第十章 习题
1.等大球最紧密堆积有哪两种基本形式?所形成的结构的对称特点是什么?所形成的空隙类型与空隙数目怎样?
答：等大球最紧密堆积有六方最紧密堆积（ABAB……，两层重复）和立方最紧密堆积（ABCABC……，三层重复）两种基本形式。六方最紧密堆积的结构为六方对称，立方最紧密堆积的结构为立方对称。这两种类型形成的空隙类型和数目是相同的，空隙有两种类型——四面体空隙和八面体空隙。一个球体周围有6个八面体空隙和8个四面体空隙。
2.什么是配位数?什么是配位多面体?晶体结构中可以看成是由配位多面体连接而成的结构体系，也可以看成是由晶胞堆垛而成的结构体系，那么，配位多面体与晶胞怎么区分?
答：我们将晶体结构中，每个原子或离子周围最邻近的原子或异号离子的数目称为该原子或离子的配位数。以一个原子或离子为中心，将其周围与之成配位关系的原子或离子的中心连接起来所获得的多面体成为配位多面体。配位多面体与晶胞不同，晶胞是晶体结构中最小重复单元，晶体结构可以看成是由晶胞堆垛而形成的。配位多面体强调的是晶体结构中的结构基团，而晶胞体现的是晶体结构的重复周期与对称性，晶胞是人为的根据晶体本身的对称性划出来的，实际晶体结构中并不存在与晶胞相应的“结构基团”。
3.CsCl晶体结构中，Cs+为立方体配位，此结构中Cl-是作最紧密堆积吗？
答：此结构中Cl-离子不是最紧密堆积。因为等大球的最紧密堆积只有两种空隙——四面体空隙和八面体空隙。晶体结构中不会出现立方体配位。因此，CsCl结构中的Cl-离子不是最紧密堆积。
4.用NaCl的晶体结构为例说明鲍林第二法则。
答：鲍林第二法则为“一个稳定的晶体结构中，从所有相邻的阳离子到达一个阴离子的静电键之总强度等于阴离子的电荷”。NaCl结构中，CNCl-=6和CNNa+=6。每个Na+到达1个Cl-的静电强度为1/6，到达1个Cl-的总静电强度为1/6×6=1，与Cl-的电荷数相同。
5.类质同像的条件是什么?研究意义是什么?
答：形成类质同像替代的原因一方面取决于替代质点本身的性质，如原子、离子半径的大小、电价、离子类型、化学键性等；另一方面也取决于外部条件，如形成时的替代温度、压力、介质条件等。
研究类质同享的意义在于：1）了解元素的赋存状态及矿物化学成分的变化，以正确表示矿物的化学式。2）了解矿物物理性质变化的原因，从而可通过测定矿物的性质来确定其类质同像混入物的种类和数量。3）判断矿物晶体的形成条件。4）综合评价矿床及综合利用矿产资源。
6.同质多像转变过程中，高温、高压形成的变体结构有何特点?
答：一般地，温度的增高会促使同质多像向CN减小、比重降低的变体方向转变。对同一物质而言，一般高温变体的对称程度较高。压力增大一般使同质多像向CN增大、比重增大的变体方向转变。
7.试述类质同像、同质多像、型变及它们之间的有机联系。
答：类质同像是指晶体结构中某种质点为性质相似的他种质点所替代，共同结晶成均匀的单一相的混合晶体，而能保持其键性和结构型式不变，仅晶格常数和性质略有改变。
同质多像是指化学成分相同的物质，在不同的物理化学条件下，形成结构不同的若干种晶体的现象。
型变是指在晶体化学式属同一类型的化合物中，化学成分的规律变化而引起的晶体结构形式的明显而有规律的变化的现象。
型变现象能够将类质同像和同质多像有机地联系起来，类质同像、同质多像和型变现象体现了事物由量变到质变的规律。
8.为什么层状结构的晶体非常容易发生多型现象?
答：因为层状结构的矿物结构单元层之间堆垛时，通常错开一定的角度进行，而不是正对着的。往往层与层之间的错开通常不是遵循同一种规律。这种现象类似于等大球最紧密堆积中的最紧密堆积层之间的堆积方式，也有许多种变化，从而导致在一维方向上面变化，产生多型的现象。而在非层状晶体中，结构的变化应属于同质多像的范畴，而不易形成多型的现象。


第十一章习题
1. 何谓矿物?矿物学的主要研究内容是什么?
答：矿物是由地质作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化学成分和内部结构、在一定的物理化学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物，它们是岩石或矿石的基本组成单位。
矿物学是一门研究地球及其它天体的物质组成及演化规律的地质基础学科。它是研究矿物(包括准矿物)的成分、结构、形态、性质、成因、产状、用途及其相互间的内在联系，以及矿物的时空分布规律及其形成和变化的历史的科学。它为地质学的其他分支学科及材料科学等应用科学在理论上和应用上提供了必要的基础和依据。
2. 玻璃、石盐、冰糖、自然金、花岗岩、合成金刚石、水晶、水、煤、铜矿石是不是矿物?为什么?
答：根据矿物的定义，我们可知矿物的两个特点：天然形成和结晶质。这两个特点可以作为我们判断物质是否是矿物的依据。上述物质中，是矿物的有石盐、自然金、水晶，其他的均不是矿物。原因如下：
玻璃是非晶质体；冰糖为人工合成；花岗岩是岩石，它是多种矿物的集合体；合成金刚石也是人工合成；水是液态，为非晶质体；煤是混合物，它由多种矿物和非晶质体以及有机物组成；铜矿石是矿石，也是多种矿物的集合体。
3. 综论矿物学与相关学科的关系。
答：矿物学与一系列理论学科、技术学科和应用学科有着密切的关系。首先，矿物学以基础理论学科为基础，这些学科包括结晶学、数学、物理学、化学、物理化学等，尤其是固体物理学、量子化学和化学方面的理论及实验技术和计算机科学。它们促进现代矿物学全面发展。同时，矿物学作为相关的地质学科（例如：岩石学、矿床学、地球化学等）和应用学科（例如：材料学、宝石学）的基础，为它们的进一步研究提供了借鉴和理论知识。

第十四章习题
1.简述矿物呈色的机理。具红色、蓝色的宝石级刚玉的呈色原因何在?
