第十二講第十三章化學(xué)組成十四章分類介紹.ppt

1、第十三章 礦物的化學(xué)成分 CHEMICAL COMPOSITION OF MINERAL,本章概要： （1）地殼中元素的豐度及其礦物學(xué)意義 （2）元素的離子類型及其特征 （3）礦物的晶體化學(xué)式書(shū)寫(xiě)規(guī)則及其計(jì)算 （4）膠體礦物及其特性 （5）礦物中的水,第一節(jié) 地殼化學(xué)元素豐度及其礦物學(xué)意義,1、豐度（abundance）： 是指元素在地殼中的平均百分含量，常以克拉克（clark）值來(lái)表示。,地殼中的元素約100種，其豐度相差最高達(dá)1017倍，分布極不均勻。其中含量最多的8種元素占地殼中元素總合98.5% 。,表13-1 地殼中豐度居前八位的元素克拉克值（wB%） - 元 素 O Si Al F

2、e Ca Na K Mg - 質(zhì)量克拉克值 46.6 27.72 8.13 5.00 3.63 2.83 2.59 2.09 -,第十三章,（1）豐度值高的元素，形成的礦物種類較多； （2）聚集元素易形成礦物。如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等； 分散元素不易形成礦物。如Cs、Ga、In、Se等。,2、地殼中元素豐度的礦物學(xué)意義,第十三章,第二節(jié) 元素的離子類型 ION TYPE OF ELEMENT,惰性氣體型離子 銅型離子 過(guò)渡型離子,按照離子核外電子構(gòu)型劃分,第十三章,第十三章,第三節(jié) 礦物晶體化學(xué)式,一、礦物晶體化學(xué)式的書(shū)寫(xiě),礦物化學(xué)成分的兩種表達(dá)式： 1）實(shí)驗(yàn)式（experimenta

3、l formula）：順序表示組成礦物的元 素種類和數(shù)量比。 如：白云母的實(shí)驗(yàn)式寫(xiě)作K2O3Al2O36SiO22H2O； 2）結(jié)構(gòu)式或晶體化學(xué)式（crystallochemical formula）：不 僅表示組成礦物的元素種類和數(shù)量比，還以一定的規(guī)則表示 元素在晶體結(jié)構(gòu)中的配置關(guān)系。 如：白云母的晶體化學(xué)式寫(xiě)作KAl2AlSi3O10(OH)2,第十三章,晶體化學(xué)式的書(shū)寫(xiě)規(guī)則：,(1) 陽(yáng)離子在前，陰離子（絡(luò)陰離子）在后。呈類質(zhì)同象的各陽(yáng)離子用圓括號(hào)括起來(lái)，依前多后少次序排列并用逗號(hào)隔開(kāi)；絡(luò)陰離子用方括號(hào)括起來(lái)。 如：橄欖石（Mg，F(xiàn)e）2SiO4；硅灰石Ca3Si3O9。 （2）對(duì)于復(fù)鹽

4、礦物，其陽(yáng)離子按堿性由強(qiáng)至弱順序書(shū)寫(xiě)，若堿性相同時(shí)，按離子電價(jià)由低至高順序書(shū)寫(xiě)。 如：白云石CaMgCO32（Ca2堿性強(qiáng)于Mg2）。磁鐵礦Fe2+Fe3+2O4 （3）如存在附加陰離子，將其寫(xiě)在主陰離子或主絡(luò)陰離子之后。 如：氟磷灰石Ca5PO43 F。 （4）礦物中的水分子以H2O形式寫(xiě)在最后，并用圓點(diǎn)與前面的組分隔開(kāi)，水分子前寫(xiě)上水的系數(shù)，若含水量不定，系數(shù)記為n。 如：石膏CaSiO42H2O、蛋白石SiO2nH2O。若水以（OH）- 形式存在時(shí)，按一般附加陰離子對(duì)待。如黃玉Al2SiO4（F，OH）2。 （5）若結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)較為緊密的成分用括號(hào)括在一起，以示結(jié)構(gòu)的層次。如：白云

