中国地质大学(武汉)

结晶学及矿物学

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课程概述

“结晶学及矿物学”课程是地质、资源、材料、珠宝等专业的专业基础课,应用面广。中国地质大学(武汉)的“结晶学及矿物学”课程历史悠久,是国家重点学科“矿物学、岩石学、矿床学”的主干课程,是国家精品课程、国家精品资源共享课程,其教材也是“十五”“十一五”“十二五”国家级规划教材。


“结晶学”以晶体为研究对象,主要研究的是晶体的宏观形态与微观结构的对称规律,这些对称规律构成了“晶体的对称理论”,这是一套逻辑严密、空间思维强的数学理论体系。所以结晶学具有理论性强、空间性强、抽象思维强的特点。


“矿物学”以矿物晶体(即由地质作用形成的天然晶体)为研究对象,主要研究的是矿物的成分、结构、形态、物理性质、成因。矿物学的研究内容比较具体、零散,要求感性认识与归纳分类。“矿物学”是地球科学的重要基础。



授课目标
要求学生掌握晶体对称的基础理论,学会分析晶体宏观形态的对称、晶体定向、晶面符号、单形名称;初步分析宏观形态对称与微观结构对称的对应关系。掌握矿物成分、结构、形态、物性、成因的基础知识及其它们之间的相互联系,熟悉五十~六十种常见矿物的鉴定特征及成因类型;了解一些矿物的主要用途。
证书要求

对校外学生:

本课程采用百分制计分。平时单元测试30%,为客观题;课程结束考试70%。课程进行中会发布一些讨论,在讨论中成绩优秀的学生会在考试成绩中予以一定的加分。成绩60分及以上为合格,85分及以上为优秀。


对中国地质大学(武汉)的在校学生:

采取网上MOOC学习与课堂授课学习相结合的方法。具体做法与要求由教务处和任课老师安排。

预备知识

数学中的立体几何、解析几何、三角函数等;化学中的原子、离子的性质、化学键及其与物理性质的关系等;物理学中的光学、力学性质的基本概念等。

授课大纲

知识点

教学重点

授课教师

上篇:结晶学,理论课20学时,42个知识点;实习课20学时。

1

 

一、晶体与空间格子

二、空间格子要素

三、晶体的基本性质

晶体的定义,空间格子的概念,从晶体结构中画出空间格子的方法空间格子要素及其性质,面网密度与面网间距的关系。晶体的基本性质及其与格子构造的关系

 

赵珊茸

2

四、面角守恒定律与晶体测量

五、晶体极射赤平投影

六、吴氏网及其应用

实习一 晶体测量与投影

面角守恒定律及其意义晶体测量的方法极射赤平投影的空间过程,方位角与极距角的含义;吴氏网的应用。

 

赵珊茸

3

七、晶体的宏观对称要素和对称操作

八、晶体的对称特点与晶体的对称定

实习二 晶体的对称(一)

九、对称要素组合定理

十、对称型及其推导

十一、晶体的对称分类

实习三 晶体的对称(二)

晶体对称的特点对称面、对称轴、对称中心和旋转反伸轴的含义与操作,在模型上找对称要素及确定对称型;晶体对称定律的含义;对称要素组合定理及其判断对称型对否的应用;晶体对称分类体系。

 

 

 

 

赵珊茸

4

十二、晶体的定向

十三、对称型的国际符号

十四、晶面符号与晶棱符号

十五、整数定律与晶带定律

实习四 晶体的定向、国际符号

晶体定向的原则、各晶系晶体定向方法和晶体常数特点;在模型上进行晶体定向对称型的国际符号及其与对称型的一般符号(全面符号)的转换晶面符号、晶棱符号的书写方法,整数定律及其证明;晶带定律的含义

 

 

 

赵珊茸

5

十六、单形和聚形的概念

十七、单形的推导

十八、单形符号

十九、结晶单形与几何单形

二十、单形的分类

二十一、聚形分析

实习五 认识重点单形

实习六 等轴、四方晶系聚形分析

实习七 三方、六方晶系聚形分析

实习八 低级晶族聚形分析

单形的概念及推导方法;20种左右重点单形的形态与名称,及其在各晶系的分布;几何单形与结晶单形的区别;聚形的概念及单形相聚的条件,各晶系聚形分析的步骤和方法。

 

 

 

 

 

 

