礦物的化學(xué)成分晶體化學(xué)和形態(tài)

1、第二章 結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)u晶體及其基本性質(zhì)u晶體的對(duì)稱及晶體的分類u晶體的理想形態(tài)u晶體定向和晶面符號(hào)（自學(xué)）u晶體的規(guī)則連生（自學(xué)）第二節(jié) 晶體的對(duì)稱及晶體的分類u對(duì)稱的概念及晶體對(duì)稱的特點(diǎn)u對(duì)稱操作和對(duì)稱要素u對(duì)稱要素的組合及晶體的分類u晶體的微觀對(duì)稱及空間群（自學(xué)）3 3第三章礦物通論u礦物及礦物學(xué)的概念u礦物的化學(xué)成分u礦物的晶體化學(xué)u礦物的形態(tài)u礦物的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)u礦物的成因和成因標(biāo)志u礦物的鑒定研究方法4 4礦物及礦物學(xué)的概念u礦物是地質(zhì)作用形成的單質(zhì)或化合物；它們具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而呈現(xiàn)出一定的形態(tài)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)；在一定的地質(zhì)和物理化學(xué)條件下穩(wěn)定；是組成巖石和

2、礦石的基本單元。5 5礦物和礦物學(xué)的概念u 人造礦物：也叫合成礦物，是在實(shí)驗(yàn)室條件下獲得的某些成分和性質(zhì)與礦物類似的物質(zhì)。u 隕石、月巖來自其他天體，與礦物類似的物質(zhì)分別為隕石礦物和月巖礦物，或統(tǒng)稱為宇宙礦物。u 目前，已發(fā)現(xiàn)的礦物種數(shù)有3000多種，基本上都產(chǎn)自地殼中，但目前的研究已經(jīng)擴(kuò)大到地幔和宇宙中的其它天體。6 6礦物和礦物學(xué)的概念u花崗巖中的長(zhǎng)石長(zhǎng)期暴露在地表，可風(fēng)化形成高嶺石等。u黃鐵礦FeS2，在缺氧的還原條件下，可以保持穩(wěn)定；如果暴露于地表，受到氧化作用，就被分解形成褐鐵礦（Fe2O3.nH2O)。7 7礦物和礦物學(xué)的概念u花崗巖是由長(zhǎng)石、石英、云母組成。u石灰?guī)r主要由方解石組

3、成。u鉛鋅礦石是由方鉛礦和閃鋅礦組成?；◢弾r花崗巖石灰?guī)r石灰?guī)r8 8礦物和礦物學(xué)的概念u固態(tài)-石英、長(zhǎng)石、石鹽u液態(tài)-水、自然汞u氣態(tài)-火山噴氣中的二氧化碳、硫化氫u多數(shù)氣態(tài)、液態(tài)物質(zhì)因其特殊的屬性納入其它學(xué)科的研究范圍，如石油、天然氣成為有機(jī)地球化學(xué)和有機(jī)化工等學(xué)科的研究?jī)?nèi)容。u一般礦物學(xué)教科書只把由地質(zhì)作用形成的晶質(zhì)固體稱為礦物。9 9礦物和礦物學(xué)的概念u在產(chǎn)出狀態(tài)、成因和化學(xué)組成等方面與礦物相似，但不具有結(jié)晶構(gòu)造的少數(shù)均勻固體，稱為準(zhǔn)礦物或似礦物，如A型蛋白石，SiO2.nH2O。1010礦物和礦物學(xué)的概念u礦物學(xué)是地質(zhì)學(xué)的一門分支學(xué)科。u研究礦物的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性質(zhì)、成因、產(chǎn)狀、用

4、途和它們的內(nèi)在聯(lián)系。u研究礦物在時(shí)間和空間上的分布規(guī)律、形成和變化歷史等。1111第一節(jié) 礦物的化學(xué)成分P60u元素的離子類型u礦物的化學(xué)成分及其可變性u(píng)類質(zhì)同象u膠體礦物的成分u礦物中的水u礦物的化學(xué)式1212一、元素的離子類型u分類依據(jù)：離子的最外層電子結(jié)構(gòu)l惰性氣體型離子l銅型離子l過渡型離子1313元素的離子類型u惰性氣體型離子：l離子的最外層電子結(jié)構(gòu)與惰性氣體原子相似，具有2個(gè)或8個(gè)電子。l共有25種。l離子半徑一般較大，而極化性較小，易與O結(jié)合成以離子鍵為主的氧化物或含氧鹽，特別是硅酸鹽，構(gòu)成地殼中大部分造巖礦物。l又稱為造巖元素或親氧元素。1414元素的離子類型1515元素的離子

5、類型u銅型離子：l失去電子成為陽離子時(shí)，最外層電子層有18（或18+2）個(gè)電子，與Cu+相似。l外層電子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，除個(gè)別離子外，一般情況下不變價(jià)，或只在18和18+2兩種構(gòu)型間變化（如Pb4+、Pb2+）；l離子半徑小，外層電子多，極化性能很強(qiáng)，易與半徑較大，易被極化的S2-結(jié)合生成以共價(jià)鍵為主的化合物，形成主要的金屬礦物。l又稱為造礦元素或親硫元素。1616元素的離子類型1717元素的離子類型u過渡型離子：l失去電子成為陽離子時(shí)，最外層電子層為具有8-18個(gè)電子的過渡型結(jié)構(gòu)l離子的結(jié)合性質(zhì)受環(huán)境的影響。 如Fe在還原條件下，多與S結(jié)合，生成黃鐵礦或白鐵礦FeS2 ； 當(dāng)O的濃度很高時(shí)，便與

