结晶学与矿物学pdf

❶ 珠宝专业的结晶学与矿物学

学习晶体及其基本性质、晶体的宏观对称、晶体的规则连生、晶体化学；晶体光学基础；矿物的化学组成、矿物的形态、矿物的物理性质、矿物的成因；主要矿物的鉴定特征和方法。 宝石鉴定：主要学习宝石鉴定目的、方法和鉴定步骤；宝石仪器工作原理、结构、用途、操作步骤及优缺点；常见单晶宝石的鉴定；常见多晶宝石鉴定；稀有宝石鉴定；有机宝石鉴定。
钻石分级：主要学习钻石品质评价的发展历史 ，4C 评价的原则 , 钻石分级的标准 , 具体进行钻石品质分级的技术方法、技术要点和应予注意的问题；介绍了钻石分级证书的内容和格式，钻石估价及证书，钻石仿制品的鉴别等。

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❹ 学科交叉点上的结晶学与矿物学

如前所述，结晶学是研究晶体的一门学科，而晶体的分布极其广泛，种类相当繁杂，分别以某类晶体为其研究对象的二级学科也为数甚多。但不同学科所涉及之晶体的特点可以存在很大差异。例如金属单质的晶体，成分特别简单，其内部结构中的基本花样一般仅由一个或两个原子组成，晶体的对称性则很高。而在诸如蛋白质等的高分子化合物晶体中，仅其单个分子内就包含有为数高达10³～10⁵的结构单元，成分以C、H、O、N等为主，而其晶体结构就更复杂了。因此，覆盖了众多二级学科的结晶学主要着眼于探究普遍适用于各类晶体的共同规律性问题，而与之交叉的各相关学科则以研究本类别晶体的各项性质及其规律为主，但这两方面都是既相互依存又相辅相成的。

本书是《矿物学导论》的姊妹篇，而矿物学又是结晶学的发祥地，因此，以下将从学科交叉的视角简述当今结晶学与矿物学间的关系。

矿物学(mineralogy)是以矿物为研究对象而属于地球科学的一门学科。根据国际矿物学协会的共识，矿物(mineral)的现代定义是指:由广义的地质作用所形成，并具有特定的化学成分，通常为结晶质的均匀固体，且大多由无机作用所产生。由此可知，绝大多数矿物都是无机晶体，而且必须是由广义的地质作用所形成的天然晶体。

显然，无论是学习矿物学或是研究矿物，结晶学知识永远都是不可或缺的重要基础，更是促进矿物学持续发展的一个主要因素。另一方面，矿物学对于结晶学所起的作用，在现代仍有着很重要的意义，主要原因在于矿物晶体有着许多与其他晶体很不相同的特色。

首先，矿物的空间分布可谓是广阔无垠。在地球中，从地面向下延伸到将近2900km、占地球总体积约83.5%的地壳和地幔，几乎全是矿物的天下;而在天上，除了陨落到地球上的陨石外，从月球和火星上采集到的岩土样品，表明它们也都由矿物所组成，而且形成它们的作用也与地球上的地质作用十分相似而被统称为广义的地质作用。

其次，矿物的地质年龄可以相差非常悬殊。目前已知地壳上最古老的矿物是产于澳大利亚Jack山一处沉积砂中的锆石晶体，其同位素年龄为距今44亿年;而有的矿物只不过是眼前直接可见之地质作用(例如火山喷发、钟乳石结晶等)的新鲜产物。同时，一个矿物晶体生长过程的长短亦可相去甚远。一般说来，晶体粒径越大，生长过程便越长。迄今世界上已知有确切数据的最大单晶体，是产于美国科罗拉多州Fremont县DevilsHole伟晶岩中的一个微斜长石矿物晶体，其大小为49.38m×35.97m×13.72m，估算重约6.4×10⁴t。显然，其生长过程的时间跨度必须以地质年代的尺度去衡量。例如我国学者曾对湖北神农架三宝洞中的方解石石笋进行过同位素测年，查明了一根70cm多高的石笋，其生长期为9.4万年，亦即平均每年长高0.0075mm。当然，并不能将此结论直接类推而用于其他场合，因为不同的成因条件会明显影响晶体的生长速度。但通过此例，当可对于地质学的年代观有一初步的了解。

