矿物岩石学思考题答案.docx
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矿物岩石学思考题答案
矿物岩石学思考题答案
1、什么是晶体？
晶体和非晶体有何区别？
晶体：
具有格子构造的固体,或内部质点在三维空间成周期性重复排列的固体。
区别：
在内部结构上：
晶体具有格子状构造，质点的排列既有短程有序性，又具有长程有序性；非晶质体则不具有格子状构造，质点的排列只具有短程有序性，不具有长程有序性。
在外形上：
晶体具有规则几何多面体形状，非晶质体多为无定形体。
在物性上：
非晶质体不具有确定的熔点，晶体具有固定熔点。
在分布上：
由于晶体比非晶体稳定，所以晶体的分布更广泛，自然界的固体物质绝大多数是晶体。
2、什么是空间格子，包括哪些要素？
在晶体结构中找出相当点，再将相当点按照一定的规律连接起来就形成了空间格子。
相当点在三维空间作格子状排列，我们称为空间格子。
要素：
结点、行列、结点间距
3、什么是面网，面网密度与面网间距之间的关系。
结点在平面上的分布即构成面网。
面网密度与面网间距成正比.
4、什么是面角，如何理解面角恒等定律？
面角：
相邻晶面法线的夹角。
由于晶体的对称性及规则性，所有相对应晶面的面网及面网夹角是固定不变的相等的角。
5、形成晶体有哪些方式？
①液相转变为晶体；②固相转变为晶体；③气相转变为晶体；
6、在晶体的形成方式中，固相与固相之间有哪些转变方式？
1同质多像转变；2原矿物晶粒逐渐变大；3固溶体分解；4变质反应；5由固态非晶质体结晶
7、层生长理论和螺旋生长理论区别与联系是什么，现实中有哪些现象可以证明这两个生长模型？
联系：
都是层层外推生长；区别：
生长新的一层的成核机理不同。
有什么现象可证明这两个生长模型？
现象：
环状构造、砂钟构造、晶面的层状阶梯、螺旋纹。
8、晶体的生长的实验方法有哪些？
并说出它们之间的区别。
水热法、提拉法。
区别：
水热法，将高温的饱和溶液带至低温的结晶区形成过饱和析出溶质使籽晶生长；提拉法,熔体-晶体面上面晶体的温度低于相变点，下面熔体的温度高于相变点,使晶体生长（相变）恰好在熔体-晶体界面处进行。
9、对称的概念;晶体的对称和其它物质的对称有何本质区别？
对称：
是指物体相同部分作有规律的重复。
区别：
首先，由于晶体内部都具有格子构造，通过平移，可使相同质点重复，因此，所有的晶体结构都是对称的；
其次：
晶体的对称受格子构造规律的限制，因此，晶体的对称是有限的，它遵循“晶体对称规律”
最后，晶体的对称不仅表现在外形上，还表现在物理、化学性质上。
9、晶体的对称操作和对称要素有哪些？
对称面存在的必要条件是什么？
对称要素：
①对称中心；②对称面；③对称轴；④倒转。
条件：
①该平面能把晶体分为相等的两部分；②这两部分间互成镜像关系。
11、什么是晶体对称定律？
试解释为什么不存在五次轴和高次轴？
晶体对称定律:
受格子构造规律的制约，晶体中可能存在的对称轴并不是任意的，只能是1、2、3、4、6，与轴次相对应的对称轴也只能是L1、L2、L3、L4、L6，不可能存在五次轴及高于六次的对称轴。
这一规律称为晶体对称定律。
等于五次及高于六次的对称轴的平面结构不能构成面网，且不能毫无间隙地铺满整个空间。
12、总结对称轴、对称面在晶体上可能出现的位置。
对称轴：
对称面：
垂直并平分晶面的平面；垂直并平分晶棱的平面；包含两个以上相对晶棱的平面。
13、单形和聚形的概念。
单形:
是由等大同形的一种晶面组成的晶体。
聚形:
是由两种或两种以上的晶面所组成。