6、O結(jié)合生成赤鐵礦Fe2O3 、磁鐵礦Fe3O4 、菱鐵礦FeCO3 。1818元素的離子類型u離子半徑與極化性質(zhì)介于惰性氣體型離子和銅型離子之間。l最外層電子數(shù)愈接近8的離子，親氧性愈強(qiáng)，易形成氧化物和含氧鹽；l最外層電子數(shù)愈接近18的離子，親硫性愈強(qiáng)，易形成硫化物。l離子的電價(jià)比較容易變化，如Fe2+、Fe3+以及Mn2+、Mn3+、Mn4+等都是常見的變價(jià)的過渡型離子。l居于中間位置的Mn和Fe與O和S均可化合，如Fe可與S結(jié)合形成黃鐵礦FeS2，又可與O結(jié)合形成赤鐵礦Fe2O3。1919元素的離子類型2020二、礦物的化學(xué)成分及其可變性u(píng)單質(zhì)：由同種元素的原子自相結(jié)合組成，如金剛石C，自

7、然金Au等。2121礦物的化學(xué)成分及其可變性u(píng)化合物：由兩種或兩種以上不同的化學(xué)元素的原子組成的。l簡(jiǎn)單化合物：由一種陽離子和一種陰離子組成，如 石鹽NaCl、方鉛礦PbS。l絡(luò)合物：由一種陽離子和一種絡(luò)陰離子組成，如方解石CaCO3、鎂橄欖石MgSiO4。l復(fù)化合物（復(fù)鹽）：由兩種以上陽離子與同種（絡(luò)）陰離子組成，如黃銅礦CuFeS2、白云石CaMgCO32。2222礦物的化學(xué)成分及其可變性u(píng)少數(shù)礦物的化學(xué)成分相當(dāng)固定，其化學(xué)組成遵守物理化學(xué)分配定律定比定律和倍比定律，各組分間具嚴(yán)格的化合比，其化學(xué)組成可由理想化學(xué)式表示。如 水晶（SiO2）。2323礦物的化學(xué)成分及其可變性u(píng)礦物的化學(xué)成分

8、無論是單質(zhì)還是化合物，并不是絕對(duì)不變的，通常都在一定的范圍內(nèi)有所變化。u變化的原因:l對(duì)晶質(zhì)礦物而言，主要是元素的類質(zhì)同象代替； l對(duì)膠體礦物來說，主要是膠體水的變化和膠體的吸附作用。l礦物中含有顯微（或超顯微）包裹體形式的機(jī)械混入物。l非化學(xué)計(jì)量的礦物，化學(xué)組成不符合定比定律和倍比定律。2424礦物的化學(xué)成分及其可變性u(píng)礦物晶體內(nèi)部存在的某種晶格缺陷或結(jié)構(gòu)上的不均勻性，使得一些礦物的化學(xué)成分表現(xiàn)出非化學(xué)計(jì)量性，即不符合定比定律。這些礦物屬于非化學(xué)計(jì)量礦物。u如方鐵礦理想化學(xué)式為FeO，但實(shí)際成分為Fe1-xO，F(xiàn)e的原子數(shù)略少于O原子數(shù)。？因?yàn)榉借F礦中部分Fe2+被Fe3+取代，為了保持晶體

9、的電中性，晶格中便相應(yīng)地形成了空位。2525三、 類質(zhì)同象u類質(zhì)同象isomorphism：礦物晶體在結(jié)晶過程中，結(jié)晶格子中的某種質(zhì)點(diǎn)（原子、離子和分子）的位置，部分被介質(zhì)中性質(zhì)相似的他種質(zhì)點(diǎn)所取代共同結(jié)晶形成均勻的單一相的混合晶體，取代前后除晶格常數(shù)略有變化外，鍵性和晶體結(jié)構(gòu)型式不發(fā)生本質(zhì)改變的現(xiàn)象。2626類質(zhì)同象Fe2+含量/%00.1610.3118.2526.20晶胞大小/nm 5.40 5.4235.4325.4425.450顏色無色無色棕色黑色鐵黑色條痕白色白色黃褐色褐色黑褐色透明度透明透明半透明 薄片下透明 薄片下不透明折射率小大光澤金剛光澤半金屬光澤硬度3 4.5閃鋅礦中Fe