基于矿物在其时空分布上的连贯性和普遍性，因此不难想象，矿物形成的环境及其物理化学条件以及成因类型等，也都应是多种多样、包罗万象的，且它们绝大多数是人为无法重现或模拟的。虽然矿物基本上都存在于地下直至极深处，且迄今人类直接触及地下的最深记录仅有12262m，但有利的是矿物是有“记忆力”的，它犹如飞机的黑匣子，能自动记录下它所经历事件的种种相关信息(蕴含在矿物之化学组成、内部结构、晶形诸方面所发生的相应细微变化上);同时，地下的矿物还可因地质作用而被抬升到地表来，一旦破译它们所蕴藏的丰富信息，这无论对于矿物学自身和其他地质学科，以及对于结晶学乃至其他相关学科，其意义都是非常重大的。下一节的内容可作为这方面的两个实例。

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❻ 李胜荣《结晶学与矿物学》蒙骗大学生的五种手段

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❽ 实验八 矿物物理性质

一、预备知识

1.矿物的物理性质及其本质；

2.描述矿物物理性质的内容及其相关术语；

3.影响矿物物理性质的因素。

二、目的与要求

1.学会正确观察、准确描述常见矿物的物理性质；

2.正确快速地识别矿物的各项物理性质，掌握它们的现象特征、分类和分级标准，并能熟练地运用这些性质（尤其是突出的性质）来鉴定矿物；

3.了解矿物物理性质之间的相互关系，掌握影响矿物物理性质的因素。

三、矿物的光学性质

1.颜色

按颜色的成因分类，用与标准色谱或实物比较的方法来描述。

（1）自色，矿物固有的颜色。如孔雀石的绿色；蓝铜矿的蓝色；辰砂的红色；自然铜的铜红色；磁铁矿的铁黑色；雄黄的橙色或柠檬黄色；辉铜矿、方铅矿的铅灰色；毒砂的锡白色；黄铜矿的铜黄色；赤铁矿的樱红色；蔷薇辉石的玫瑰红色；褐铁矿的褐色；菱镁矿的灰白色等。

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（2）他色，矿物因含有其他杂质而引起的颜色。如微斜长石的肉红色；紫水晶的紫色；蔷薇水晶的蔷薇色；水晶的黄色、绿色；方解石的绿色、棕色、黑色、黄色；萤石的紫色、绿色、黄色。

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（3）假色，不属于矿物固有的颜色，而是由其他物理、化学因素所引起的颜色。

1）晕色，透明矿物表面常呈现出一种彩虹般的色带。主要是由于矿物内部的解理面或裂隙面对光的连续反射，引起光的干涉而产生。如石英——断口或裂隙；云母——解理面上；萤石——解理面或裂隙；透明方解石——解理面或裂隙。

2）锖色，矿物表面氧化膜的颜色。如斑铜矿、黄铁矿、黄铜矿等。

3）变彩，某些透明矿物在转动或沿不同角度观察时，可呈现不同颜色的变化。如蛋白石、拉长石。

结晶学与矿物学实验指导书

注意：

●描述矿物颜色时，先要确定其主要的色彩，再写明是否为金属色。如主要为灰色，但色调较暗且具金属色者，就记录为暗铅灰色；若主要为红色，带棕色调较深，就可记录为深棕红色。

●不同成因，甚至同种成因条件下的同种矿物颜色都可能不同或有差异。

2.条痕色

矿物在未上釉的素瓷板上留下的粉末的颜色。

（1）条痕色与矿物颜色一致的矿物：磁铁矿——黑色；赤铁矿——樱红色；辰砂——猩红色；孔雀石——绿色；石墨——黑色。

（2）条痕色与矿物颜色不一致的矿物：黄铁矿——绿黑色；黄铜矿——墨绿色。

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（3）条痕色随杂质成分含量变化而改变的矿物：闪锌矿随着含铁量的增高，条痕色由浅变深，为浅黄—棕色—棕黑色。

