结晶学及矿物学课后答案

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1、第一章 习 题.晶体与非晶体最本质的区别是什么？准晶体是一种什么物态?答:晶体和非晶体均为固体，但它们之间有着本质的区别。晶体是具有格子构造的固体,即晶体的内部质点在三维空间做周期性反复排列。而非晶体不具有格子构造。晶体具有远程规律和近程规律,非晶体只有近程规律。准晶态也不具有格子构造,即内部质点也没有平移周期，但其内部质点排列具有远程规律。因此，这种物态介于晶体和非晶体之间。2.在某一晶体构造中，同种质点都是相称点吗?为什么?答：晶体构造中的同种质点并不一定都是相称点。由于相称点是满足如下两个条件的点:点的内容相似；.点的周边环境相似。同种质点只满足了第一种条件，并不一定可以满足第二个条件。

2、因此,晶体构造中的同种质点并不一定都是相称点。3.从格子构造观点出发，阐明晶体的基本性质。 答：晶体具有六个宏观的基本性质，这些性质是受其微观世界特点，即格子构造所决定的。现分别论述:.自限性 晶体的多面体外形是其格子构造在外形上的直接反映。晶面、晶棱与角顶分别与格子构造中的面网、行列和结点相相应。从而导致了晶体在合适的条件下往往自发地形成几何多面体外形的性质。b.均一性 由于晶体是具有格子构造的固体，在同一晶体的各个不同部分，化学成分与晶体构造都是相似的，因此晶体的各个部分的物理性质与化学性质也是相似的。.异向性 同一晶体中,由于内部质点在不同方向上的排布一般是不同的。因此，晶体的性质也随方

3、向的不同有所差别。d对称性 晶体的格子构造自身就是质点周期性反复排列，这自身就是一种对称性；体目前宏观上就是晶体相似的外形和物理性质在不同的方向上可以有规律地反复浮现。e.最小内能性晶体的格子构造使得其内部质点的排布是质点间引力和斥力达到平衡的成果。无论质点间的距离增大或缩小,都将导致质点的相对势能增长。因此,在相似的温度条件下,晶体比非晶体的内能要小;相对于气体和液体来说，晶体的内能更小。f.稳定性 内能越小越稳定,晶体的稳定性是最小内能性的必然成果。5.图1-6中,金红石构造中的氧离子分属几套相称点?答:分属4套相称点.第二章 习题1.讨论一种晶面在与赤道平面平行、斜交或垂直时，投影点与投

4、影基圆之间的距离关系。答：根据晶面极射赤平投影的环节和措施可知：与赤道平面平行的晶面投影点位于基圆的圆心,斜交的晶面投影点位于基圆的内部，直立的晶面投影点位于基圆上。根据这一规律可知，投影点与基圆的距离由远及近顺序分别为与赤道平面平行的晶面、斜交的晶面和垂直的晶面。2.作立方体、四方柱的各晶面投影,讨论它们的关系。答:立方体有六个晶面,其极射赤平投影点有六个投影点。四方柱由四个晶面构成,其投影点只有四个。四方柱的四个投影点的分布与立方体直立的四个晶面的投影点位置相似。如果将四方柱顶底面也投影,则立方体与四方柱投影成果同样,由此阐明，投影图不能放映晶体的具体形状,只能反映各晶面的夹角状况。3.已

5、知磷灰石晶体上（见附图），m=6,mr=0，作其所有晶面的投影，并在投影图中求rr?答：晶面的极射赤平投影点见右图。在吴氏网中，将两个相邻的晶面投影点旋转到过同一条大圆弧,在这条大圆弧上读取两点之间的刻度即为r=42。4.作立方体上所有对称面的极射赤平投影。.请证明:在极射赤平投影图中,某晶面投影点与圆心的距离h与该晶面的极距角的关系为:h = rn/2 (r为基圆半径).请见教材图2-.在直角三角形OSa中，始终角边长为r,另始终角边为a,a=，Oa的对角为，根据三角函数关系可得:h = rtg 2第三章习题1.总结对称轴、对称面在晶体上也许浮现的位置。 答:在晶体中对称轴一般出目前三个位置

6、：a.角顶；b晶棱的中点；c.晶面的中心。而对称面一般出目前两个位置：a.垂直平分晶棱或晶面；b.涉及晶棱。2.旋转反伸操作是由两个操作复合而成的，这两个操作可以都是对称操作，也可以都是非对称操作,请举例阐明之。答:旋转反伸轴Li3是由L及C的操作复合而成,在有L的地方是有L3和存在的,这两个操作自身就是对称操作;旋转反伸轴Li6是由L6和C的操作复合而成，在有Li的地方并没有L6和C存在的,即这两个操作自身是非对称操作,但两个非对称操作复合可以形成一种对称操作。3用万能公式证明：Li2=P,Li6=LP（提示：Ln=LnC;3+L2=L6)证明：L2=L2C,而万能公式中2C= L2=PLi

7、6C,将L3+L2L代入可得：Li(L3+L） C =L+(L2 C) 3+P4L3324P属于什么晶系？为什么? 答:它属于六方晶系。由于33L24P也可以写成Li6L3P，而6为六次轴，级别比L3的轴次要高，因此在晶体分类中我们一般将Li63L2归属六方晶系。第四章习题1总结下列对称型中，各对称要素在空间的分布特点,它们与三个晶轴的关系：m3m,m3,3m。答：在m3m对称型中，其所有对称要素为346L29PC。其中对称中心C在原点；个P分别垂直于其中一种结晶轴，此外6个P分别处在两个结晶轴夹角平分线处;6个L2分别是任意两个结晶轴的对角线;和L3分别位于三个结晶轴的体对角线处,3个4互相

