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结晶学

[SM（〗地球科学大辞典结晶学结晶学

【结晶学】crystallography又称晶体学。

研究晶体的外部形貌、化学组成、内部结构、物理性质、生成和变化，以及它们相互间关系的一门科学。

它诞生于17世纪下半叶，但早期只是作为矿物学的一个分支而存在，其研究对象亦局限于天然的矿物晶体。

直到19世纪，随着其研究范围逐步扩大到矿物以外的各种晶体，结晶学才逐渐脱离矿物学而成为一门独立的学科。

近代结晶学主要包括晶体发生学、几何结晶学、晶体结构学、晶体化学及晶体物理学等分支。

它们阐明晶体各个方面的性质和规律，并可用以指导对晶体的利用和人工培养。

【晶体发生学】crystallogeny又称晶体生成学。

结晶学的一个分支。

研究晶体的发生、成长、变化等方面的现象、机理和规律。

它对指导人工制备晶体以及解释晶体的某些现象、特性和成岩、成矿作用的一系列问题等方面均具有重要意义。

【几何结晶学】geometricalcrystallography结晶学的一个分支。

是早期结晶学的主要内容，也是矿物学的基本内容之一。

研究具有天然规则多面体外形晶体的几何形貌、几何要素（晶面、晶棱等）以及其间的对称性和各种几何关系。

它对晶体的描述、分类和矿物的鉴定均具有重要意义。

【晶体结构学】crystallology又称结构晶体学。

结晶学的一个分支。

研究晶体内部结构中质点排布的各种规律和晶体结构的具体测定，以及实际晶体结构的不完善性。

它对从根本上阐明晶体的一系列现象和性质起着重要的作用。

【晶体化学】crystalchemistry又称结晶化学。

结晶学的一个分支。

是结晶学与化学之间的边缘科学。

主要研究晶体的化学组成与晶体结构之间的关系和规律。

对于阐明晶体的一系列现象和性质及它们相互的内部联系等方面有着重要的意义。

【晶体物理学】crystallophysics结晶学的一个分支。

是结晶学与固体物理学之间的边缘科学。

主要研究晶体的各项物理性质及其形成机理和规律。

它在指导对晶体的利用及鉴定方面均具有重要意义。

【结晶质】crystallinesubstance简称晶质。

组成物质的原子或离子都有规律地在三维空间呈周期性平移重复排列，即具有格子构造的固态物质。

每一种结晶质各自都有确定的熔点。

由结晶质构成的物体就是晶体。

【非晶质】non?

rystallinesubstance，amorphoussubstance又称玻璃质。

组成物质的原子或离子在三维空间不呈规则排布的固态物质。

例如，玻璃、塑料和火山熔岩快速冷凝而成的火山玻璃，以及因受放射性元素蜕变的影响而使晶格遭受破坏的某些褐帘石、烧绿石等，都属于非晶质。

非晶质没有固定的熔点，受热时逐渐软化而最后变成流体。

非晶质体因内部不具格子构造，不能自发地成长为几何多面体，因而也被称为无定形体（amorphousbody）。

与结晶质相比，非晶质是不稳定的，它有向结晶质转变的自发倾向。

【变生非晶质】metamictsubstance又称蜕晶质、似晶质。

含铀、钍等强放射性元素的原生晶质矿物，在放射性元素蜕变的影响下，仍保持其晶体外形，而内部晶格则遭受破坏，转变成非晶质。

矿物的变生非晶质化将引起矿物物理性质的显著变化，表现为颜色变深而不均匀，光泽减弱，相对密度变小，折射率降低，解理消失，呈贝壳状断口等。

【晶体】crystal由结晶质构成的物体。

一切晶体都有自发地成长为几何多面体外形的固有特性；但许多晶体在生长过程中受到外界条件的限制，因而最终并不一定表现出几何多面体的规则外形。

在自由空间结晶较早或具有较强结晶生长能力的矿物，形成具有较完好的几何多面体外形的晶体称自形晶（idiotopiccrystal）。

有些矿物几何多面体外形发育不完全或只有部分晶面发育称为半自形晶（hypidiotopiccrystal）。

晶体的分布极其广泛。

绝大部分的矿物都是晶体，人类正是从具有几何多面体外形的矿物开始认识晶体的；各种金属、合金、陶瓷、水泥制品到白糖、食盐、青霉素等绝大多数的固态化合物，一直到组成生命有机体的某些物质，如我国在世界上首次用人工方法合成有活力的蛋白质――结晶牛胰岛素等，都是晶体。

