矿物学(课后习题)

中化学键强的方向发育，例如：金红石、辉石和角闪石等链状结构的矿物呈现柱状、针状晶体习性。近年来的研究成果表明，等轴晶系的矿物，例如：金刚石、萤石、黄铁矿等，随着形成时温度的升高，其晶体形态具有从{100}发育向{111}发育的变化趋势。

2.为什么等轴晶系的晶体一般呈三向等长型晶习，而中级晶族晶体则往往沿c轴方向延伸或垂直于c轴延展?

答：晶体习性受其结构内部质点的排布和强键的分布方向影响。等轴晶系的晶体内部强键的方向分布较为均匀，形成的形态一般为三向等长型。而中级晶轴的晶体内部强键的方向符合晶体的对称，不可能在各个方向上都很均匀，一般情况下是强键沿c轴方向分布或垂直于c轴方向上分布。因此中级晶族晶体则往往沿c轴方向延伸或垂直于c轴延展。

3.举例说明等轴晶系矿物晶体形态随温度的演化规律性。

答：等轴晶系的矿物晶体，随着温度的升高，其晶形具有从立方体{100}发育向八面体{111}发育的变化趋势。例如：随着温度由低变高，热液体系的黄铁矿晶形的演化趋势为：{100} → {hk0}+{100} → {hk0}+{111} → {111}+{hk0} → {111}。

4.同种矿物的实际晶体与理想晶体形态有何异同?

答：自然界矿物晶体形成过程中，由于受复杂的外界条件及空间的影响，往往长成偏离理想形态的歪晶。而且，实际晶体的晶面上，常具某些规则的花纹，例如：晶面条纹

像和生长丘等。

5.常见的晶面花纹有哪些?聚形条纹与聚片双晶纹有何区别?

答：晶面花纹是在晶体生长或溶解过程中产生的。常见的晶面花纹有晶面条纹、生长台阶、蚀像和生长丘。

聚形条纹也称生长条纹、晶面条纹，它是多个单形的晶面交替生长而成。因此，这些条纹只出现在晶体的表面。如果晶面破碎，在晶体破裂面上我们观察不到这些条纹。

聚片双晶纹是聚片双晶中，由一系列相互平行的结合面在晶面或解理面上的双晶缝合线所构成的直线条纹。因此，聚片双晶纹不仅可以在晶体的表面上看到，在晶体新鲜的解理面上更容易观察。

6.如何描述矿物集合体的形态?

答：矿物集合体形态的描绘分为两类——显晶集合体和隐晶集合体。现分别描述如下：

根据单体的晶体习性及集合方式，显晶集合体的形态一般描述为：柱状、针状、板状、片状、鳞片状、叶片状和粒状等集合体形态。还常见纤维状集合体、放射状集合体和晶簇等特殊形态的集合体。另外，还有束状、毛发状、和树枝状集合体。

按照集合体的形成方式和外貌特征，隐晶集合体形态通常描述为：分泌体、结核、鲕状及豆状集合体、钟乳状集合体。另外还有块状集合体、土状集合体、粉末状集合体、被膜状集合体等。

7.分泌体和结核有何不同?

答：分泌体和结核最大的区别在于它们的形成方式不同：分泌体是在球状或不规则状的岩石空洞中，由胶体或晶质物质自洞壁逐渐向中心层层沉积充填而成。结核是由隐晶质或胶凝物质围绕某一中心（如砂粒、生物碎片或气泡等）自内向外逐渐生长而成。

8.鲕状集合体能否称为粒状集合体?为什么?

答：鲕状集合体不能称为粒状集合体。因为粒状集合体是显晶集合体形态的一种描述方法，组成粒状集合体的颗粒是单个矿物晶体。而鲕状集合体是隐晶集合体形态的一种描述方法，组成鲕状集合体的鲕粒并不是单个矿物颗粒，而是由许多胶体物质凝聚而成。因此，不能将鲕状集合体称为粒状集合体。

第十四章 习题

1.简述矿物呈色的机理。具红色、蓝色的宝石级刚玉的呈色原因何在?

答：矿物的颜色根据产生的原因可以分为自色、他色和假色。由于自色是矿物的晶体化学特征所决定的，是矿物的本色。此处只介绍自色的形成机理。它是由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色，是由于组成矿物的原子或离子在可见光的激发下，发生电子跃迁或转移所造成的。其成色机理主要有以下4种：

1）离子内部电子跃迁 这是含过渡型离子的矿物呈色的主要方式。过渡金属离子的d轨道发生能级分裂后，电子可在这些分裂后的轨道上发生跃迁而呈色。我们将能使矿物呈色的过渡性离子称为色素离子。

2）离子间电荷转移 在外加能量的激发下，矿物晶体结构中变价元素的相邻离子之间可以发生电子跃迁使矿物呈色。

3）能带间电子跃迁 电子在整个晶体周期结构处于不同的能带中，电子可在这些能带中发生跃迁而呈色。许多自然金属矿物和硫化物矿物的呈色，可以用能带理论进行解释。

4）色心 它是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷。大部分碱金属和碱土金属化学物的呈色主要与色心有关。