注意：

●测试矿物条痕色时，应选用尽可能新鲜纯净的矿物来测试其条痕色，条痕板应为洁白、平整、坚硬的瓷板；动手刻划时，用力应轻而均匀，切忌过重、过猛，否则将得到的是矿物碎块的颜色，而不是粉末颜色；若矿物硬度较大，可将矿物压碎成粉末再观察。若为富延展性矿物，在条痕板上划不到粉末，实际上它们的条痕色往往与颜色一致。而弹性片状矿物更不易得到粉末，则用小刀刻划，既可得到条痕，又能测试硬度。

●自色、他色和假色是根据呈色机制不同而划分的。一般情况下，肉眼是不易正确判定的，但矿物条痕色有时可以帮助判断：凡颜色和条痕色的色调都较深，而且两者变化不大者，多为自色；假色在成块的标本上才可见到，而在条痕上是不能看到的。

●条痕色与矿物透明度的关系：

透明度高的矿物：其微粒几乎不吸收光线，因此，其条痕色是白色或呈很浅的颜色。即使这些矿物因含有少量色素离子或机械杂质，其大颗粒颜色很深，甚至为黑色，其条痕色仍然可以是白色。如普通辉石和普通角闪石，其颜色为黑色，但条痕却可以是白色。

半透明矿物：其微粒对透过光表现出明显的吸收，因此，其条痕呈各种彩色，如辰砂、孔雀石等。

不透明矿物：其微粒也透不过可见光，因此，当其表面反射消失后，呈现黑色条痕。如黄铁矿、黄铜矿、方铅矿等许多具金属色的硫化物皆具黑色条痕。自然金属具很强的延展性，在素瓷上划出的条痕不是粉末而是覆盖在素瓷板上的薄片。采用适当的方法，如在白纸上擦或用手擦，其条痕仍然是黑的。

●矿物中的少量杂质、矿物颗粒的大小以及矿物表面的情况对矿物的颜色影响较大，但对矿物条痕色影响较小。如赤铁矿的标本颜色可呈钢灰、铁黑、樱红色等，但其条痕色始终呈樱红色。这是因为观察条痕的条件比较固定——看新鲜粉末的颜色。

由于条痕色比颜色更稳定，在鉴定半透明矿物和区别各种暗色矿物时，条痕色是重要的鉴定特征之一，但它对于浅色透明矿物则毫无意义。

3.光泽

矿物表面的总光量。根据矿物的反射率不同，矿物光泽可分为：

（1）金属光泽，反射率最强。矿物具金属色（如铜黄、铅灰、铁黑等）、不透明、条痕色呈黑色或金属色，为金属矿物所具有，如方铅矿、铬铁矿、辉钼矿、黄铜矿、辉锑矿等。

（2）半金属光泽，呈弱金属般的光亮。矿物具金属色、半透明（但透明度很低）、条痕呈深彩色，如赤铁矿、黑钨矿、磁铁矿等。

（3）非金属光泽，反光不像金属，反光弱。常见有以下几种：

●金刚光泽，呈钻石般的光亮。条痕彩色至无色，矿物半透明至透明。如金刚石、辰砂、金红石、锆石、雄黄、雌黄等。

●玻璃光泽，如同玻璃般的光亮，矿物透明，条痕为白色，如石英、方解石、微斜长石等绝大多数造岩矿物。

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注意：在实际工作中，大多数矿物都可以用条痕色确定光泽的等级，但也有少数矿物的光泽（反射率）与条痕色的关系与上述情况不一致。如石墨的条痕色呈黑色，赤铁矿呈棕色，磁铁矿呈黑色，斑铜矿呈黑色等。

此外，矿物表面的光滑程度和集合方式的不同，会使光泽发生变化，呈现变异光泽。如果矿物表面不平整或因集合方式的影响，使光产生多次的折射和散射，形成一些特殊的光泽，它们可与一些实物的光泽类比。如：