单个晶体的大小相差很大，可以从小于1微米到几十米。

有时，晶体一词仅指具有几何多面体外形的晶体，即结晶多面体；而将不具几何多面体外形的晶体称为晶粒（crystallinegrain），又称他形晶（anhedracrystal）。

【准晶体】quasi?

rystal狭义的准晶体是指：

内部原子在三维空间呈长程取向有序的排布，具有三维准周期性平移对称（而不具有像晶体中那样的三维周期性平移对称）的固体。

相应地其结构还具有自相似的特性而形成准晶格，并具有晶体所不能有的5次对称轴。

广义的准晶体还包括二维准晶体和一维准晶体。

它们分别只在二维和一维方向上具有准晶体的准周期性平移重复特征，而在另一维和二维方向上则具有晶体的周期性平移重复特征。

它们实际上只是狭义准晶体与晶体间的过渡形式。

其中二维准晶体的对称特点是具有8、10或12次轴。

准晶体最早是在1984～1985年间，在美、中、加、法等国实验室中被各自独立地发现的。

迄今已知的各种准晶体，均只见于人工合成的合金中。

【结晶作用】crystallization形成晶体的作用。

即原来不结晶的物质在一定的物理化学条件（温度、压力、组分浓度）下转变为结晶质的作用。

物质结晶的方式有：

①由气体结晶，如火山口硫蒸气冷凝直接形成硫磺晶体；②从液体（溶液或熔融体）中结晶，如盐湖中因蒸发使溶液达到过饱和而结晶出石盐、硼砂等晶体，从岩浆中结晶出长石、石英、云母等晶体，水在低于冰点时因过冷却而结晶成冰；③由固态的非晶质结晶，如非晶质的火山玻璃经过晶化而形成结晶质的石髓。

【重结晶作用】recrystallization在结晶学中可有两种含义：

①已形成的晶体，由于所处物理化学条件的变化，部分地熔融或溶解而转入母液，然后又重新成长的作用。

②已形成的晶体，由于温度和压力的影响，在固体状态下通过原子或离子的扩散而再次成长，使结晶颗粒由细变粗的作用。

如石灰岩变质成大理岩时，方解石晶粒的变粗。

也有人将后者称为再结晶作用，以与前一种含义的重结晶作用相区别。

在岩石学中，凡是岩石基本上处于固体状态下，其中有矿物的新晶粒形成的作用，都称为重结晶作用或再结晶作用。

由此所形成的新晶粒，其化学成分和矿物成分可以与原岩的相同，也可以不同；原岩的矿物可以是结晶质的，也可以是非晶质的。

【晶核】crystalnucleus又称晶芽（crystallinegerm）。

物质结晶时的成长中心。

它可以是从母相（例如溶液等）中首先结晶出来并达到一定临界尺寸的一些极小的结晶相微粒，也可以是某些外来的固体微粒。

后者包括：

与结晶物质相同的已存晶粒；与结晶物质的结构类同，能吸附溶质的其他物质的晶粒；能吸附溶质的胶体颗粒。

由母相本身结晶形成的晶核称为自发晶核，由外来微粒构成的晶核称为非自发晶核。

人工培养晶体时放入的籽晶（seedcrystal），就是远大于临界尺寸的非自发晶核。

【成核作用】nucleation形成晶核的作用。

作为晶核，必须达到一定的临界尺寸。

在此之前，结晶相微粒的增大会导致体系自由能的增高，因此，临界晶核（criticalnucleus），即正好达到临界尺寸的晶核，它的形成是需要一定能量的，此能量称为成核能（nucleationenergy）。

然后，随着晶核的长大，体系的自由能便趋于下降。

形成自发晶核的作用称为均匀成核作用（homogeneitynucleation）；借助于外来物的成核作用称为非均匀成核作用（inhomogeheitynucleation）；后者中借助于已存晶体者则特称为二次成核作用（secondarynucleation）。

