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第六节
晶体的理想形态

晶体的形态是指晶体的外貌特征或外部形状。自然界中,具有不同对称型的晶体其外部形状千姿百态,是受其内部格子构造和外部生长环境控制的结果,是其内部结构不同的外部表现。因此,晶体的形态对于鉴定矿物及研究矿物的成因都具有重要意义。

晶体的生长形态有理想形态和实际形态两类。所谓理想形态,即理想晶体。理想晶体是在理想条件下,围绕一个生长中心,严格地服从空间格子规律,在三维空间均匀地生长出的晶体。它们在外形上表现为规则的几何多面体,具有面平棱直的特征;同时,在一个晶体上属于同一单形的各个晶面均为同等程度的发育,即具有相同的形状和大小。但在自然界中,由于生长条件复杂,因此,一些晶体在生长过程中,或多或少地受到外界复杂因素的影响,而使晶体不能理想发育。此外,晶体形成之后,也可能受到溶蚀和破坏。所以,晶体往往发育不完整,晶形变得不规则,同一单形的各个晶面也不同形等大,从而形成所谓歪晶。

以水晶为例,从矿物学角度来看,水晶的晶体,有的是柱状,有的是针状,有的是粒状,还有的是板状等,晶体有大有小,这是为什么?结晶学认为,这是晶体的内部结构和外界环境的限制。在通常情况下,由于晶体的生长受到外界环境的温度、压力、溶液浓度及空间等条件限制,很难看到形成规则的单晶形态,多数为实际晶体形态,如图2-6-1。

图2-6-1 水晶实际晶体形态

当晶体理想发育时,会自发地按其内部面网的生长快慢进行取舍,生长速度慢的最后成为晶面,所构成的外形会有两种情况:一是晶体上只呈现一种同形等大的晶面,二是晶体上出现两种或多种同形等大的晶面。结晶学中将前一种晶体形态称为单形,将后一种晶体形态称为聚形。

一、晶体的单形

晶体的单形是指由晶体对称要素联系起来的一组晶面的总和。换言之,单形就是借助于自身具有的对称要素作用,使它们彼此相互重复的一组晶面。因此,晶体在理想发育条件下,单形所有晶面彼此都是同形等大且性质相同,如图2-6-2晶体不同的四种形态图形即晶体的单形。

图2-6-2 晶体不同的四种单形

单形不但在外形上表现出各晶面同形等大,而且在物理性质上也都是相同的,但是,这些特点只有在理想晶体上才能充分体现出来,在实际晶体上,由于生长时环境的影响,虽然物理与化学性质上的相同性仍能保留下来,但几何多面体外形往往被歪曲,形成非理想形态的所谓歪晶。也就是说,在理想条件下单形中各晶面同形等大。在自然条件下因生长环境的限制,单形中各晶面可能发育的不是同形等大,但是这些晶面的面网结构相同,仍具有相同的性质。

单形可分为开形和闭形两种。开形是指其晶面不能包围成一个封闭空间的单形,如柱类、单锥类单形和平行双面单形等;闭形是指其晶面可以包围成一个封闭的空间的单形,如立方体、八面体和菱形十二面体等。自然界中常见的各晶系中的重要单形及其特征见表1。

表 1 各晶系中的重要单形

二、晶体的聚形

由两种或两种以上的单形聚合而成的晶体形态称为聚形。也就是由两个或两个以上的单形按照一定对称规律组合起来所构成晶体的几何多面体。

晶体上的单形相聚不是任意的,只有属于同一对称型的各种单形才能相聚。绝不会出现不同对称型的单形相聚。例如,不会出现立方体与四方双锥,或者八面体与斜方柱等相聚的情况。这说明单形的相聚不能是任意的,而必须符合对称程度相等的条件。

下面是不同晶系或晶类的若干矿物聚形晶实例。

(一)等轴晶系六八面体晶类聚形,如图2-6-3(a)方铅矿、(b)黄铁矿、(c)石榴石、(d)黄铁矿、(e)磁铁矿。

图2-6-3

(二)四方晶系复四方晶系双锥晶类聚形,如图2-6-4(a)锆石、(b)锡石、(c)金红石、(d)符山石。

图2-6-4

(三)六方晶系复六方双锥晶类聚形,如图2-6-5(a)绿柱石、(b)方解石、(c)赤铁矿、(d)刚玉。

图2-6-5

(四)斜方晶系斜方双锥晶类聚形,如图2-6-6(a)自然硫、(b)托帕石、(c)白铅矿。

图2-6-6

(五)单斜晶系斜方柱晶类聚形,如图2-6-7(a)正长石、(b)石膏、(c)辉石。

图2-6-7

(六)三斜晶系平行双面晶类聚形,如图2-6-8(a)蔷薇辉石、(b)斧石。

图2-6-8

(七)水晶属三方晶系六方柱与菱面体的聚形,常见实际晶体形态如图2-6-9(a)单锥体、(b)双锥体、(c)双晶体。

图2-6-9 JtO3O7FYtTo3twzhlmvPdXNE+CBwatwee72oTItuHpyDdhEHlHIX9YEXSa1Euv/C

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