8、垂直且分别与一种结晶轴重叠。在m3对称型中，其所有对称要素为3L24L。其中对称中心C在原点；3个P互相垂直且分别垂直于其中一种结晶轴;4和L分别位于三个结晶轴的体对角线处，个互相垂直且分别与一种结晶轴重叠。在3m对称型中，其所有对称要素为L3P。L与Z轴重叠，个P分别垂直于X、Y、U轴。2.区别下列对称型的国际符号:2与2与m3/mm与6mmm与mm 4mm与mmm 3m与mm答：一方面我们可以通过这些对称型的国际符号展示的对称要素,拟定它们所属的晶系。然后将对称要素按照国际符号书写的方位分别置于其所在的位置。最后根据对称要素组合定律将完整的对称型推导出来。2与2： 2为等轴晶系，对称型全面

9、符号为32L3;32为三方晶系，对称型全面符号为33L2。3m与m:3m为三方晶系,对称型全面符号为L33P;为等轴晶系,对称型全面符号为L2433C。6/mm与6mm:6/mmm为六方晶系，对称型全面符号为L6L27PC；m6mm为六方晶系，对称型全面符号为L66P。3m与mm：m为三方晶系，对称型全面符号为L3；mm为斜方晶系,对称型全面符号为L24/mmm与mm： 4/mm为四方晶系,对称型全面符号为L4425PC;m为斜方晶系，对称型全面符号为23P。m3与mm：m3m为等轴晶系,对称型全面符号为3L44L6L29PC；mm为斜方晶系，对称型全面符号为3L3PC。3.观测晶体模型,找出

10、各模型上的对称要素，拟定对称型及国际符号,并画出对称要素的赤平投影。答：这一题需要模型配合动手操作才可以完毕。因此简朴简介一下环节：1)根据多种对称要素在晶体中也许浮现的位置,找出晶体中所有的对称要素；）写出其对称型后,根据晶体对称分类中晶系的划分原则,拟定其所属的晶系；3)按照晶体的定向原则（课本P42-43，表4-1)给晶体定向;4）按照对称型国际符号的书写原则(课本P56,表4-3)写出对称型的国际符号;5)将对称要素分别用极射赤平投影的措施投影到平面上。投影的顺序一般为先投影对称面,接着投影对称轴最后投影对称中心。4.同一晶带的晶面，在极射赤平投影图中如何分布？答：同一晶带的晶面的投影

11、先投到投影球上，它们分布在同一种大圆上。用极射赤平投影的措施投影到水平面上可以浮现三种状况:分布在基圆上（水平的大圆)；分布在一条直径上（直立的大圆)；分布在一条大圆弧上(倾斜的大圆)。同一晶带的晶面投影在同一大圆上，由于同一晶带的晶面其法线处在同一圆切面上。5.下列晶面哪些属于00晶带？哪些属于01晶带?哪些晶面为00与10二晶带所共有?（100),（010）,（001)，(00),（00),（0)，(），(10),(11)，（0）,(101),（01)，（10）,(10），（1），（0),(1），（01）。答:属于00的晶面有：(10),（010），(0），（00）,(0)，（10),(1

12、），（0）。属于010的晶面有：（0）,（001)，(00）,（0）,(0)，(01），(10),(0)。为001与01二晶带所共有：（10),(00)。6鉴定晶面与晶面,晶面与晶棱,晶棱与晶棱之间的空间关系（平行，垂直或斜交)：（1)等轴晶系、四方晶系及斜方晶系晶体：（001)与01;(01)与10;1与01；(110)与(010)。()单斜晶系晶体:(001)与001;100与001;(001)与(0）;(100)与（01)。（3)三、六方晶系晶体:（0)与（0001)；（00）与();(100)与（01);(1)与(110)。答:（1）等轴晶系中（01）与001垂直；(01)与010垂直

13、;110与01垂直;（110）与（010）斜交。四方晶系中（00)与00垂直;(01)与010垂直;110与1垂直；(10）与(10)斜交。斜方晶系中(001）与001垂直；(00)与10垂直；110与0垂直;（11)与（10）斜交。(2)单斜晶系中（00）与001斜交;0与1斜交;（01）与(100)斜交;（100)与(010）垂直。（3)三、六方晶系中(00)与(0001）垂直;(10)与（110)斜交；（10）与(01）斜交;（001)与(11）垂直。7写出（0)、(10)、(11）的三指数晶面符号；写出1、110、111的三指数晶棱符号。答：(100)、(110)、(11)的三指数晶面

14、符号分别为:（10)、(110)、（11)； 1、1、111的三指数晶棱符号分别为：210、110、。第五章习题1.可不可以说立方体单形也可以提成三对平行双面，为什么?答：不可以。由于立方体的6个晶面所有同形等大,且都可以由对称型m3m中的对称要素联系起来的,因此它们属于同一种单形,不能将它们分开为三对平行双面。2.晶面与任何一种对称型的位置关系最多只能有7种,因此一种晶体上最多只能有7个单形相聚构成聚形，此话对的与否? 答:这句话不对的。虽然一种对称型最多只能有7种单形,但同一种单形可以同步浮现多种在同一晶体上相聚（如:多种具有C对称型的四方双锥可以相聚在一起),因此一种晶体中单形的数目可以

15、超过7个。这句话改为“一种晶体上最多只能有种单形相聚构成聚形”即可。3.根据单形的几何形态得出:立方体的对称型为3m,五角十二面体的对称型为m3，它们的对称型不同，因此不能相聚,对吗?为什么？ 答：这一结论不对。由于“立方体的对称型为m3m,五角十二面体的对称型为m3”是从几何单形的角度得出的成果。而单形相聚原则中所说的单形是结晶单形。因此该结论有偷梁换柱之嫌。事实上立方体的结晶单形有5种对称型,其中就有一种为m3，具有这种对称型的立方体就可以与五角十二面体相聚。什么在三方晶系(除3外）和六方晶系(除外)，其她对称型均有六方柱这一单形?这些六方柱对称同样吗?为什么?答:这些六方柱都是结晶单形（