14、双晶的定义、双晶要素。
双晶:
是同种晶体的规则连生，相邻的两个单晶体间互成镜像关系，或其中一个单晶体旋转1800以后与另一个重合或平行。
双晶要素:
（1）双晶面：
为一假想的平面，可使构成双晶的两个单体中的一个通过它的反映变换后与另一个单体重合或平行;
（2）双晶轴：
为一假想直线，双晶中一单体围绕它旋转一定角度后（一般都为180°），可与另一单体重合或平行。
15、双晶的成因类型有哪些？
研究双晶有什么意义？
类型：
（1）生长双晶：
在晶体生长过程中形成的双晶。
（2）转变双晶：
在同质多像转变及无序-有序转变的过程中所产生的双晶。
（3）机械双晶：
晶体受到应力的作用，导致晶格发生均匀滑移，结果使已滑移部分与未滑移部分的晶格间处于双晶的相互取向关系，从而形成的双晶。
意义：
①双晶可作为矿物的鉴定特征之一。
②有的双晶是反映一定成因条件的标志，如自然界矿物机械双晶的出现可以作为地质构造变动的一个标志。
③双晶的存在往往会影响到某些晶体材料的工业利用。
16、类质同像的概念。
类质同像分哪些类型？
方铅矿和石盐都能形成立方体，能叫类质同像吗？
概念：
晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其它类似的质点所代替，仅使晶格常数发生不大的变化，而结构型式并不改变。
类型：
根据组分在晶格中所能取代的范围，可以将其分为完全类质同像和不完全类质同像两种类型。
方铅矿和食盐不能称为类质同象：
铅和钠原子半径相差悬殊，而且电价不等，不具备构成类质同象的条件。
17、类质同像的条件是什么？
研究类质同像的意义是什么？
条件：
①相似的原子或离子半径②总电价平衡③离子类型和化学健④温度⑤压力⑥组分浓度。
意义：
了解引起矿物晶体成分变化的主要原因；了解稀有元素的赋存状态；反映矿物的形成条件。
18、同质多像及同质多像转变的概念。
温度、压力及介质酸碱度对同质多像变体的影响。
同质多像：
同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件（温度、压力、介质）下，形成晶体结构、形态和物理性质上互不相同的晶体的现像。
同质多像转变：
任何一种同质多像变体都有其一定的稳定范围，当环境条件改变到超出某种变体的稳定范围时，就会引起晶体结构的变化，使一种同质多像变体在固态条件下转变成另一种变体。
影响：
温度的增高可使同质多像变体向配位数减少、相对密度降低的方向转变，压力的作用正好相反，同时压力的升高还会使转变温度上升；介质酸碱度对同质多像变体的形成和转变也有重要影响。
19、有序结构、无序结构及有序-无序转变的概念。
有序结构：
如果相互间的分布是有规律的，即两种质点各自占有特定的位置，这种结构则称为有序结构。
无序结构：
当两种或两种以上质点（原子或离子）在晶体结构中占据等同的构造位置时，如果相互间的分布是任意的，即它们占据任何一个等同位置的几率是相等的，这种结构称为无序结构。
有序－无序转变：
是有序变体和无序变体之间在一定的温度、压力条件下发生的同质多像转变。
其中从无序态向有序态方向的转变作用特别称为有序化。
20、什么是化学计量矿物和非化学计量矿物？
并举例说明。
化学计量矿物：
在各晶格位置上的组分之间遵守定比定律、具严格化合比的矿物。
非化学计量矿物：
某些含变价元素的矿物，因形成过程中常处于不同的氧化还原条件下，其价态会发生变化。
由于受化合物电中性的制约，其内部必然存在某种晶格缺陷，致使其化学组成偏离理想化合比，不再遵循定比定律。
化学计量化合物：
NaCl；非：
