矿物为层状结构 ，部分矿物为链状结构。
五、成因产状
第39页/共99页
六、分类
A2X型：赤铜矿族：Cu2O（赤铜矿）
AX型：方镁石族
A2X3型：刚玉族：Al2O（3 刚玉）、Fe2O（3 赤铁矿）
氧化物
简单氧化物
金红石族：TiO2(金红石、板钛矿、锐钛矿），SnO（2 锡石），
A
X2型：石英族
：SiO2(
§1 概 述
第19页/共99页
1． 阴 离 子 ： 主要为 S，少 量为Se、 Te、 As、Sb、 Bi等 。 2． 阳 离 子 ： 主要有
1） 铜 型 离 子 ： Cu, Pb, Zn, Ag, Hg, Cd, Au …… 2） 靠 近 铜 型 离 子的过 渡型离 子：Fe, Co, Ni, Mo, Mn, Pt……
第37页/共99页
2．力学性质及其他性质：
决定于其晶体结构：
氧化物大部分矿物结构的紧密程度高。通常具较
高的硬度（一般>5.5，最高达9）；较大的比重（多数
>4.0，仅架状结构的石英族较低，为2.65）；解理不
发育；含铁矿物具强弱不等的磁性；含放射性元素者
具放射性；熔点高；溶解度低。
层状结构氢氧化物的硬度和比重均较相应的氧化物

气体：扩散作用使质点作直线运动，不改变方向，
具有占据最大空间的运动趋势，稳定性差；
液体：流动作用使质点移动，所以其决定于容器的
形状；
非晶质体：质点运动类似晶体，质点处于振动状态，
且质点的相对移动极为困难。但时间加长，这种 运动可以显现出来，在温度较高时，这种运动更 为显著。
本章概要
1.晶体、非晶体 2.空间格子——抽象，难点 3.晶体6个基本性质
头接耳,关手机,作笔记。 总成绩=平时课堂表现30%+实验报告
20%+期末考试50%
第一篇 结晶学 Crystallography
第一章 晶体及结晶学
第一节 结晶学及其发展历史
对象：晶体 （生成和变化、外部形态几何规律、 内部结构、化学成分、物理性质）
地位：地球科学主干课程，专业基础课？
常林钻石
➢3.对称性
晶体相同的性质在不同方向或位 置上作有规律的重复。
宏观对称——晶体相同部位能够在不同的方
向或位置上有规律重复出现的特性，宏观 对称是晶体分类的基础。
微观结构对称——格子状构造本身就是质点
在三维空间呈周期性重复的体现，从这个 意义上说，所以的晶体都是对称的。
➢4 一定的熔点
晶体具有一定的熔点，晶体加热在熔点 温度开始熔化，直到晶体完全融化温度 才继续升高。
玻璃、蔗糖等非晶质则不具有固定的熔 点，熔化过程温度的变化为一条曲线；
➢5.最小内能性
相同热力学条件下，晶体与同种物质的非晶质 体、液体、气体状态相比较，其内能最小。
内能＝动能＋势能
动能——晶体内部质点在平衡点周围作无规则运动所决
定的，与T、P有关。
势能——质点间相互位置所决定的，与质点的排列有关。

§2 矿物形成的影响因素
矿物的形成、稳定和演化取决于
其所处的地质环境及物理化学条件，
即取决于地质作用及温度、压力、 组分的浓度、介质的酸碱度（pH 值）、氧化还原电位（Eh值）和 组分的化学位（i）、逸度（fi）、 活度（ai）及时间等因素。
注意：
1） 岩浆和热液作用过程中， 温度和组分浓度起主要作用；
§4 矿物的标型性
矿物的标型性：能够反映矿物或 地质体的一定成因特征的矿物学 标志。
（1）标型矿物
主要包括： （2）标型矿物共生组合
（3）矿物标型特征
雌黄主要由低温热液作用形成，为低温热液的标型矿物
十字石是中级变质作用的标型矿物
一、标型矿物和标型矿物共生组合
标型矿物和标型矿物共生组合： 只在某种特定的地质作用中
矿物的共生组合：各共生矿物 构成的组合。
方 解 石 、 萤 石 、 云 母 与 水 晶 共 生
铯 绿 柱 石 （ 钠玫 长瑰 石绿 共宝 生石 ） 与 水 晶
2．矿物的伴生
不同成因或不同成矿阶段的 各种矿物共同出现在同一空间 范围内的现象。
我国三大伴生矿
攀枝花铁矿伴生钒钛矿 白云鄂博铁矿伴生稀土矿 金昌金川镍矿伴生多种金属
矿物标型矿物标型包括：
形态标型 物理性质标型 化学标型 结构标型
注意：
1）并非所有矿物都具标型特征， 仅某些矿物的某些性质才具标型 意义。
2）全球性标型较少，而地区性 标型相对较多。
矿物地质温度计（GT）、地质压力计 （GB）和 地质温压计（GTB）：
利用矿物学特征定量或半定量地
测量矿物平衡温度和压力的地质
形成和稳定的矿物和特征性矿物 组合。
标型矿物或标型矿物共生组合 强调矿物或矿物组合的单成因性，