答：矿物的颜色根据产生的原因可以分为自色、他色和假色。由于自色是矿物的晶体化学特征所决定的，是矿物的本色。此处只介绍自色的形成机理。它是由矿物本身固有的化学成分和内部结构所决定的颜色，是由于组成矿物的原子或离子在可见光的激发下，发生电子跃迁或转移所造成的。其成色机理主要有以下4种：
1）离子内部电子跃迁 这是含过渡型离子的矿物呈色的主要方式。过渡金属离子的d轨道发生能级分裂后，电子可在这些分裂后的轨道上发生跃迁而呈色。我们将能使矿物呈色的过渡性离子称为色素离子。
2）离子间电荷转移 在外加能量的激发下，矿物晶体结构中变价元素的相邻离子之间可以发生电子跃迁使矿物呈色。
3）能带间电子跃迁 电子在整个晶体周期结构处于不同的能带中，电子可在这些能带中发生跃迁而呈色。许多自然金属矿物和硫化物矿物的呈色，可以用能带理论进行解释。
4）色心 它是一种能选择性吸收可见光波的晶格缺陷。大部分碱金属和碱土金属化学物的呈色主要与色心有关。
具有红色、蓝色的宝石级刚玉的呈色机理可以用第1种成色机理来解释：刚玉的理想成分为Al2O3，纯净的刚玉为无色。如果Al3+与部分过渡型离子发生类质同像替代之后，刚玉显示的是这些色素离子的颜色。含Cr呈红色，称为红宝石；含Ti而呈现蓝色，称为蓝宝石。
2.闪锌矿有深色和浅色之分，同时其他光学性质相应地也各有所不同，请解释其原因所在。
答：这是由于闪锌矿化学成分不同而导致的差异。在自然界中，闪锌矿（ZnS）中的Zn2+比较容易被Fe2+替代，形成类质同像混晶。当替代程度较少时，Zn2+与S2-以共价键连接。矿物显示出原子晶格晶体的光学性质，例如：较浅的颜色，同时条痕也很浅，矿物透明，并且是金刚光泽。当替代程度较大时，Fe2+与S2-之间的化学键作用显现，这两种元素间的化学键向金属键过渡，从而导致矿物显示出一定金属晶格晶体的光学性质，例如：颜色变深，条痕变深，半透明甚至不透明，半金属光泽等。
3.试总结矿物的颜色、条痕、透明度和光泽之间的相互关系。
答：它们都是矿物的光学性质，相互之间有一定的联系。下面以矿物的光泽为代表，列表展示它们之间的关系：
光泽 颜色 条痕 透明度
金属光泽 金属色 黑色或金属色 不透明
半金属光泽 金属色 深彩色 不透明至半透明
金刚光泽 浅色、白色或无色 浅色、白色或无色 半透明至透明
玻璃光泽 无色、白色或浅色 无色或白色 透明
4.举例说明解理产生的原因。应如何全面描述矿物的解理?如何理解解理的异向性和对称性?
答：解理的产生严格受其晶体内部结构因素（晶格、化学键类型及其强度和分布）的控制，常沿面网间化学键力最弱的面网产生。下面按照晶格类型，将解理产生的原因分别描述如下：
1）在原子晶格中，各方向的化学键力均等，解理面‖面网密度最大的面网。 例如：金刚石晶体的解理沿{111}产生。
2）离子晶格，因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且面网间距大的电性中和面网产生，例如：石盐的解理沿{100}产生；或者，解理面‖两层同号离子层相邻的面网，例如：萤石的解理沿{111}产生。
3）多键型的分子晶格，解理面‖由分子键联结的面网，例如：石墨的解理沿{0001}产生。
4）金属晶格，由于失去了价电子的金属阳离子为弥漫于整个晶格内的自由电子所联系，晶体受力时很容易发生晶格滑移而不致引起键的断裂。故金属晶格具强延展性而无解理。
全面描述矿物的解理一般包括两个方面的内容——方向（组数）和等级。描述方向（组数），可以用与解理面相对应的单形及形号直接描述，例如：石盐的解理可以描述为立方体{100}组数为3组，萤石的可以描述为八面体{111}，组数为4组。从解理的方向（组数）可以得到解理的夹角，例如：石盐的解理有3组，解理面间夹角均为90°。根据解理产生的难易程度及其完好性，解理的等级可以分为：极完全解理、完全解理、中等解理、不完全解理和极不完全解理。
由解理产生的原因可知，解理面常沿面网间化学键力最弱的面网产生。晶体结构内部，作用力最弱的面网分布符合晶体的对称性和各向异性，从而导致了解理的异向性和对称性。
5.指出下列解理的组数及夹角(注：用90°, 60°, ＞90°或＜90°表示)：三斜晶系：｛100｝, ｛010｝, ｛001｝单斜晶系：｛001｝, ｛010｝, ｛100｝, ｛110｝斜方晶系：｛001｝, ｛010｝, ｛100｝四方晶系：｛100｝, ｛110｝, ｛111｝,｛001｝等轴晶系：｛100｝, ｛110｝, ｛111｝三方、六方晶系：｛101｝,｛0001｝。
答：此题考查同学们对结晶学中各晶系单形的熟练程度：
三斜晶系：｛100｝一组解理, ｛010｝一组解理, ｛001｝一组解理
单斜晶系：｛001｝一组解理, ｛010｝一组解理, ｛100｝一组解理, ｛110｝两组解理，夹角不等于90°
斜方晶系：｛001｝一组解理, ｛010｝一组解理, ｛100｝一组解理
四方晶系：｛100｝两组解理，夹角等于90°, ｛110｝两组解理，夹角等于90°, ｛111｝四组解理，夹角均不等于90°,｛001｝一组解理
等轴晶系：｛100｝三组解理，夹角均=90°, ｛110｝六组解理，夹角＞90°, ｛111｝四组解理，在其中一个解理面上可以看到其他三组解理纹夹角60°
三方、六方晶系：｛101｝三方晶系为三组，六方晶系为六组，夹角均不等于90°,｛0001｝一组解理。
6.某磁铁矿标本上明显可见到几组阶梯状平面，请问这是它的解理吗?为什么?