赵珊茸

结晶学阶段总结(含群论的初步应用):课堂讨论与网上讨论

7

二十二、平行六面体的选择

二十三、平行六面体的形状、大小与格子类型

二十四、十四种布拉维格子

二十五、晶体内部结构的对称要素

二十六、空间群

二十七、等效点系

二十八、宏观与微观对称对比总结

实习九 晶体内部结构的对称要素

平行六面体的选择原则与方法;四种格子类型(P、C、I、F);只有十四种空间(布拉维)格子的原因空间群的国际符号;宏观形态对称与微观结构对称的相对关系。

 

 

 

 

赵珊茸

8

二十九、晶体生长理论简介

三十、晶体生长实验方法

三十一、影响晶体生长形态的内因

晶体生长的成核理论;科塞尔理论(层生长理论)模型、螺旋生长理论模型;布拉维法则周期性键链理论、最小表面能原理。

 

 

 

赵珊茸

9

三十二、平行连晶

三十三、双晶(孪晶)

三十四、浮生与交生

双晶的概念双晶轴、双晶面及其与对称轴、对称面的区别;双晶接合面晶的概念,双晶律的含义;双晶的识别方法;双晶的成因类型;平行连晶、浮生与交生的概念

 

 

赵珊茸

10

三十五、等大球最紧密堆积原理

三十六、配位数与配位多面体

三十七、化学键与晶格类型

三十八、典型结构分析

三十九、类质同像

四十、同质多像

四十一、多型

四十二、有序-无序

实习十 典型结构分析

最紧密堆积原理及其意义,六方和立方最紧密堆积及其中的四面体空隙和八面体空隙配位数和配位多面体的概念;化学键及晶格类型对晶体物理性质的影响鲍林法则3条及其在晶体结构分析中的某些应用类质同象、同质多象、多型和有序--无序结构的概念与类型、影响因素等

 

 

 

 

 

赵珊茸

           下篇:矿物学,理论课20学时,34个知识点;实习课20学时

11

一、矿物及矿物学

矿物的概念矿物学的发展及与其他科学的关系。

 

 

赵珊茸

12

二、元素的克拉克值及离子类型与矿物种类的关系

三、矿物化学成分变化的影响因素

四、矿物中的水

五、矿物的晶体化学式及其计算

地壳中化学元素的丰度及离子类型在矿物学中的意义矿物化学成分变化矿物中“水”的类型晶体化学式的书写原则及其含义;矿物晶体化学式的计算方法。

 

 

 

赵珊茸

13

六、矿物单晶体形态

七、矿物集合体形态

 

 

 

 

 

单体形态与成分、结构的关系,晶面花纹的一些名词的含义;多晶集合体的形成方式;各种形态类型的划分;描述不同类型的形态(单体形态、显晶集合体、隐晶及胶态集合体)的各种名词术语

 

 

 

赵珊茸

实习一 矿物的形态

赵珊茸、刘嵘

14

八、矿物的颜色

九、矿物的条痕、光泽、透明度、发光性

十、矿物的解理、裂开、断口

十一、矿物的硬度、脆性-延展性、弹-挠性

十二、矿物的相对密度、磁性、压电性、热释电性

 

矿物的颜色(自色、他色和假色)、条痕、光泽和透明度的概念描述方法;自色和他色的成色机理矿物解理、裂开、断口、硬度、相对密度的概念,理解其产生原因,单形符号描述解理的方法;解理、裂开、断口、硬度、相对密度的分级或分类,及其观察描述方法。

矿物的弹性、挠性、脆性、延展性、磁性、导电性、压电性、热释电性的概念,这些性质与化学键或晶体对称的关

 

 

 

赵珊茸

实习二 矿物的光学性质

实习三 矿物的解理、裂开、断口

实习四 矿物的硬度、相对密度等

 

赵珊茸、刘嵘

15

十三、形成矿物的地质作用

十四、矿物的成因信息

十五、矿物的变化

形成矿物的地质作用;矿物组合、共生及伴生、世代和生成顺序、标型矿物和矿物标型特征、假像和副像等概念和含义

 

 

 

赵珊茸

16

十六、矿物的研究方法简介

无重点

 

赵珊茸

17

十七、矿物的分类和命名

矿物的晶体化学分类体系及其划分依据;矿物种、亚种、异种(或变种)的概念。

 

 

赵珊茸

18

十八、自然元素大类

自然元素大类矿物的晶体化学特点;自然金属元素类矿物的共性。

重点矿物:自然金、金刚石、石墨

次重点矿物:自然硫

 

 

赵珊茸

19

十九、硫化物及类似化合物大类(1

二十、硫化物及类似化合物大类(2

硫化物矿物的晶体化学特点,物理性质与成因;简单硫化物与复硫化物的区别。

重点矿物:方铅矿闪锌矿黄铜矿黄铁矿、辉钼矿

次重点矿物:磁黄铁矿、辉锑矿、雌黄、雄黄、辉铜矿、斑铜矿

 