16、课本P70，表5-）,它们的对称型可以属于三方、六方晶系的，它们的外形相似但对称不同。由于结晶单形不仅考虑几何外形还要考虑对称性质。5在同一晶体中能否浮现两个相似形号的单形? 答:不能。如果浮现相似形号的单形，它们相应的晶面的空间方位相似，它们的晶面将重叠或平行在一起。6.菱面体与六方柱能否相聚?相聚之后其对称型属于3，m还是6/mm?为什么? 答:菱面体和六方柱可以相聚。相聚后对称型为m。由于根据课本P0,表55-5和P7,5-,对称型中没有菱面体和六方柱，/mmm中也没有菱面体这一单形。在m中既有菱面体又有六方柱。因此相聚后对称型可觉得m。7.在聚形中如何辨别下列单形:斜方柱与四方柱；斜方

17、双锥、四方双锥与八面体;三方单锥与四周体；三方双锥与菱面体；菱形十二面体与五角十二面体。 答:斜方柱的横截面为菱形，四方柱的横截面为正方形。斜方双锥的三个切面均为菱形,四方双锥的横切面为正方形,两个纵切面为菱形,八面体的三个切面均为正方形。三方单锥只有个晶面,四周体有4个晶面。三方双锥晶面不能两两互相平行，而菱面体的晶面则可以。菱形十二面体的单形符号为11而五角十二面体的单形符号为hk0。8在等轴晶系中下列单形符号代表哪些常用单形：100,1，11。答:100立方体,110菱形十二面体,111八面体和四周体。9等轴晶系、四方晶系和低档晶族中的(111）都与三个晶轴正端等交吗?111各代表什么单

18、形? 答:不是,只有等轴晶系的(11)与三个晶轴正端等交。等轴晶系中11代表八面体或四周体。四方晶系中11可代表四方双锥、四方四周体等。斜方晶系中111代表斜方双锥。由于只有等轴晶系的三个晶轴上的轴单位相等，四方晶系、低档晶族的三个晶轴上的轴单位不同，因此虽然是晶面（111）也不代表与三轴等交。1.写出各晶系常用单形及单形符号,并总结归纳如下单形形号在各晶系中各代表什么单形？10，10,11,101,10，11，11。答:等轴晶系四方晶系斜方晶系单斜晶系三斜晶系100立方体四方柱平行双面平行双面、单面单面、平行双面110菱形十二面体四方柱斜方柱斜方柱、反映双面、轴双面单面、平行双面111八面体

19、、四周体四方双锥、四方单锥、四方四周体斜方双锥、斜方单锥、斜方四周体斜方柱、反映双面、轴双面单面、平行双面10110110111三方晶系菱面体、三方单锥三方柱、六方柱三方柱、六方柱菱面体、三方单锥、三方双锥、六方单锥、六方双锥六方晶系六方双锥、六方单锥、三方双锥三方柱、六方柱三方柱、六方柱六方双锥、六方单锥、三方双锥1.在极射赤平投影图中找出2m、mmm、4/mmm、m、m3对称型中的最小反复单位,并设立七个原始位置推导单形。 答：各个对称型的极射赤平投影及最小反复单元(灰色部分为最小反复单元）见下图:2m的单形分别为:00平行双面，010平行双面,00平行双面，hk0斜方柱，h0l平行双面,

20、kl斜方柱,hkl斜方柱。m的单形分别为：001平行双面,010平行双面，00平行双面，hk0斜方柱，h0斜方柱,k斜方柱，hkl斜方双锥。4mmm的单形分别为：00平行双面，00四方柱，10四方柱,hk0复四方柱,h0l四方双锥，hh四方双锥,hkl复四方双锥。m3的单形分别为:100立方体，10菱形十二面体，hk0五角十二面体,111八面体，hkk四角三八面体，hl三角三八面体，hk偏方复十二面体。3m的单形分别为:100立方体,110菱形十二面体,四六面体，111八面体,hkk四角三八面体,h三角三八面体，hl六八面体。12柱类单形与否都与Z轴平行？ 答:不是。斜方柱就可以不平行于轴,如

21、斜方柱011、111等。13.分析晶体模型,找出它们的对称型、国际符号、晶系、定向原则、单形名称和单形符号，并作各模型上对称要素及单形代表晶面的赤平投影。 答:环节为：1）根据对称要素也许浮现的位置,运用对称要素组合定律，找出所有对称要素,拟定对称型。2）根据晶体对称分类中晶系的划分原则，拟定其所属的晶系。3）按照晶体的定向原则（课本P42-4，表4-1)给晶体定向。4)按照对称型国际符号的书写原则(课本56，表-）写出对称型的国际符号。5）判断构成聚形的单形的个数6）拟定单形的名称和单形符号。判断单形名称可以根据的内容:()单形晶面的个数；(2)单形晶面间的关系；（3）单性与结晶轴的关系；(

22、4）单形符号;7）绘制晶体对称型和代表性晶面的极射赤平投影图。1.已知一种菱面体为32对称型,这个菱面体与否有左右形之分? 答:这个菱面体有左右形之分,由于对称型32(L3L2）自身就有左-右形之分,这是结晶单形意义上的左-右形。5.石英晶体形态上发育两个菱面体1和01，它们是什么关系?它们的表面构造(或它们的晶面性质)相似吗？为什么?答:它们是正形与负形的关系。它们的表面构造(或晶面性质)不相似,由于它们分属两个不同的结晶单形。第七章习题1.有一种m对称平面图形,请你划出其最小反复单位的平行四边形。答:平行四边形见右图2.阐明为什么只有1种空间格子?答：空间格子根据外形可以分为7种,根据结点

23、分布可以分为4种。布拉维格子同步考虑外形和结点分布两个方面，按道理应当有2种。但8种中有些格子不能满足晶体的对称，如:立方底心格子,不能满足等轴晶系的对称,此外某些格子可以转换成更简朴的格子，如:四方底心格子可以转换成为体积更小的四方原始格子。排除以上两种状况的格子,因此布拉维格子只有14种。3分析金红石晶体构造模型,找出图-1中空间群各内部对称要素。答:金红石晶体构造中的内部对称要素有:4，2，,n,。图中的空间群内部对称要素分别标注在下图中：4.Fd3m是晶体的什么符号？从该符号中可以看出该晶体是属于什么晶系?具什么格子类型?有些什么对称要素？答：Fd3m是空间群的国际符号。该符号第二部分