【布拉维法则】lawofBravais其内容为：

晶体上的实际晶面平行于面网密度大的面网，且面网密度越大，相应的晶面在实际晶体上就越常见。

此法则系由法国学者布拉维（AugusteBravais）首先提出的，其后为弗里德尔（G.Friedel）的观察基本证实，故又称布拉维哺ダ锏露法则（lawofBravais?

riedel）。

但这一法则仅是从空间格子的几何关系考虑而得出的，因而实际上也常出现例外。

唐奈（J.D.H.Donnay）和哈克（D.Harker）曾对布拉维法则作了修补，故又称为唐奈补克原理（Donnay?

arkerrule）。

【晶面】crystalface在晶体生长过程中自发形成的包围晶体表面的平面。

晶面基本上是光滑平整的平面；但仔细观察时，常可见微有凹凸而表现出具规则形状的各种晶面花纹。

晶面实质上就是晶格的最外层面网。

【面角】interfacialangle指晶体上二晶面法线间的夹角，其数值等于相应两晶面间内角的补角。

【面角恒等定律】lawofconstancyofinterfacialangles又称面角守恒定律、斯台诺定律（lawofSteno）。

系由丹麦学者斯台诺（NicolausSteno）于1669年所提出的。

其内容为：

同种物质晶体之间，其对应晶面间的夹角恒相等。

这一定律的意义在于它从千变万化的歪晶中揭示出了晶体在外形上所固有的规律性，从而奠定了几何结晶学的基础。

它的提出，也是结晶学正式成为一门学科的标志。

但是，现代对晶体研究的结果表明，实际晶体的内部结构总是或多或少地偏离理想状况的，且可能受环境温度和压力的变化而发生各向异性的膨胀或收缩，因此，晶体的面角恒等只是在一定的精确度上而言的。

【晶棱】crystaledge晶体上晶面与晶面的交线。

两个实际相交晶面的交线称为实际晶棱，任意两个互不平行的晶面延展相交后的交线称为可能晶棱。

晶棱相当于晶格中的行列。

晶棱在晶体上的方向用晶棱符号来表示，即：

过结晶轴的交点作晶棱的平行线，在后者上任取一点，设此点在3个结晶轴上的坐标值之比为ra∶sb∶tc（a∶b∶c为轴率），将r∶s∶t化为最简单的整数比，然后略去比例符号，用中括号括起来，写作〔rst〕形式，即为晶棱符号（symbolofcrystaledge）。

【晶带】crystalzone晶体上各晶面间的交棱均互相平行的一组晶面的组合，称为一个晶带。

平行这些晶棱，并通过晶体中心的直线称为晶带轴（zoneaxis），其方向以相应的晶棱符号来表示，用以代表晶带。

如〔100〕晶带即代表晶体上所有平行于〔100〕晶棱方向的晶面所组成的晶带。

任意两个互不平行的晶面即可决定一个晶带。

【晶带定律】zonelaw又称魏斯定律（Weisszonelaw）。

系由德国学者魏斯（ChristianSamuelWeiss）于1805～1809年间所确定的。

其内容为：

晶体上的任一晶面至少同时属于两个晶带，或者说，平行于两个相交晶带的公共平面必为一可能晶面。

根据晶带定律可知：

由任意两个互不平行的晶面即可决定一个晶带，而由任意两个晶带又可决ㄒ桓鼍?

妫淮佣，由互不平行的4个任意已知晶面（其中每3个均不属于同一晶带），或由任意4个已知晶棱（即晶带轴，其中每3个均不共面），即可导出此晶体上一切可能的晶面和晶棱，并推算出相应的晶面符号和晶棱符号。

【晶带符号】symbolofcrystalzone用以指示晶带在晶体中方向的符号。

它以平行于晶带轴的晶棱之晶棱符号来代表。

其形式虽与晶棱符号完全相同，但作为晶带符号，此时它所代表的是以相应晶棱为晶带轴的整个晶带。

【对称】symmetry物体或图形在某种变换条件（例如绕直线的旋转、对于平面的反映，等等）下，其相同部分间有规律重复的现象，亦即在一定变换条件下的不变现象。

【对称要素】symmetryelements，elementsofsymmetry在研究对称时，为使物体或图形发生有规律重复而凭借的一些几何要素（点、线、面）称为对称要素。

