结晶学及矿物学.PDF.pdf

高等教育面向 ２１ 世纪课程教材项目 国家理科基地创建名牌课程项目 研究成果 高等教育面向21世纪课程教材 Textbook Series for ２１st Century 结晶学及矿物学 主编 赵珊茸 编著 赵珊茸 边秋娟 凌其聪 内 容 简 介 本书是结晶学与矿物学两门课程的综合教材 ， 是在潘兆橹主编的 枟结晶学及矿物学枠 （第一 、 二 、 三版） 的基础上修订重编的 。 在结晶学方面 ， 本次修编增加了一些群论知识 ， 在对空间概念进行较详细的形象直观说明后 ， 辅以数学的推证过程 ， 此外还加强了极轴及 其对晶体物理性能产生影响的内容 ， 强调了几何单形与结晶单形的区别 。 在矿物学方向加 强了大类 、 类和族的矿物共性规律及晶体化学基础知识的介绍 ， 精简了矿物种数及对矿物 种的具体描述资料 。 本书可供地质类及材料类专业高等院校本科生作为教材使用 。 图书在版编目 （CIP） 数据 结晶学及矿物学／赵珊茸主编 畅桘４ 版 ．桘北京 地质出版社 ， ２００２畅１１ 面向 ２１ 世纪课程教材 ISBN ７唱１１６唱０３６０５唱９ Ⅰ 畅 结 Ⅱ 畅 赵 Ⅲ 畅 ① 结晶桘高等学校桘教材 ② 矿物学桘高等学校桘教材 Ⅳ 畅 ① ０７８ ② P５７ 中国版本图书馆 CIP数据核字 （２００２） 第 ０４７３５９ 号 JIEJINGXUE JI KUANGWUXUE 责任编辑 张晓红 王 璞 祁向雷 责任校对 王素荣 出版发行 地质出版社 社址邮编 北京海淀区学院路 ３１ 号 ， １０００８３ 电 话 （０１０） ８２３２４５０８ （邮购部） ； （０１０） ８２３２４５７７ （编辑室） 网 址 http ／／www ． gph ． com ． cn 电子邮箱 zbs ＠ gph ． com ． cn 传 真 （０１０） ８２３１０７５９ 印 刷 北京朝阳区小红门印刷厂 开 本 ７８７mm ９６０mm １／１６ 印 张 ２７畅７５ 字 数 ５１２ 千字 印 数 １ ４０００ 册 版 次 ２００２ 年 １１ 月北京第一版第一次印刷 定 价 ２７畅００ 元 ISBN ７唱１１６唱０３６０５唱９／P２２７２ （凡购买地质出版社的图书 ， 如有缺页 、 倒页 、 脱页者 ， 本社发行处负责调换） 前 言 枟结晶学及矿物学枠 是结晶学与矿物学两门课程的综合教材 。 本次新编 枟结晶学及矿物学枠 教材是在潘兆橹主编的 枟结晶学及矿物学枠 （第一 、 二 、 三 版） 的基础上修订重编的 ， 因此 ， 作为该教材的第四版出版发行 ， 但该第四版 相对于原第一 、 二 、 三版作了较大的改动 。 结晶学 （也称晶体学） 是一门空间概念多 、 抽象思维强的专业基础课 ， 是 地质 、 材料 、 物理 、 化学 、 分子生物学等学科的重要基础 ， 应用面十分广 。 各 学科对结晶学中的空间概念的阐述方法不尽相同 ， 有的注重形象直观 ， 有的注 重数学 （群论） 形式的逻辑推导 。 地质类院校的结晶学教材多以形象直观为特 征 ； 其他综合性大学中的材料学 、 凝聚态物理等专业的结晶学教材以群论方法 为主 。 这两种教学方法各有优 、 缺点 ， 形象直观的教学方法对建立晶体对称理 论中的空间概念非常有帮助 ， 且对于初学者来说也是比较容易接受的 ， 但它缺 乏对空间转换的理性认识 ； 群论教学方法可以对空间操作进行运算 ， 提高对空 间转换的理性认识 ， 但如果空间概念还没有建立起来 ， 即使运算技巧很熟练 ， 也很难理解运算过程中的真正空间含义 。 因此 ， 怎样发挥这两种教学方式中的 优点 ， 怎样找到这两种教学方式的最佳结合点 ， 应是结晶学教学研究的重要方 向 。 