中国科学院大学，矿物晶体化学-作业

1.晶体、非晶质体、准晶体三者的区别

晶体：晶体的现代定义是内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列而形成格子构造的固体，相应地，内部质点在三维空间呈周期性平移重复排列的固体物质，便称为结晶质。习惯上，有时仍然将“晶体”这一名称专门用以指具有几何多面体外形的晶体，而将不具几何多面体外形的晶体称为“晶粒”或“晶块”。

非晶质体：非晶质体是与晶体相对立的概念，它也是一种固态物质，但内部质点在三维空间不成周期性平移重复排列。

准晶体：是质点的排列符合短程有序，有严格的位置序和自相似分形结构但不体现周期性平移重复，即不存在格子构造的一类晶体。

晶体和非晶质体的差异：在晶体中，一种质点周围的另一种质点的排列相同，此外，晶体中每个质点在整个图形中都各自呈现有规律的周期性平移重复，把周期重复的点用直线联接起来，可获得平行四边形网格。在非晶质体如玻璃体中，质点虽然可以是短程有序的，但不存在远程规律，与液体相似。

晶体由于内部质点都呈规律性排列而处于平衡位置，期内能最小，因而相对于同种物质的不同物态而言，它是最稳定的。正因为晶体是最稳定的，因而其分布极为广泛，除自然生成的矿物之外，许多食品、生活用品、化工制品都是晶体。相比之下，非晶质体在自然界和生活中较少存在，这与非晶质体的不稳定性是密切相关的。

晶体和非晶质体的相互关系：晶体和非晶质体是可以相互转化的。由非晶质体经调整其内部质点的排列方式而向晶体转变转变的作用，我们称之为脱玻化或晶化作用。相反的变化即晶体内部质点的规则排列遭受破坏而向非晶质体转化的作用，则成为玻璃化或非晶化。

参考文献：李胜荣，许虹，申俊峰，李国武. 结晶学与矿物学.北京：地质出版社.2008:3-4.

2、X射线如何测定晶体的晶胞参数a,b,c,d

用X 射线衍射方法测定晶体的晶胞参数是一种间接的方法，需要首先在衍射花样上求出某一晶面（h,k,l）反射线条的位置θ，利用Bragg 定律求出d，h，k，l，再根据晶面间距d与晶胞参数的关系，求出该晶体的晶胞参数值。根据矿物不同晶系，具体如下： 1 立方晶系

立方晶系晶胞参数计算：

2222面间距公式：d?a/(h?k?l)

布拉格方程：2dsin???

222可推知：sin?/N??/4a

d??/2sin? a?d/N

其中：N= h2?k2?l2

2 正方晶系

正方晶系晶胞参数计算：

222222

面间距公式：1/d=(h?k)/a+l/c

布拉格方程：2dsin???

2222可推知：sin?=A(h?k)+cl (1)

式中：A=?2/4a2 （2）

22C=?/4c （3）

A、C均为常数。

求出A、C便知晶胞参数a和c的值，进而可标定各个晶面指数。 3 六方晶系

六方晶系的晶胞参数a、c可以根据六方晶系的晶胞参数计算公式求出：

222222

1/d=4(h?k?hk)/3a+l/c

布拉格方程：2dsin???

2可推知：sin?= 3a2c2?2/16c2(h2?k2?hk)?3a2l2

4正交晶系

正交晶系晶胞参数计算：

面间距公式：1/d2=h2/a2?k2/b2?l2/c2 布拉格方程：2dsin???

22可推知：sin?=?/4（h2/a2?k2/b2?l2/c2）

5 三方晶系

三方晶系六方晶胞晶胞参数计算：

222222

h?k?hkal/cd面间距公式：1/=4()/3+

布拉格方程：2dsin???