24、可以看出该晶体属于等轴晶系。具有立方面心格子。从符号上看,微观对称有金刚石型滑移面d,对称轴,对称面m。该晶体相应的点群的国际符号为m3m,该点群具有的宏观对称要素为3L436L29C。5.在一种实际晶体构造中,同种原子(或离子)一定是等效点吗?一定是相称点吗?如果从实际晶体构造中画出了空间格子，空间格子上的所有点都是相称点吗？都是等效点吗?答:实际晶体构造中，同种质点不一定是等效点，一定要是通过对称操作能重叠的点才是等效点。例如：由于同种质点在晶体中可以占据不同的配位位置，对称性就不同样，如：铝的铝硅酸盐，这些铝离子不能通过内部对称要素联系在一起。同种质点也不一定是相称点。由于相称点必须满足

25、两个条件：质点相似，环境相似。同种质点的环境不一定相似,如：金红石晶胞中,角顶上的Ti4+与中心的Ti4+的环境不同，故它们不是相称点。空间格子中的点是相称点。由于从画空间格子的环节来看，第一步就是找相称点，然后将相称点按照一定的原则连接成为空间格子。因此空间格子中的点是相称点。空间格子中的点也是等效点。空间格子中的点是相称点,那么这些点自身是相似的质点，并且周边的环境同样，是可以通过平移操作重叠在一起的。因此,它们符合等效点的定义,故空间格子中的点也是等效点。第九章 习题1.请阐明双晶面决不也许平行于单晶体中的对称面;双晶轴决不也许平行于单晶体中的偶次对称轴;双晶中心则决不也许与单晶体的对称

26、中心并存。答:这题可以用反证法阐明。如果双晶面与单晶体的对称面平行，双晶的两个单体将成为同一种晶体，而不是双晶。背面的两种状况以此类推。2.研究双晶的意义何在？答:1）研究双晶对认清晶体连生的对称规律以及理解这些规律的晶体化学与晶体对称变化机制有理论意义。2)研究双晶具有一定的地质意义。有的双晶是反映一定成因条件的标志。自然界矿物的机械双晶的浮现可作为地质构造变动的一种标志。3）研究双晶，涉及研究双晶的形成及其人工消除,对提高某些晶体的工业运用价值以及有关矿床的评价也有重要的意义。对于某些晶体材料的运用，双晶具有破坏性作用。3斜长石(对称型)也许有卡斯巴双晶律和钠长石双晶律,为什么正长石(/对

27、称型)只有卡斯巴双晶律而没有钠长石双晶律？答:卡斯巴双晶的双晶律为：tl(双晶轴)Z轴,钠长石双晶律为:tp（双晶面)（010），tl(双晶轴)(010)。斜长石的对称型为，对于以上两种双晶律，它既没有与双晶面平行的对称面，也没有与双晶轴平行的偶次轴。因此斜长石可以浮现卡斯巴和钠长石两种双晶律。而正长石的对称型为2m,它的L(10），P（00），对于钠长石律而言，正长石的2tl,Pt,因此正长石不可以有钠长石律。4斜长石的卡-钠复合双晶中存在三种双晶律:钠长石律(双晶轴(01)，卡斯巴律(双晶轴c轴),卡钠复合律(双晶轴位于(0)面内但轴)。请问这三种双晶律的双晶要素共存符合于什么对称要素组合

28、定理？答：我们可以将双晶轴当作L2，双晶面当作P。这样钠长石律阐明轴方向存在1个L2,卡斯巴双晶律阐明Z轴方向存在1个L2,卡钠复合双晶律阐明又一种新的L2，它与Y轴和Z轴均垂直。它们满足下面的对称要素组合定律：nL2LnL2 L22L2223.不同晶体之间形成规则连生(浮生或交生)的内部构造因素是什么?答：不同晶体之间形成规则连生,重要取决于互相连生的晶体之间具有构造和成分上相似的面网。6浮生与交生的成因类型有哪些?答:浮生与交生的成因类型可分为3种:)原生成因：在晶体生长过程中形成的浮生或交生,如钾长石与石英交生形成的文像构造;2）出溶成因:高温形成的固溶体当温度下降时会出溶形成两种晶体,

29、这两种晶体往往以交生的形式共存;3)次生成因:一种晶体被另一种晶体交代,原晶体与在交代过程中形成的晶体也往往定向规律交生在一起。第十章习题1.等大球最紧密堆积有哪两种基本形式?所形成的构造的对称特点是什么？所形成的空隙类型与空隙数目如何?答：等大球最紧密堆积有六方最紧密堆积（ABA，两层反复）和立方最紧密堆积(ABCC,三层反复）两种基本形式。六方最紧密堆积的构造为六方对称，立方最紧密堆积的构造为立方对称。这两种类型形成的空隙类型和数目是相似的,空隙有两种类型四周体空隙和八面体空隙。一种球体周边有6个八面体空隙和8个四周体空隙。2.什么是配位数？什么是配位多面体?晶体构造中可以当作是由配位多面

30、体连接而成的构造体系，也可以当作是由晶胞堆垛而成的构造体系,那么，配位多面体与晶胞怎么辨别？答：我们将晶体构造中,每个原子或离子周边最邻近的原子或异号离子的数目称为该原子或离子的配位数。以一种原子或离子为中心，将其周边与之成配位关系的原子或离子的中心连接起来所获得的多面体成为配位多面体。配位多面体与晶胞不同，晶胞是晶体构造中最小反复单元，晶体构造可以当作是由晶胞堆垛而形成的。配位多面体强调的是晶体构造中的构造基团，而晶胞体现的是晶体构造的反复周期与对称性，晶胞是人为的根据晶体自身的对称性划出来的,实际晶体构造中并不存在与晶胞相应的“构造基团”。3CCl晶体构造中,C为立方体配位，此构造中Cl-