5、母KAl2AlSi3O10(OH)2， 中的成分構(gòu)成硅氧骨干， 中的成分構(gòu)成結(jié)構(gòu)單元層。,第十三章,二、礦物晶體化學(xué)式的計(jì)算,陰離子法：依據(jù)陰離子作緊密堆積，單位分子內(nèi)其陰 離子數(shù)量不變，因而以其為基數(shù)進(jìn)行晶體化 學(xué)式計(jì)算 。(含氧巖和氧化物普遍適用) 陽(yáng)離子法：依據(jù)礦物結(jié)構(gòu)中小空隙晶格位上占據(jù)的高 電價(jià)、小半徑、低配位陽(yáng)離子數(shù)目較固定， 而以其為基數(shù)進(jìn)行晶體化學(xué)式的計(jì)算 。 （對(duì)于結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的鏈、層狀礦物使用）,第十三章,前提：已知晶體化學(xué)通式，進(jìn)行具體配置數(shù)量計(jì)算,(1) 檢查化學(xué)分析結(jié)果是否符合精度要求。必要時(shí)進(jìn)行修正。 (2) 查出各組分相對(duì)分子質(zhì)量。 (3) 將各組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(wB

6、%)除以該組分的相對(duì)分子質(zhì)量，求各 組分的摩爾數(shù)。 (4) 用各組分的摩爾數(shù)乘以其氧原子系數(shù)得到各組分的氧原子數(shù)。 (5) 用各組分的摩爾數(shù)乘以其相應(yīng)的陽(yáng)離子的系數(shù)，得各組分的 陽(yáng)離子數(shù)。 (6) 將各組分的氧原子數(shù)相加得各組分的氧原子數(shù)總和O。 (7) 以礦物單位分子（即通式）中的氧原子理論數(shù)Of.u 除以氧原 子數(shù)總和O，得換算系數(shù)(即Of.u./O)。,陰離子法計(jì)算步驟：（以O(shè)作陰離子計(jì)算）,第十三章,(8) 以各組分的陽(yáng)離子數(shù)乘以換算系數(shù)得單位分子中的陽(yáng)離子數(shù)。 (9) 據(jù)類質(zhì)同象理論和礦物化學(xué)通式，將各陽(yáng)離子分配到相應(yīng)的 晶格位置。如有Al代替Si占據(jù)晶格位置時(shí)，一般優(yōu)先考慮配 平替

7、代Si的四面體位置，其余分配到八面體位置。 (10) 進(jìn)行電價(jià)平衡檢驗(yàn)計(jì)算，基本平衡時(shí)寫(xiě)出礦物的晶體化學(xué)式。 注意： 氧原子法適于不含水的氧化物和含氧鹽礦物晶體化學(xué)式計(jì)算。 對(duì)含OH-、F-、Cl-、S2-等附加陰離子的礦物，可采用陽(yáng)離子法進(jìn)行計(jì)算。,第十三章,陰離子法計(jì)算步驟：（以O(shè)作陰離子計(jì)算）,某單斜輝石(化學(xué)通式為XYZ2O6)為例，說(shuō)明按氧原子法計(jì)算礦物晶體化 學(xué)式的步驟：,表133 某單斜輝石晶體化學(xué)式計(jì)算表,(Ca0.96,Na0.04)1.00(Mg0.82,Fe2+0.06,Fe3+0.05,Al0.03,Ti0.02,Mn0.02)1.00(Si1.92,Al0.08)2.

8、00O6.00,第四節(jié) 礦物化學(xué)組成的計(jì)量特性及其變化,化學(xué)計(jì)量特性（stoichiometry）： 在理想的物理化學(xué)條件下形成的礦物，其各元素間滿足一定的比例關(guān)系，這種關(guān)系 稱 定比定律或倍比定律。礦物化學(xué)成分間滿足定比或倍比定律的性質(zhì)稱作礦物的 化學(xué)計(jì)量特性。 1）化學(xué)計(jì)量礦物（stoichiometric mineral）： 處于不同結(jié)構(gòu)位的元素服從定比或倍比定律的礦物稱作化學(xué)計(jì)量礦物。 例如，橄欖石(Mg,Fe)2SiO4 2）非化學(xué)計(jì)量礦物（nonstoichiometric mineral）： 礦物中出現(xiàn)空位或填隙等缺陷而使其基本化學(xué)組成偏離理想的定比或倍比關(guān)系， 這種礦物稱非化學(xué)

9、計(jì)量礦物。如磁黃鐵礦(Fe1-xS),第十三章,化學(xué)組成計(jì)量特性變化及其意義：,（1）自然界非化學(xué)計(jì)量的礦物是很少的。 （2）非化學(xué)計(jì)量特性記錄并反映了礦物形成過(guò)程中物理化學(xué)條件 的變化，利用非化學(xué)計(jì)量特性可以解析礦物的成因史。 例如： 與金礦物共生的黃鐵礦（理想化學(xué)式為FeS2），其基本化學(xué)組成（Fe和S）的非化學(xué)計(jì)量性能指示金的成礦深度和礦床剝蝕深度， 當(dāng)Fe/(S+As)值明顯大于0.5時(shí)形成深度?。?當(dāng)Fe/(S+As)值小于或略大于0.5時(shí)成礦深度大。,第十三章,第五節(jié) 膠體礦物及其組成,膠體（colloid）：是一種或多種物質(zhì)的微粒（直徑約 為1-100nm）分散在另一種物質(zhì)中構(gòu)成

