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【材料学堂】七大晶系详解(文字+多图)

  已知晶体的形态已经超过了四万种,但是都会有规律,晶体自然也是有的。它们都是按七种结晶方式模式发育的,即七大晶系。晶体即是一种以三维方向发育的的几何体,为了表示三维空间,分别用三、四跟人为添加的轴来表示晶体的长宽高以及中心。轴分别用S、Y、Z(U)(Z轴也可叫做“主轴”)来表示,而为了更好表示轴之间的度数,我们用α、β、γ来表示轴角。就这样出现了七种不同的晶系模式:立方晶系(也称等轴晶系)、四方晶系、三方晶系、六方晶系、正交晶系(也称斜方晶系)单斜晶系、三斜晶系。其中又按照对称程度又分为高级晶族、中级晶族、低级晶族。高级晶族中只有一个立方晶系;中级晶族有六方、四方、三方三个晶系;低级晶族有正交、单斜、三斜三个晶系。

  对称性是晶体的一个共性,结晶多面体中,全部对称要素的组合,称为该结晶多面体的点群(也称对成型)。

  晶体可分为7大晶系:三斜晶系、单斜晶系、正交(斜方)晶系、四方晶系、六角(六方)晶系、三角(三方)晶系、立方晶系;

  14种布喇菲格子:简单三斜、简单单斜、底心单斜、简单正交、底心正交、体心正交、面心正交、三角、简单四方、体心四方、六角、简单立方、体心立方、面心立方;

  立方晶系晶体对称性最高,其晶体理想外形必具有能内接于(内)球面的几何特点。立方晶系的特征对称性决定了此类晶体具有立方体形状的晶胞,三个具相等长度的基向量互相垂直,即其晶胞参数有a=b=c,α=β=γ=90°的特征。

  四方晶系 学名 tetragonal system属中级晶族。特征对称元素为四重轴。在惟一具有高次轴的c轴主轴方向存在四重轴或四重反轴特征对称元素的晶体归属于四方晶系。

  再,四方晶系四个柱面是对称的,即相邻和相对的柱面都一样,但和顶端不对称(不同形);所有主晶面交角都是九十度交角。请看模型图:

  在晶体外形或宏观物性中能呈现出具有惟一高次三重轴或三重反轴特征对称元素的晶体归属于三方晶系。

  三方晶系一类正当晶格单位有两种选取模式:一种是取菱形六面体的三方素晶格R,其晶格参数具有a=b=c, α=β=γ120° ≠90° 的特征;另一种是取体积为素晶格R三倍的三方H格子,此中晶体学界常用的轴系变换方式是三方H格子具有a=b≠c,α=β=90° ,γ=120° 的特征。

  在唯一具有高次轴的c轴主轴方向存在六重轴或六重反轴特征对称元素的晶体归属六方晶系。亦称“六角星系”,属于中级晶族。

  六方晶系特征对称性决定了六方晶系晶胞对应的基向量特点是:二个副轴均与主轴垂直,二个副轴基向量的大小相等,副轴间的夹角为120°,即其晶胞参数具有a=b≠c,α=β=90°,γ=120°的关系。

  结晶轴C轴。另外三个水平结晶轴正端互成120度夹角。轴角α=β=90°,γ=120°,轴单位a=b≠c。六方晶系晶体常见有六棱柱状、六方板(片)状以及它们的各种聚形,偶然会出现十二棱柱体(复六方柱)。有时候三方/六方晶系会出现菱形六面体晶型,较容易同三斜晶系的晶体混同。

  emerald,含铬的翠绿色绿柱石。化学组成为 Be3Al2[Si6O18]。六方晶系,晶体呈六方柱状,柱面有纵向条纹。玻璃光泽,硬度7.5。性质稳定,不易受腐蚀 。是一种贵重宝石 ,以其透明的绿色为主要鉴定特征。其颜色的鲜艳程度和亮度主要取决于氧化铬和氧化铁的含量。含氧化铁愈多,则颜色变为深暗,质量下降。世界90%的优质产于哥伦比亚,碧绿清澈,晶莹凝透,以稍带蓝色的翠绿色质量最佳,和翡翠一样是宝石中的珍品。在宝石中可以见到气液固三相包体,是哥伦比亚的特点。其次产于乌拉尔山脉者称乌拉尔,又称西伯利亚,颜色稍带黄褐,因其中多含有阳起石和黑云母等细小包体。产于巴西者称巴西,呈淡黄绿或绿色,透明度差,质量较低。非洲坦桑尼亚、津巴布韦亦产。