答：这种现象不是解理，而是裂开。部分磁铁矿含有沿{111}分布的显微状钛铁矿、钛铁晶石出溶片晶。这些定向分布的物质形成潜在的破坏面。在受到外力作用，超过其承受极限，磁铁矿就会沿着这些面破裂，产生台阶状平面。由于这种破裂面与解理产生的原因不同，且没有普遍性（即并不是所有的磁铁矿都有这种现象）因此这种现象称为裂开，而不是解理。
7.影响矿物硬度的因素有哪些?如何才能较准确地获得矿物的硬度?
答：矿物的硬度是矿物成分和内部结构牢固性的具体表现。硬度的影响因素有：
1）化学键的类型及强度：
矿物的硬度主要取决于其内部结构中质点间联结力的强弱。
①典型原子晶格的硬度很高；但具有以配位键为主的原子晶格的大多数硫化物矿物，键力却不太强，故硬度并不高。
②离子晶格矿物的硬度通常较高，但随离子性质的不同而变化较大。
③金属晶格矿物的硬度较低(某些过渡金属除外)。
④分子晶格因分子间键力极微弱，其硬度最低。
⑤以氢键为主的矿物的硬度很低。
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。
①当矿物结构类型相同(等型结构)，若离子电价相同，则硬度随离子半径的减小而增高；若离子半径相近，则硬度随离子电价增高而增大。这是因为随着半径减小键力增强。
②当结构类型不同，但其他因素类同时，矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高（即阳离子的配位数增高）而增大。这也是因为结构越紧密，质点间键力越强。
3）含水矿物 的硬度通常都很低。
由于矿物风化、吸水等因素都会改变矿物的硬度，因此在硬度测量时尽量在矿物的新鲜破开面（解理面或断口）上测量较为准确。
8.宝石加工时，应以何种材料来琢磨金刚石?为什么?
答：金刚石硬度极高，宝石加工时通常使用金刚石来琢磨金刚石。因为金刚石的硬度具有异向性，{111}、{110}、{100}晶面上的硬度依次降低，这是由于它们的面网密度依次减小的缘故。因此，人们就使用金刚石较硬的方向来对金刚石进行琢磨。
9.简论晶格类型对矿物光学性质和力学性质的影响。
答：矿物的光学性质和力学性质与该矿物的晶格类型密切相关，下面按晶格类型分别总结矿物的光学性质和力学性质如下表：
离子晶格 原子晶格 金属晶格 分子晶格
光学性质 颜色 一般无色、白色或浅色，含色素离子显示色素离子的颜色 一般无色、白色或浅色，含色素离子显示色素离子的颜色 金属色、黑色 一般无色、白色或浅色
条痕 无色、白色或浅色 无色、白色或浅色 金属色、黑色 无色、白色或浅色
光泽 玻璃光泽 玻璃光泽或金刚光泽 金属光泽、半金属光泽 玻璃光泽
透明度 透明-半透明 透明-半透明 不透明 透明
力学性质 解理 解理面‖电性中和面或‖相邻两层是同号离子层 沿面网密度大的面网 解理不发育 沿分子键方向产生
硬度 一般中等 一般为大 中等或小 小
10.概述矿物发光性的主要种类及应用。
答：矿物的发光性是指某些矿物在外加能量的激发下能明显地发出可见光。按照外加激发源的不同，可以分为以下几种：
1）热发光：以一定的升温速率对矿物样品加热使其发光。热发光已经广泛应用于地质学领域，另外在材料、考古、陨石、核试验环境保护等领域均有深入而独到的应用。
2）阴极发光：用电子枪产生的高速电子流激发矿物使其发光。应用领域更为广泛，比较成熟的技术有：应用阴极发光成像技术研究沉积岩石学问题，也广泛应用于宝石鉴定。
3）X-射线发光：用X-射线激发样品。对那些在紫外光和阴极射线激发下发光特征不明显的矿物，是一种有效的手段。
4）光致发光：由紫外光或可见光作为激发源。这是以前矿物发光研究和鉴定的主要方法，特别是对白钨矿和金刚石的鉴定、找矿和选矿更为有效。
此外，还有质子发光、摩擦发光和场致发光等。
11.已知石英晶体的对称型(点群)为L33L2(32)，其中3个L2为电极轴(一端为负，另一端为正)，试画出这3个电极轴在垂直L3平面内的分布图，并在此图的基础上讨论：为什么沿L3方向施加压力不会产生压电性?为什么沿L2方向施加压力会产生压电性?为什么石英晶体无热释电性?
答：电极轴的平面分布图如下：
说明：图中的正六边形代表石英晶体六方柱的横截面，三条直线分别代表3个L2，其极性分别标于两端。中心的正三角形表示L3的投影。
如果不施加任何压力，石英的电极轴分布是均衡的，不显电性；如果沿L3挤压，晶体垂直于L3方向的平面均匀扩张（即正六边形不会发生变形），各个电极轴的电场不会体现，压电性不会产生。而沿L2方向挤压时，该平面发生变形（即正六边形发生变形），破坏了均衡的电场，电极轴的电性显示出来，产生压电性。
如果加热，各电极轴均匀地热胀冷缩，并不破坏电场的均衡性。因此其没有热释电性。

第十八章习题
1.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?