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具 L4 4P 的平面点阵
单位平行六面体参数图解
单位平行六面体的三组棱长a、b、c及三者相互之间 的夹角α、β 、γ 是表征它们形状大小的一组参数， 称为平行六面体参数或晶格参数
βα γ
7-2 晶胞
晶胞：能充分反映整个晶体构造特征的最基本
结构单位。
晶胞参数（a、b、c、 α 、β 、γ ）
8-5. 类质同象 8-6. 同质多象 8-7. 有序和无序 8-8. 型变和多型
晶体化学 是研究单质或化合物中离子、分子或原子在晶体
内的分布规律，从而阐明化学成分与晶体结构以及与晶体的 物理性质、化学性质之间关系的分支学科。
1、等大球体的最紧密堆积
isometric spheriform closest packing
分子晶格的特点： 分子键的作用力是很弱的，所以分子晶格的晶
体一般熔点低，可压缩性大，热膨胀率大，导热率 小，硬度低，透明，不导电。
化学键和晶格类型
氢键与氢键晶格:
氢键：是一种由氢原子参与成键的特殊键型，其性质介 于共价键与分子键之间。氢键具有方向性和饱和性；其键强 虽比分子键强，但仍与一般分子键属于同一数量级。氢键主 要存在于一些氢氧化物、层状结构硅酸盐等矿物中。
离子，它们彼此间借助于在整个晶格内运动着的“ 自由电子”而相互维系，形成金属单质或金属互化 物。 金属晶格的特点：
由于金属键具自由电子，金属晶体为良导体， 不透明，高反射率，金属光泽。具高密度，硬度一 般较低。
化学键和晶格类型
分子键与分子晶格(molecular lattice):
在分子晶格中存在着真实的分子, 分子之间由范 德华力相维系；它们相互间的空间配置方式则主要 取决于分子本身的几何特征。

农业等领域。
03
盐
盐是一种非金属矿物，主要由氯化钠组成。它呈白色，具有晶体光泽。
盐是人类生活和工业生产的必需品，用于制造氯碱、纯碱、金属钠等化
学品，也用作调味品和防腐剂。
05
结晶学与矿物学的应用
结晶学在材料科学中的应用
晶体结构与性能关系
结晶学研究晶体的结构及其与性能的关系，为材料科学提供了晶 体设计、合成和优化的理论基础。
矿物加工技术 矿物学原理在矿物加工技术中得到应用，如浮选、 磁选、重选等选矿方法，以及矿石的破碎、磨矿、 筛分等工艺流程。
尾矿与废弃物资源化 矿物学研究有助于尾矿和废弃物中有用矿物的回 收和资源化利用，提高资源利用效率，减少环境 污染。
结晶学与矿物学在环境保护中的意义
环境矿物材料 结晶学与矿物学指导环境矿物材料的研制与应用，如吸附 剂、催化剂、环保陶瓷等，用于环境治理与保护。
结晶学与矿物学通用课件
CONTENTS
• 结晶学基础 • 晶体的结构与对称性 • 矿物学概述 • 常见矿物及其性质 • 结晶学与矿物学的应用 • 实验与实习指导
01
结晶学基础
结晶学定义与研究内容
定义
结晶学是研究晶体生成、结构及 其性质的科学。
研究内容
结晶学的研究内容包括晶体的生 成机理、晶体的内部结构、晶体 的物理和化学性质以及晶体的应 用等方面。
化学性质
包括与酸的反应、导电性、磁性等。
矿物的分类与命名
分类
按化学成分可分为元素矿物、硫化物矿物、氧化物和氢氧化 物矿物、卤化物矿物等；按晶体结构可分为离子晶体矿物、 原子晶体矿物、分子晶体矿物等。
命名
一般采用成分+性质/颜色/产地等方式进行命名，例如石英、 方解石、金刚石等。

3） 任何一种矿物均只是在一定的 物理化学条件下相对稳定，得以保存。
当外界条件改变至超出矿物的稳 定范围时，矿物即会变成在新的条件下 稳定的其他矿物。
4）矿物的集合体即组成岩石或矿 石。
注意：
1）当前，矿物学通常以天然结晶质 无机物为主要研究对象，液体和气体
均不在现代矿物之列。
2）准矿物（mineraloid）：极少数天
§2 矿物学发展简况
1．十九世纪以前，矿物学始终处于 对矿物的记载和表面特征的描述。
2．自十九世纪中叶以来，矿物学飞速发
展，经历了四次重大的变革。
1）1857年偏光显微镜创制成功，并应 用于对矿物的研究和鉴定。
2）1912年劳埃将x射线成功地应用于矿 物晶体结构分析。
3）1930s以来，物理化学理论和热学 相平衡理论被引入矿物学。
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斑 铜 矿 集 合 体
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辉 钼 矿 集 合 体
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赤 铁 矿 集 合 体
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铬 铁 矿 集 合 体
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金 刚 石 晶 体
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自 然 硫 晶 体
矿物物理学（mineral physics）和 量子矿物学（quantum mineralogy）， 揭示矿物的物理性质及表面态、 化学吸附等本质，了解和控制各种 矿物性能的变化，扩大矿物的应用 范围，综合利用矿物资源，促进矿物 材料的研究。
实验矿物学(experimental mineralogy)， 是研究矿物的合成以及在各种条件下 模拟和探索矿物的形成和演变过程 的一门矿物学的分支学科，不仅为 成矿理论提供了基础资料，也为高新 技术领域功能材料的合成奠定了基础。
应用矿物学（applied mineralogy）， 是矿物学向材料科学方向延伸而产生的 矿物学新分支，是矿物材料研究及许多 相关应用科学的重要基础，在矿物材料 合成（包括宝石的人工合成及天然宝石 的优化处理等）、尖端科技材料（如 光学材料、超导材料、磁性材料等）