10、2+的含量對(duì)晶體常數(shù)及物理性質(zhì)的影響2727類質(zhì)同象的概念u舉例：閃鋅礦ZnSl Fe、Mn、Ga（鎵）、In（銦）等常以類質(zhì)同像形式替代Zn，使Zn：S1：1u類質(zhì)同象晶體猶如兩種化學(xué)成分的晶體“混合”在一起形成的“混合晶體”，或者可理解為一種礦物晶體“溶解”于另一種礦物晶體之中。u因此，類質(zhì)同象礦物晶體又可稱為固溶體crystalline solution。？類質(zhì)同象礦物與復(fù)化合物礦物的區(qū)別2828類質(zhì)同象的類型u分類依據(jù):質(zhì)點(diǎn)代替的數(shù)量比例l完全類質(zhì)同象：組分間能以任意比例相互替代組成混晶。l不完全類質(zhì)同象：兩種組分間的替代量有一定的限度。 閃鋅礦：Fe2+可以替代部分Zn2+，但替代的

11、量不能超過30.8%.2929類質(zhì)同象的類型u橄欖石的完全類質(zhì)同象：Mg2SiO4 (Mg,Fe) 2SiO4 (Fe,Mg) 2SiO4 Fe2 SiO4鎂橄欖石 鐵鎂橄欖石 鎂鐵橄欖石 鐵橄欖石u這一系列混晶稱為一個(gè)完全類質(zhì)同象系列。u兩端的組分-端元組分u由端元組成構(gòu)成的礦物-端元礦物。3030類質(zhì)同象的類型u分類依據(jù)：晶格中相互替代的離子的電價(jià)是否相等l等價(jià)類質(zhì)同象：相互替代的離子的電價(jià)相等。 橄欖石中，F(xiàn)e2+對(duì)Mg2+的替代。l異價(jià)類質(zhì)同象：相互替代的離子的電價(jià)不等。 斜長(zhǎng)石(CaAl2Si2O8)中，Ca2+ 和 Na+之間的替代，同時(shí)還有Al3+ 和Si4+之間的替代。3131

12、類質(zhì)同象的類型u元素周期表中，從左上方到右下方的對(duì)角線方向上的元素的離子容易發(fā)生異價(jià)類質(zhì)同象。異價(jià)類質(zhì)同象替換的對(duì)角線法則3232影響類質(zhì)同象代替的因素u內(nèi)因l相似的原子或離子半徑l相互替換的離子的總電價(jià)應(yīng)相等l離子類型和鍵性必須相同l代替后有較多能量放出l晶體結(jié)構(gòu)特征u外因l溫度l組分濃度l壓力3333影響類質(zhì)同象代替的因素u相似的原子或離子半徑保持晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定l（R1-R2）/R2 10%15% 易形成完全類質(zhì)同像l15% （R1-R2）/R225%40% 在高溫條件下可形成不完全類質(zhì)同象，在低溫條件下不能形成類質(zhì)同象。3434影響類質(zhì)同象代替的因素l條紋長(zhǎng)石條紋長(zhǎng)石-高溫高溫下完全混融

13、的鉀長(zhǎng)石和下完全混融的鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石，在溫度降低時(shí)鈉長(zhǎng)石，在溫度降低時(shí)發(fā)生發(fā)生固溶體分解固溶體分解的結(jié)果。的結(jié)果。3535影響類質(zhì)同象代替的因素u相互替換的離子的總電價(jià)應(yīng)相等l保持晶格的靜電平衡。u離子類型和鍵性必須相同l離子間結(jié)合的鍵性和離子的外層電子構(gòu)型密切相關(guān)。l惰性氣體型離子在結(jié)合時(shí)一般形成離子鍵，銅型離子則常形成共價(jià)鍵。l離子類型不同不易互相代替。3636影響類質(zhì)同象代替的因素uCa2+和Hg2+l半徑分別為1.08和1.10，但彼此不能相互代替。uSi4+和Al3+ l屬同型離子，（R1-R2）/R2=38%，但在硅酸鹽礦物的晶格中， Al3+ 代Si4+的類質(zhì)同象替代十分廣泛。3

14、737影響類質(zhì)同象代替的因素u溫度：溫度的升高有利于類質(zhì)同像的形成。l一些在常溫下不能形成類質(zhì)同象或只能形成不完全類質(zhì)同象的，在高溫下可形成類質(zhì)同象或完全類質(zhì)同象。l隨溫度的降低，固溶體會(huì)發(fā)生分解或出熔。 鉀長(zhǎng)石中的K +在660以上，可以被Na +任意代替，形成完全類質(zhì)同象； 500時(shí)最多能代替20%； 200時(shí)，代替不超過5%。3838影響類質(zhì)同象代替的因素u組分濃度：當(dāng)某種礦物從溶液或熔體中結(jié)晶時(shí)，如果介質(zhì)中某一組分的濃度不足，可由介質(zhì)中性質(zhì)相似的其它組分“頂替”，從而形成類質(zhì)同像。 -補(bǔ)償類質(zhì)同象complementary isomorphism l如磷灰石Ca5PO43(F,Cl)形