答：自然金属元素矿物的化学成分为金属元素，主要包括：铜族元素和部分铂族元素。它们的晶体结构一般为等大球最紧密堆积（大多数为立方最紧密堆积、少量六方最紧密堆积），结构较简单，对称程度较高。化学键是典型的金属键，是金属晶格的晶体。这就决定了矿物的宏观性质是金属晶格晶体的特点。
形态：晶体呈等轴粒状或六方板状，集合体为树枝状、片状、块状等。这是由于内部质点最紧密堆积的缘故。
物理性质：具典型的金属特性：金属色，金属光泽，不透明。硬度低（Os、Ir 例外），解理不发育，强延展性。比重大。电和热的良导体。这是因为它们是金属晶格晶体的缘故。
异。金刚石的空间格子为立方面心格子，晶格中质点以共价键联结，是典型的原子晶格晶体。这些晶体化学特征导致其外形为等轴晶体形态，如立方体、八面体等；物理性质表现为硬度高，光泽强，具脆性，不导电。石墨的空间格子为三方或六方格子，层状结构，层内具共价键—金属键，层间为分子键。这些特征表现在外形上为板状、片状晶体形态；表现在物理性质上为晶体具明显的异向性，具{ 0001 } 极完全解理，硬度低，金属光泽，电的良导体。
2.试以金刚石、石墨为例说明同质多像的概念。为什么它们同为C组成,但形态、物性截然不同?
答：金刚石和石墨的化学成分相同，但它们的晶体结构和晶格类型有很大差异，从而导致了它们宏观形态和物理性质上存在很大的差
3.从石墨的结构特点解释其物性特征。
答：石墨具有典型的层状结构（见右图），层内具共价键—金属键，层间为分子键。这些特征表现在物理性质上为晶体具明显的异向性，具{ 0001 } 极完全解理，硬度低，金属光泽，熔点和沸点高，电的良导体。
4.金属互化物矿物与合金有什么区别?与呈化合物的矿物(如黄铜矿(CuFeS2)、毒砂(FeAsS)等)有什么区别？
答：金属互化物是指两种或两种以上的金属元素按确定比例以金属键和共价键结合在一起形成的物质,合金是指两种或两种以上的金属元素形成的固溶体,以金属键为主,各金属元素的含量是不确定的，是可以连续变化的。而化合物中可以存在阴离子、阳离子、金属原子、非金属原子等,以离子键、共价键、金属键、分子键等形成化合，各离子、原子的含量比基本上固定，在类质同象的范围内各离子、原子含量可以在一点的范围变化。


第十九章习题
1.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？
答：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(辉钼矿、雌黄……)为 1～2 ；但复硫化物具较高的硬度，一般5～6.5，个别达7～8。
形成上述差异的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。
2.对比金刚石、闪锌矿、黄铜矿晶体结构的异同。
答：闪锌矿（ZnS）的空间格子为立方面心格子，晶体结构中S2-作立方最紧密堆积，而Zn2+充填一半的四面体空隙，从而构成稳定的结构。而黄铜矿（CuFeS2）的结构是闪锌矿的衍生结构，只是将阳离子由Zn2+换成了Fe2+和Cu2+，且Fe2+与Cu2+相间分布。而金刚石空间格子也是立方面心格子，从质点的排布上看还是可以参考闪锌矿的结构，将金刚石结构看成其中一套相当点的C原子作立方最紧密堆积，相当于闪锌矿中S2-的占位，另一套相当点的C原子充填一半的四面体空隙，相当于闪锌矿中Zn2+的占位（金刚石中的C原子可以划分为两套相当点）。
3.磁黄铁矿产生“缺席构造”的原因？磁黄铁矿的“超结构”是什么含义?
答：磁黄铁矿的化学成分通常为非化学计量性，通常以Fe1-xS表示（其中x=0~0.125），产生的原因是该矿物中部分Fe2+被Fe3+替代，为了保持晶体的电荷平衡，结构中阳离子位置会出现部分空位，这种现象称为缺席构造。如果空位和阳离子在晶体结构中的分布是完全有序的，就会使原晶胞扩大1倍或几倍，这种结构称为超结构。
4.辉锑矿、辉铋矿为什么呈柱状晶形,并有{010}完全解理？
答：辉锑矿（Sb2S3）具有链状结构，链是由S和Sb紧密连接而成，这些链平行于c轴。链内S和Sb的距离为0.32nm左右。链间键力较弱，因而沿这一方向{010}表现出解理性，同时晶体的形态亦是沿晶体结构中链体的方向延伸而呈平行c轴的柱状。辉铋矿（Bi2S3）的晶体结构与辉锑矿相同，所以晶体形态和解理均一致。
5.对比自然硫、雌黄、雄黄及辰砂，并指出它们的区别。
答：这四种矿物成分上有差异，结构上也有所不同，键性近似，所以部分宏观性质近似，下面列表进行对比：
矿物 辰 砂 雄 黄 雌 黄 自然硫
成分 HgS As4S4 或 AsS As2S3 α-S
晶系 三方 单斜 单斜 斜方
对称型 32 2/m 2/m mmm
形态 分散粒状 柱状、致密粒状、土状块体 短柱状、板状、片状、土状 双锥状、后板状，土状、块状
颜色 红色，有铅灰色锖色 桔红色 柠檬黄色 不同色调的黄色
条痕 红色 浅桔红色 鲜黄色 无色
光泽 金刚光泽 金刚光泽，断面树脂光泽 金刚光泽，断面油脂光泽 晶面金刚光泽，断口油脂光泽
解理 {101} 完全 {010} 完全 {010} 极完全，薄片具挠性 贝壳状断口
硬度 2～2.5 1.5～2 1.5～2 1~2
比重 8.0～8.2 3.56 3.5 2.05-2.08