Zr1-xCaxO2-x。
21、举例说明水在矿物中的存在形式及作用。
不同形式的水在晶体化学式中如何表示？
①吸附水：
被机械地吸附于矿物表面及裂隙中，或渗入矿物集合体中的中性分子的吸附水，不参与晶格的形成，不属于矿物的化学组成；②结晶水：
以中性分子（H2O）的形式存在于矿物晶格中的一定位置上的水，它是矿物化学组成的一部分。
作用：
在不改变阳离子电阶的前提下，通过以一定的配位形成环绕于小半径阳离子的周围形成水化阳离子，而使阳离子的体积增大，从而与大的络阴离子组成离子组成或稳定的化合物；③结构水：
以（OH）－、H+和（H3O）+离子形式存在于矿物晶格中的一定配位置上。
作用：
在晶格中与其他离子连接的非常牢固；④层间水：
存在于一些层状结构硅酸盐晶格中结构层之间的中性水分子。
作用：
矿物的结构层之间的距离常随含水量的变化而变化；⑤沸石水：
主要存在于沸石族矿物晶格中宽大的空腔和通道中的中性水分子，与其中与阳离子结合成水合离子。
作用：
在晶格中占据一定的配位位置，逸出后不会引起晶格的破坏，只是某些物理性质会发生变化。
22、什么是胶体矿物？
其主要特性有哪些？
胶体矿物：
由以水为分散媒、以固相为分散相的水胶凝体而形成的非晶质或超显微的隐晶质矿物。
特性：
①多形成于表生作用中，少数为热液或火山成因。
②主要形成Fe、Mn、Al、Si、P质等矿物。
③为隐晶质或非晶质体，故呈现鲕状、肾状、钟乳状和葡萄状等特殊形态。
④由于形成时胶体的吸附作用，故成分变化大。
⑤胶体矿物的化学成分具有不固定性和复杂性。
23、什么是晶体习性，分为几种情况？
说明晶体习性的具体规律。
晶体习性：
矿物晶体在一定的外界条件下，常常趋向于形成某种特定的习见形态。
类型：
1）一向延长型：
晶体沿一个方向特别发育，呈柱状、针状和纤维状等。
2）二向延展型：
晶体沿两个方向相对更发育，呈板状、片状、鳞片状和叶片状等。
3）三向等长型：
晶体沿三个方向发育大致相等，呈粒状或等轴状。
此外，尚有短柱状、板柱状、板条状和厚板状等过渡类型。
规律：
①化学成分简单，结构对称程度高的晶体，一般呈等轴状。
②晶体常沿其内部结构中化学键强的方向发育，如具链状结构的矿物呈柱状、针状晶习，而层状结构的矿物则呈片、鳞片状习性。
③晶体上发育的晶面是对应于晶格中面网密度较大的面网。
④外部因素是通过直接或间接地改变不同晶面间的相对生长速度而影响晶体习性的。
24、如何描述矿物集合体的形态？
答：
①矿物集合体的形态取决于其单体的形态及集合方式，可分为显晶集合体、隐晶集合体及胶态集合体；②根据单体的晶体习性及集合方式，显晶集合体的形态常见有柱状、针状、板状、片状、鳞片状、叶片状等集合体形态，还有常见的一些特殊集合体，如纤维状集合体、放射状集合体、晶簇等；③根据其形成方式及外貌特征，常见的隐晶及胶态集合体有：
分泌体、结核、鲕状及豆状集合体、钟乳状集合体。
25、分泌体和结核体在成因上有哪些不同？
分泌体：
在球状或不规则形状的岩石空洞中，由胶体或晶质物质自洞壁逐渐向中心层层沉淀充填而成。
结合体：
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。
26、何谓条痕？
条痕色和透明度有何关系？
条痕是矿物在条痕板上擦划后留下的痕迹（实际上是矿物的粉末）的颜色。
关系：
1）透明：
能透过绝大部分光，条痕为无色、白色或浅色。
2）半透明：
可允许部分光透过，条痕呈红、褐等各种彩色。
3）不透明：
基本不允许光透过，条痕呈黑色或金属色。
27、什么是光泽？