晶体外形上可能存在的对称要素有：

对称面、对称中心、对称轴、旋转反伸轴和旋转反映轴。

其中旋转反伸轴与旋转反映轴之间有一定的等效关系，可以彼此取代。

在晶体内部结构中，除上述对称要素外，还可能出现像移面和螺旋轴，并必定有平移轴存在。

【对称中心】centreofsymmetry，symmetrycentre又称对称心、反伸中心（inversioncentre）。

对称要素之一。

是物体或图形中的一个假想的定点，在通过此点的任意直线上，其两边等距离处必有对应的相同部分；借助于对称中心的倒反作用，可使对应的相同部分相互重复（倒反作用也称反伸作用，它相似于照相机镜头的成像作用，由它所造成的像与原物体互成上下、左右、前后均颠倒相反的关系，且大小彼此相等，各对应点距对称中心的距离也都各自相等）。

对称中心的习惯符号为C，国际符号用1来代表。

【对称面】planeofsymmetry又称镜面（mirrorplane）。

对称要素之一。

是物体或图形中的一个假想平面，它可将物体或图形等分为互成镜像反映关系的两个相同部分（即两者分别相当于一个物体和此物体在镜子中的映像，而对称面就相当于一面镜子）。

借助于对称面的反映作用，可使此两个相同部分相互重复。

对称面的习惯符号为P，国际符号为m。

【对称轴】axisofsymmetry，symmetryaxis又称旋转轴（symmetryaxisofrotation）。

对称要素之一。

是物体或图形中的一条假想直线，绕此直线每旋转一定角度，物体或图形的各相同部分便发生一次重复，亦即整个物体或图形复原一次。

旋转360°过程中物体或图形复原的次数称为此对称轴的轴次（repetitionfrequency,numberofrepetitiontimes）；使之复原所需的最小转角称为基转角（elementaryangleofrotation）。

轴次n与基转角α之间的对称轴轴次（n）一次二次三次〖〗四次六次基转角（α）360°180°120°90°60°习惯符号（Ln）L1L2L3L4L6国际符号12346图示记号

注：

其中L1到处都存在，无特殊意义。

关系为：

360°/α=n。

晶体由于受内部结构必能平移重复规律的限制，其可能存在的对称轴如上表；亦即在晶体中不能存在5次和高于6次的对称轴。

这一规律即是晶体对称定律（lawofcrystalsymmetry）的内容，由德国学者魏斯（ChristianSamuelWeiss）确定。

【旋转反伸轴】rotoinversionaxis又称倒转轴或反演轴（inver?

ionaxis）。

是一种复合的对称要素。

相应的几何要素是一个假想的定点与通过此点的一根假想直线两者的组合。

当物体或图形绕此直线旋转一定的角度后，紧接着再借助于此假想点的倒反（也可以先倒反再旋转），其最后结果可使各相同部分发生重复。

类似于对称轴，旋转反伸轴也有一定的轴次和基转角，且同样不能存在5次和高于6次的旋转反伸轴。

晶体中可能存在的旋转反伸轴及其符号如下表。

旋转反伸轴轴次（n）一次二次〖〗三次四次六次基转角（α）〖〗360°180°120°90°60°习惯符号（Lni）L1iL2iL3iL4iL6i国际符号12346图示记号等效的对称要素

或其组合〖〗CPL3+C-L3+P

（P⊥L3）

【旋转反映轴】rotoreflectionaxis，rotatoryreflectionaxis又称映转轴。

是一种复合的对称要素。

相应的几何要素是一个假想平面与垂直此平面的一根假想直线两者的组合。

当物体或图形绕此直线旋转一定的角度后，紧接着再借助于此假想平面的反映（也可以先反映再旋转），其最后结果可使各相同部分发生重复。

晶体中只能有1次、2次、3次、4次和6次旋转反映轴。

通常用Lns来表示；但亦有用L24和L36分别表示4次和6次旋转反映轴的。

旋转反映轴与旋转反伸轴之间存在着对应的等效关系，即：

L1s＝L2i，L2s＝L1i，L3s＝L6i，L4s＝L4i，L6s＝L3i，彼此间可以相互替代。

【高次轴】axisofthehigherorder凡轴次高于2次的对称轴、旋转反伸轴或旋转反映轴以及螺旋轴，统称为高次轴。

【对称型】symmetryclass一个宏观晶体中的全部对称要素的集合。

即晶体中的“点群”。

一切可能的对称型共32种，系由德国学者黑塞尔（I.?