15、成時(shí)，如介質(zhì)中Ca2+的濃度不足，介質(zhì)中的Sr2+(鍶）、Na+等離子就可代替Ca2+進(jìn)入晶格，占據(jù)Ca2+的位置，形成類質(zhì)同象。l一些稀有分散元素常可形成類質(zhì)同象混入物，往往與此有關(guān)。3939研究類質(zhì)同象的意義u類質(zhì)同象礦物的物理性質(zhì)與類質(zhì)同象混入物的類型及含量有關(guān)。 -可根據(jù)礦物物理性質(zhì)大致推斷其化學(xué)組成。u類質(zhì)同象的形成受物理化學(xué)條件的制約。 -可根據(jù)類質(zhì)同像推斷礦物形成時(shí)的物理化學(xué)條件。4040研究類質(zhì)同象的意義u大部分稀有元素不能形成獨(dú)立礦物，而主要以類質(zhì)同象形式存在于與它性質(zhì)相似的元素組成的礦物中。 -指導(dǎo)找礦和礦產(chǎn)資源的綜合利用。u如閃鋅礦中的Cd（鎘）、In、Ga，輝鉬礦中的R

16、e（錸），鋯石中的Hf（鉿）。4141四、膠體礦物的成分u膠體礦物：以水為分散媒、以固相為分散相的水膠凝體而形成的非晶質(zhì)或超顯微的隱晶質(zhì)礦物。u如蛋白石、大多數(shù)粘土礦物。4242膠體礦物的成分細(xì)細(xì) 分分 散散 系系非晶質(zhì)非晶質(zhì) 無規(guī)則幾何外形無規(guī)則幾何外形 可變性和復(fù)雜性可變性和復(fù)雜性 帶電荷帶電荷 選擇性吸附選擇性吸附較高的內(nèi)能較高的內(nèi)能膠體的特點(diǎn)膠體 膠膠 體體 膠體礦物的特點(diǎn) 風(fēng)化風(fēng)化 膠體溶液膠體溶液 凝聚凝聚蒸發(fā)蒸發(fā)/中和中和 膠體礦物膠體礦物 膠體礦物形成膠體礦物形成 海濱地帶和巖石風(fēng)化殼海濱地帶和巖石風(fēng)化殼中中 礦物礦物/ /巖石巖石 4343四、膠體礦物的成分u濱海地帶形成的赤

17、鐵礦、硬錳礦等，巖石風(fēng)化殼中的鋁土礦、褐鐵礦、孔雀石，以及氧化帶潛水面以下形成的輝銅礦都是膠體作用的產(chǎn)物，有時(shí)還可形成大規(guī)模的礦床。4444五、礦物中的水u分類依據(jù)：水在礦物中的存在形式及在礦物晶體結(jié)構(gòu)中所起的作用。l吸附水l結(jié)晶水l結(jié)構(gòu)水l沸石水l層間水參加晶體構(gòu)成或與礦物晶體結(jié)構(gòu)關(guān)系較密切不參加晶體構(gòu)成，與礦物晶體無關(guān)4545吸附水u存在形式：中性水分子，機(jī)械吸附于礦物顆粒外表面或孔隙中。u特點(diǎn)：不參加組成礦物晶格；隨環(huán)境溫度、濕度和壓力變化而改變。u例子：包裹在粘土礦物顆粒表面的薄膜水及充填在礦物粒間孔隙內(nèi)的毛細(xì)管水。u脫失溫度：溫度達(dá)110時(shí)，基本全部脫失，但膠體礦物中的吸附水脫失溫度

18、較高，一般達(dá)100250 。4646膠體水u膠體水：吸附水的一種特殊類型，是水膠凝體中的水，作為分散媒，憑借微弱的結(jié)合力依附在膠體分散相的表面。u膠體水是膠體礦物固有的特征，計(jì)入礦物的化學(xué)組成，但含量變化大。u如蛋白石SiO2nH2O ln表示水的含量不固定，達(dá)1%-34%。4747結(jié)晶水u存在形式： 中性水分子u特點(diǎn)：參與構(gòu)成礦物晶體結(jié)構(gòu)；數(shù)量固定，遵守定比定律。u例子：石膏 CaSO4.2H2Ou脫失溫度：200500 或更高（受晶格束縛）u結(jié)晶水脫失后，礦物晶體結(jié)構(gòu)被破壞，形成新的結(jié)構(gòu)。CaSO4.2H2O CaSO4.1/2H2O CaSO4 石膏石膏 半水石膏半水石膏 硬石膏硬石膏8

19、0-120 150 熱重-差熱分析4848結(jié)構(gòu)水u存在形式：OH - 、H+或H3O+u特點(diǎn)：參與構(gòu)成礦物晶體結(jié)構(gòu)，有確定的含量比。u例子：高嶺石 Al4Si4O10(OH)8u脫失溫度：6001000 或更高（結(jié)合強(qiáng)度比結(jié)晶水高）u脫水后，結(jié)構(gòu)被完全破壞，生成新的礦物。Al2O32SiO22H2O Al2O32SiO2+2H2O 550 高嶺石高嶺石 偏高嶺石偏高嶺石4949沸石水u存在形式：中性水分子，存在于沸石礦物的寬大的空腔和通道中。u例子：鈉沸石u特點(diǎn)：l介于吸附水和結(jié)晶水之間；l在晶體結(jié)構(gòu)中占據(jù)確定的位置；l含量有一上限；l隨環(huán)境溫度增高或濕度減小，沸石水通過結(jié)構(gòu)通道逸失，但不引起