本次新编第四版教材的结晶学部分 ， 在发扬原教材 （第一版 、 第二版 、 第 三版） 形象直观的优良传统的基础上 ， 增加了一些群论知识 ， 在对空间概念进 行较详细的形象直观的说明后 ， 辅以数学的推证过程 ， 使学生们既了解空间过 程所蕴含的数理意义 ， 又了解数学公式所代表的具体空间过程 。 以形象直观的 教学方法为主 、 为先 ， 以群论教学方法为辅 、 为后 ， 是本次新编 枟结晶学及矿 物学枠 教材区别于其他同类教材最主要的特色 。 此外 ， 本教材还加强了极轴及 其对晶体物理性能影响的内容 ； 强调了 “几何单形” 与 “结晶单形” 的区别 ， 这是历届学生容易混淆的概念 。 本教材的图表引注分三种情况 ① 凡注明 “引 自 ” 的图表 ， 是从该作者所编的书中转引过来的 ， 不一定是该作者的原 创成果 ； ② 凡注明 “据 ” 的图表 ， 是该作者的原创成果 ； ③ 凡未作任何 标注的图表 ， 或是本教材编著者的资料成果 ， 或是一些很简单的及已被公认是 公共的资料 。 矿物学则是一门对种类繁多的矿物种进行分类 、 归纳 、 对比 、 分析的地质 类专业基础课 ， 它要将结晶学中有关晶体对称的基本原理直接应用到某个具体 Ⅰ 矿物晶体的分析中 。 本次新编第四版教材的矿物学部分基本上保持了原教材 （第一版 、 第二版 、 第三版） 的分类体系和风格 ， 但加强了某大类 、 类 （亚类） 或族的矿物共性规律及晶体化学原理基础知识的阐述 ， 精简了矿物种数以及对 矿物种的具体描述资料 ， 对某些矿物中的现象尽量从结晶学知识阐述其内在的 原因 。 本教材是在原 枟结晶学及矿物学枠 主编潘兆橹教授的亲自指导下编写的 ， 潘兆橹教授自始至终都非常关心本教材的编写工作 ， 提出了宝贵的意见 ， 并给 予我们极大的鼓励 。 王文魁教授 、 薛君治教授 、 赵爱醒教授 、 葛瑛雅教授认真 审阅了全稿 ， 提出了详细的修改意见 。 此外 ， 北京大学地质系曹正民教授 、 秦 善副教授也提出了宝贵的意见 。 中国地质大学矿物教研室的年轻教师王勤燕 、 钟玉芳 、 肖平也提出了修改意见 。 总之 ， 该教材凝聚了许多人的心血 ， 作者在 此表示衷心地感谢 本教材的编写分工如下 结晶学部分的第一章 、 第三章 、 第四章 、 第六 章 、 第七章 、 第八章 、 第十章由赵珊茸编写 ， 第二章 、 第五章 、 第九章由赵珊 茸 、 杨琇明编写 ； 矿物学部分的第十一章至第十七章由边秋娟编写 ， 第十八章 至第二十章由凌其聪编写 ， 其中部分内容由赵珊茸作了补充 ， 第二十一章至第 二十四章由赵珊茸编写 ； 最后由赵珊茸统一修改定稿 。 魏国鹏和潘莉负责图件 清绘 ， 杨红梅和刘海燕负责打字及排版 ， 许娅玲 、 李军虹 、 黄琼 、 王卫峰负责 了部分的文字校对与图件清理工作 。 由于编者水平有限 ， 不当之处敬请批评指导 。 赵珊茸 ２００１ 年 １２ 月 Ⅱ 第一版 （试用教材） 前言 本教材系根据国家地质总局 １９７７ 年 ９ 月召开的地质教材会议的决定编写 的 ， 供高等院校地质 、 勘探专业结晶学及矿物学课程使用 ； 总学时数为 １５０ 学 时 。 由于目前尚无统一的教学大纲 ， 在编写前我们草拟了编写提纲函寄有关兄 弟院校 ， 征求了宝贵的意见 。 本教材以北京地质学院 （现武汉地质学院） 矿物教研室历年编写的结晶学 及矿物学为主要蓝本 ， 其中矿物各论部分系根据我室所编 枟系统矿物学枠 一书 的初稿缩编而成 。 在编写过程中还参阅了部分兄弟院校的教材和近年来出版的 有关图书资料 。 本教材共分上 、 下两册 。 上册包括第一部分结晶学基础和第二部分矿物 学 第一篇矿物通论 ； 下册为第二部分第二篇矿物各论 。 本教材由我室结晶学及矿物学教材编写小组负责编写 。 