用途 提炼Hg；单晶可作激光调制晶体；中药(丹砂)。 提取As、制砷化物；中药材；用于农药、颜料、玻璃等工业。 提炼As、制砷化物；中药 主要用于制造硫酸，用于化肥、造纸、炸药橡胶生产
成因 低温热液矿床的典型矿物 化学沉积、火山喷气
6.列表表示简单硫化物及复硫化物的主要同质多像变体矿物,你能否指出在同质多像转变中,温度对晶体结构(对称程度)的影响？
答：简单硫化物中具有同质多像变体的矿物有闪锌矿族（ZnS），黄铜矿族（CuFeS2），辉铜矿族（Cu2S），复硫化物中有黄铁矿-白铁矿族（FeS2），现列表如下：
类型 族名 变体名称 变体对称 稳定温度
简单硫化物 闪锌矿族 闪锌矿 等轴 中高温热液
纤维锌矿 六方或三方 中温热液
黄铜矿族 斜方黄铜矿 斜方 低
四方黄铜矿 四方 中
等轴黄铜矿 等轴 高
辉铜矿族 斜方辉铜矿 斜方 低
六方辉铜矿 六方 中
等轴辉铜矿 等轴 高
复硫化物 黄铁矿-白铁矿族 黄铁矿 等轴 地表不稳定
白铁矿 斜方 高温不稳定
由表可见，高温变体对称程度高，低温变体对称程度低。
7.硫化物矿物中哪些是标型矿物?哪些矿物具有标型特征？
答：硫化物中可以作为标型矿物的有：辰砂（HgS）、雄黄（As4S4）和雌黄（As2S3），它们均是低温热液标型矿物。具有标型特征的矿物有闪锌矿（化学成分、晶胞参数、颜色、比重等），黄铁矿（形态、导电性）等。
8.硫化物矿床氧化带中可能出现哪些矿物？
答：硫化物矿床的氧化带常常出现氧化物、氢氧化物和盐类。出现的主要矿物有：含铅矿物（如方铅矿）变为铅矾、白铅矿，含锌矿物（如闪锌矿）变为菱锌矿，含铜矿物（如黄铜矿、斑铜矿、辉铜矿）变为孔雀石、蓝铜矿、赤铜矿，含铁矿物（如黄铁矿、磁黄铁矿）变为褐铁矿、黄钾铁矾、针铁矿，含砷矿物（如毒砂）变为臭蒜石。
9.闪锌矿和方铅矿分别具有{110}、{100}完全解理的原因各是什么？
答：闪锌矿的{110}和方铅矿的{100}方向分别是两种矿物晶体结构中面网密度最大的电性中和面，因此，容易沿着这些方向产生解理。
10.在毒砂的晶体结构中，β=90°，但为单斜晶系，你如何理解？在毒砂的晶体形态上，发育{101}斜方柱，但称之为假斜方柱，为什么？它应该是什么单形？
答：虽然毒砂的晶胞参数中β=90°，但它的对称型是2/m，根据晶体对称分类方案，它仍然属于单斜晶系。而其中的{101}斜方柱中的四个晶面，它们不能够通过毒砂的对称要素联系起来（柱体中相互平行的两对晶面不能够通过对称要素操作发生重合），因此不属于同一单形，它只能称为假斜方柱。它应该是两个平行双面：{101}和{10-1}。
由此可见，虽然单斜晶系的晶体一般β＞90º，但β＞90º并不是单斜晶系的必要条件。

第二十章 习题
1.对比氧化物大类与硫化物大类在成分、结构、物性、成因、应用方面的主要差异。
答：下面列表从总体上对比氧化物和简单硫化物间的主要差异：
矿物 简单硫化物 氧化物
成分 阴离子：S2-，阳离子：铜型离子和部分过渡型离子 阴离子：O2-，阳离子：惰性气体型离子和部分过渡型离子
结构 S2-作最紧密堆积，阳离子充填空隙；化学键由离子键向金属键和共价键过渡 O2-作最紧密堆积，阳离子充填空隙；化学键由离子键向共价键过渡
形态 晶形较好，一般为等轴、六方晶系，少数斜方晶系 晶形较好，一般为等轴、三、六方晶系，四方晶系，少数斜方晶系
颜色 金属键的硫化物显黑色和金属色，共价键的矿物颜色为浅色或彩色 氧化物因主要为离子键和共价键，所以颜色较浅 仅含铁的氧化物颜色较深，这是因为铁为典型的过渡型离子（色素离子）。
条痕 一般黑色或彩色 一般为彩色或无色
光泽 金属光泽、半金属光泽或金刚光泽 半金属光泽、玻璃光泽或金刚光泽
解理 一般较发育 一般不发育
硬度 中等、小 大、中等
比重 大或者中等 中等、大
用途 提炼有色金属以及与硫酸相关的产品 黑色金属和有色金属；仪表轴承或研磨材料、无线电工业原料、工艺美术原料及宝石的重要来源
成因 主要热液成因 内生、外生、变质作用均有
2.为什么石英、刚玉、尖晶石的硬度特别高？
答：由于这三种矿物的阳离子为Al3+和Si4+，它们半径小、电价高。因此，结构中共价键的成分增多——刚玉、尖晶石已经有较多的共价键成分，石英则共价键占优势。从而导致这些矿物的硬度较高。
3.为什么刚玉能成为价值昂贵的红宝石、蓝宝石、星光宝石？
答：成为宝石的条件有三：颜色好、硬度高、数量稀少。刚玉一般产于岩浆作用或接触变质和区域变质作用，产量很少。而且刚玉的摩氏硬度为9，非常大，因此易于保存。纯净的刚玉是无色，含Cr显红色称为红宝石；含Ti而显蓝色，称为蓝宝石；有些红、蓝宝石的{0001}面上可以看到因六射针状金红石包体而显示的星光效应，称为星光宝石。
4.全面对比金红石、锡石、软锰矿的异同，并说明其影响因素。
答：锡石、金红石和软锰矿它们的晶体结构相同，均系金红石型晶体结构，但由于它们的阳离子不同，与O2-形成的化学键有所区别，从而导致了它们宏观性质上有所差别，现分别描述如下：
金红石 锡石 软锰矿
形态 完好的四方晶形 晶形与金红石相似 常见隐晶集合体
颜色 褐红、暗红色 黄棕、深褐色 黑色
金刚光泽 金刚光泽 半金属光泽
解理 {110}中等 无解理 {110}完全
硬度 大 大 隐晶质小，单晶体大