20、晶體結(jié)構(gòu)變化；l部分脫水的沸石，在潮濕環(huán)境中又可從外界吸收水分。5050沸石水假如把沸石比作旅假如把沸石比作旅館，那么館，那么1 1立方微立方微米的這種米的這種“超級(jí)旅超級(jí)旅館館”內(nèi)竟有內(nèi)竟有100100萬萬個(gè)個(gè)“房間房間”！這些房間能根據(jù)這些房間能根據(jù)“旅客旅客”（分子和（分子和離子）的高矮、胖離子）的高矮、胖瘦、不同自動(dòng)開門瘦、不同自動(dòng)開門或擋駕?；驌躐{。根據(jù)沸石的這一特根據(jù)沸石的這一特性，人們用它來性，人們用它來篩篩選分子選分子，獲得很好，獲得很好的效果。的效果。5151層間水u存在形式：中性水分子，存在于某些層狀硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)單元層之間。u特點(diǎn)：介于結(jié)晶水和吸附水之間，含量不定；當(dāng)溫度

21、和壓力升高時(shí)，層間水逐漸逸失。u例子：蒙脫石u脫失溫度：常壓下110 u層間水脫失后，相鄰結(jié)構(gòu)單元層之間的距離減少，但晶格不被破壞；已脫失層間水的層狀硅酸鹽進(jìn)行潮濕環(huán)境，又可重新得到層間水，并使晶體結(jié)構(gòu)膨脹。5252層間水5353六、礦物的化學(xué)式u礦物的化學(xué)式：按照一定的原則，用元素符號(hào)及其他輔助符號(hào)表示礦物化學(xué)組成特征的式子。u分類l實(shí)驗(yàn)式：只表示礦物中各組成數(shù)量比的化學(xué)式。 如白云母 H2KAl3Si3O12 或 K2O3Al2O36SiO22H2Ol結(jié)構(gòu)式：又稱晶體化學(xué)式，既能反映礦物中各組分的數(shù)量比例，又能反映組分之間的結(jié)合關(guān)系。 白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)25454

22、礦物的化學(xué)式u結(jié)構(gòu)式的書寫規(guī)則：l陽離子寫在化學(xué)式的最前面，復(fù)鹽的陽離子依堿性由強(qiáng)至弱的順序排列。如白云石 CaMgCO32 。l陰離子或絡(luò)陰離子寫在陽離子后面，絡(luò)陰離子用方括號(hào)括起來；如正長(zhǎng)石KAlSi3O8。l附加陰離子一般寫在主要陰離子或絡(luò)陰離子的后面。如磷灰石 Ca5PO43(F,Cl)。5555礦物的化學(xué)式u含水化合物的水分子（指結(jié)晶水、沸石水、層間水和膠體水）的寫法：寫在化學(xué)式的最后面，并用圓點(diǎn)把它與礦物中的其它組分分開。如石膏：CaSO4.2H2O；蛋白石：SiO2.nH2O或SiO2.aq。u有類質(zhì)同像取代關(guān)系的離子用圓括號(hào)括起來，相互間以逗號(hào)分開，含量較多的元素一般寫在前面，

23、如鐵閃鋅礦 (Zn,Fe)S。5656第二節(jié) 礦物的晶體化學(xué)P72礦物晶體礦物晶體外形外形理化性質(zhì)理化性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)組成化學(xué)組成晶體化學(xué)晶體化學(xué)5757礦物的晶體化學(xué)u晶體化學(xué)：研究晶體的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而進(jìn)一步闡明晶體的形態(tài)、性質(zhì)及成因的科學(xué)。u晶體內(nèi)部的質(zhì)點(diǎn)作為原子、離子來考慮。u晶體化學(xué)可解釋礦物在外形和理化性質(zhì)等方面的特點(diǎn)，以及元素在地球上分布、遷移、聚集和分散的規(guī)律等。5858主要內(nèi)容u原子和離子半徑及離子的極化（自學(xué)）u球體的最緊密堆積原理u配位數(shù)和配位多面體（自學(xué)）u化學(xué)鍵和晶格類型u同質(zhì)多像u有序和無序結(jié)構(gòu)（自學(xué)）5959二、球體的最緊密堆積原理u把原

24、子和離子看成是具有一定半徑的球體來考慮。？因?yàn)樵陔x子鍵和金屬鍵的晶體結(jié)構(gòu)中，離子鍵和金屬鍵是沒有方向性的，核外電子云的分布是球形，可以作為球形來考慮。u在晶體結(jié)構(gòu)中，原子和離子相結(jié)合時(shí)，盡可能互相靠近，使離子或原子之間的作用力達(dá)到平衡，形成最緊密堆積，以達(dá)到內(nèi)能最小，使晶體結(jié)構(gòu)趨于最穩(wěn)定的狀態(tài)。 所以對(duì)于離子鍵和金屬鍵的晶體結(jié)構(gòu)，可以用球體最緊密堆積原理來研究。6060等徑球體的最緊密堆積u單層堆積u只有一種堆積方式 u每個(gè)球周圍有6個(gè)球與之相接觸u兩種空隙u孔隙1和孔隙2等效6161等徑球體的最緊密堆積u兩層堆積u第二層球可位于孔隙1或孔隙2上u孔隙1和孔隙2等效-只有一種排列方式。u兩種空