2222222223ac?/16c(h?k?hk)?3al sin?可推知=

6 单斜晶系

可用下式求出其晶胞参数a、b、c和?：

d(2hkl)h2a2sin2?k2/b2l2/c2sin2?2hlcos?/acsin2?1/=/++－ （6） 应用此式，除（1） 选一个（2） 选一个（3） 选一个（4） 选一个

b?kd(0k0)d(0k0)d(00l)d(h00)d(hkl)可直接求出外，其余的几个常数都必须分几步来求。

，求出

b?kd(0k0)；

； ；

，求出

csin??ld(00l)，求出

asin??hd(h00)，将步骤（1）、（2）和（3）的结果代入（6）式即可求出cos?，

从而求出?值；

（5） 将?值再代回步骤（2）和（3），分别求出a和c的值。

3、尖晶石和反尖晶石结构

正尖晶石：在尖晶石AB2O4型结构中，如果A离子占据四面体空隙，B离子占据八面体空隙，则称为正尖晶石。(A)[B2]O4。

反尖晶石：在尖晶石AB2O4型结构中，如果半数的B离子占据四面体空隙，A离子和另外半数的B离子占据八面体空隙，则称为反尖晶石。(B)[AB]O4。 尖晶石型（AB2O4）结构

尖晶石的晶格为面心立方.单位晶胞中有32个密堆积的0离子,64个四面体空隙和32个八面体空隙被金属离子占据。若尖晶石由两种金属离子以1:2与氧配位形成,则其结构通式为AB2O4(AB)。若其中的A、B离子被半径相近的其他金属离子所取代,则可形成混合尖晶石。对于AB2O4型,按尖晶石中A、B离子所处的不同配位环境可以分为三类,即正尖晶石、反尖晶石及处于正、反两类尖晶石之间的某种中间体。 结构特点：

尖晶石的一个晶胞可分成8个小立方体，共面的小立方体是不同类型的，（即质点排列

2+3+

2+

3+

2一

情况不一样），而共棱的小立方体是相同类型（质点排列情况一样），换句话说尖晶石的晶胞是由8个小块拼合而成，分两种情况，A块，B块，A块主要显示Mg2+占据四面体空隙，B块主要显示Al3+占据八面体空隙。

A块离子排列情况：

4个O2-位于顶角和面心处，即O2-作面心立方堆积，3/2个Al3+位于6条边中心，即处于O2-堆积体的八面体空隙中，2个Mg2+在一条对角线方向，与三个面心处和一个顶角的O2-相连，即处于O2-堆积体的四面体空隙中。

B块离子堆积情况：

4个O2-位于面心和顶角处与A块一样，5/2个Al3+位于体心和六条边中心，在O2-八面体空隙中B块中没有Mg2+。

在一个尖晶石晶胞中，共有32个O2-，16个Al3+，8个Mg2+，含有8个分子MA。 32个O2-作立方密堆时，可形成64个四面体空隙，32个八面体空隙，8个Mg2+填充1/8四面体空隙,，6个Al3+填充1/2八面体空隙，结构中存在较多空位。

反尖晶石结构：如果16个Al3+中有8个Al3+占据8个四面体空隙，另8个Al3+与8个Mg2+

占据16个八面体空隙，形成的结构称反尖晶石结构，通式B(AB)O4。

4、尖晶石中Fe2+在常温下的氧化

尖晶石如:MgAI2O4、ZnAl2O4、CoAI2O4、NiAl2O4、MgLa2O4、MgCr2O4、FeCr2O4等具有很高的热稳定性。其中,不含易被氧化或还原的阳离子的尖晶石在各种气氛中被加热时都十分稳定。但是,含有容易被氧化或还原的阳离子的尖晶石在各种氧化性或还原性气氛中加热时都不稳定。如MgFe2O4在氢气中于950℃加热时,完全被还原成金属铁和氧化镁的混合物。