31、是作最紧密堆积吗？答：此构造中l-离子不是最紧密堆积。由于等大球的最紧密堆积只有两种空隙四周体空隙和八面体空隙。晶体构造中不会浮现立方体配位。因此,CsC构造中的l-离子不是最紧密堆积。4用NaCl的晶体构造为例阐明鲍林第二法则。答：鲍林第二法则为“一种稳定的晶体构造中，从所有相邻的阳离子达到一种阴离子的静电键之总强度等于阴离子的电荷”。NaCl构造中,CNCl-=6和Ca+=。每个+达到1个Cl-的静电强度为1/6，达到1个Cl-的总静电强度为1/6=1，与Cl-的电荷数相似。5.类质同像的条件是什么？研究意义是什么？答：形成类质同像替代的因素一方面取决于替代质点自身的性质,如原子、离子半径

32、的大小、电价、离子类型、化学键性等;另一方面也取决于外部条件，如形成时的替代温度、压力、介质条件等。研究类质同享的意义在于：1)理解元素的赋存状态及矿物化学成分的变化,以对的表达矿物的化学式。2）理解矿物物理性质变化的因素，从而可通过测定矿物的性质来拟定其类质同像混入物的种类和数量。）判断矿物晶体的形成条件。4)综合评价矿床及综合运用矿产资源。6.同质多像转变过程中,高温、高压形成的变体构造有何特点?答：一般地,温度的增高会促使同质多像向CN减小、比重减少的变体方向转变。对同一物质而言，一般高温变体的对称限度较高。压力增大一般使同质多像向CN增大、比重增大的变体方向转变。7试述类质同像、同质多

33、像、型变及它们之间的有机联系。答：类质同像是指晶体构造中某种质点为性质相似的 她种质点所替代，共同结晶成均匀的 单一相的混合晶体,而能保持其键性和构造型式不变，仅晶格常数和性质略有变化。同质多像是指化学成分相似的物质,在不同的物理化学条件下,形成构造不同的若干种晶体的现象。型变是指在晶体化学式属同一类型的化合物中，化学成分的规律变化而引起的晶体构造形式的明显而有规律的变化的现象。型变现象可以将类质同像和同质多像有机地联系起来,类质同像、同质多像和型变现象体现了事物由量变到质变的规律。为什么层状构造的晶体非常容易发生多型现象?答：由于层状构造的矿物构造单元层之间堆垛时，一般错开一定的角度进行,而

34、不是正对着的。往往层与层之间的错开一般不是遵循同一种规律。这种现象类似于等大球最紧密堆积中的最紧密堆积层之间的堆积方式，也有许多种变化，从而导致在一维方向上面变化,产生多型的现象。而在非层状晶体中，构造的变化应属于同质多像的范畴，而不易形成多型的现象。第十一章习题1.何谓矿物?矿物学的重要研究内容是什么?答：矿物是由地质作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化学成分和内部构造、在一定的物理化学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物,它们是岩石或矿石的基本构成单位。矿物学是一门研究地球及其他天体的物质构成及演化规律的地质基本学科。它是研究矿物(涉及准矿物)的成分、构造、形态、性质、成因、产状、用途

35、及其互相间的内在联系,以及矿物的时空分布规律及其形成和变化的历史的科学。它为地质学的其她分支学科及材料科学等应用科学在理论上和应用上提供了必要的基本和根据。2.玻璃、石盐、冰糖、自然金、花岗岩、合成金刚石、水晶、水、煤、铜矿石是不是矿物？为什么?答：根据矿物的定义,我们可知矿物的两个特点：天然形成和结晶质。这两个特点可以作为我们判断物质与否是矿物的根据。上述物质中，是矿物的有石盐、自然金、水晶，其她的均不是矿物。因素如下:玻璃是非晶质体;冰糖为人工合成；花岗岩是岩石,它是多种矿物的集合体;合成金刚石也是人工合成;水是液态，为非晶质体;煤是混合物，它由多种矿物和非晶质体以及有机物构成；铜矿石是矿

36、石,也是多种矿物的集合体。3.综论矿物学与有关学科的关系。答：矿物学与一系列理论学科、技术学科和应用学科有着密切的关系。一方面，矿物学以基本理论学科为基本，这些学科涉及结晶学、数学、物理学、化学、物理化学等，特别是固体物理学、量子化学和化学方面的理论及实验技术和计算机科学。它们增进现代矿物学全面发展。同步，矿物学作为有关的地质学科（例如:岩石学、矿床学、地球化学等)和应用学科（例如：材料学、宝石学)的基本，为它们的进一步研究提供了借鉴和理论知识。第十二章 习题1试述地壳中化学元素的丰度特点及其意义。答：元素在地壳中的丰度是指多种化学元素在地壳中的平均含量。它一般有两种表达措施:质量克拉克值和原

37、子克拉克值。化学元素在地壳中的分布极不均匀，含量最多的前八种元素(、Si、A、Fe、a、Na、K、Mg）占99%以上。因此，地壳中分布最广的矿物也以这些元素构成。例如：地壳中含氧盐和氧化物分布最广，特别是硅酸盐矿物占矿物总种数的24%，占地壳总重量的3/4。其意义为：地壳化学元素丰度直接影响地壳中矿物种类和含量。矿物学上,划分离子类型的根据是什么?不同类型的离子各有何特点?答:矿物学上，我们一般根据离子的外层电子构型将其分为三种类型，现分别描述如下：1)惰性气体型离子 具有与惰性气体原子相似的电子构型，最外层具有8个电子(np6）或2个电子（s2)的离子。涉及碱金属、碱土金属及某些非金属元素的