5.如何识别石英中的道芬双晶和巴西双晶？
答：道芬双晶和巴西双晶是石英的两种常见双晶，在外形上非常相似，我们可以通过下面几种方法区别它们：
1）三方偏方面体晶面 如果该面绕c轴每隔60º出现一次，该双晶为道芬双晶；如果两个该面呈左右镜像对称关系，该双晶应为巴西双晶。
2）双晶缝合线 巴西双晶的缝合线一般是折线；而道芬双晶的缝合线是弯曲、复杂的线。
3）蚀像 在缝合线两侧的同一柱面上，蚀像方向相反，可以用L2联系，则为道芬双晶；两边的蚀坑可以通过对称面联系，则为巴西双晶。
6.赤铁矿和钛铁矿均属刚玉型结构，为什么两者对称型不同？
答：赤铁矿和钛铁矿均属于刚玉结构，但赤铁矿（Fe2O3）的阳离子只有Fe3+，而钛铁矿（FeTiO3）的阳离子有两种Fe2+和Ti4+，这两种离子在赤铁矿中Fe3+的位置上相间分布，使结构中本应对称的位置变得不对称了，从而导致钛铁矿的对称程度比赤铁矿低。
7.赤铜矿晶体结构中，虽然O2-分布于晶胞角顶和中心，但不是体心格子，为什么？赤铜矿晶体结构中，O2-是否为最紧密堆积？为什么？
答：在赤铜矿晶胞中，角顶上的O2-与中心的O2-不是相当点（它们的配位多面体的方向不一致，即环境不同），因此，赤铜矿的空间格子只能是立方原始格子。该结构中的O2-也不是最紧密堆积。因为最紧密堆积只有两种基本堆积形式：立方最紧密堆积和六方最紧密堆积。因为赤铜矿为等轴晶系，因此与赤铜矿可能对应的只能是立方最紧密堆积，但立方最紧密堆积要求同种质点分布在角顶和面的中心。赤铜矿中的O2-不能满足该条件，因此它不是最紧密堆积。
8.三水铝石与刚玉的晶体结构间有什么异同？
答：三水铝石（Al（OH）3）的结构与水镁石的结构近似，由两层OH-离子作最紧密堆积，Al3+充填其中的2/3的八面体空隙，从而构成一层稳定的结构单元层。这些结构单元层之间通过氢键相连接。而刚玉晶体（Al2O3）是由O2-作六方最紧密堆积，Al3+充填其中2/3的八面体空隙，构成一个稳定的结构。单从两层氧离子堆积及铝离子充填的情况来看，刚玉结构与三水铝石的结构单元层是一样的，但刚玉并不是层状结构并不存在这样的结构单元层。
9.如何区别金红石和锡石；钛铁矿、铬铁矿和磁铁矿？
答：金红石和锡石肉眼鉴定的区别在于它们的解理和相对密度的差异：金红石有{110}方向的中等-完全解理，而锡石没有解理；金红石的比重为4.4，而锡石的比重为6.8-7.0。
钛铁矿、铬铁矿和磁铁矿的区别在于：首先，钛铁矿晶形为板状、厚板状，与等轴晶系的磁铁矿和铬铁矿的晶形不同。在磁性方面钛铁矿为弱磁性，虽然与铬铁矿相似，但与磁铁矿的强磁性区别明显。钛铁矿的条痕黑色，这与磁铁矿的条痕近似，但与铬铁矿的棕色条痕比较容易区分。
10.何为细分散多矿物集合体？举例说明。
答：细分散矿物集合体是指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。例如：铝土矿，并不是一个矿物种，而是以极细的三水铝石、一水硬铝石或一水软铝石为主要组分，并包括数量不等的高岭石、蛋白石、赤铁矿、针铁矿等而成的混合物。它就是一种细分散矿物集合体。

第二十一章习题
1.用鲍林法则说明：在硅酸盐中，〔SiO4〕—〔SiO4〕四面体只能共角顶联结，不能共棱、共面联结。
答：这种现象可以用鲍林法则第3条进行解释。第3法则表述为：在配位结构中，两个阴离子多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性便降低。对于高电价，低配位数的阳离子来说，这个效应尤为明显。硅酸盐中，Si4+为高电价，低配位数的阳离子，因此在硅酸盐中，〔SiO4〕—〔SiO4〕四面体只能共角顶联结，不能共棱、共面联结。
2.在硅酸盐中，Si—O键的性质既有离子键性又有共价键性，分别解释为什么？
答：判断化合物中的化学键的离子键或共价键性质，一般是用离子键模型和共价键模型去描述化学键的特点。如果符合离子键模型，则可以判断其键性为离子键，如果符合共价键模型，则可判断其键性为共价键。
在硅酸盐中，大多数硅酸盐的晶体结构特点是可以用离子键解释的。根据鲍林离子半径，rSi4+=0.041nm，rO2-=0.14nm，其比值rSi4+/rO2-=0.29，处于四面体配位范围0.255~0.414之内，所以Si与O结合时易形成四面体配位。但也存在一些情况与离子模型不符合的，例如：根据离子模型，O2-趋于最紧密堆积，阳离子充填四面体或八面体空隙，如果阳离子半径不合适，它仍可进入O2-间的空隙，但将使O2-的最紧密堆积歪曲变形，从而使O2-堆积的比体积低于理想的最紧密堆积的比体积（0.0145nm3）,但在某些硅酸盐中如镁橄榄石、SiO2多种同质多像变体等，阳离子大小是与O2-堆积形成的四面体、八面体空隙适应的，在这些矿物晶体中，照理应该形成最紧密堆积结构，但发现这些矿物O2-堆积的比体积低于理论值，这是因为Si-O键并非纯离子性，而有相当明显的共价性。
在共价模型中，Si-O是用共价键概念描述的。处于基态的硅原子的外层电子构型为2s22p33s1，因此，1个3s和3个2p轨道强烈杂化形成sp3杂化轨道，这4个杂化轨道指向四面体的4个角顶，其中每个sp3杂化轨道与一个氧原子的2p轨道重叠形成σ键，即重叠电子密度的极大部分处于Si-O线上的键。共价模型与实际情况符合良好，例如绝大多数Si是四面体配位。
