结晶矿物学_.pdf

前言20 世纪 80 年代以来，我国高等地质院校及其他院校的石油地质(现改为资源勘探工程)、水文地质、工程地质(现改为工程勘探)等有关专业的 结晶学与矿物学 课程均选用由王永华教授主编的 矿物学 教材。该教材 1984 年由地质出版社出版，曾得到有关教学单位和使用者的好评，先后重印了多次，在教学中发挥了重要的作用。近年来，随着大学培养目标的改进，以淡化专业，加强基础成为未来教学目标，则要求教学改革和教材建设必须随之发展。编者在 结晶学与矿物学 教学实践中进行了多项改革，已取得明显效果，为重编 矿物学 教材奠定了良好的基础。本教材作为王永华教授主编的 矿物学 的重编版，除继承原教材中重视结晶学、矿物学三基(基本理论、基本知识、基本技能)要求的思想外，还体现了对当前教学目标的要求，即尽可能反映现代结晶学、矿物学发展趋势，使教材既适合不同专业课堂教学要求，又能为这些专业的应用研究提供参考。因此本教材具有以下主要特色:(1)考虑到有些专业，如矿物材料等应用专业的需要，本教材加强晶体合成部分的内容，介绍了目前人工合成晶体的原理和主要方法，各种方法在合成晶体中的优、缺点等。(2)考虑到应用专业的学生在学习矿物学时，对晶体结构的理解与掌握比较困难，本教材加强了对矿物晶体结构的介绍，并结合讨论其对矿物形态、物理性质的制约。还将计算机制作的大多数晶体结构图，以原子坐标给出。其中比较复杂的晶体结构以三视图(即左视、前视、俯视)的形式展现出，便于学生理解与掌握矿物的主要晶体化学特征。(3)考虑到目前各学校的教学要求高，学时又比较少的矛盾，本教材在矿物各论介绍中，突出了各大类矿物的化学组成、晶体化学、形态与物理性质及成因产状特征概括介绍，使学生容易学习与理解这大类矿物总的特征。对单个矿物种类的资料也较多给出，使教材具备教科书和资料书的综合特点，供各学校教学和学生学习时根据需要取舍。(4)考虑到目前许多教材中，单个矿物的形态与物理性质等分别描述，占教材篇幅较多，不利用学生学习，本教材将各族矿物的形态与物理性质以排比形式列表给出，既减少描述上的重复，又利于学生系统学习与掌握每个矿物族的矿物特征。(5)本教材加强了矿物成因产状与共生组合的介绍，将单个矿物与其他矿物形成环境条件结合起来，使学生在学习单个矿物的同时也理解掌握共生矿物的规律。(6)本教材突出矿物用途介绍分量，将每种矿物的主要用途、意义详细给出，使学生在学习矿物学知识的同时，了解与掌握主要矿物的用途及评价，利于学生应用矿物学知识解决实1际问题。(7)在矿物学的学习中，鉴定矿物(特别是肉眼鉴定矿物)是重要的学习任务，也是矿物学 教学中的一个难点。为了提高学生肉眼鉴定矿物的能力，除了对每族矿物鉴定特征对比给出外，本教材在国内首次提供了常见矿物的典型彩色照片，供学生认识掌握肉眼鉴别矿物的特征。(8)为了增强学生学习的效果，本教材在每一章后留有习题与参考题，帮助学生复习与理解课程内容与要求。(9)考虑到不同学校不同专业的教学要求，将晶体投影与晶体微观对称有关内容放在附录一或二中，供有关教学单位根据需要而取舍。为了充分尊重前人的劳动成果，本教材的图、表尽量注明资料出处。凡未作注明的图、表是编者们的成果或是已经公认的基础知识。本教材的编写工作进行了多年，在编写的过程中得到来自各方面的关怀与支持，特别是西北大学地质学系矿物教研室的前辈们。在这里，特别怀念编者的导师、原 矿物学 教材主编王永华教授，在编者读研究生期间及参加工作后对编者教诲与培养，他的为人师表使编者终身难忘。另外，编者的同事刘良教授、陈丹玲副教授与编者进行过教材的讨论，研究并审阅教材初稿及提出宝贵意见。西北大学地质学系已故的李立宏高级工程师，学生李宇星、康磊完成晶体结构的计算机坐标图。张成立教授、赖绍聪教授、华洪教授等对编者进行鼓励与支持。另外，西北大学地质学系提供了出版费用。特此表示衷心感谢。由于编者的水平有限，难免有不足之处，敬请指正。