矿物光泽与化学键性之间的关系？
光泽：
矿物表面对可见光的反射能力。
关系：
1）具有金属键的矿物一般呈金属光泽或半金属光泽；2）具有共价键的矿物一般呈金刚光泽或玻璃光泽；3）具有离子键或分子键的矿物，对光的吸收程度小，反光很弱，光泽即弱。
28、什么是解理，解理产生的原因是什么？
解理：
矿物晶体受应力作用而超过弹性限度时，沿一定结晶学方向破裂的现象。
原因：
解理严格受晶体结构因素——晶格类型及化学键类型、强度和分布的控制，解理面常沿面网间化学键力最弱的面网产生。
29、何谓矿物的硬度？
影响矿物硬度的因素有哪些？
硬度：
是指矿物抵抗某种外来机械作用力（如刻划、压入或研磨）侵入能力。
影响因素：
1）化学键的类型及强度；2）离子半径、电价、配位数及结构的紧密程度，决定着键力的强弱，影响离子晶格矿物的硬度；3）含水矿物的硬度通常都很低。
30、何谓内生作用，小结内生作用的种类及形成矿物的特点。
内生作用：
主要由地球内部热能所导致矿物形成的各种地质作用。
种类：
包括岩浆作用、火山作用、伟晶作用和热液作用等各种复杂的过程。
特点：
随着温度、压力的缓慢降低，及组分相对浓度的不断变化，相继析出颗粒较粗的各种矿物晶体。
由于挥发分的逸出，火山岩中往往产生许多气孔，并常为火山后期热液作用形成的沸石、蛋白石、玛瑙、方解石和自然铜等矿物所充填。
岩石中易形成小孔、晶体粗大，富含SiO2、K2O、Na2O和挥发分，及稀有、稀土和放射性元素。
31、什么是矿物生成顺序？
确定矿物生成顺序的标志是哪些？
生成顺序：
自然界地质体中的各种矿物在形成时间上的先后关系。
标志：
①矿物的空间位置关系②矿物的自形程度③矿物的交代关系
32、试区别矿物的共生、伴生和世代。
共生：
同一成因、同一成矿期（或成矿阶段）所形成的不同矿物共存于同一空间的现象。
伴生：
不同成因或不同成矿阶段的各种矿物共同出现在同一空间范围内的现象。
世代：
在一个矿床中，同种矿物在形成时间上的先后关系。
33、包裹体的概念及分类，原生包裹体有什么研究意义？
包裹体：
矿物生长过程中或形成之中被捕获包裹于矿物晶体缺陷（如晶格空位、位错、空洞和裂隙等）中的，至今尚完好封存在主矿物中并与主矿物有着相界线的那一部分物质。
分类：
按成因分原生、次生和假次生包裹体。
意义：
对于研究矿物形成时的物理化学条件有着重要意义。
34、自然金属元素矿物的晶体化学特征与形态、物性的关系如何。
本类矿物中金属元素的原子呈最紧密堆积，其中多数为立方最紧密堆积，有立方面心格子结构，少数为六方最紧密堆积，有六方格子结构。
与之对应矿物形态为等轴颗粒状或六方板状。
因自然元素矿物均具有典型的金属键，故矿物在物理性质上表现出不透明、金属光泽、硬度低，相对密度大、延展性强、导电性能好等金属键的特性。
35、从石墨的结构特点解释其物理性质特征？
石墨呈层状排列，层间距打，所以其硬度低，相对密度小，内含有共价键和部分金属键，呈半金属光泽。
层内为原子键，层间为分子键，并且有金属键，造成石墨具有明显的异向性，并有导电性。
36、从自然硫的结构特点解释其物理性质特征？
晶体结构为分子型，8个S以共价键组成硫原子，原子上下交错排列在两平面上呈环状，晶体结构为共价键，则晶面呈金属光泽，晶体结构为分子型，而导致硬度降低，不导电的物理性质。
37、简述硫化物及其类似化学物矿物大类晶体结构及物理性质等方面的特征。
大多数硫化物的晶体结构常可看做S作最紧密堆积，阳离子充填于四面体或八面体空隙，从质点堆积特点来看，硫化物应属于离子化合物，但其晶体却常出现一系列不同于典型离子晶体的特点。