25、隙：u連續(xù)貫穿兩層球的空隙；u未貫穿兩層球的空隙。6262等徑球體的最緊密堆積u三層堆積：u第一種：第三層球堆積在第二層上未貫穿兩層球體的空隙上，即第三層球的空間位置與第一層球重復(fù)。u堆積層的重復(fù)規(guī)律：ABABAB6363等徑球體的最緊密堆積六方最緊密堆積：球在空間的分布與空間格子中的六方底心格子一致，如金屬鋅。六方最緊密堆積及六方底心格子6464等徑球體的最緊密堆積u第二種：第三層球堆積在第二層上貫穿兩層的空隙上，其位置與第一、第二層都不重復(fù)。u重復(fù)規(guī)律：ABCABC 65656666等徑球體的最緊密堆積u立方最緊密堆積：球在空間分布與立方面心格子相一致，如自然銅、自然金。立方最緊密堆積及立

26、方面心格子6767等徑球體的最緊密堆積u六方最緊密堆積和四方最緊密堆積是晶體結(jié)構(gòu)中最基本也是最常見的堆積形式。u此外，還可出現(xiàn)ABCBABCB 等四層、五層、六層重復(fù)一次以及更復(fù)雜的堆積方式。u在等大球體的最緊密堆積中，球體之間必有空隙存在。據(jù)計(jì)算，空隙占堆積體體積的25.95%。6868等徑球體的最緊密堆積u由同種化學(xué)組分形成的晶體，如果其晶體結(jié)構(gòu)中基本結(jié)構(gòu)層相同，但重復(fù)方式有所不同時(shí)，這樣的一些晶體結(jié)構(gòu)便構(gòu)成了所謂的多型現(xiàn)象。u2H石墨 ABABu3R石墨 ABCABC6969不等徑球的最緊密堆積u看成是大球作最緊密堆積，而小球充填于其中的空隙中。適用于離子晶體的晶體結(jié)構(gòu)。u如NaCl，C

27、l-的半徑為1.81，Na+的半徑為1.02，可視為Cl-作立方最緊密堆積，Na+充填所有八面體空隙。7070不等徑球的最緊密堆積u如果陽離子稍大于空隙，當(dāng)陽離子充填后，會(huì)將形成空隙的陰離子略撐開些。在這種情況下，陰離子只能作近似的最緊密堆積，或可能出現(xiàn)某種形式的變形。u如金紅石（TiO2），O2-作近似的立方最緊密堆積，Ti4+充填在畸變的八面體空隙中。7171四、化學(xué)鍵和晶格類型u化學(xué)鍵：晶體結(jié)構(gòu)中，各個(gè)質(zhì)點(diǎn)彼此相互結(jié)合而維系在一起的作用力。u基本的化學(xué)鍵：l離子鍵l共價(jià)鍵l金屬鍵l分子鍵u具有不同化學(xué)鍵的晶體，在晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上都有很大的差異。7272化學(xué)鍵和晶格類型u根據(jù)

28、晶體中占主導(dǎo)地位的化學(xué)鍵特征，晶體結(jié)構(gòu)可劃分為以下幾種晶格類型：l離子晶格l原子晶格l金屬晶格l分子晶格7373離子鍵和離子晶格u鍵性：離子鍵，由陽離子和陰離子靠靜電引力相互聯(lián)系。u特點(diǎn)：無方向性，無飽和性；鍵力一般較強(qiáng)。u晶體結(jié)構(gòu)：正、負(fù)離子盡量相間分布，排列作最緊密堆積。u晶體性質(zhì)：折射率和反射率低、透明或半透明、非金屬光澤；導(dǎo)電性很差；硬度和熔點(diǎn)有很大的變化范圍。u典型實(shí)例：石鹽 NaCl、螢石 CaF27474共價(jià)鍵和原子晶格u化學(xué)鍵：共價(jià)鍵，中性原子以共用電子對(duì)的方式形成。u特點(diǎn)：原子只能在一定方向相結(jié)合，有方向性和飽和性；鍵力一般很強(qiáng)。u晶體結(jié)構(gòu)：非最緊密堆積u晶體性質(zhì)：較大的硬度

29、和較高的熔點(diǎn)；不導(dǎo)電；透明至半透明，非金屬光澤。u典型實(shí)例：金剛石 C7575金屬鍵和金屬晶格u化學(xué)鍵：金屬鍵，金屬陽離子被彌散的自由電子結(jié)合形成。u特點(diǎn)：不具方向性和飽和性；鍵力一般不強(qiáng)。u晶體結(jié)構(gòu)：常作等大球體最緊密堆積。u晶體性質(zhì)：電和熱的良導(dǎo)體；不透明，反射率高，金屬光澤，有延展性；硬度一般較小。u典型實(shí)例：自然銅 Cu、自然金 Au7676分子鍵和分子晶格u化學(xué)鍵：分子內(nèi)部的原子之間為共價(jià)鍵，分子間為分子鍵。u特點(diǎn)：無方向性，無飽和性；鍵力一般較弱。u晶體結(jié)構(gòu)：作為結(jié)構(gòu)單元的分子不呈球形，結(jié)構(gòu)單位的堆積形式多樣。u晶體性質(zhì)：熔點(diǎn)較低，較易揮發(fā)，硬度較小，熱膨脹率大，可壓縮性大；大部分