●珍珠光泽，矿物呈现如同珍珠表面或蚌壳内壁那种柔和的光泽，具有极完全解理矿物的解理面上往往显示珍珠光泽，如云母、滑石极完全解理面上的光泽。

●油脂光泽，像沾有液态油脂的透明矿物体表面的光泽，常见于矿物断口上。如烟水晶的贝壳状断口。

●树脂光泽、松脂光泽，黄色或黄褐色矿物断口上的光泽，如雄黄、锡石的断口。

●沥青光泽，黑色矿物断口上的光泽，如沥青铀矿。

●丝绢光泽，透明矿物呈纤维状集合体时，表面具丝绢状光亮，如石棉、纤维石膏。

●蜡状光泽，像石蜡表面的光泽，如蛇纹石、石髓等。

●土状光泽，呈粉末状或土状集合体的矿物，表面光泽暗淡如土，如高岭石、软锰矿、褐铁矿等。

注意：矿物光泽的等级是根据矿物单晶体表面的折射率确定的；但变异光泽却因矿物产出时的状态，如集合方式、解理面或断口面的不同而异。

4.透明度

透明度是矿物允许光线透过的程度。物理学中用吸收系数来说明物体的透明度。在肉眼鉴定中，常以观察矿物碎块边缘，隔之可清晰见到对面物的则为透明；模糊的为半透明；看不见的为不透明。但由于矿物中的裂隙、气泡、包裹体以及厚度对透明度影响很大，所以，用条痕色划分比较可靠。

●透明矿物，条痕为白色或略呈色，如冰洲石、水晶。

●半透明矿物，条痕呈彩色的矿物，如辰砂、闪锌矿。

●不透明矿物，条痕呈黑色或金属色，如磁铁矿。

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注意：影响矿物透明度的因素除了矿物的内含物外，还有矿物表面的光滑程度、表面杂质及其氧化膜的种类或薄厚等。

5.发光性

矿物受到外界能量的作用，能发出可见光的性质。激发使用的能源多种多样，如紫外线、X射线、阴极射线、加热、打击、摩擦以及可见光照射等。

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矿物的发光性几乎总是和晶格中存在微量杂质有关，因杂质而产生的晶格缺陷成为能发射可见光的中心。但晶体中杂质含量如果过多，晶体发出的光会被相邻缺陷吸收，反而不再具有发光性，例如，含微量锰的硅锌矿、方解石等具发光性，但含大量锰时反而不发光。

有少数矿物的发光性比较稳定，如在紫外光照射下白钨矿发天蓝色荧光、磷铈镧矿（独居石）发绿色荧光、钙铀云母发黄绿色荧光等。发光性是这些矿物的重要鉴定特征，但多数矿物的发光性不稳定，产地不同的同一种矿物往往不一定都发光或发光能力不同。

四、矿物的力学性质及其他物理性质

1.解理和裂开

（1）极完全与完全解理：云母｛0001｝、方解石｛1011｝、萤石｛111｝、黄玉｛001｝、黑钨矿｛010｝、方铅矿｛100｝。

（2）中等解理：普通辉石｛110｝、普通角闪石｛110｝、微斜长石｛001｝和｛010｝、重晶石｛210｝、透石膏｛011｝。

（3）不完全解理：绿柱石｛0001｝、磷灰石｛0001｝。

另外，还有极不完全解理，即解理极不发育，则矿物容易产生断口。

注意：解理直接决定于晶体结构，是晶体最稳定的性质之一。有某方向解理的晶体，在其任何单体上都可以产生该方向的解理，在晶体上任何部分都同样可以产生。因此，解理是鉴定矿物的最重要的特征之一，同时可以根据已知解理确定晶体的某些结晶方向。

裂开和解理类似，但其产生的原因不同，表现也不完全一样。一个晶体因存在聚片双晶或定向包裹体等原因而产生裂开，例如，有些磁铁矿具有八面体裂开，将其磨成光片在显微镜下检查，可以清楚地看到沿八面体晶面的方向分布有钛铁矿晶片。裂开就是沿这些杂质分布面发生的。因此，某种晶体的某些个体有裂开，其他个体不一定就有。另外，在有裂开的晶体中，裂开面也只产生于双晶接合面或包裹体分布面等部位，并不是处处都能产生同样方向的裂开。裂开不直接取决于晶体结构，但有时杂质的分布与晶体结构有关。

