礦物晶體及其力學性質

組成礦物晶體的基本質點離子、原子及分子在空間作有幾何規則的周期性排列，且每一周期構成一個晶胞。晶胞是構成晶體的基本單位，晶胞內質點間的相互距離通常以A表示（1A=10^-7mm)。質點間的相互作用力主要來自質點的靜電庫倫引力， 它與質點間距離的平方成反比。目前的磨碎作用還只是使晶體沿 晶面發生碎裂，不可能迖到破壞晶胞的程度。

構成晶體的質點，借助于相互間的引力和斥力使之在晶體內保持相對平衡位置，并以這個位置為中心作前后左右的熱振動，但偶爾也有發生脫離平衡位置的情況。當兩質點充分接近時，它們的外圍電子云就有產生相互排斥的傾向；電子軌道相互侵占 時，排斥作用則更強烈，也就是說，晶體質點間的排斥力只有在距離相當接近時才有顯著作用，且隨距離的縮小急劇增大。

圖4繪出了質點間的引力、斥力與質點間距離的關系。由圖 可見，斥力隨質點間距離增加迅速減小，隨距離減小急劇增長。 引力亦作類似變化，但比斥力緩和。這兩種力的綜合效應就是質 點間的相互作用力，其變化如圖4曲線Pf所示。

由于質點之間存在著相互作用力，在構成晶體時就具有一定的作用能量，并稱為結合能，其值為：

式中 r——質點間距離；

e₀——質點帶的電荷量；

B_c——與晶體構造有關的常數；

n^e一一與晶體類型有關的指數；

A_m——麥德隆常數，Am= 2ln2 = 1.39

公式(2)右邊的第一項由引力造成，第二項由斥力造成。 曲線U表示結合能與質點距離的關系，在引力和斥力相等的位置處（r=r₀處）結合能數值最小，這就是乎衡位置。增大或減小質點間的距離，都將導致結合能增大，這都需要外力對它作功。質點間的相互作用力P₁等于結合能對距離的微分，即

當r=r0時質點處于平衡位置，此時P₁=0，有最小值U₀，則可求得與晶體構造有關的常數凡其值為：

與晶體類型有關的指數n，對離子晶體而言，n_e=9～11;對分子晶體，n_e=2～3。

當晶體受到外力作用被壓縮時，r＜r_0,這時斥力增大超過 引力的增大，剩余的斥力支撐著外力的壓迫；當晶體受到外力作用伸張時，引力的減小少于斥力的減小，多余的引力便抗御著外力的拆散作用。但隨著質點間距離的進一步增加，引力的絕對數值減小，故伸張到一定程度時，即當之后由于質點間相互作用力P_f不可能再增大，致使晶體抵制不住外力的拉伸而終于被破壞。這就是說，施于晶體上的外力若超過了最大可能的相互作用力時晶體就被支解了。

外力對晶體做功使晶體破壞，外力所做的功轉化為晶體的表而能，表面能愈大的晶體愈堅固，破壞時要對它做更大的功。莫氏硬度的10種標準礦物的表面能數值大小順序與這一結論相符 (見圖5)。

晶體的力學性質取決于質點之間的相互作用力及晶胞的結構形式。晶胞中質點間距越近，即每克原子的容積越小時，晶體將越堅固。離子的價數愈髙，所帶的電荷亦愈強，晶體亦愈堅固。

此外，晶體的堅固程度還與它的構造形式有關。表23的數據說明：當其他條件類似時，質點間距離小的晶體硬度大，距離大的 硬度小。表24的數據說明，當質點間的距離相同時，原子價數髙的晶體硬度大，價數低的硬度小。此外，"根"或"基"原子團內部，引力較大時，晶體硬度也較大。