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晶系七类与晶体形态:三个结晶轴的等长与夹角是判据

一块水晶柱子摆在窗台上,六棱、尖顶,常被直接叫成六方晶系。六棱只是外形,石英其实归三方晶系。晶系不按柱子的棱数定,而按看不见的三个结晶轴定:轴长等不等、轴角直不直,先把这两件事分开,再谈晶体形态。

先看三个结晶轴是否等长:等长又直交的进等轴晶系

先看三个结晶轴是否等长:等长又两两直交的进等轴晶系。等轴晶系 a=b=c、三个轴角都是 90 度,外形常是立方体、八面体、菱形十二面体一类的等长块,从三个互相垂直的方向看过去轮廓相近。方铅矿、萤石、石榴子石、黄铁矿都属此类。

只有两轴等长、第三轴不等的,落到四方与六方那一支。四方晶系 a=b≠c、三个轴角都是 90 度,晶体沿一轴拉长成方柱,锆石、金红石常见;六方晶系 a=b≠c、有一个轴角 120 度,横截面是正六边形。横截面是正方形还是正六边形,一眼把两支分开。

再看轴角:出现 120 度的是六方与三方,出现斜角的是单斜与三斜

再看轴角:出现 120 度的是六方与三方,出现斜角的是单斜与三斜。三方晶系对称程度低于六方,石英、方解石、电气石归此;斜方晶系三个轴长都不等、轴角却全部直交,重晶石、黄玉、橄榄石归此。

轴角一旦不全直,就进低对称的两系。单斜晶系有一个轴角不是直角,晶体像斜柱,石膏、正长石、白云母、孔雀石都在此列;三斜晶系三个轴角都不直,晶体歪得最明显,斜长石、蓝晶石是代表。数清有几个直角,比记住外形更可靠。

最硬的判据是面角守恒:对应晶面夹角不随晶体大小改变

最硬的判据是面角守恒。同种矿物对应晶面之间的夹角恒定,不随晶体大小、棱的歪斜、产地与生长早晚改变;量得两个晶面的夹角,就能把歪得看不出轮廓的晶体归位。这一条把看形状升级成量角度,是少数能在手标本上直接用的定律。

现场量角用接触测角规或目测对比即可。六方柱相邻柱面夹角恒定,立方体相邻面也恒定,读数差几度不影响定系,差出十几度才需怀疑。角度对得上、外形却歪,仍判同一晶系。

混进来的外形有歪晶、晶面条纹与假象

混进来的外形有三种。歪晶因生长空间受限,同一单形各晶面大小不等,看着不对称,角度却没变;晶面条纹是生长层留下的平行细线,容易被数成又一组晶面;假象由别的矿物替换原晶体、只保留外形。三者都不能拿外形定晶系。

排除靠找齐一组对应面。同一单形的晶面反光同步、条纹方向一致;假象表面常带交代残留的颗粒感,硬度、光泽与外形对不上;条纹只在一个面内重复,不围出封闭晶面。凡是角度合不上、反光也不同步的面,先不记入晶系判断。

关键数据

下列轴长与轴角为七晶系的判别式,实际晶体常因畸变偏出不足 1 度。本文判断:野外只需分清全直、有斜角、有 120 度三档,不必逐个量轴角。

  • 等轴晶系:a=b=c,三个轴角均为 90 度,常呈立方体、八面体
  • 四方晶系 a=b≠c 且三轴角均 90 度;六方晶系有一轴角 120 度
  • 三方晶系有 120 度轴角而对称程度低于六方,石英、方解石属之
  • 斜方晶系三轴角均 90 度;单斜有一个非直角;三斜三个均非直角
  • 六方柱相邻柱面夹角 120 度,立方体相邻面 90 度
  • 方解石菱面体面角约 75 度与 105 度,萤石八面体相邻面约 109 度

边界:他形晶粒与隐晶质块体读不出晶系

边界落在他形晶粒上。岩石里多数矿物结晶时互相挤占空间,长成没有平整晶面的他形粒,三个结晶轴一条也读不出;隐晶质块体更连单晶轮廓都没有。此时晶系只能靠镜下或衍射测定,肉眼鉴定应退回解理、硬度与光泽。

另一处边界是分系口径。有教材把三方晶系并入六方晶系,合称六大晶系,石英因此被记作六方;两种分法都不算错,差在对称程度是否单列。本文判断,读文献先看清作者用哪一种口径,再把晶系名对上。

参考文献

  • 潘兆橹 主编.《结晶学及矿物学》. 地质出版社, 1993. —— 七大晶系与面角守恒定律。
  • 赵珊茸 主编.《结晶学及矿物学》. 高等教育出版社, 2004. —— 结晶轴与单形。
  • Klein C., Dutrow B. Manual of Mineral Science. 23rd ed. Wiley, 2007. —— Crystal systems and interfacial angles.
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文章名称:晶系七类与晶体形态:三个结晶轴的等长与夹角是判据
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