绝大多数呈金属光泽，条痕色深而不透明，仅少数硫化物如雄黄、雌黄、辰砂、闪锌矿等具有金刚光泽，半透明。
39、以黄铁矿为例，简述其晶体结构与形态、物理性质之间的关系。
晶体结构：
等轴晶系；T6h-Pa3；a0=0.542nm；Z=4。
黄铁矿是NaCl型结构的衍生结构，晶体结构与方铅矿相似，即哑铃状的对硫[S2]2-代替了方铅矿结构中简单硫离子的位置，Fe2+代替了Pb2+的位置。
但由于哑铃状对硫离子的伸长方向在结构中交错配置，使各个方向键力相近，因而黄铁矿解理极不完全，而且硬度显著增大。
形态：
常见完好晶形，呈立方体｛100｝、五角十二面体｛210｝或八面体｛111｝；集合体常呈致密块状、分散粒状及结核状等。
物理性质：
浅黄铜黄色，表面常具黄褐色锖色。
条痕绿黑或褐黑。
强金属光泽。
不透明。
解理、极不完全。
硬度6~6.5。
相对密度4.9~5.2。
可具检波性。
40、对比雌黄、雄黄，并指出它们的区别。
化学组成上：
雌黄含杂质较多，而雄黄组成稳定，杂质少
晶体结构上：
雌黄具有层状结构，雄黄四分子型结构
颜色：
雌黄为柠檬黄色，条痕鲜黄色，雄黄橘红色，条痕淡橘红色
解理：
雌黄极完全解理，雄黄完全解理
用途：
雌黄可用于中药，雄黄不可以。
41、简单硫化物和复硫化物各有什么基本特征？
这些基本特征主要由哪些因素引起？
特征：
简单硫化物，组分简单，对称程度一般较高，多为等轴或六方晶系，少数属斜方或单斜晶系。
大多数硫化物的晶形较好，特别是复硫化物更常见完好晶形。
简单硫化物解理发育，复硫化物解理不完全或无解理。
简单硫化物的硬度较低，一般在2～4，层状结构者为1～2；但复硫化物具较高的硬度，一般5～6.5，个别达7～8。
形成差异原因在于它们晶体结构中质点的排布和化学键力的分布不同。
简单硫化物的晶体结构可以认为是S2-作最紧密堆积，阳离子充填空隙，而且化学键有离子健向金属键或共价键过渡的特点。
而复硫化物的晶体结构中，哑铃状[S2]2-的伸长方向在结构中犬牙交错配置，使各方向键力相近，故解理极不完全，而硬度大。
42、试述氧化物和氢氧化物矿物的晶体化学特征及物理性质。
氧化物中以离子键为主，结构可以用最紧密堆积原理来阐述，并服从鲍林法则。
随着离子电价的增加，共价键的成分趋向增多。
另一方面,阳离子随着从惰性气体型、过渡型离子向铜型离子改变时，共价键性则趋向增强，同时阳离子配位数趋于减少。
氢氧化物的晶体结构中，由（OH）-或（OH）-和O2-共同形成紧密堆积，晶体结构主要是层状或链状，与相应的氧化物比较，其对称程度降低。
除离子键外，还往往存在氢键。
由于氢键的存在，以及（OH）-的电价较O2-为低而导致阳离子与阴离子间键力的减弱，因此与相应的氧化物比较，其比重和硬度都趋向减小物理性质硬度：
氧化物的物理性质以硬度最为突出，一般均在5.5以上，氢氧化物的硬度与其相应的氧化物相比，硬度显著降低。
解理：
氧化物仅少数可发育解理，且一般解理级别为中等至不完全解理。
氢氧化物因键力较弱，发育一组完全至极完全解理。
比重：
比重上，彼此相差很大。
刚玉鉴定特征:
以其晶形，双晶条纹和高硬度作为鉴定特征。
α-石英的鉴定特征：
晶形、无解理、贝壳状断口、硬度为特征。
43、何为细分散多矿物集合体？
举例说明。
由多种结晶颗粒细小的矿物，以某一种或几种矿物为主，伴有其它一些种类的矿物混合在一起组成的集合体。
它不是一种矿物，而是一种混合物。
如：
铝土矿、褐铁矿。
44、以铝土矿为例，说明鉴定特征与成因。
鉴定特征：
常呈鲕状、豆状、致密块状、多孔状、土状集合体。