2.断口

对一些无解理、裂开的矿物，在外力作用下产生的破裂称为断口。常见的形态有：贝壳状（断口呈圆滑波状曲面，如石英）；次贝壳状（如燧石）；不平坦状（断口呈错综细片状，如电气石）；锯齿状（断口尖锐好像锯齿，如自然铜）；参差状（断口参差不齐，如纤维石膏）；土状（断口呈细粉末状，如高岭土）等。

3.硬度

通常采用刻划硬度。通过与摩氏硬度计的十种标准矿物对比来确定矿物的硬度，摩氏硬度计为：滑石（1)－石膏（2)－方解石（3)－萤石（4)－磷灰石（5)－正长石（6)－石英（7)－黄玉（8)－刚玉（9)－金刚石（10）。

通常也可用其他工具测定矿物的硬度，如指甲（2～2.5）、铜钥匙（3.0）、小钢刀（5～5.5）、窗玻璃（6）。

4.弹性和挠性

前者如白云母、黑云母；后者如绿泥石、蛭石。

5.脆性和延展性

矿物受打击后易碎，被刻划时易出现粉末，刻痕无光滑感。绝大多数矿物属离子键化合物，脆性较大；但大部分自然金属矿物具强延展性，有些矿物也能表现出微弱的延展性，例如致密块状或细粒状的辉铜矿、方铅矿即具有微弱的延展性，其块体在磨损后，易产生较光滑的平面和较圆滑的棱角。用钢针刻划（特别是在显微镜下观察）有点像在蜡或肥皂上刻划，刻痕光亮。但这些矿物仍以脆性为主。

6.密度

主要用于鉴定密度较大或较小的矿物。肉眼鉴定时，只用手估的方法，将矿物的密度分为三级（数据单位为g/cm³）：

●大密度级矿物（>4.0）：方铅矿（7.4～7.8），锡石（6.8～7.0），黑钨矿（6.7～7.5），白钨矿（5.8～6.2），黄铁石（5.0），重晶石（4.3～4.7）。

●中等密度级矿物（2.5～4.0）：闪锌矿（3.5～4.0），石英（2.65）。

●小密度级矿物（<2.5）：石膏（2.30～2.37），琥珀（1.10～1.1）。

注意：在肉眼鉴定中，一般只用手掂来估计矿物的密度等级。但所试标本的大小、矿物的纯度等都会影响鉴定结果，所以要注意分析和积累经验。

7.磁性

用永久磁铁来测试矿物的磁性。大颗粒亦能被吸起的强磁性矿物，如磁铁矿、磁黄铁矿；中粒的颗粒能被吸起的矿物为中等磁性矿物，如钛铁矿、黑钨矿；强大电磁场亦不能吸引的矿物为无磁性矿物，如石英、方解石等。

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磁性是鉴定矿物的特征之一，特别在鉴定少数具强磁性矿物时更为重要。

8.其他物理性质

矿物的放射性、导电性、压电性和焦电性等，在矿物鉴定、找矿以及应用上也常有重要的意义。

五、思考题

1.矿物的颜色、光泽、透明度、条痕色等彼此之间的关系如何？

2.如何区分矿物单晶体和矿物集合体？

六、作业

1.鉴定10种矿物标本的物理性质。

❾ 《结晶学与矿物学》中怎样认识晶体的异向性与均一性

均一性：同一晶体的不同部分物理化学性质完全相同。
异向性：同一晶体不同方向具有不同的物理性质。

❿ 结晶学与矿物学李胜荣老师的课后题答案

本书是中山大学海洋科学学院系列教材之一，包括18个实验，介绍结晶学与矿物学的基础知识。每个实验内容包括实验目的和要求、实验知识要点、实验的主要内容及注意事项。本书符合实验教材常用写法，理论与实践结合，适合大学有关专业作教材使用