 

赵珊茸

实习五 自然元素与硫化物矿物

赵珊茸、边秋娟

20

二十一、氧化物和氢氧化物大类(1

二十二、氧化物和氢氧化物大类(2

二十三、氧化物和氢氧化物大类(3

 

氧化物与氢氧化物矿物的晶体化学特点,物理性质与成因,及其与硫化物矿物的区别;SiO2各同质多像变体;正尖晶石结构与反尖晶石结构。

重点矿物:赤铁矿石英、蛋白石、磁铁矿、铝土矿、褐铁矿、硬锰矿

次重点矿物:刚玉、尖晶石、铬铁矿

 

 

 

赵珊茸

实习六 氧化物矿物

赵珊茸、边秋娟

21

二十四、含氧盐大类硅酸盐类-概述(1

二十五、含氧盐大类硅酸盐类-概述(2

 

二十六、岛-环状硅酸盐亚类(1

二十七、岛-环状硅酸盐亚类(2

 

 

二十八、链状硅酸盐亚类

 

 

二十九、层状硅酸盐亚类

 

三十、架状硅酸盐亚类

 

硅氧骨干形式,惰性氧与活性氧的数目;硅氧骨干对晶体结构、离子堆积、类质同像、形态、物理性质等的影响铝的双重性;[AlO4][SiO4]的对比;[AlO4]在各种硅氧骨干中的含量变化。

辉石族(单链状)与闪石族(双链状)在成分、结构、形态、物理性质、成因上的对比;层状硅酸盐矿物的晶体化学特征(四面体片、八面体片、结构单元层、三八面体型-二八面体型、层间域、多型、混层矿物);

长石族矿物的分类与命名;长石的有序—无序结构及有序化过程,有序度、三斜度的含义。

重点矿物:橄榄石、石榴子石、红柱石、蓝晶石、绿柱石、普通辉石、普通角闪石、阳起石、白云母、黑云母、高岭石、蛇纹石、绿泥石、钾长石、斜长石。

次重点矿物:锆石、十字石、电气石、透辉石、透闪石、夕线石、滑石、沸石族。

 

 

 

 

 

 

 

赵珊茸

 

实习七 岛-环状硅酸盐矿物

实习八 链状硅酸盐矿物

 

赵珊茸、钟玉芳

实习九 层状硅酸盐矿物

实习十 架状硅酸盐矿物

赵珊茸、余淳梅

22

三十一、含氧盐大类碳酸盐类

三十二、含氧盐大类硫酸盐类

三十三、含氧盐大类磷酸盐、钨酸盐、硼酸盐

碳酸盐矿物的共性;解碳酸盐矿物中的型变现象。

重点矿物:方解石、白云石。

次重点矿物:孔雀石、蓝铜矿、文石、重晶石、石膏、硬石膏。

 

 

赵珊茸

23

三十四、卤化物大类

卤化物矿物的一些典型结构。

重点矿物:萤石。

赵珊茸

实习十一 其他含氧盐与卤化物矿物

赵珊茸、余淳梅


参考资料

教材:赵珊茸主编,《结晶学及矿物学》(第二版、第三版),北京:高等教育出版社,2011,2017

      赵珊茸主编,《结晶学及矿物学实习指导》,北京:高等教育出版社,2011


参考书:

1. 何涌,雷新荣编著. 《结晶化学》. 北京:化学工业出版社,2008

2. 秦善主编. 《晶体学基础》. 北京:北京大学出版社,2004

3. 罗谷风编.《结晶学导论(第三版)》. 北京:地质出版社,2015

4. 李胜荣主编. 《结晶学与矿物学》. 北京:地质出版社,2008

5. 秦善编著. 《结构矿物学》. 北京:北京大学出版社,2010

6. 秦善, 王长秋. 《矿物学基础》. 北京:北京大学出版社,2006

7.刘显凡、孙传敏. 《矿物学简明教程(第二版)》北京:地质出版社,2010

8.赵珊茸.《简明矿物学》.武汉:中国地质大学出版社,2014

9.赵珊茸,谭希原.《晶体魔方》.武汉:中国地质大学出版社,2013

10. Putnis. A., Introduction to mineral sciences. Cambridge: Cambridge University Press, 1992.

11. Hibbard M. J., Mineralogy---A Geologists Point of View, New York: McGraw-Hill Higher Education, 2002.


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