10、的細(xì)分散體系。 前者為分散質(zhì)，后者為分散媒，它們均可以氣、液、 固三相存在。 膠凝體(gel)：分散質(zhì)的量遠(yuǎn)大于分散媒； 膠溶體(sol)：分散質(zhì)的量遠(yuǎn)小于分散媒 。 水膠凝體：分散媒為水而分散質(zhì)為固相的膠凝體。 膠體礦物(colloidal mineral) ： 膠體凝固而成的礦物。,第十三章,注意： （1）絕大多數(shù)膠體礦物由天然水膠凝體形成。膠 體礦物中分散質(zhì)和膠體水的量比不定。 （2）膠體礦物不是單一相體系而是多相體系，其 固相的分散質(zhì)可以為晶質(zhì)也可為非晶質(zhì)。 （3）膠體礦物存在老化現(xiàn)象。,膠體礦物的幾個(gè)重要特點(diǎn)：,（1）膠體礦物的比表面積極大，表面張力也極 大，其形態(tài)多為球狀或半球狀。

11、 （2）膠體礦物很不穩(wěn)定，隨時(shí)間推移很易脫水 聚合而轉(zhuǎn)化為隱晶質(zhì)甚至顯晶質(zhì)礦物（膠 體的老化或陳化）。 （3）膠體礦物吸附能力很強(qiáng)。,第十三章,第六節(jié) 礦物中水的賦存狀態(tài),吸附水（物理水） 結(jié)晶水 結(jié)構(gòu)水 層間水 沸石水,5種類型,過(guò)渡型水,第十三章,（1） 吸附水(hydroscopic water),機(jī)械地吸附于礦物顆粒表面或裂隙中的分子水（H2O）稱作吸附水。,（1）可呈氣態(tài)、液態(tài)或固態(tài)； （2）不進(jìn)入礦物晶格，不屬于礦物的化學(xué)組成，不寫(xiě)入化學(xué)式。 （3）含量隨環(huán)境溫度和濕度的不同而變化，在常壓下被加熱到 100以上時(shí)可全部逸出且不破壞礦物晶格。 （4）膠體水是一類特殊的吸附水。約250

12、時(shí)才能全部逸出。 注意： 膠體水含量不定，但屬于膠體礦物的必要組份，須寫(xiě)入其化學(xué)式。如蛋白石SiO2nH2O。,第十三章,(2) 結(jié)晶水(crystallization water)：,（1）結(jié)晶水在礦物中的含量固定，與其它組分比例關(guān)系 不變； （2）結(jié)晶水因受晶格的束縛，其逸出溫度一般在200600； （3）結(jié)晶水逸出后原礦物將轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌牡V物。 例如，石膏CaSO42H2O中的結(jié)晶水在100120可 全部逸出，變?yōu)橛彩唷?（4）結(jié)晶水寫(xiě)入礦物的晶體化學(xué)式。 書(shū)寫(xiě)規(guī)則為：在H2O分子前寫(xiě)上系數(shù)，置于分子式最后， 以圓點(diǎn)與前面隔開(kāi)。,指在礦物中占據(jù)特定晶格位置的分子水 (H2O)。,第十三章,

13、(3) 結(jié)構(gòu)水(constitution water)：,指占據(jù)礦物晶格中確定位置的(OH)-、H+或(H3O)+離子，以(OH)-為最常見(jiàn)。,（1）結(jié)構(gòu)水在晶體結(jié)構(gòu)中的作用等同于陰、陽(yáng)離子； （2）逸出溫度高達(dá)6001000。如果結(jié)構(gòu)水逸出， 原礦物晶體結(jié)構(gòu)即完全解體。 （3）結(jié)構(gòu)水須寫(xiě)入礦物的晶體化學(xué)式。 書(shū)寫(xiě)規(guī)則等同于其它離子。 如高嶺石Al4Si4O10(OH)8。,第十三章,(4) 層間水(interlayer water)：,（1）硅酸鹽上下結(jié)構(gòu)單元層本身電荷未達(dá)平衡而導(dǎo)致水 分子進(jìn)入層結(jié)構(gòu)之間； （2）不同層狀硅酸鹽其層間水的含量有明顯差異； （3）環(huán)境溫度和濕度影響層間水的含量