?

h.Hessel）于1830年首先导出的。

它们按对称特点的不同而分属于7个晶系。

任一对称型，其对称要素的种类、数目及方向都是确定的，全部对称要素都必定共点而交于晶体的几何中心。

参见“晶系”。

【点群】pointgroup一个三维的有限图形或物体中全部对称要素的集合。

因其全部对称要素均共点，故称。

晶体中的“点群”即“对称型”。

【晶族】crystalcategory晶体按对称分类的级别之一。

共分为低级、中级、高级3个晶族。

低级晶族包括三斜、单斜和正交（斜方）3个晶系，它们都不具有高次轴。

中级晶族包括四方、六方和三方3个晶系，它们的共同特点是必定有且只有1个高次轴。

高级晶族只有等轴晶系1个晶系，它的特点是具有多于1个的高次轴。

参见“晶系”。

【晶系】crystalsystem晶体按对称分类的级别之一。

晶体的32种对称型按对称特点的不同可归属为7个晶系。

最初德国学者魏斯（C.S.Weiss）于1813年首次提出晶体的对称分类时，将三方晶系包含于六方晶系之内而只划分为6个晶系。

它们分属于3个晶族。

具体见表。

晶族晶系对称型（点群）名

称对称

特点名称对称特点对称要素

总和*国际

符号圣弗里

斯符号晶体实例低级晶族无高次

轴。

所

有的对

称要素

必定互

相垂直

或平行三斜

晶系无L2和PL11C1高岭石C1Ci=S2钙长石单斜

晶系L2和P均

不多于一个L22Ｃ２镁铅矾PmCs＝C1h斜晶石L2PC2/mC2h正长石正交

（斜方）

晶系L2和P的

总数不少

于三个3L2222D2=V泻利盐L22Pmm2C2v异极矿3L23PCmmmD2h重晶石中级晶族必定有

且只有

一个高

次轴。

当除高

次轴外

还有其

他对称

要素存

在时，

它们必

定与唯

一的高

次轴垂

直或平

行

四方

晶系唯一的高

次轴为Ｌ４

或L４iL44C４四聚乙醛L4i（L２４）4S4砷硼钙石L4PC4/mC4h白钨矿L44L2422D４镍矾L44P4mmC4v羟氯铜铅矿L4i２Ｌ２２Ｐ42mD2d＝Ｖd黄铜矿（L242L22P）L44L25PC4/mmmD4h锡石

三方

晶系唯一的高

次轴为L3L３3C３细硫砷铅矿L3C（L36）3C3i=S6白云石L33L232D３α彩英L33P3mC3v电气石L33L23PC3mD3d方解石（L363L23P）

六方

晶系唯一的高

次轴为L6

或L6iL66C6霞石L6i（L3P）6C3h磷酸氢二银L6PC6/mC6h磷灰石L66L2622D6β彩英L66P6mmC6v红锌矿L6i3L23P6m2D３h蓝锥矿（L33L24P）L66L27PC6/mmmD6h绿柱石高级晶族高次轴

多于一

个。

对

称要素

间可以

彼此斜

交

等轴

（立方）

晶系必定有四个

L3；同时，必

定还有三个

相互垂直的

L4或L4i

或L2，它们

与每一个

L3均以等

角度相交3L24L323T香花石3L24L33PCm3Th黄铁矿（3L24L363P）3L44L36L２432O赤铜矿3L4i4L36P43mTd闪锌矿（3L244L36P）3L44L36L2m3mOh方铅矿9PC（3Ｌ４４Ｌ３６

６Ｌ２９Ｐ）*L2，P等记号分别见“对称中心”、“对称面”、“对称轴”、“旋转反伸轴”及“旋转反映轴”。

括弧内是以旋转反映轴代替相应旋转反伸轴时的对称要素总和。

【等轴晶系】isometricsystem等轴晶系又称立方晶系（cubicsystem）。

7个晶系之一。

属高级晶族。

其对称特点是，必定有4个3次对称轴，同时，不是还有3个相互垂直的4次轴，就是还有3个相互垂直的2次对称轴。

此3个4次轴或2次对称轴即选择作为晶体的3个结晶轴，并必定有：

轴角α＝β＝γ＝90?