3.用鲍林法则证明：Al在硅酸盐中具双重性且〔AlO4〕—〔AlO4〕四面体不能直接相联。
答：从鲍林法则第1条可知，阴阳离子半径比决定阳离子的配位数。而rAl3+/rO2-=0.419，恰巧近似于四次配位与六次配位分界处的阴阳离子半径比值0.414，所以Al3+既可以四次配位又可以六次配位。
如果〔AlO4〕—〔AlO4〕四面体直接相联，连接两个Al3+的桥氧键强和为3/4+3/4=1.5。根据鲍林法则第2条：某离子的键强和等于其电价才能稳定。1.5偏离O2-电价（-2）已达25%，超过了稳定化合物键强之和的偏差容忍极限16%，因此，〔AlO4〕—〔AlO4〕四面体直接相联是不稳定的。
4.在硅酸盐晶体结构中，为使硅氧骨干与骨干外阳离子配位多面体协调，常需互相变形。请举出两个具体矿物晶体结构的例子来说明这个问题。
答：一般来讲，[SiO4]四面体的体积稳定，不随外界环境变化而变化，但骨干外阳离子配位多面体的体积随阳离子的大小和温压环境变化较大。为适应这种变化，硅氧骨干往往发生扭转变形，以与骨干外阳离子配位多面体相适应。
例如：在顽火辉石Mg2[Si2O6]中，阳离子为Mg2+，则八面体链内的两个[MgO6]八面体的长度与两个以角顶相连的[SiO4]四面体长度相适应，所以硅氧骨干为[SiO4]四面体重复周期为2的[Si2O6]单链；如果阳离子为半径较大的Ca2+，两个[CaO6]八面体的长度与3个以角顶相连的[SiO4]四面体长度相当，所以硅氧骨干为[SiO4]四面体重复周期为3的[Si3O9]单链，形成硅灰石Ca3[Si3O9]。
再以具层状硅氧骨干的蛇纹石Mg8[Si4O10]为例，结构体现为[MgO2(OH)4]八面体层与[SiO4]四面体层的结合。由于[MgO2(OH)4]八面体层中O(OH)-O(OH)间距较[SiO4]四面体层中O-O间距略小，因此，在叶蛇纹石结构中为了使[SiO4]四面体骨干层与阳离子八面体层相适应，结构层产生弯曲，八面体在外圈，四面体层在内圈，并使方向相反的结构层连接起来形成波浪状。
5.大多数Si—O配位为〔SiO4〕四面体，在什么条件下可形成〔SiO6〕八面体配位？并解释〔SiO4〕比〔SiO6〕稳定。
答：在Si-O键变弱并拉长时，O-O间距变小，有利于形成[SiO6]八面体，满足这些条件形成[SiO6]就要求特殊的环境，在一般条件下，Si-O配位形式都是[SiO4]四面体。从鲍林键强（在四面体中Si-O键强为4/4，在八面体中Si-O键强为4/6）也可以预测[SiO4]比[SiO6]稳定。
6.硅酸盐熔体结构与硅酸盐晶体结构的主要区别是什么？
答：硅酸盐熔体结构与其相应的晶体结构是很相似的，也是以[SiO4]四面体为基本结构单元。但是熔体不像晶体那样，其原子在三维空间内连续有规则的排列；也不像晶体那样，其中只含有一种结构单元（硅氧骨干）。多种结构单元可以共同存在于同一熔体中，而且其位置和排列方式随原子不规则的热运动而不断地改变。在硅酸盐熔体中，不仅存在活性氧、惰性氧，还存在自由氧。
7.已知橄榄石的对称型为mmm，试问它的外形上可能发育哪些单形？这些单形属于什么晶类？
答：本题主要考查学生在“结晶学”中所学的晶体对称形态对称的知识。橄榄石晶体外形上可以出现平行双面、斜方柱和斜方双锥等3种单形。这些单形属于斜方双锥晶类。
8.从离子半径与结构的关系解释：为什么镁铝榴石比钙铝榴子形成压力要大？
答：镁铝榴石（Mg3Al2[SiO4]3）和钙铝榴石（Ca3Al2[SiO4]3）晶体结构中，它们的主要差别在于充填畸变的立方体空隙的阳离子分别为Mg2+和Ca2+。由于Ca2+的半径（0.098nm）比Mg2+的半径（0.089nm）大，Ca2+呈八次配位的所需压力不大，而Mg2+主要呈六次配位，如果要呈八次配位所需的压力要大得多。因此，在地质上钙铝榴石一般在接触变质条件下形成，而镁铝榴石只能在压力极高的条件下形成。
9.对比下列两组的两个晶体结构型中哪个结构型密度大：橄榄石型与尖晶石型；尖晶石型与钙钛矿型
答：尖晶石型结构的密度比橄榄石型结构的密度大。这是因为，实验结果表明，随着压力逐渐增大，橄榄石型结构可以转变为尖晶石型结构。
钙钛矿性结构的密度比尖晶石型结构的密度大。这是因为钙钛矿和尖晶石均属于AB2O4型化合物，尖晶石结构中阳离子分别充填四面体和八面体空隙，而钙钛矿结构中阳离子Ti4+充填八面体空隙，而Ca2+的配位数为12，该结构的阳离子的配位数比尖晶石结构阳离子配位数大，结构更加紧密，密度增加，形成所需的压力也就要大。
10.红柱石、蓝晶石、夕线石的晶体结构特点各是什么？结构中Al的配位形式有什么区别？Al的配位与形成条件有什么关系？
答：Al2SiO5的同质三像变体晶体结构中，Si4+全部为四次配位，并呈孤立的[SiO4]四面体。两个Al3+中的一个均与氧呈六次配位，并以共棱的方式联结成平行于c轴方向延伸的[AlO6]八面体链，剩余的另一个Al3+在三种矿物中的配位数各不相同。在红柱石中为五次配位，在蓝晶石中为六次配位，在夕线石中为四次配位。
这三种矿物中1/2的Al3+在配位数上的变化，反映其形成的温压条件。一般情况下，蓝晶石产于高压变质带或中压变质带的较低温部分，因高压低温易形成六次配位形式的Al。红柱石产于低压变质带的较低温部分，因低温低压易形成罕见的五次配位形式的Al。夕线石产于中压或低压变质带的较高温部分，因低压高温易形成四次配位形式的Al.。