14、。 （4）層間水的逸出溫度較低，常壓下約110左右。層間 水逸出后結(jié)構(gòu)單元層間距會(huì)減小，表現(xiàn)為與結(jié)構(gòu)單 元層方向垂直的晶胞參數(shù)C0變小。,特指存在于層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)單元層間的分子水（H2O）。,第十三章,（5）層間水影響礦物物理性質(zhì)。如，脫除層間水的礦物 相對(duì)密度和折射率會(huì)相應(yīng)增大。蒙脫石吸水后體積 可超過(guò)自身體積幾倍甚至十幾倍；蛭石被加熱時(shí)， 結(jié)構(gòu)單元層間隙撐開(kāi)可達(dá)40倍。 （6）層間水寫(xiě)入晶體化學(xué)式。 如蒙脫石： （Na,Ca,K）(H2O)0-4(Al2-x,Mgx)2(Si,Al)4O10(HO)2 。,(5) 沸石水(zeolitic water)：,（1）沸石水與其他組分的關(guān)系符合定

15、比定律。寫(xiě)入晶體化學(xué) 式。如鈉沸石的晶體化學(xué)式為Na2Al2Si3O102H2O。 （2）沸石水含量受環(huán)境影響而改變。 （3）不同礦物中的沸石水逸出溫度差別較大（80400）。 （4）沸石水逸離前后礦物的某些物理性質(zhì)將發(fā)生變化。 如：沸石水脫出后，礦物的透明度和折射率增大，相對(duì) 密度減小。,特指存在于沸石族礦物結(jié)構(gòu)孔道中的分子水（H2O）。,第十三章,第十四章 礦物的命名與分類,本章概要： 1.礦物命名的原則 2.礦物晶體化學(xué)分類體系,礦物的命名尚無(wú)統(tǒng)一原則。 主要命名依據(jù)： （1）依據(jù)礦物特征形態(tài)、物理性質(zhì)、化學(xué)成分等固有 屬性命名。 （2）依據(jù)礦物的發(fā)現(xiàn)地或研究者命名。,第一節(jié) 礦物的命名

16、,一、命名的依據(jù),第十四章,二、礦物命名的習(xí)慣,呈金屬光澤或用于提煉金屬的礦物稱為礦，方鉛礦等； 具非金屬光澤者稱為石，如方解石、孔雀石等； 寶玉石類礦物常稱為玉，如剛玉、黃玉、硬玉等； 成透明晶體者稱晶，如水晶、黃晶等； 常以細(xì)小顆粒產(chǎn)出的礦物稱砂，如辰砂、毒砂等； 地表次生的并呈松散狀的礦物稱華，如鈷華、鉬華等； 易溶于水的硫酸鹽礦物常稱之為礬，如膽礬、黃鉀鐵礬等。,第十四章,礦物命名舉例,第十四章,說(shuō)明：,1）何明躍教授主編的新英漢礦物種名稱 收錄了2000年底前發(fā)表的3873種礦物。 2）2010.8世界礦物學(xué)大會(huì)宣布：自然礦物超過(guò)了 4000種。,第十四章,第二節(jié) 礦物的分類,（1）

17、把同一化合物類型，并具有相同的化學(xué)鍵類型的礦物劃歸同一大類； （2）同一大類中，具有不同陰離子（或絡(luò)陰離子）的礦物分屬不同的類； 同一類中，如果絡(luò)陰離子的結(jié)構(gòu)不同，可以進(jìn)一步劃分亞類； （3）同一類中，根據(jù)陽(yáng)離子，或晶體結(jié)構(gòu)型，進(jìn)一步劃分族； 同一族中，如果僅陽(yáng)離子不同，而晶體結(jié)構(gòu)型相同，劃分亞族； （4）化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)均確定者，為一個(gè)種?；绢愋汀?亞種：完全類質(zhì)同像之間，端員組分的差異，進(jìn)一步劃分亞種。 異種、變種：晶體結(jié)構(gòu)、組分或物性稍異者，進(jìn)一步劃分異種或變種。,大類 類（亞類） 類（亞類） 族（亞族） 族（亞族） 種（亞種） 種（亞種）,第十四章,所有礦物可以分幾個(gè)大類,晶體化學(xué)分類體系,第一大類 自然元素礦物 第