30、不導(dǎo)電，熱導(dǎo)率小，透明或半透明，非金屬光澤。u典型實(shí)例：自然硫 S7777化學(xué)鍵和晶格類型u單鍵型晶格：在晶體結(jié)構(gòu)中只存在一種鍵力，如金、金剛石，石鹽。u多鍵型晶格：晶體結(jié)構(gòu)中存在多種鍵型，如方解石CaCO3：C-O間以共價(jià)鍵為主，Ca-O間以離子鍵為主。u根據(jù)主要鍵性確定晶格類型：方解石-離子晶格7878五、同質(zhì)多象u同質(zhì)多象polymorphism：化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下，形成晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)和物理性質(zhì)上互不相同的晶體的現(xiàn)象。u由此形成的相同物質(zhì)成分的不同礦物稱為同質(zhì)多象變體。lC-石墨和金剛石lTiO2-金紅石、銳鈦礦和板鈦礦lCaCO3-方解石和文石lSiO2- -石英

31、和-石英7979同質(zhì)多象u同質(zhì)多象現(xiàn)象只限于不同結(jié)構(gòu)的晶體間，不包括非晶質(zhì)、氣體和液體。u按變體的種屬不同可分為同質(zhì)二象，同質(zhì)三象，也可簡(jiǎn)單泛稱為同質(zhì)多象。8080金剛石和石墨特征對(duì)比金剛石石墨晶系等軸晶系六方晶系配位數(shù)43原子間距/nm0.154層內(nèi)0.142，層間0.340鍵性共價(jià)鍵層內(nèi)共價(jià)鍵及金屬鍵，層間分子鍵形態(tài)八面體六方片狀顏色無色或淺色黑色透明度透明不透明光澤金剛光澤金屬光澤硬度101比重3.47-3.562.09-2.23導(dǎo)電性半導(dǎo)體良導(dǎo)體8181同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變u任何一種同質(zhì)多象變化變體都有一定的穩(wěn)定范圍，當(dāng)環(huán)境條件改變到超出某種變體的穩(wěn)定范圍時(shí)，就會(huì)引起晶體結(jié)構(gòu)的變化，使一種同質(zhì)

32、多像變體在固態(tài)條件下轉(zhuǎn)變成另一種變體，這個(gè)過程被稱為同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。8282同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變u分類依據(jù)：轉(zhuǎn)變的關(guān)系l單變性轉(zhuǎn)變：過程遲緩，且只在升溫過程中發(fā)生，降溫時(shí)不發(fā)生相應(yīng)的可逆反應(yīng)。因而在較高溫度下為穩(wěn)定的變體，在降低溫度下可以以穩(wěn)定形態(tài)繼續(xù)保存下來。l雙變性轉(zhuǎn)變：轉(zhuǎn)變可逆，過程較快8383石英同質(zhì)多象變體的穩(wěn)定范圍石英同質(zhì)多象變體的穩(wěn)定范圍8484同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變u分類依據(jù)：變體間的結(jié)構(gòu)變化l移位式轉(zhuǎn)變：結(jié)構(gòu)差異小，不涉及鍵的破壞和重建，僅是結(jié)構(gòu)中原子或離子的位置的移動(dòng)和鍵角的變化。一般速度較快且可逆。 如-石英和-石英，轉(zhuǎn)變時(shí)，只是Si-O-Si的連線偏轉(zhuǎn)了13l重建式轉(zhuǎn)變：晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重大改

33、變，破壞了原有的鍵型，并發(fā)生重組。需要相當(dāng)高的活化能。轉(zhuǎn)變緩慢且不可逆。 5-6萬大氣壓萬大氣壓 ，10002000 石墨 金剛石 鐵、鈷、鎳鐵、鈷、鎳 8585同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變移位性和重建性轉(zhuǎn)變示意圖移位性和重建性轉(zhuǎn)變示意圖移位相變移位相變重建相變重建相變8686同質(zhì)多象的研究意義u同質(zhì)多象與形成時(shí)的外界條件有密切關(guān)系可根據(jù)變體的出現(xiàn)推測(cè)礦物形成時(shí)的物理化學(xué)條件。u有些變體間發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度一般較固定可用作地質(zhì)溫度計(jì)，推測(cè)該變體所存在的地質(zhì)體的形成溫度。u工業(yè)上利用同質(zhì)多象變體的轉(zhuǎn)變規(guī)律，改造礦物的晶體結(jié)構(gòu)，以獲得所需要的礦物原料，如利用石墨制造人造金剛石。8787第三節(jié) 礦物的形態(tài)P85u形態(tài)是