  三方晶系和六方晶系有许多相似之处,一些矿物专著和科普书刊往往将二者合并在一起,或干脆就称晶体有六大晶系。

  与前面讲的晶系最大的不同是三方/六方晶系的晶轴有四根,即一根竖直轴(z轴)三根水平横轴(x、y、u轴)。竖轴与三根横轴的交角皆为90度垂直,三根横轴间的夹角为120度(六方晶系为60度,也可说成三横轴前端交角120度。)。如果围绕z轴旋转一周,三方晶系晶体的横轴可以重合三次,六方晶系晶体的横轴则重合六次,故,三方/六方晶系晶体的对称度都高,z轴是高次轴,也就是主轴。

  三方晶系和六方晶系以严格的矿物学理论而言是不应该混淆的,但作为非矿物学家的我们,没有必要去探究那些高深的理论或从专业研究角度去区分它们的理论差异,那没有太大的实际用途。如果一定要我用一句通俗的话来描述三方和六方的区别,可以这样说:三方晶系的矿物既能长成三棱柱、三角板片的晶型,也能长成六棱柱、六角板片的晶型与六方晶系晶体混淆,但六方晶系的矿物通常不会长成三棱柱或三角板片等与三方晶系混淆(仅有一个三方双锥例外)。

  正交晶系。 该晶系特点是没有高次对称轴,二次对称轴和对称面总和不少于三个。英文名称:orthorhombic system;

  rhombic system;trimetric system斜方晶系,也叫正交晶系。 该晶系特点是没有高次对称轴,二次对称轴和对称面总和不少于三个。晶体以这三个互相垂直的二次轴或对称面法线为结晶轴。轴角α=β=γ=90°,但轴单位a≠b≠c,故斜方晶系具有更强的非均质性。非均质性强,平行c轴、b轴和a轴的折射率均不相同,具有三个不同的主折射率。

  高次轴而只在一个晶轴方向存在二重轴或二重反轴(即镜面)的晶体归属于单斜晶系。对单斜晶系晶体,晶体学的传统习惯常取具有特征二重轴或二重反轴的方向为轴(主轴)并取β为钝角,因而晶胞参数呈,a≠b≠c,α=γ=90°,β90°的关系。需注意,单斜晶系副轴的选取方式往往惟一的。

  属低级晶族。特征对称元素是二重对称轴或对称面。晶胞类型为:轴长a≠b≠c,轴角α=γ=90°≠β。是自然界中最常见的晶系例如石膏。

  triclinic system,三斜晶系是几种晶系中对称程度最低级的晶系。无任何特征对称元素。晶胞类型为:轴长a≠b≠c,轴角α≠β≠γ≠90°。

  三斜晶系的晶体给人的感觉多是“拧、扁、歪、斜”的,有些板状晶体被喻为“刀片状”。常见矿物有蔷薇辉石、微斜长石、钠长石、胆矾、斧石等。请观看实际晶体:

  7、斜方晶系英文名称:orthorhombic system;rhombic system;trimetric system斜方晶系,也叫正交晶系。 该晶系特点是没有高次对称轴,二次对称轴和对称面总和不少于三个。

  斜方晶系,也叫正交晶系。 该晶系特点是没有高次对称轴,二次对称轴和对称面总和不少于三个。晶体以这三个互相垂直的二次轴或对称面法线为结晶轴。轴角α=β=γ=90°,但轴单位a≠b≠c,故斜方晶系具有更强的非均质性。非均质性强,平行c轴、b轴和a轴的折射率均不相同,具有三个不同的主折射率。

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