一般为青灰、灰白、灰褐、灰黄色等色，有时具红褐色斑点；条痕白色～浅黄褐色；土状光泽。
硬度一般3～4。
脆性，水泡后易崩解成细小棱角状碎块。
手摸有粗糙感。
用口呵气湿润后有强烈的土腥臭味。
粉末湿润后无可塑性。
成因：
主要形成于外生作用。
为富Al的岩浆岩和变质岩在湿热条件下风化残留的产物；或由胶体沉积形成。
45、什么是含氧盐矿物，它的晶体化学特点是什么？
含氧盐矿物：
金属阳离子与各种含氧酸根络阴离子结合而成的盐类化合物。
特点：
络阴离子内中心阳离子的半径小、电价高，主要以共价键与O2-牢固相联，是晶体结构中的独立单位；
络阴离子主要借助O2-与外部金属阳离子以离子键结合；
层状结构层间以分子键联系。
46、什么是硅酸盐矿物，学习硅酸盐矿物的重要意义？
硅酸盐矿物：
金属阳离子与各种硅酸根相结合而成的含氧盐矿物。
意义：
1）是三大类岩石的主要造岩矿物，是组成地壳的物质基础；
2）对研究岩石或矿床的成因、划分构造带均有特殊意义；
3）许多硅酸盐矿物本身，作为非金属矿物原料或特种非金属材料，广泛用于工业、国防、尖端技术及其他领域，并日益发挥重要作用。
4）是许多金属元素特别是稀有金属Be、Li、Rb、Cs、Zr、Hf等的主要或唯一来源。
5）不少硅酸盐矿物是珍贵的宝玉石矿物，如绿柱石（祖母绿和海蓝宝石）、硬玉（翡翠）、软玉、电气石（碧玺）、黄玉、石榴子石（紫牙乌）。
47、依据硅氧骨干的基本形式，举例说明硅酸盐矿物的形态。
岛状硅酸盐—晶体常呈三向等长的粒状，如石榴石、橄榄石等。
环状硅酸盐—晶体常呈柱状，柱的延长方向垂直于硅氧骨干平面，如绿柱石、电气石等。
链状硅酸盐—晶体常呈柱状或针状，晶体延长的方向平行于链状硅氧骨干延长的方向，如辉石、角闪石等。
层状硅酸盐—晶体呈板状或片状，延展方向平行于硅氧骨干层，如云母。
架状硅酸盐—晶体形态决定于“骨架”内［SiO4］和［AlO4］四面体的联结形式及化学键的分布形式，或呈三向等长的粒状，或呈一向延长的柱状。
48、比较岛状结构硅酸盐矿物与层状结构硅酸盐矿物在硬度上的差异，并解释原因。
岛状结构者，结构紧密，H最高，通常为6～8
层状结构者，因层间的联结力（分子键或弱离子键）较弱，故H很低，近于指甲：
最低者（滑石、高岭石等）仅1±；云母族矿物2.5±。
49、何谓粘土矿物，它们有哪些特殊的性质？
定义：
粘土矿物就是所有像黏土粒级的层状硅酸盐矿物。
性质：
由于粘土矿物颗粒细微、比表面积巨大和存在特征的结构层间距等，使之具有吸附性、膨胀性、可塑性和离子交换等特殊性能。
50、高岭石主要有什么特性？
这些特性的工业应用是什么？
物理性质：
质纯者为白色，因杂质而带黄、浅褐、浅红、浅绿、浅蓝等色调。
致密块体土状光泽，硬度2～3；土状块体具粗糙感，干燥时吸水性强，粘舌，加水具强可塑性但不膨胀。
应用：
作为耐火材料的最主要矿物原料，广泛应用于陶瓷、电瓷、冶金、玻璃、水泥、化工等工业；作为配料（填充剂、吸附剂、涂料）、漂白剂用于造纸、橡胶、油漆、颜料、纺织、化工、建筑等工业；作为合成4A型沸石的主要矿物原料；可作为提取Al的新来源
51、白云母的特性及工业应用是什么？
物理性质：
无色透明，含杂质者微具浅黄、浅绿等色，玻璃光泽，解理面上珍珠光泽。
硬度2.5～3，{001}极完全解理，薄片具弹性。
绝缘性、隔热性及抗酸、抗碱、抗压性强。
应用：
作绝缘材料广泛用于电器工业；云母粉作建筑材料、造纸、颜料、涂料、油漆、塑料、橡胶等的填充剂。
用于制云母陶瓷云母纸
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