晶体的基本形态有哪些

如题所述

第1个回答  2024-04-07

一、单形和聚形的概念

1.单形的概念

晶体的单形是指由对称要素联系起来的一组晶面的总和,也就是藉对称型中全部对称要素的作用可以相互重复的一组晶面。从几何形态上看,共有47种单形,分布于七大晶系中,并按它们的形状和对称情况分别给予不同名称,如立方体、八面体、四方柱、四方双锥和菱面体等。因此,同一单形的所有晶面彼此都是等同的。所谓等同,是指它们具有相同的性质以及在理想的情况下晶面彼此同形等大。如立方体其6个正方形晶面同形等大,通过其对称型中对称要素的作用可以相互重复。

2.聚形的概念

两个以上单形的聚合称为聚形。有多少种单形相聚,其聚形上就会出现多少种不同的晶面,它们的性质各异;对于理想形态而言,同一单形的晶面同形等大。

单形的相聚不是任意的,必须是属于同一对称型的单形才能相聚。因此,聚形中的每一个单形对称程度当然都与该聚形的对称型一致。

判别一个聚形由何种单形组成,可依据对称型、单形晶面的数目和相对位置、晶面符号等进行综合分析确定。

二、各晶系常见的单形和聚形

决定晶体形态的重要因素之一是晶体的对称,因此对称特点不同的各晶系晶体形态也各有千秋。

(1)等轴晶系的晶体形态一般成3个方向(轴)都等长的粒状,因a,b,c等长而3个方向的对称要素也一样,故可以互换,可用a1,a2,a3表示。图1-3-1是等轴晶系常见的几种晶体形态。如果晶体上各晶面的形状大小都一样就叫做单形,并规定了单形的名称。如图中a立方体,b八面体,c菱形十二面体。如果晶体上晶面的形状大小有不同就叫做聚形,聚形是由单形组成的。如图1-3-1中的d,e,f。图1-3-1中晶形的代表矿物分别是:a萤石或黄铁矿,b金刚石或尖晶石,c金刚石或石榴子石,d萤石或方铅矿,e石榴子石,f黄铁矿等。

(2)四方晶系的晶体形态常呈四方柱状、四方锥状或四方板状,因有一个四次轴,该四次轴就定为晶体的c轴。见图1-3-2,其中a和b皆为单形,分别称四方柱和四方双锥;c是聚形,由四方柱和四方双锥组成。四方晶系中的代表矿物有方柱石a,锐钛矿b及锆石c等。

(3)三方晶系的晶体形态常呈三方形或六方形的柱状,该晶系晶体一定有一个三次轴,它就是晶体的c轴。图1-3-3中a,b皆为单形,分别称菱面体和三方柱,其余皆为聚形。它们分别为石英c、电气石d、刚玉e和方解石a、f。

(4)六方晶系的晶体常呈六方形的柱状、锥状或板状。该晶系一定有一个六次轴,即晶体的c轴。图1-3-4中a和b皆为单形,分别为六方柱和六方双锥,c和d都是聚形,由六方柱和六方双锥组成。六方晶系常见的宝石矿物有绿柱石(祖母绿,海蓝宝石)、磷灰石等,如c和d。

图1-3-1 等轴晶系的一些晶体形态

图1-3-2 四方晶系的一些晶体形态

(5)斜方晶系的晶体常呈扁的板状、柱状或锥状,其晶体往往有几个二次轴,哪一个是c轴呢?对不同矿物晶体大家都有一个习惯的选择方法。图1-3-5中a、b皆为单形,分别是斜方柱和斜方双锥;c、d为聚形,都是由斜方柱和斜方双锥组成。斜方晶系的宝石矿物很多,如红柱石a、橄榄石 c、黄玉 d,其他还有金绿宝石,顽火辉石、黝帘石等。

(6)单斜晶系的晶体常呈一种近似六方形或四方形的长柱状或短柱状,有的为板状。有一个二次轴和/或一个对称面。该二次轴和/或对称面的法线作为b轴,c轴常平行于晶体延长方向。单斜晶系不存在单形晶体,皆为聚形,如图1-3-6中a为三对平行双面,b为两个斜方柱,c、d亦为聚形,它们可分别代表宝石矿物正长石及辉石的晶体。

(7)三斜晶系的晶体表现为柱状、板状及其他各种形态,它们只有一次轴而且方向不定,因此其c轴、a轴及b轴皆选一个平行晶棱的方向。三斜晶系中也不存在单形的晶体,它们都为单面或双面组成的聚形。属三斜晶系的宝石矿物不多。图1-3-7 中a代表斜长石晶体,只有一次轴;b代表斧石晶体,只有对称心。

三、晶面、晶棱和单形符号

图1-3-3 三方晶系的一些晶体形态

图1-3-4 六方晶系一些晶体形态

图1-3-5 斜方晶系的一些晶体形态

图1-3-6 单斜晶系的一些晶体形态

(1)晶面符号:晶体定向首先选出3个坐标轴X、Y、Z,即上面所讲的晶轴。晶面在空间的相对位置即可根据它与晶轴的关系予以确定。这种相对位置可以用一定的符号来表征。表征晶面空间方位的符号,称为晶面符号。

晶面符号有多种方式,通常所用的为英国人米勒尔于1839年所创,故称米氏符号。米氏符号用晶面在3个晶轴上截距系数的倒数比来表示。假设有一个晶面在X、Y、Z轴上的截距分别为2a0、3b0、6c0,2、3、6称为截距系数,如图1-3-8,其倒数比为1/2:1/3:1/6=3:2:1,去掉比例符号,以小括号括之,写为(321),即为该晶面的米氏符号。小括号内的数字称为晶面指数。晶面指数是按X、Y、Z轴顺序排列,一般式写作( hkl);对于三方、六方晶系四轴定向的晶体,晶面指数按XYUZ轴顺序排列,一般式写作( hkil)。若晶面平行于某晶轴,则该晶面在该晶轴上的截距系数为∞,截距系数的倒数应为0。若晶面相交于晶轴的负端,则在相应的指数上加负号。

图1-3-7 三斜晶系的晶体形态

图1-3-8 晶面符号图解

(2)晶棱符号:是表示晶棱(直线)方向的符号,它不涉及晶棱的具体位置,即所有平行的晶棱具有同一个晶棱符号。确定晶棱符号的方法如下:

将晶棱平移,使之通过晶轴原点,然后在其上任取一点,求出此点在3个晶轴上的坐标(x、y、z)并以轴长来度量,即求出晶棱符号x/a:y/b:z/c=r:s:t.去掉比例符号,以中括号括之,写为[rst],即为该晶棱的晶棱符号

(3)单形符号:是指在一个单形中选择一个代表面,把该晶面的晶面指数用大括号{}括起来,用以表示组成该单形一组晶面的结晶学取向的符号。因单形是由对称要素联系起来的一组晶面,晶轴是在服从晶体固有对称性的前提下,依对称要素选择的。因此,同一单形的各晶面与晶轴的相对位置是相同的。如八面体(等轴晶系)的每一个晶面都截3个晶轴等长。因此,同一单形各晶面指数的绝对值不变,只有正负号的区别。可以选择一个代表晶面,定出单形符号。如立方体的单形符号为{100},八面体的单形符号为{111}。习惯上,选择代表晶面定单形符号时,一般选择正指数最多的晶面,同时还遵循先前(即X轴上的指数最大)、次右(即Y轴上的指数次大)、后上(即Z轴上的指数最小)的原则。

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