38、离子。此类离子在自然界极易形成含氧盐(重要是硅酸盐)、氧化物和卤化物,构成地壳中大部分造岩矿物。地质上常将这些元素又称为“亲氧元素”、“亲石元素”或“造岩元素”。2)铜型离子外电子层有18个电子(n2np10)或(8+)个电子(n2p6nd1(n1)2)的离子。其最外层电子构型同Cu+。重要涉及周期表中I、副族及其右邻的某些元素的离子。此类离子常形成以共价键为主的硫化物、含硫盐或类似的化合物，构成重要的金属硫化物矿床中的矿石矿物。这部分元素常称为“亲硫元素”、“亲铜元素”或“造（成)矿元素”。)过渡型离子 最外层电子数为97的离子。其最外层电子构型为ns2np6nd19。重要涉及周期表中 副族

39、和族元素的离子。其特点是具有未满的6d电子亚层，构造不稳定，易于变价，其性质介于惰性气体型离子与铜型离子之间。.何谓化学计量矿物和非化学计量矿物?并举例阐明之。为什么当今愈来愈注重矿物非化学计量性的研究?答：在各晶格位置上的组分之间遵守定比定律、具严格化合比的矿物称为化学计量性矿物。例如:水晶SiO2中的Si:O比值为1:2,铁闪锌矿（Zn,）S中的（Zn+Fe):S比值为1：1等。对于某些含变价离子矿物来说，当离子的价态发生变化后,为了使变价平衡，矿物晶体内部必然存在某种晶体缺陷（如空位、填隙离子等点缺陷)，致使其化学构成偏离抱负化合比，不再遵循定比定律,这些矿物称为非化学计量性矿物。例如：

40、FeS化合物可以在高温下通过暴露在真空中或高硫蒸气压下，极容易变化其化学计量性而变为磁黄铁矿的成分(Fe1-xS）。磁黄铁矿中Fe:S比值为(1-):1（其中,x介于0-0.125之间）,不遵循定比定律。自然界有些矿物的非化学计量性可以作为标型特性，例如：含金硫化物的偏离化学计量的元素比值就具有标型性。.何谓胶体矿物?其重要特性有哪些？答：胶体矿物是指由以水为分散媒、以固相为分散相的水胶凝体而形成的非晶质或超显微隐晶质矿物。从严格意义上说,胶体矿物只是含吸附水的准矿物。由于胶体的特殊性质,决定了胶体矿物化学成分具有可变性和复杂性的特点。一方面,胶体矿物分散相和分散媒的量比不固定。另一方面,胶体

41、微粒的表面具有很强的吸附能力,并且吸附不必考虑被吸附离子的半径大小、电价的高下等因素,被吸附离子的含量重要取决于该离子在介质中的浓度。从而导致了胶体矿物的化学成分不仅可变,并且相称复杂，其构成中具有在种类和数量上变化范畴均较大的被吸附的杂质离子。.举例阐明水在矿物中的存在形式及作用。不同形式的水在晶体化学式中如何表达?答:根据矿物中水的存在形式及其在晶体构造中的作用，可将矿物中的水重要分为吸附水、结晶水和构造水3种基本类型,以及性质介于结晶水与吸附水之间的层间水和沸石水种过渡类型。现就其存在形式及其作用及晶体化学式中的体现列表如下:类型存在形式作用晶体化学式举例吸附水中性水分子（H2O）、不参

42、与晶格的形成,不属于化学成分机械吸附。特例:蛋白石胶体矿物,水属于化学成分。特例:iO2H由于水的含量不固定，因此在H2O前标上。结晶水中性水分子（2）形式存在于矿物晶格的一定位置上。不变化阳离子电价的前提下,环绕在小半径阳离子的周边，增大阳离子的体积。石膏,CaSO422构造水以OH、H+、H3O+离子的形式存在于矿物晶格中的一定配位位置上。与其他离子牢固地结合水镁石M(OH)2水云母(,H3O+)Al2ASi10(OH）2层间水中性水分子（H2O)形式存在于层状构造硅酸盐构造层之间与层间阳离子结合形成水合离子蒙脱石(Na,Ca）0.33(Al,）2(S，Al)4O0 (O)2nH2O中,背

43、面的H沸石水存在于沸石族矿物晶格中宽敞的空腔和通道中的中性水分子与其中的阳离子结合形成水合离子钠沸石NaAl2Si3O102H2O6.引起矿物化学成分变化的重要因素有哪些?答：类质同像替代和非化学计量性是引起矿物成分在一定范畴内变化的重要因素。引起矿物成分变化的其她因素有:阳离子的可互换性、胶体的吸附作用、矿物中含水量的变化及显微包裹体形式存在的机械混入物。7.试分析下列矿物晶体化学式的含义:钙钛矿CaTi3与钼钙矿CaMo4;白云石CaMgCO3与镁方解石(Ca,g）CO3；白云母KAl2(iA)O0(OH) 2与多硅白云母K(A-xMgx）(Si3+xA1x）O0（OH) 2；硬玉NalS

44、i2与霞石NaAlO4;蓝晶石lSiO4O，红柱石AllSi4O与夕线石AllSiO(注:式中罗马数字为晶格中Al的配位数)。答：晶体化学式不仅提供了化合物元素之间比值关系，并且提供了一定晶体构造的信息，不同的化学式可以反映出晶体构造间的差别:钙钛矿CiO中,Ca+和i4均作为一般阳离子与2-配位，是一种复化合物;钼钙矿CaoO中Mo6+与2-结合形成络阴离子团,然后与C2+相结合形成络合物;白云石MgC32中的C2+和g是复化合物中的两种阳离子，它们占据特定的晶体构造;镁方解石(,g)CO3中的a2+和Mg+呈现的是类质同像替代的关系；白云母KAl2（Si3Al)O10(OH) 中3+既以一