11.从绿柱石的晶体结构特点解释：为什么绿柱石的硬度很大但密度不大？
答：绿柱石晶体结构为[SiO4]四面体组成的六方环垂直c轴平行排列，上下两个环错动25º，由Al3+和Be2+连接；Al3+的配位数为6而Be2+的配位数为4，均分布在环的两侧，所以在环中心平行c轴有宽阔的孔道，以容纳大半径的离子K+或Na+、Cs+等以及水分子。Al3+和Be2+均是半径小、电价高的阳离子，配为数也较低，它们的配位多面体与[SiO4]四面体间的联系力强。因此，绿柱石结构中孔道较大、联系力较强的特点导致了绿柱石硬度很大但密度不大的现象。
12.空晶石、祖母绿、碧玺的矿物学名称是什么？
答：空晶石的矿物学名称为红柱石，祖母绿的矿物学名称为绿柱石，碧玺的矿物学名称为电气石。
13.如果某矿区发现紫红、玫瑰红色的石榴子石，该矿区可能有什么矿？
答：通常情况下紫红色、玫瑰红色的石榴子石是镁铝榴石。镁铝榴石只能在极高压的条件下形成，如榴辉岩、金伯利岩中，目前已广泛以它作为标志寻找金刚石。因此，该区可能有金刚石矿。
14.辉石族矿物晶体结构型式是什么？
答：辉石的晶体化学式为XY[Si2O6]。在其结构中，[SiO4]四面体各以两个角顶与相邻的[SiO4]四面体共用，形成沿c轴方向无限延伸的单链。每两个四面体为一个重复周期，记为[Si2O6]。在a和b轴方向上[Si2O6]链以相反的取向交替排列，在a轴方向上活性氧与活性氧相对形成M1位置，惰性氧与惰性氧相对形成M2位置。M1为半径较小的Mg、Fe等阳离子所占据，呈六次配位。在M2中，斜方辉石亚族中为Mg、Fe等占据，为畸变的八面体配位。单斜辉石中为大半径的阳离子Ca2+、Na+、Li+等占据，为八次配位。
15.辉石族矿物中，各矿物的晶体结构型式是一样的，为什么不同矿物种还会出现不同的对称性、不同的空间群及不同的晶胞参数？
答：虽然辉石族矿物中，各矿物的晶体结构形式相同，但各个位置占据的阳离子的种类有所差异，离子半径也有所不同，从而导致了它们的对称性，空间群和晶胞参数上有所不同。如：斜方辉石的的M2位置为小半径的阳离子占据，配位数为6，其对称程度较高；而单斜辉石中M2位置为大半径的阳离子Ca2+、Na+、Li+等占据，配位数变为8，其对称程度较低。
16.斜方辉石与单斜辉石矿物的解理面符号不同，解理夹角是否一样？为什么？
答：斜方辉石的解理面符号为{210}，单斜辉石的解理面符号为{110}。但它们的夹角相同。这是因为两个辉石亚族的矿物的结构形式一样，产生解理的原因相同，因此产生的解理形态、夹角和等级均应相似。它们的解理面符号不同的原因是斜方辉石的a0（1.822~1.824nm）刚好是单斜辉石a0（0.970~0.982nm）的两倍，而b0和c0值均非常相似，从而导致解理符号分别为{210}和{110}（见图示）。
17.辉石中规则的出溶片晶应属于什么类型的规则连生？
答：辉石晶体结构中，斜方辉石和单斜辉石之间的转变不易发生，但易产生出溶现象，形成斜方辉石主晶中单斜辉石出溶片晶，或单斜辉石主晶中斜方辉石出溶片晶。这种出溶片晶属于交生这一类型的规则连生。这是因为斜方辉石和单斜辉石属于不同种矿物，且出溶片晶常沿一定结晶学方向定向排列。
18.辉石族的单链结构型式在高压下会发生什么样的结构转变？结构转变前后最主要的区别是什么？
答：辉石结构型在高压条件下可发生一系列结构转变：
随着压力增加————→
Mg2Si2O6（斜顽辉石）→Mg2SiO4（尖晶石型）+SiO2（斯石英）→2MgSiO3（钛铁矿型）→2MgSiO3（钙钛矿型）
Fe2Si2O6（斜铁辉石）→Fe2SiO4（尖晶石型）+SiO2（斯石英）→FeO（方铁矿型）+2SiO2（斯石英）
CaMgSi2O6（透辉石）→CaSiO3（钙钛矿型）+MgSiO3（钙钛矿型）→（Ca,Mg）SiO3（钙钛矿型）+少量MgSiO3（钙钛矿型）
由此可见，辉石的链状结构型在高压下可变为更紧密的、O2-作最紧密堆积的结构型（如尖晶石型、斯石英型、钙钛矿型等）。
19.从硅灰石的成分特点分析，硅灰石的单链结构与辉石的单链结构为什么完全不同？
答：硅灰石晶体化学式为Ca3[Si3O9]，骨干外是半径较大的Ca2+，特别是在M1位置也是Ca2+，为了与之相适应，硅氧骨干为：以三个四面体为重复单元（可视为一个孤立四面体和一个双四面体组成）；而辉石的晶体化学式为XY[Si2O6]，骨干外阳离子在M1位置上为半径较小的Mg2+、Fe2+，所以硅氧骨干为：以两个四面体为重复单元。由此可见，骨干外阳离子类型导致硅灰石的单链结构与辉石的单链结构完全不同。
20.对比辉石族结构与闪石族结构的异同。
答：辉石族结构中硅氧骨干为单链，阳离子充填M1和M2两种空隙；而角闪石族结构可视为两条辉石单链联结形成的双链结构，阳离子位置可以分为M1、M2、M3、M4（前三者可以类似于辉石结构中的M1位置，M4可以类似于辉石结构中的M2位置）,并且还多了一个A类阳离子，A类阳离子位于惰性氧相对的双链之间，它主要用来平衡AL3+-Si4+所产出的剩余电荷，故它可为Na+、K+、H3O+充填。

你特么真救人命！