矿物的化学成分、晶体化学和形态.ppt

第三章 矿物通论 矿物及矿物学的概念 矿物的化学成分 矿物的晶体化学 矿物的形态 矿物的物理性质及化学性质 矿物的成因和成因标志 矿物的鉴定研究方法 第一节 矿物的化学成分 P60 元素的离子类型 矿物的化学成分及其可变性 类质同象 胶体矿物的成分 矿物中的水 矿物的化学式 一、元素的离子类型 分类依据：离子的最外层电子结构 惰性气体型离子 铜型离子 过渡型离子 元素的离子类型 惰性气体型离子： 离子的最外层电子结构与惰性气体原子相似，具有2个或8个电子。 共有25种。 离子半径一般较大，而极化性较小，易与O结合成以离子键为主的氧化物或含氧盐，特别是硅酸盐，构成地壳中大部分造岩矿物。 又称为造岩元素或亲氧元素。 元素的离子类型 元素的离子类型 铜型离子： 失去电子成为阳离子时，最外层电子层有18（或18+2）个电子，与Cu+相似。 外层电子结构较稳定，除个别离子外，一般情况下不变价，或只在18和18+2两种构型间变化（如Pb4+、Pb2+）； 离子半径小，外层电子多，极化性能很强，易与半径较大，易被极化的S2-结合生成以共价键为主的化合物，形成主要的金属矿物。 又称为造矿元素或亲硫元素。 元素的离子类型 过渡型离子： 失去电子成为阳离子时最外层电子层为具有8-18个电子的过渡型结构 离子的结合性质受环境的影响。 如Fe在还原条件下，多与S结合，生成黄铁矿或白铁矿FeS2 ； 当O的浓度很高时，便与O结合生成赤铁矿Fe2O3 、磁铁矿Fe3O4 、菱铁矿FeCO3 。 元素的离子类型 离子半径与极化性质介于惰性气体型离子和铜型离子之间。 最外层电子数愈接近8的离子，亲氧性愈强，易形成氧化物和含氧盐； 最外层电子数愈接近18的离子，亲硫性愈强，易形成硫化物。 离子的电价比较容易变化，如Fe2+、Fe3+以及Mn2+、Mn3+、Mn4+等都是常见的变价的过渡型离子。 居于中间位置的Mn和Fe与O和S均可化合，如Fe可与S结合形成黄铁矿FeS2，又可与O结合形成赤铁矿Fe2O3。 二、矿物的化学成分及其可变性 单质：由同种元素的原子自相结合组成，如金刚石C，自然金Au等。 矿物的化学成分及其可变性 化合物：由两种或两种以上不同的化学元素的原子组成的。 简单化合物：由一种阳离子和一种阴离子组成，如 石盐NaCl、方铅矿PbS。 络合物：由一种阳离子和一种络阴离子组成，如方解石Ca[CO3]、镁橄榄石Mg[SiO4]。 复化合物（复盐）：由两种以上阳离子与同种（络）阴离子组成，如黄铜矿CuFeS2、白云石CaMg[CO3]。 矿物的化学成分及其可变性 少数矿物的化学成分相当固定，其化学组成遵守物理化学分配定律——定比定律和倍比定律，各组分间具严格的化合比，其化学组成可由理想化学式表示。如 水晶（SiO2）。 矿物的化学成分及其可变性 矿物的化学成分无论是单质还是化合物，并不是绝对不变的，通常都在一定的范围内有所变化。 变化的原因: 对晶质矿物而言，主要是元素的类质同象代替； 对胶体矿物来说，主要是胶体水的变化和胶体的吸附作用。 矿物中含有显微（或超显微）包裹体形式的机械混入物。 非化学计量的矿物，化学组成不符合定比定律和倍比定律。 矿物的化学成分及其可变性 矿物晶体内部存在的某种晶格缺陷或结构上的不均匀性，使得一些矿物的化学成分表现出非化学计量性，即不符合定比定律。这些矿物属于非化学计量矿物。 如方铁矿理想化学式为FeO，但实际成分为Fe1-xO，Fe的原子数略少于O原子数。 因为方铁矿中部分Fe2+被Fe3+取代，为了保持晶体的电中性，晶格中便相应地形成了空位。 三、 类质同象 类质同象isomorphism：矿物晶体在结晶过程中，结晶格子中的某种质点（原子、离子和分子）的位置，部分被介质中性质相似的他种质点所取代共同结晶形成均匀的单一相的混合晶体，取代前后除晶格常数略有变化外，键性和晶体结构型式不发生本质改变的现象。 类质同象 类质同象的概念 举例：闪锌矿ZnS Fe、Mn、Ga（镓）、In（铟）等常以类质同像形式替代Zn，使Zn：S1：1 类质同象晶体犹如两种化学成分的晶体“混合”在一起形成的“混合晶体”，或者可理解为一种矿物晶体“溶解”于另一种矿物晶体之中。 因此，类质同象矿物晶体又可称为固溶体crystalline solution。 类质同象的类型 分类依据:质点代替的数量比例 完全类质同象：组分间能以任意比例相互替代组成混晶。 不完全类质同象：两种组分间的替代量有一定的限度。 闪锌矿：Fe2+可以替代部分Zn2+，但替代的量不能超过30.8%. 类质同象的类型 橄榄石的完全类质同象： Mg2SiO4 →(Mg,Fe) 2[SiO4] →(Fe,Mg) 2[SiO4] → Fe2 SiO4 镁橄榄石