编者2009 年 10 月 1 日2目录绪论(1)一、矿物和矿物学概念(1)二、矿物学发展简史与现状(2)三、矿物学未来发展必定融合于人类的可持续性科学发展(3)四、习题与思考题(4)第一章晶体基本知识(5)一、晶体、非晶体与准晶体概念(5)二、晶体空间格子构造规律(6)三、晶体的基本性质(10)四、习题与思考题(12)第二章晶体生长规律(13)一、晶体的生长过程(13)二、晶核的形成(14)三、晶体的生长理论(14)四、影响晶体生长与最终形态的外部因素(17)五、人工合成晶体(19)六、习题与思考题(22)第三章晶体的对称(23)一、对称的概念(23)二、晶体对称的特点(23)三、晶体宏观对称操作与对称要素(24)四、对称要素组合定理(29)五、对称型(29)六、晶体对称分类体系(30)七、晶体的其他分类体系(32)八、习题与思考题(33)第四章晶体定向与结晶符号(34)1一、晶体定向(34)二、结晶学符号(37)三、习题与思考题(42)第五章晶体理想形态(43)一、单形(43)二、聚形(58)三、习题与思考题(61)附一晶体投影与 32 对称型及主要几何单形的投影*(63)一、晶体投影概念(63)二、极射赤平投影的原理与步骤(63)三、吴氏网(64)四、32 个对称型的极射赤平投影(65)五、主要几何单形的投影(66)六、晶体晶面投影举例(75)附二晶体微观对称特征与实际晶体*(76)一、空间格子中点的坐标、行列与面网的符号(76)二、晶体微观对称要素(77)三、等效点系(86)四、实际晶体(87)第六章矿物晶体化学基础知识(91)一、化学元素类型(91)二、原子半径与离子半径(92)三、球体紧密堆积原理(97)四、配位数与配位多面体(100)五、矿物键型与晶格类型(102)六、晶体结构类型与典型结构(105)七、类质同象(107)八、同质多象(110)九、多型(112)十、晶体结构中离子的有序、无序(113)十一、习题与思考题(115)第七章矿物化学成分与化学性质(116)一、地壳的化学元素组成(116)2二、矿物化学成分类型(117)三、胶体矿物(118)四、矿物中的“水”(119)五、矿物化学式(121)六、矿物化学性质(123)七、习题与思考题(125)第八章矿物形态(126)一、矿物的单体特征(126)二、矿物连生体形态(129)三、矿物集合体形态(135)四、习题与思考题(137)第九章矿物的物理性质(138)一、矿物的光学性质(138)二、矿物的力学性质(142)三、矿物的磁学性质(148)四、矿物的电学性质(149)五、矿物的放射性(149)六、习题与思考题(150)第十章矿物形成与变化(151)一、形成矿物的地质作用(151)二、矿物形成条件与形成标志(156)三、矿物的变化(159)四、习题与思考题(161)第十一章矿物鉴定分析与研究方法简介(162)一、矿物肉眼鉴定分析(162)二、仪器鉴定分析(162)三、习题与思考题(168)第十二章矿物的分类与命名(169)一、矿物分类的基础(169)二、矿物晶体化学分类体系(170)三、矿物的命名(171)四、矿物内容介绍(172)五、习题与思考题(173)3第十三章自然元素矿物大类(174)一、概述(174)二、自然金属元素矿物类(175)三、自然非金属元素矿物类(178)四、习题与思考题(182)第十四章硫化物及类似化合物矿物大类(183)一、概述(183)二、简单硫化物矿物类(185)三、对硫硫化物矿物类(197)四、硫盐矿物类(200)五、习题与思考题(202)第十五章氧化物与氢氧化物矿物大类(203)一、概述(203)二、简单氧化物矿物类(205)三、复杂氧化物矿物类(218)四、氢氧化物矿物类(227)五、习题与思考题(232)第十六章卤化物矿物大类(233)一、概述(233)二、氟化物矿物类(234)三、氯化物矿物类(237)四、习题与思考题(239)第十七章含氧盐矿物大类(一)(240)第一类碳酸盐矿物类(241)一、概述(241)二、