结晶学基础 、 矿物 的分类和命名及硅酸盐概述由潘兆橹执笔 ； 矿物学绪论 、 矿物的化学成分 、 矿 物的物理性质 、 矿物的鉴定法和研究法 、 矿物鉴定简表 、 矿物名称索引和架状 硅酸盐由邵洁涟执笔 ； 矿物的形态 、 矿物的成因和链状硅酸盐由陈升平执笔 ； 其余全部矿物各论由赵爱醒执笔 。 陈代璋负责拍摄照片 ； 周春荣 、 唐远清负责 图件的清绘 ； 刘淑贞 、 朱宝华参加了图件的植字工作 ； 在编写过程中教研室的 同志们特别是 枟系统矿物学枠 编写小组给予了大力支持和协助 。 初稿完成后由 潘兆橹 、 邵洁涟进行了统一修改定稿 。 但由于交稿时间十分仓促 ， 且限于编者 水平 ， 内容错误不当之处在所难免 ， 希望使用本教材的同志们提出宝贵的意 见 ， 以便修订时改正 。 武汉地质学院矿物教研室 １９７８ 年 ８ 月 Ⅲ 第二版前言 本教材系根据 １９８０ 年地质部地质基础课教材编审委员会会议的决定而修 编的 ， 供高等院校地质 、 勘探等专业结晶学及矿物学课程使用 ； 总学时数为 １４０ ～ １５０ 学时 。 本教材是在 １９７９ 年版的基础上修编的 。 在修编前曾草拟修编大纲征求有 关兄弟院校的意见 。 初稿完成后送成都地院戈定夷主审 ， 并在地质矿产部矿物 学教材编审委员会 １９８２ 年 １２ 月第三次会议上进行了认真的审阅和讨论 。 又于 １９８３ 年 ８ 月在北京由成都地院戈定夷 、 河北地院邵克忠和匡瑞亭 、 桂林地院 邓经石等同志组成的复审小组作了细致的审定 。 本教材共分上 、 下两册 。 上册包括第一部分结晶学基础和第二部分矿物学 第一篇矿物通论 。 下册为第二部分矿物学第二篇矿物各论 。 本教材由我室潘兆橹教授主编 。 在修编过程中 ， 邵洁涟副教授曾做了部分 组织工作 。 结晶学基础 （晶体的形成一章除外） 、 矿物的分类及命名 、 硅酸盐 通论由潘兆橹执笔 ； 晶体的形成 、 石英族 、 似长石由王文魁执笔 ； 矿物学绪论 由王根元执笔 ； 矿物的形态 、 矿物的物理性质 、 矿物的鉴定法和研究法由邵洁 涟执笔 ； 矿物的化学成分 、 岛状及层状结构硅酸盐 、 长石族 、 硼酸盐 、 磷酸 盐 、 砷酸盐 、 钒酸盐 、 硫酸盐 、 硝酸盐 、 卤化物由叶振寰执笔 ； 矿物的成因 、 氧化物和氢氧化物 、 辉石族 、 碳酸盐 、 钨酸盐 、 钼酸盐 、 矿物的共生组合由王 顺金执笔 ； 角闪石族由陈升平执笔 ； 自然元素 、 硫化物及其类似化合物由赵爱 醒执笔 。 图件清绘由我院绘图室王润斋 、 彭泥泥 、 吴继红 、 林露西 、 方敏及我 院研究生部绘图室的同志们承担 。 邵郊居 、 陈代璋担负了个别照相工作 。 在修 编过程中教研室的同志们曾大力支持 ， 做了不少工作 。 修编稿完成后由主编潘 兆橹统一修改定稿 ， 赵爱醒担任了图件的统一整理工作 。 由于时间紧迫 ， 且限 于编者水平 ， 内容错误或不当之处在所难免 ， 衷心希望使用本教材的同志们提 出宝贵的意见 ， 以便修订时改正 。 武汉地质学院矿物教研室 １９８４ 年 ２ 月 Ⅳ 第三版前言 本书第一版出版于 １９７９ 年 。 第二版上 、 下册分别于 １９８４ 年 １１ 月和 １９８５ 年 ５ 月出版 ， 距今已有八年之久 。 为了适应学科发展和教学改革的进程 ， 编写 新的第三版势在必行 。 本版以 １９８８ 年地质矿产部矿物学课程教学指导委员会制定的 “教学基本 要求” 为主要依据 ， 并参考了近年教学实践经验进行编写 。 为了适应国内各校多年来固有的教学安排 ， 本版在体系上与上版比较未做 大的变动 ， 但对章节进行了增删和调整 。 在编写内容上注意到与当前学科的发展和教学新要求相适应 ， 如在上册中 增加了准晶的概念 ， 加强了晶体结构微观研究内容和矿物物理基础 ； 在下册的 矿物各论中 ， 对某些重点矿物种增补了当前研究新进展的介绍 ， 加强了标型特 征和矿物开发应用的阐述 ， 使之与现代矿物学分支成因矿物学和应用矿物学更 好地接轨 。 