45、般阳离子的形式存在于硅氧骨干之外,又替代1/4的i进入到硅氧骨干内形成Al4四周体,中括号内代表硅氧骨干,大括号内代表构造单元层；而与白云母相比较,多硅白云母（l2-xx)(S3xAl1-x)10(H) 2中A+的作用不变,只是两种位置的Al3+相应地发生了类质同像变化:骨干内Al34+少了,但骨干外产生了Mg2Al3；硬玉AlS2O6与霞石NaAlSiO4这两种矿物均属于硅酸盐类，它们中l3的作用不同,硬玉NaAlSi2O中的Al+在硅氧骨干外，起一般阳离子的作用，故硬玉是铝的硅酸盐；霞石NASiO4中的A3+替代部分Si4+进入到硅氧骨干内，故霞石是铝硅酸盐。蓝晶石lSiO4O，红柱石lA

46、liO4O与夕线石lAlS这三种矿物是同质多像关系。它们均是硅酸盐，但A3的配位有差别。蓝晶石中Al在硅氧骨干之外,配位数为;红柱石中的Al也在硅氧骨干之外,但一半的配位数是6,另一半的配位数为5；夕线石中的l有一半在硅氧骨干外，配位数是6,另一半进入硅氧骨干，配位数是4。.已知某硬玉的化学成分(wB）：SiO2 56.35, O2.32, A238.15, Fe2O3 522， FO.75, MO0.03，MO .83,CO 4.23, NaO1.1,K2O .0，试计算其晶体化学式(注：硬玉的抱负化学式为NalSi26)。答：按照课本P191,表12-4和表12-的计算环节和措施,以氧原子

47、法为例，将计算过程列于下表:组分质量分数wB%相对分子质量物质的量氧原子数阳离子数以 f. u.=6为基准的阳离子数( u.)SAlO3TiO2Fe23FeOnOMgNa2K256.318.1.325.20.70.03283.21.0.06008101.96.01596871.8570.9440.3056.086.98940.18000400.03270.0104.00400700.0540195.0028580.340.00800.09810.0104.0004.07020.750.9540.00029390.5600.0400650014.00040.000.0740.3900.0001.

48、96.50.00801370.0220.070.158088000.001.020.9含量100.012.8681换算系数=O f u./=6/2.681=2020 阳离子之和=3.9正电荷之和=2.0清除H2O001晶体化学式:(N.818C.158K0.01）.7(7e22Fe3+0.137l0.07n00018）.022(i.962A0.08）2.00O6第十三章 习题1.何谓晶体习性?并举例阐明其重要影响因素。答:矿物晶体在一定的外界条件下,常常趋向于形成某种特定的习见形态，称为该矿物的晶体习性,也称结晶习性。晶体习性是晶体的化学成分和内部构造以及生长环境的物理化学条件和空间条件的综合

49、体现。化学成分简朴、晶体对称限度高的晶体,一般呈等轴状，例如:自然金和石盐等。实际晶体往往沿其内部构造中化学键强的方向发育，例如：金红石、辉石和角闪石等链状构造的矿物呈现柱状、针状晶体习性。近年来的研究成果表白,等轴晶系的矿物,例如：金刚石、萤石、黄铁矿等,随着形成时温度的升高，其晶体形态具有从00发育向1发育的变化趋势。2为什么等轴晶系的晶体一般呈三向等长型晶习，而中级晶族晶体则往往沿轴方向延伸或垂直于c轴延展?答：晶体习性受其构造内部质点的排布和强键的分布方向影响。等轴晶系的晶体内部强键的方向分布较为均匀,形成的形态一般为三向等长型。而中级晶轴的晶体内部强键的方向符合晶体的对称,不也许在各

50、个方向上都很均匀，一般状况下是强键沿轴方向分布或垂直于c轴方向上分布。因此中级晶族晶体则往往沿c轴方向延伸或垂直于c轴延展。.举例阐明等轴晶系矿物晶体形态随温度的演化规律性。答:等轴晶系的矿物晶体，随着温度的升高,其晶形具有从立方体10发育向八面体111发育的变化趋势。例如：随着温度由低变高，热液体系的黄铁矿晶形的演化趋势为：00 hk0+10 h+1 11+k 111。.同种矿物的实际晶体与抱负晶体形态有何异同?答:自然界矿物晶体形成过程中，由于受复杂的外界条件及空间的影响,往往长成偏离抱负形态的歪晶。并且，实际晶体的晶面上，常具某些规则的花纹，例如:晶面条纹像和生长丘等。5.常用的晶面花纹

51、有哪些？聚形条纹与聚片双晶纹有何区别?答：晶面花纹是在晶体生长或溶解过程中产生的。常用的晶面花纹有晶面条纹、生长台阶、蚀像和生长丘。聚形条纹也称生长条纹、晶面条纹，它是多种单形的晶面交替生长而成。因此，这些条纹只出目前晶体的表面。如果晶面破碎,在晶体破裂面上我们观测不到这些条纹。聚片双晶纹是聚片双晶中,由一系列互相平行的结合面在晶面或解理面上的双晶缝合线所构成的直线条纹。因此,聚片双晶纹不仅可以在晶体的表面上看到，在晶体新鲜的解理面上更容易观测。6如何描述矿物集合体的形态?答:矿物集合体形态的描绘分为两类显晶集合体和隐晶集合体。现分别描述如下:根据单体的晶体习性及集合方式,显晶集合体的形态一般

52、描述为：柱状、针状、板状、片状、鳞片状、叶片状和粒状等集合体形态。还常用纤维状集合体、放射状集合体和晶簇等特殊形态的集合体。此外,尚有束状、毛发状、和树枝状集合体。按照集合体的形成方式和外貌特性，隐晶集合体形态一般描述为：分泌体、结核、鲕状及豆状集合体、钟乳状集合体。此外尚有块状集合体、土状集合体、粉末状集合体、被膜状集合体等。分泌体和结核有何不同?答:分泌体和结核最大的区别在于它们的形成方式不同:分泌体是在球状或不规则状的岩石空洞中，由胶体或晶质物质自洞壁逐渐向中心层层沉积充填而成。结核是由隐晶质或胶凝物质环绕某一中心（如砂粒、生物碎片或气泡等)自内向外逐渐生长而成。8.鲕状集合体能否称为粒

