矿物晶体及其力学性质

组成矿物晶体的基本质点离子、原子及分子在空间作有几何规则的周期性排列，且每一周期构成一个晶胞。晶胞是构成晶体的基本单位，晶胞内质点间的相互距离通常以A表示（1A=10^-7mm)。质点间的相互作用力主要来自质点的静电库伦引力， 它与质点间距离的平方成反比。目前的磨碎作用还只是使晶体沿 晶面发生碎裂，不可能迖到破坏晶胞的程度。

构成晶体的质点，借助于相互间的引力和斥力使之在晶体内保持相对平衡位置，并以这个位置为中心作前后左右的热振动，但偶尔也有发生脱离平衡位置的情况。当两质点充分接近时，它们的外围电子云就有产生相互排斥的倾向；电子轨道相互侵占 时，排斥作用则更强烈，也就是说，晶体质点间的排斥力只有在距离相当接近时才有显著作用，且随距离的缩小急剧增大。

图4绘出了质点间的引力、斥力与质点间距离的关系。由图 可见，斥力随质点间距离增加迅速减小，随距离减小急剧增长。 引力亦作类似变化，但比斥力缓和。这两种力的综合效应就是质 点间的相互作用力，其变化如图4曲线Pf所示。

由于质点之间存在着相互作用力，在构成晶体时就具有一定的作用能量，并称为结合能，其值为：

式中 r——质点间距离；

e₀——质点带的电荷量；

B_c——与晶体构造有关的常数；

n^e一一与晶体类型有关的指数；

A_m——麦德隆常数，Am= 2ln2 = 1.39

公式(2)右边的第一项由引力造成，第二项由斥力造成。 曲线U表示结合能与质点距离的关系，在引力和斥力相等的位置处（r=r₀处）结合能数值最小，这就是乎衡位置。增大或减小质点间的距离，都将导致结合能增大，这都需要外力对它作功。质点间的相互作用力P₁等于结合能对距离的微分，即

当r=r0时质点处于平衡位置，此时P₁=0，有最小值U₀，则可求得与晶体构造有关的常数凡其值为：

与晶体类型有关的指数n，对离子晶体而言，n_e=9～11;对分子晶体，n_e=2～3。

当晶体受到外力作用被压缩时，r＜r_0,这时斥力增大超过 引力的增大，剩余的斥力支撑着外力的压迫；当晶体受到外力作用伸张时，引力的减小少于斥力的减小，多余的引力便抗御着外力的拆散作用。但随着质点间距离的进一步增加，引力的绝对数值减小，故伸张到一定程度时，即当之后由于质点间相互作用力P_f不可能再增大，致使晶体抵制不住外力的拉伸而终于被破坏。这就是说，施于晶体上的外力若超过了最大可能的相互作用力时晶体就被支解了。

外力对晶体做功使晶体破坏，外力所做的功转化为晶体的表而能，表面能愈大的晶体愈坚固，破坏时要对它做更大的功。莫氏硬度的10种标准矿物的表面能数值大小顺序与这一结论相符 (见图5)。

晶体的力学性质取决于质点之间的相互作用力及晶胞的结构形式。晶胞中质点间距越近，即每克原子的容积越小时，晶体将越坚固。离子的价数愈髙，所带的电荷亦愈强，晶体亦愈坚固。

此外，晶体的坚固程度还与它的构造形式有关。表23的数据说明：当其他条件类似时，质点间距离小的晶体硬度大，距离大的 硬度小。表24的数据说明，当质点间的距离相同时，原子价数髙的晶体硬度大，价数低的硬度小。此外，"根"或"基"原子团内部，引力较大时，晶体硬度也较大。