为适应在教学计划中学时的减少 ， 在字数方面适当作了缩减 ， 并注意了文 图的易读性 。 本书上册第一部分第一章至第七章 ， 下册第二部分的第七章和第十一章的 硅酸盐概述 、 第三亚类层状结构硅酸盐 ， 由潘兆橹执笔 ； 上册第二部分第一章 至第六章 ， 下册第八章 、 第九章 、 第十一章第四亚类架状结构硅酸盐 、 第十二 章第三类和第四类 、 第十三章 ， 由赵爱醒执笔 ； 上册第一部分第八 、 九章 ， 下 册第十章 、 第十一章第一和二亚类岛状及链状结构硅酸盐 、 第十二章第二 、 五 、 六 、 七类 ， 由潘铁虹执笔 ； 全书由潘兆橹统稿 ， 赵爱醒负责编写的组织工 作并整理了全书的图件 。 中国地质大学 （武汉） 绘图室方敏等同志清绘了部分 图件 ， 矿物教研室 、 教材科给予了热情的支持 ， 地质出版社教材室主任杨洪钧 同志给予了深切的关怀与帮助 ， 成都理工学院戈定夷教授审阅了书稿 ， 于此一 并致谢 。 编 者 １９９３ 年 ５ 月 Ⅴ 目 录 上篇 结 晶 学 第一章 晶体及结晶学（１） 一 、 晶体的概念（１） 二 、 空间格子（３） 三 、 晶体的基本性质（７） 四 、 结晶学及其主要研究内容（９） 习题（１０） 第二章 晶体的测量与投影（１１） 一 、 面角守恒定律（１１） 二 、 晶体测量（１２） 三 、 晶体的投影（１４） 习题（２０） 第三章 晶体的宏观对称（２１） 一 、 对称的概念（２１） 二 、 晶体对称的特点（２２） 三 、 晶体的宏观对称要素和对称操作（２２） 四 、 对称要素的组合（２９） 五 、 ３２ 个对称型 （点群） 及其推导（３１） 六 、 晶体的对称分类（３５） 七 、 五次对称轴 、 二十面体与准晶（３７） 习题（３９） 第四章 晶体定向与结晶符号（４０） 一 、 晶体定向方法（４０） 二 、 各对称型中对称要素的空间分布（４３） 三 、 对称型的国际符号及申弗利斯符号（４３） 四 、 晶面符号与晶棱符号（５４） 五 、 整数定律与晶带定律（５６） 习题（６０） Ⅵ 第五章 单形和聚形（６１） 一 、 单形（６１） 二 、 结晶单形与几何单形（６５） 三 、 ４７ 种几何单形的形态特点（７１） 四 、 单形的分类（７２） 五 、 聚形（７６） 六 、 各晶系晶体定向 、 单形及聚形分析举例（７７） 习题（８８） 第六章 群论基础及其在晶体对称理论中的应用（９０） 一 、 群论基础（９０） 二 、 群论在晶体对称理论中的应用（９２） 三 、 对称型 （点群） 中有关群论的一些总结（９９） 习题（１００） 第七章 晶体内部结构的微观对称（１０１） 一 、 １４ 种空间格子 （１４ 种布拉维格子）（１０１） 二 、 晶体内部结构的对称要素（１０６） 三 、 空间群（１１１） 四 、 等效点系（１１８） 习题（１２０） 第八章 晶体生长简介（１２１） 一 、 成核（１２１） 二 、 晶体生长模型（１２３） 三 、 晶体生长实验方法（１２７） 四 、 晶面的发育（１２８） 五 、 影响晶体生长形态的外因（１３０） 六 、 晶体的溶解和再生长（１３２） 习题（１３３） 第九章 晶体的规则连生（１３４） 一 、 平行连晶（１３４） 二 、 双晶（１３５） 三 、 浮生与交生（１５０） 习题（１５１） 第十章 晶体化学简介（１５２） 一 、 最紧密堆积原理（１５２） 二 、 配位数和配位多面体（１５５） Ⅶ 三 、 化学键和晶格类型（１５６） 四 、 典型结构分析（１６１） 五 、 类质同象（１６３） 六 、 同质多象（１６６） 七 、 型变 （晶变） 现象（１７０） 八 、 多型（１７１） 九 