方解石族矿物(243)三、文石族矿物(248)四、孔雀石族及其他族矿物(250)五、习题与思考题(253)第二类硫酸盐矿物类(255)一、概述(255)二、无水硫酸盐矿物(257)三、含水硫酸盐矿物(260)4四、习题与思考题(264)第三类磷酸盐矿物(265)一、概述(265)二、无水磷酸盐矿物(266)三、含水磷酸盐矿物(269)四、习题与思考题(272)第四类硼酸盐矿物(273)一、概述(273)二、无水硼酸盐矿物(275)三、含水硼酸盐矿物(277)四、习题与思考题(279)第五类钒酸盐、砷酸盐、硝酸盐矿物(280)一、钒酸盐矿物(280)二、砷酸盐矿物(282)三、硝酸盐矿物(286)四、习题与思考题(288)第六类钼酸盐、钨酸盐、铬酸盐矿物(289)一、钼酸盐矿物(289)二、钨酸盐矿物(292)三、铬酸盐矿物(295)四、习题与思考题(297)第十八章含氧盐矿物大类(二)硅酸盐矿物(298)概述(298)第一亚类岛状结构硅酸盐矿物(310)一、综述(310)二、锆石、橄榄石、蓝晶石、红柱石分述(310)三、石榴石族矿物分述(315)四、黄玉、硬绿泥石、榍石、符山石分述(318)五、十字石、绿帘石、褐帘石、异极矿分述(321)六、习题与思考题(323)第二亚类环状结构硅酸盐矿物(324)一、综述(324)二、绿柱石、电气石、堇青石分述(324)5三、习题与思考题(327)第三亚类链状结构硅酸盐矿物(328)一、综述(328)二、辉石族矿物(328)三、角闪石族矿物(337)四、习题与思考题(346)第四亚类层状结构硅酸盐矿物(348)一、综述(348)二、主要矿物特征(350)三、粘土矿物(358)四、习题与思考题(366)第五亚类架状结构硅酸盐矿物(367)一、综述(367)二、长石族矿物(368)三、似长石族矿物(375)四、沸石族矿物(379)五、习题与思考题(384)第十九章有机矿物大类(385)一、概述(385)二、有机酸盐矿物类(386)三、碳氢化合物和氧化的碳氢化合物类矿物(388)四、碳有机非晶质矿物类(389)五、习题与思考题(391)主要参考文献(392)6绪论一、矿物和矿物学概念(一)矿物的概念矿物是自然界最常见的一种物质，它与人们的生活、生产实践密不可分。早在古代，我国先民就从采矿的实践活动中认识了“矿”，但未形成与建立起矿物的科学概念。随着人类社会生产活动和科学技术的发展、进步，人们对矿物不断认识，并逐步建立了矿物的科学概念。矿物是自然界各种作用形成的天然的单质和化合物，它的形成作用包括地质作用、天体作用、生物作用等方面。矿物具有一定的化学组成和比较稳定的内部结构，并在一定物理化学条件下相对稳定，它构成了不同生成对象的组成单位。在自然界，由地质作用形成的矿物，一般称其为矿物，它是组成地球的岩石和矿石的基本单位;由天体作用形成的矿物，一般被称为月岩矿物或宇宙矿物或陨石矿物，为构成月球、天体、陨石的基本单位;由自然界生物作用形成的矿物，一般被称为生态矿物，为构成生物体骨骼的重要组成单位;而在实验室或工厂通过人工合成或制造出的与自然形成的矿物具有相同或相似的化学组成、结构及物理化学性质的物质，被称为人造或合成矿物。由自然作用形成的矿物多数情况下既有无机物，也有有机物，常呈固态，且大多数为晶体，在适宜条件下可自发长成规则的几何多面体形态;也有呈液态和气态。但也有学者认为呈气态和液态的物质不包括在矿物概念之内。自然界形成的任意一种矿物都不是一成不变的，当其所处的环境条件发生改变时，原矿物则会发生改变，并变成在新环境条件下另一种稳定的矿物。因此，矿物是在各种作用变化的过程中化学元素运动和稳定的一种形式而已。(二)矿物学的概念矿物学是研究矿物的一门科学。它也可作为地质学中的一个分支学科，是构成研究地质物质成分的学科之一。它研究的对象为矿物，即研究矿物的化学组成、矿物的晶体结构、矿物的形态与物理化学性质、矿物的成因与产状、矿物共生组合及矿物的用途等，还要研究矿