5、岩浆成因的碳酸盐

1921年W.C.布劳格首次提出岩浆成因的碳酸岩概念。至今在全球各处发现岩浆成因的碳酸岩达上百处，并多做过较详细的研究工作。无论是从已发现的岩浆成因碳酸岩的矿物成分还是从岩石结构来看，都应与沉积的碳酸盐岩一样既叮以产生岩溶作用，也可以发育岩溶形态。但长期以来，由于受传统观念的束缚和学科知识面的限制，岩溶学者和岩溶矿床论者几乎将岩浆成因的碳酸岩摒弃于研究范围之外。似乎岩浆成因的宕类就不可能发育岩溶；凡

与岩浆岩、甚至与岩浆水有关的矿床，都不应划人岩溶矿床的研究范畴。 (一)岩浆成因碳酸岩岩性

碳酸岩系指时空上与超基性一碱性岩密切相伴，岩石中方解石、白云石及其它碳酸盐类矿物含量在50%以上(就目前所知，有的甚至高达80-99%)的杂岩体。为与沉积的碳酸盐岩相区别，而命名为碳酸岩(V.布劳格1921)。

碳酸岩在形成时序上(早期→晚期)，其岩性特征变化具如下的明显规律，即产状从岩株→岩墙→岩脉→细脉网脉；主要造岩矿物成分由方解石→白云石→铁白云石、菱镁矿→方解石；造岩元素按Ca→Ca+Mg→Ca+Mg+Fe→Mg十Fe→Pe→Ca递变；岩石结构由粗粒(甚至巨晶→中粒→细粒；岩体中碳酸盐和硅酸盐比例逐渐变小。

典型的碳酸岩杂岩体是呈中心型环带状构造侵人。即超基性一碱性一碳酸岩杂岩体在形成过程中，通常依次向同心环带状构造中心交替移动，碳酸岩岩株一般充填在构造中心(直径为数百米至数千米)，但也有个别出现在同心环带状构造的边缘。同一杂岩体中碳酸岩的环状岩墙(长1至2km，厚10m余)，在时序上晚于岩株，而放射状的碳酸岩墙又晚于环状岩墙，且切过杂岩体(图2)。少数碳酸岩可呈非中心型环带状的岩墙、岩脉或网脉状单独出现(脉宽数厘米至数米)。也有以火山喷发岩的形式产生，但多作为海相沉积岩研究。

当碳酸岩杂岩体侵人到花岗岩、片麻岩或片岩中时，接触带附近的岩石发生复杂的变化:围岩明显地带出SiO2，带人Na和K或二者之一，进而出现长觅化，生成非常特殊的相似于碱性花岗岩或正长岩成分的觅长岩。长霓化晕沿接触带分布宽数百米，甚至10km。而超基性岩也由于加人Na、K、Ca，辉石岩发生霞石化，变成霞石一透辉石、霞石、铁质金云母、磁铁矿和橱石的集合体。 (二)碳酸岩的成因

有关碳酸岩的成因问题目前仍有较大的争论，曾有沉积碳酸盐岩捕虏体说、沉积碳酸盐岩深熔说、岩浆分异说及热液交代说等等。随着碳酸岩研究的深人进行，岩浆分异说和热液交代说，各执其词针锋相对。

由于碳酸岩的形成过程需经历一个很长时期，在垂向上将存在一个从高温高压过渡到常温常压的大幅度变化。可能研究过深切割面的人，从中发现了岩浆分异成因的特征;而研究浅剥蚀的另一些人，从中则见到了热液交代成因的特征。然而大多数研究者认为，无论是岩浆分异成因或热液交代成因，甚至是二者棍合成因，碳酸岩显然是由岩浆分异或转化而来的。

参考文献：

1. 白鸽，袁忠信.碳酸岩地质及其矿产.《中国地质科学院矿床地质研究所所刊》. 1985,第1号,地质出版社.

2. 刘铁庚.矿物岩石.岩浆碳酸岩与沉积碳酸盐岩造岩元素的鉴别特征.矿物岩石.1988，8（2）：50-59.

3. 陈云程,韦复才.岩浆成因的碳酸岩型矿床及其岩溶富化.中国岩溶.1989,5:55-60.

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/bq4.html