34、礦物最醒目的外觀特征之一。u影響因素：l內(nèi)因-礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)l外因-礦物形成時(shí)的外部環(huán)境u研究意義：l鑒定礦物l研究成因l指導(dǎo)找礦l利用礦物資源 8888礦物的形態(tài)u礦物的單體形態(tài)u礦物的集合體形態(tài)8989礦物的單體形態(tài)u礦物的單體形態(tài)-礦物單晶體的形態(tài)-晶質(zhì)礦物u礦物單體形態(tài)l礦物晶體結(jié)晶習(xí)性l晶面花紋9090礦物的單體形態(tài)u結(jié)晶習(xí)性crystal habit：在一定環(huán)境條件下結(jié)晶形成的同種礦物晶體，總是有著一致的特定結(jié)晶形態(tài)和形態(tài)特征，簡(jiǎn)稱晶習(xí)或晶癖。u分類依據(jù)：晶體在三維空間的發(fā)育程度l一向延長(zhǎng)型l二向延展型l三向等長(zhǎng)型9191礦物的單體形態(tài)u一向延長(zhǎng)型：晶體沿一個(gè)方向特別發(fā)育

35、，呈柱狀、針狀和纖維狀等。如石英、角閃石等。9292礦物的單體形態(tài)u二向延展型：晶體沿兩個(gè)方向相對(duì)更發(fā)育，呈板狀、片狀、鱗片狀和葉片狀等，如石墨、云母等。9393礦物的單體形態(tài)u三向等長(zhǎng)型：晶體沿三個(gè)方向發(fā)育大致相等，呈粒狀或等軸狀，如石鹽、黃鐵礦等。9494礦物的單體形態(tài)u此外，還有一些過渡類型，如板柱狀，厚板狀、短柱狀等。9595礦物的單體形態(tài)u晶體習(xí)性是晶體的成分和結(jié)構(gòu)，及生長(zhǎng)環(huán)境的物理化學(xué)條件（包括溫度、壓力、組分濃度及介質(zhì)的PH值和Eh值等）和空間條件的綜合體現(xiàn)。u具體規(guī)律：l化學(xué)成分簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)對(duì)稱程度高的晶體，一般呈等軸狀。l晶體常沿其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵強(qiáng)的方向發(fā)育，如具鏈狀結(jié)構(gòu)的礦

36、物呈柱狀、針狀晶習(xí)，而層狀結(jié)構(gòu)的礦物則呈片狀、鱗片狀習(xí)性。l外部因素是通過直接或間接地改變不同晶面間的相對(duì)生長(zhǎng)速度而影響晶體習(xí)性的。9696礦物的單體形態(tài)u舉例：l角閃石-鏈狀硅酸鹽-常沿鏈的方向發(fā)育成柱狀、針狀或纖維狀。l方解石由于生長(zhǎng)溫度不同，晶體可呈800多種形狀。l產(chǎn)于綠泥石片巖中的磁鐵礦晶體通常呈完好的八面體晶形，產(chǎn)于花崗偉晶巖中的磁鐵礦，則常表現(xiàn)為晶面上帶有條紋的菱形十二面體。角閃石角閃石磁鐵礦磁鐵礦9797礦物的單體形態(tài)u實(shí)際晶體的晶面并非理想平面，其上常會(huì)出現(xiàn)多種凹凸花紋，即晶面花紋。l晶面條紋l蝕像9898礦物的單體形態(tài)u晶面條紋：由于不同單形的細(xì)窄晶面反復(fù)相聚、交替生長(zhǎng)而在

37、晶面上出現(xiàn)的一系列直線狀平行條紋，也稱聚形條紋。u這是晶體的一種階梯狀生長(zhǎng)現(xiàn)象，只見于晶面上，故又稱生長(zhǎng)條紋。9999礦物的單體形態(tài)幾種常見礦物的晶面條紋a-石英；b-黃鐵礦；c-電氣石；d-剛玉100100晶面條紋101101二、礦物的集合體形態(tài)u礦物集合體：同種礦物的多個(gè)單體聚集在一起的整體。u根據(jù)集合體中礦物顆粒大小，集合體形態(tài)分為三類：l顯晶集合體：肉眼或借助于放大鏡可以看出晶體顆粒l隱晶集合體：只在顯微鏡下可看出晶體顆粒l膠態(tài)（準(zhǔn)礦物）集合體：顯微鏡下也不能看出晶體顆粒102102二、礦物的集合體形態(tài)u結(jié)晶質(zhì)礦物的集合體形態(tài)主要取決于單體的形狀和它們集合的方式。u膠體準(zhǔn)礦物的集合體形態(tài)與形成條件關(guān)系密切。103103顯晶質(zhì)集合體形態(tài)u由于礦物晶體的結(jié)晶習(xí)性、顆粒大小及空間排列方式不同，顯晶集合體有下列主要形態(tài)類型：l粒狀集合體：主要由三向等長(zhǎng)的粒狀晶體顆粒構(gòu)成，可分為粗粒狀（顆粒直徑5mm）、中粒狀（51mm）、細(xì)粒狀（1cm），如瑪瑙l杏仁體（1cm），如火山巖中杏仁體110110隱晶質(zhì)和膠態(tài)集合體晶腺杏仁體生長(zhǎng)順序111111瑪瑙112112隱晶質(zhì)和膠態(tài)集合體u特點(diǎn)：l大小極不一致，從幾毫米到幾米甚至更大。l多存在于沉積巖中，由膠體凝聚形成。l結(jié)核體內(nèi)部構(gòu)造有放射狀、同心層狀和致密塊狀等。l常形成結(jié)核體的礦物有方解石、