°，轴单位a＝b＝c。

【四方晶系】tetragonalsystem又称正方晶系。

7个晶系之一。

四方晶系属中级晶族。

其对称特点是惟一的高次轴为4次轴。

此4次轴即选择作为晶体的c轴，3个结晶轴相互垂直，从而必定有：

轴角α＝β＝γ＝90°，轴单位a＝b。

六方和三方晶系

【六方晶系】hexagonalsystem7个晶系之一。

属中级晶族。

其对称特点是，惟一的高次轴为6次对称轴或倒转轴。

此惟一的6次轴即选择作为晶体的直立结晶轴，3个水平结晶轴的正端互成120°交角，它们与c轴均正交，从而必定有：

轴角α＝β＝90?

°，γ＝120?

°，轴单位a＝b≠c。

早先曾将三方晶系包含于六方晶系之内，而将它们区分为菱面体亚晶系和六方亚晶系两者。

【三方晶系】trigonalsystem7个晶系之一。

属中级晶族。

其对称特点是，惟一的高次轴为3次对称轴或倒转轴。

采用四轴定向时，此惟一的3次轴即选择作为晶体的直立结晶轴c轴，3个水平结晶轴的正端互成120?

°交角，它们与c轴均成正交，此时必定有：

轴角α＝β＝90?

°，γ＝120?

°，轴单位a＝b≠c。

也有采用三轴的米勒（Miller）定向的，此时选择三方晶系（米勒定向）与晶体惟一的3次轴均以相同的角度斜交而呈3次对称分布的3根晶棱方向为结晶轴，它们的正端均指向斜上方，并从而有：

轴角α′＝β′＝γ′，轴单位a′＝b′＝c′。

【正交晶系】orthorhombicsystem又称斜方晶系（rhombicsystem）。

正交晶系7个晶系之一。

属低级晶族。

其对称特点是，无高次轴，但2次对称轴和对称面的总数不少于3个。

晶体即以3个相互垂直的2次对称轴或对称面法线作为结晶轴，从而保持轴角α＝β＝γ＝90?

°。

【单斜晶系】monoclinicsystem7个晶系之一。

属低级晶族。

单斜晶系其对称特点是，无高次轴，且2次对称轴和对称面均不多于1个。

晶体即以此惟一的2次对称轴或对称面法线作为b轴。

b轴与a轴、c轴均成正交，从而仅保持轴角α＝γ＝90°。

三斜晶系【三斜晶系】triclinicsystem7个晶系之一。

属低级晶族。

其对称特点是，既无高次轴，也无2次对称轴和对称面。

3个结晶轴均相互斜交，故轴角之间和轴单位之间均无任何固有的特定关系。

【晶体定向】crystalorientation?

在尚未研究过的某种晶体上，选定各个结晶轴的方向和定出其轴率的工作；?

在阎的某个晶体上，找出其各个结晶轴所在方向的工作。

通常可以依据晶形、双晶、解理和光性测定、单晶衍射照相等方法来确定。

【结晶轴】crystallographicaxis简称晶轴。

是按一定法则在晶体中人为地选择的三根（或四根）坐标轴。

选择结晶轴时必须考虑到晶体所固有的特点，应使之平行于晶体的对称轴（或倒转轴）、对称面法线或适当的晶棱方向。

等轴、四方、正交（斜方）、单斜和三斜晶系选3个结晶轴：

a轴、b轴、c轴，三者交于晶体中心，其中c轴永远置于直立的方向，上正下负；b轴处于左右方向，右正左负；a轴对着观察者，前正后负。

三方和六方晶系由于对称性特殊，常采用四轴定向，又称布拉维定向（Bravaisorientation），即选定4个结晶轴：

a轴、b轴、d轴和c轴，四者交于晶体中心，其中c轴仍置于直立方向，上正下负；a轴、b轴、d轴均位于同一水平面内，3个轴的正端相互间的交角均为120?

°，b轴正端指向右方，a轴和d轴的正端分别指向左前方和左后方。

但三方晶系也可采用三轴定向，并特称为米勒定向（Millerorientation），详见“三方晶系”。

【轴角】interaxialangle晶体中3个结晶轴（三方或六方晶系晶体当选用4个结晶轴时，其d轴不包括在内）彼此间的交角。

用α、β、γ表示，它们依次对应于b轴与c轴、c轴