具有红色、蓝色的宝石级刚玉的呈色机理可以用第1种成色机理来解释：刚玉的理想成分为Al2O3，纯净的刚玉为无色。如果Al3+与部分过渡型离子发生类质同像替代之后，刚玉显示的是这些色素离子的颜色。含Cr呈红色，称为红宝石；含Ti而呈现蓝色，称为蓝宝石。

2.闪锌矿有深色和浅色之分，同时其他光学性质相应地也各有所不同，请解释其原因所在。

答：这是由于闪锌矿化学成分不同而导致的差异。在自然界中，闪锌矿（ZnS）中的Zn2+比较容易被Fe2+替代，形成类质同像混晶。当替代程度较少时，Zn2+与S2-以共价键连接。矿物显示出原子晶格晶体的光学性质，例如：较浅的颜色，同时条痕也很浅，矿物透明，并且是金刚光泽。当替代程度较大时，Fe2+与S2-之间的化学键作用显现，这两种元素间的化学键向金属键过渡，从而导致矿物显示出一定金属晶格晶体的光学性质，例如：颜色变深，条痕变深，半透明甚至不透明，半金属光泽等。

3.试总结矿物的颜色、条痕、透明度和光泽之间的相互关系。

答：它们都是矿物的光学性质，相互之间有一定的联系。下面以矿物的光泽为代表，列表展示它们之间的关系： 光泽 金属光泽 半金属光泽 金刚光泽 玻璃光泽 颜色 金属色 金属色 浅色、白色或无色 无色、白色或浅色 条痕 黑色或金属色 深彩色 浅色、白色或无色 无色或白色 透明度 不透明 不透明至半透明 半透明至透明 透明

4.举例说明解理产生的原因。应如何全面描述矿物的解理?如何理解解理的异向性和对称性?

答：解理的产生严格受其晶体内部结构因素（晶格、化学键类型及其强度和分布）的控制，常沿面网间化学键力最弱的面网产生。下面按照晶格类型，将解理产生的原因分别描述如下：

1）在原子晶格中，各方向的化学键力均等，解理面∥面网密度最大的面网。 例如：金刚石晶体的解理沿{111}产生。

2）离子晶格，因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且面网间距大的电性中和面网产生，例如：石盐的解理沿{100}产生；或者，解理面∥两层同号离子层相邻的面网，例如：萤石的解理沿{111}产生。

3）多键型的分子晶格，解理面∥由分子键联结的面网，例如：石墨的解理沿{0001}产生。

4）金属晶格，由于失去了价电子的金属阳离子为弥漫于整个晶格内的自由电子所联系，晶体受力时很容易发生晶格滑移而不致引起键的断裂。故金属晶格具强延展性而无解理。

全面描述矿物的解理一般包括两个方面的内容——方向（组数）和等级。描述方向（组数），可以用与解理面相对应的单形及形号直接描述，例如：石盐的解理可以描述为立方体{100}组数为3组，萤石的可以描述为八面体{111}，组数为4组。从解理的方向（组数）可以得到解理的夹角，例如：石盐的解理有3组，解理面间夹角均为90°。根据解理产生的难易程度及其完好性，解理的等级可以分为：极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理和极不完全解理。 由解理产生的原因可知，解理面常沿面网间化学键力最弱的面网产生。晶体结构内部，作用力最弱的面网分布符合晶体的对称性和各向异性，从而导致了解理的异向性和对称性。

5.指出下列解理的组数及夹角(注：用90°, 60°, ＞90°或＜90°表示)： 三斜晶系：｛100｝, ｛010｝, ｛001｝ 单斜晶系：｛001｝, ｛010｝, ｛100｝, ｛110｝ 斜方晶系：｛001｝, ｛010｝, ｛100｝ 四方晶系：｛100｝, ｛110｝, ｛111｝,｛001｝ 等轴晶系：｛100｝, ｛110｝, ｛111｝

三方、六方晶系：｛10 11｝,｛0001｝。

答：此题考查同学们对结晶学中各晶系单形的熟练程度：

三斜晶系：｛100｝一组解理, ｛010｝一组解理, ｛001｝一组解理

单斜晶系：｛001｝一组解理, ｛010｝一组解理, ｛100｝一组解理, ｛110｝两组解理，夹角不等于90°

斜方晶系：｛001｝一组解理, ｛010｝一组解理, ｛100｝一组解理

四方晶系：｛100｝两组解理，夹角等于90°, ｛110｝两组解理，夹角等于90°, ｛111｝四组解理，夹角均不等于90°,｛001｝一组解理

等轴晶系：｛100｝三组解理，夹角均=90°, ｛110｝六组解理，夹角＞90°, ｛111｝四组解理，在其中一个解理面上可以看到其他三组解理纹夹角60°

三方、六方晶系：｛10 11｝三方晶系为三组，六方晶系为六组，夹角均不等于90°,｛0001｝一组解理。

6.某磁铁矿标本上明显可见到几组阶梯状平面，请问这是它的解理吗?为什么?