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结晶学及矿物学
第17次开课
开课时间: 2025年02月17日 ~ 2025年06月08日
学时安排: 3-5小时每周
进行至第7周,共16周 已有 959 人参加
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spContent=晶体,晶莹剔透绚丽多彩的外形内却蕴含了数学之美;矿物晶体,大自然赐予的天然宝贝,也隐藏了地球演化规律信息。“结晶学及矿物学”课程将带你探究矿物晶体世界。 中国地质大学(武汉)的“结晶学及矿物学”课程历史悠久,2010年评为国家精品课程、2014年评为国家精品资源共享课程,2018年评为国家精品在线开放课程,2020年评为线上线下混合式国家一流课程。其教材也是“十五”“十一五”“十二五”国家级规划教材。并于2021年获国家教材建设二等奖。该课程与教材在国内同类课程中处于主导地位。
晶体,晶莹剔透绚丽多彩的外形内却蕴含了数学之美;矿物晶体,大自然赐予的天然宝贝,也隐藏了地球演化规律信息。“结晶学及矿物学”课程将带你探究矿物晶体世界。 中国地质大学(武汉)的“结晶学及矿物学”课程历史悠久,2010年评为国家精品课程、2014年评为国家精品资源共享课程,2018年评为国家精品在线开放课程,2020年评为线上线下混合式国家一流课程。其教材也是“十五”“十一五”“十二五”国家级规划教材。并于2021年获国家教材建设二等奖。该课程与教材在国内同类课程中处于主导地位。
—— 课程团队
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。

“结晶学”以晶体为研究对象,主要研究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。

通过学习这门课程,你可以掌握晶体对称理论知识,包括:晶体的内部本质-晶体对称-晶体定向-单形与聚形,了解晶体宏观形态与内部结构的关系;理解晶体中原子离子成键与形成晶体结构的规律;掌握矿物的成分 、结构 、形态 、物理性质 、成因等的基础知识,以及矿物的成分与结构对矿物物理性质的影响,矿物成分 、结构 、物理性质随形成条件的变化规律;学会鉴定50-60种常见矿物。

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。

课程大纲

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、晶体的极射赤平投影

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,确定对称型;晶体的对称定律;对称要素组合定理,用组合定理判断对称型对否;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(PCIF);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。

 

 

 

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;鲍林法则前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;矿物化学成分的变化;矿物中“水”的类型;矿物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,理解其产生的原因,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。

 

 

 

 

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 氧化物和氢氧化物矿物

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,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;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


展开全部
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。

参考资料

教材:赵珊茸主编,《结晶学及矿物学》(第三版、第四版),北京:高等教育出版社,2017、2024

   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.

12.Klein C. Manual of mineral science (after J.D.Dana).23rd ed.New York:John Wiley & Sons,Inc,2008

中国地质大学(武汉)
4 位授课老师
赵珊茸

赵珊茸

教授 博导

钟玉芳

钟玉芳

副教授

殷科

殷科

副教授

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