的化學成分（1學時）
一 地殼的化學成分 1 豐度：地質體中的化學元素含量即為豐度。 2 克拉克值：地殼中化學元素的含量即為克
拉克值。 3 地殼中分布最廣的八種元素:詳見後一頁
的表格，前八種元素總量占99%，因此可以 說地殼主要是由這八種元素所組成。但人們 常要開採的重要礦產資源如：銅、鉛、鋅、 金、銀、鈾、鎢等礦產資源都不在此八元素 之列。
2 晶體化學式的書寫原則：
晶體化學式是最常用的，晶體化學式的書寫原則為： （1）陽離子在前，（絡）陰離子在後，絡陰離子用方括號，如石英SiO2、
方解石Ca[CO3] （2）對複化合物，陽離子按其鹼性由強到弱、價態由低到高排列，如白雲
石CaMg[CO3]2、磁鐵礦FeFe2O4（即Fe2+Fe3+2O4）。 （3）附加陰離子寫在陰離子和絡陰離子之後，如白雲母KAl2[（Si3Al）O10]
3 具有雙重性質的水：沸石水和層間水
4 吸附水：是指被機械地吸附於礦物顆粒表面及裂隙中，或滲 入到礦物集合體中的中性水分子。其不參與晶格中，不屬於 礦物的化學組成。礦物中的吸附水含量是不固定的，是隨環 境的溫度和濕度而變化，常壓下，在溫度為100~110℃條件下， 吸附水全部從礦物中逸出而不破壞礦物的結構。
是在各種地質作用中形成的天然單質或 化合物；具有一定的化學成分和內部結 構，從而有一定的形態、物理性質和化 學性質；它們在一定的地質和物理化學 條件下穩定存在；是岩石和礦石的基本 組成單位。
3 理解礦物定義的幾個關鍵：
①是在各種地質作用下形成的而非人工合成或天外來客；
②具有一定的化學成分，這些化學成分是以一定的內部 結構規律排列，而非雜亂無章的混合；
8 沸石水：主要存在於沸石簇礦物晶格中的寬 大的空腔和通道中的中性水分子，與其中的陽 離子結合成水合陽離子，與層間水性質相近， 沸石水也兼有吸附水和結構水的性質。

• 某些元素的丰度虽然很低，但趋于 集中，可形成独立的矿物种，并可 富集成矿床，称为聚集元素。
• 分散元素(dispersedelement)：
• 另外一些元素的丰度虽然远比上述元 素丰度值高，但趋于分散，不易聚集 成矿床，甚至很少能形成独立的矿物 种，而是通常以类质同像形式出现， 称为分散元素。
• 具有巨大表面能量的胶体矿物，不具 有规则的几何多面体形态，通常呈肉 冻妆、钟乳状、葡萄状、肾状等形态。
3.胶体矿物的形成
• 地壳中的水胶凝体矿物，大部分形成 于表生作用中。表生作用中形成的胶 体矿物，大体上经历了两个阶段，即 形成胶体溶液和胶体溶液的凝聚。
• 如蛋白石（SiO2·nH2O）、大多数粘土 矿物。
2.地壳中化学元素丰度的矿物学意 义
• 地壳中化学元素的丰度反映了地壳的 平均化学成分，决定了地壳中各种地 质作用过程的总的物质背景。同时地 壳中化学元素的丰度在一定程度上影 响着元素在成岩成矿作用中的浓度， 从而支配着矿物的生成。
二、元素的离子类型
• 元素在矿物中的结合，主要取决于元素本 身与原子外电子层。根据离子的最外电子 层结构，可将离子分为以下三种基本类型
五、矿物中的水
• 水不仅是矿物的重要组成部分，而且在矿物中起 重要作用，同时决定矿物的多种特性。
• 根据矿物中水的存在形式以及是否参加矿物晶格， 可把水分为两类：一类是不参加晶格，与矿物晶 体结构无关的，称为吸附水（与外界条件如温度、 湿度有关）；另一类是参加晶格或与矿物晶体结 构密切相关的，包括结晶水（以水分子形式存 在）、沸石水、和结构水（以OH-、H+、H3O+ 离子形式存在）。
元 质量克拉克值 原子克拉克值 体积百分比
素
（%）