、 晶体结构的有序 无序（１７２） 习题（１７５） 下篇 矿 物 学 第十一章 矿物及矿物学（１７６） 一 、 矿物和矿物学的概念（１７６） 二 、 矿物学发展简况（１７７） 三 、 矿物学与其他学科的关系（１７９） 习题（１８０） 第十二章 矿物的化学成分（１８１） 一 、 地壳中化学元素的丰度（１８１） 二 、 元素的离子类型（１８２） 三 、 矿物的化学计量性与非化学计量性（１８３） 四 、 胶体矿物的化学成分特点（１８４） 五 、 矿物中的水（１８５） 六 、 矿物的化学式及其计算（１８７） 习题（１９２） 第十三章 矿物的形态（１９３） 一 、 矿物单体的形态（１９３） 二 、 矿物集合体的形态（１９６） 习题（２００） 第十四章 矿物的物理性质（２０１） 一 、 矿物的光学性质（２０１） 二 、 矿物的力学性质（２０８） 三 、 矿物的其他物理性质（２１４） 习题（２１９） 第十五章 矿物的成因（２２０） 一 、 形成矿物的地质作用（２２０） 二 、 矿物的形成与体系化学组分的活动性（２２４） Ⅷ 三 、 矿物的时空关系（２２５） 四 、 矿物的标型性（２２７） 五 、 矿物中的包裹体（２２９） 六 、 矿物的变化（２３０） 习题（２３７） 第十六章 矿物的鉴定和研究方法简介（２３８） 一 、 矿物样品的采集和分选（２３８） 二 、 矿物的肉眼鉴定（２３９） 三 、 鉴定和研究矿物的其他主要方法简介（２３９） 习题（２４６） 第十七章 矿物的分类和命名（２４７） 一 、 矿物的分类（２４７） 二 、 矿物的命名（２４８） 习题（２４９） 第十八章 自然元素大类（２５０） 一 、 自然金属元素类（２５１） 自然铜族 （自然铜和自然金）（２５１） 自然铂族 （自然铂）（２５４） 二 、 自然非金属元素类（２５４） 自然硫族 （自然硫）（２５４） 金刚石族 （金刚石）（２５５） 石墨族 （石墨）（２５８） 富勒烯及纳米碳管（２５９） 三 、 自然半金属元素类（２６１） 自然铋族 （自然铋）（２６１） 习题（２６２） 第十九章 硫化物及其类似化合物大类（２６３） 一 、 简单硫化物类（２６５） 方铅矿族 （方铅矿）（２６５） 闪锌矿族 （闪锌矿）（２６６） 黄铜矿族 （黄铜矿）（２６８） 磁黄铁矿族 （磁黄铁矿和红砷镍矿）（２６９） 铜蓝族 （铜蓝）（２７０） 辰砂族 （辰砂）（２７１） 辉锑矿族 （辉锑矿和辉铋矿）（２７２） Ⅸ 雌黄族 （雌黄）（２７３） 雄黄族 （雄黄）（２７４） 辉钼矿族 （辉钼矿）（２７５） 斑铜矿族 （斑铜矿）（２７６） 辉铜矿族 （辉铜矿）（２７７） 二 、 复硫化物类（２７８） 黄铁矿桘白铁矿族 （黄铁矿和白铁矿）（２７８） 辉砷钴矿桘毒砂族 （毒砂）（２８１） 习题（２８２） 第二十章 氧化物和氢氧化物大类（２８３） 一 、 氧化物类（２８５） 赤铜矿族 （赤铜矿）（２８５） 刚玉族 （刚玉 、 赤铁矿和钛铁矿）（２８６） 钙钛矿族 （钙钛矿）（２８９） 金红石族 （金红石 、 锡石和软锰矿）（２９０） 晶质铀矿族 （晶质铀矿）（２９４） 石英族 （石英 、 β桘石英和蛋白石）（２９５） 尖晶石族 （尖晶石 、 磁铁矿和铬铁矿）（３００） 黑钨矿族 （黑钨矿）（３０３） 二 、 氢氧化物类（３０４） 镁的氢氧化物 （水镁石）（３０４） 铝的氢氧化物 （三水铝石）（３０５） 铁的氢氧化物 （针铁矿）（３０６） 锰的氢氧化物 （水锰矿和硬锰矿）（３０７） 习题（３０９） 第二十一章 含氧盐大类 （一）（３１０） 硅酸盐类（３１１） （一） 晶体化学特点（３１１） （二） 形态与物理性质（３２２） （三） 成因及产状（３２３） （四） 亚类的划分（３２３） 第一亚类 岛状 、 环状结构硅酸盐（３２３） 锆石族 （锆石）（３２４）