53、状集合体?为什么?答:鲕状集合体不能称为粒状集合体。由于粒状集合体是显晶集合体形态的一种描述措施,构成粒状集合体的颗粒是单个矿物晶体。而鲕状集合体是隐晶集合体形态的一种描述措施,构成鲕状集合体的鲕粒并不是单个矿物颗粒，而是由许多胶体物质凝聚而成。因此,不能将鲕状集合体称为粒状集合体。第十四章习题1.简述矿物呈色的机理。具红色、蓝色的宝石级刚玉的呈色因素何在？ 答:矿物的颜色根据产生的因素可以分为自色、她色和假色。由于自色是矿物的晶体化学特性所决定的,是矿物的本色。此处只简介自色的形成机理。它是由矿物自身固有的化学成分和内部构造所决定的颜色，是由于构成矿物的原子或离子在可见光的激发下，发生电子跃

54、迁或转移所导致的。其成色机理重要有如下4种：）离子内部电子跃迁 这是含过渡型离子的矿物呈色的重要方式。过渡金属离子的d轨道发生能级分裂后，电子可在这些分裂后的轨道上发生跃迁而呈色。我们将能使矿物呈色的过渡性离子称为色素离子。2）离子间电荷转移 在外加能量的激发下，矿物晶体构造中变价元素的相邻离子之间可以发生电子跃迁使矿物呈色。3）能带间电子跃迁 电子在整个晶体周期构造处在不同的能带中,电子可在这些能带中发生跃迁而呈色。许多自然金属矿物和硫化物矿物的呈色，可以用能带理论进行解释。4)色心它是一种能选择性吸取可见光波的晶格缺陷。大部分碱金属和碱土金属化学物的呈色重要与色心有关。具有红色、蓝色的宝石

55、级刚玉的呈色机理可以用第1种成色机理来解释：刚玉的抱负成分为AlO3，纯净的刚玉为无色。如果+与部分过渡型离子发生类质同像替代之后，刚玉显示的是这些色素离子的颜色。含Cr呈红色，称为红宝石;含Ti而呈现蓝色，称为蓝宝石。2.闪锌矿有深色和浅色之分,同步其她光学性质相应地也各有所不同,请解释其因素所在。 答:这是由于闪锌矿化学成分不同而导致的差别。在自然界中，闪锌矿(ZnS）中的Z2比较容易被e2+替代，形成类质同像混晶。当替代限度较少时，Zn2+与S-以共价键连接。矿物显示出原子晶格晶体的光学性质,例如：较浅的颜色，同步条痕也很浅，矿物透明,并且是金刚光泽。当替代限度较大时,Fe2与S2-之间

56、的化学键作用显现，这两种元素间的化学键向金属键过渡，从而导致矿物显示出一定金属晶格晶体的光学性质，例如：颜色变深,条痕变深，半透明甚至不透明,半金属光泽等。3.试总结矿物的颜色、条痕、透明度和光泽之间的互相关系。 答：它们都是矿物的光学性质，互相之间有一定的联系。下面以矿物的光泽为代表,列表展示它们之间的关系：光泽颜色条痕透明度金属光泽金属色黑色或金属色不透明半金属光泽金属色深彩色不透明至半透明金刚光泽浅色、白色或无色浅色、白色或无色半透明至透明玻璃光泽无色、白色或浅色无色或白色透明4.举例阐明解理产生的因素。应如何全面描述矿物的解理?如何理解解理的异向性和对称性？ 答:解理的产生严格受其晶体

57、内部构造因素(晶格、化学键类型及其强度和分布)的控制，常沿面网间化学键力最弱的面网产生。下面按照晶格类型,将解理产生的因素分别描述如下：)在原子晶格中，各方向的化学键力均等,解理面面网密度最大的面网。 例如:金刚石晶体的解理沿产生。2）离子晶格,因静电作用,解理沿由异号离子构成的、且面网间距大的电性中和面网产生，例如：石盐的解理沿100产生;或者，解理面两层同号离子层相邻的面网,例如：萤石的解理沿111产生。3)多键型的分子晶格,解理面由分子键联结的面网，例如：石墨的解理沿001产生。4)金属晶格,由于失去了价电子的金属阳离子为弥漫于整个晶格内的自由电子所联系,晶体受力时很容易发生晶格滑移而不

58、致引起键的断裂。故金属晶格具强延展性而无解理。全面描述矿物的解理一般涉及两个方面的内容方向（组数)和级别。描述方向（组数）,可以用与解理面相相应的单形及形号直接描述,例如：石盐的解理可以描述为立方体1组数为3组，萤石的可以描述为八面体11,组数为4组。从解理的方向(组数)可以得到解理的夹角，例如:石盐的解理有组，解理面间夹角均为0。根据解理产生的难易限度及其完好性,解理的级别可以分为:极完全解理、完全解理、中档解理、不完全解理和极不完全解理。由解理产生的因素可知，解理面常沿面网间化学键力最弱的面网产生。晶体构造内部,作用力最弱的面网分布符合晶体的对称性和各向异性,从而导致理解理的异向性和对称性

59、。5指出下列解理的组数及夹角(注:用90, 6,90或0表达): 三斜晶系：100,10,01单斜晶系：01,010,10,11斜方晶系:001，010，10四方晶系:00,110，11,001等轴晶系:00,10,111三方、六方晶系:1,0001。答：此题考察同窗们对结晶学中各晶系单形的纯熟限度:三斜晶系：00一组解理, 010一组解理,01一组解理单斜晶系：00一组解理, 00一组解理, 100一组解理, 110两组解理，夹角不等于90斜方晶系:01一组解理, 010一组解理, 10一组解理四方晶系:10两组解理，夹角等于90,110两组解理,夹角等于9, 11四组解理，夹角均不等于90,001一组解理等轴晶系:10三组解理，夹角均=，11六组解理,夹角0， 11四组解理，在其中一种解理面上可以看到其她三组解理纹夹