第十三章礦物的化學(xué)成分2

1、 小組成員：成永杰 陳根生 程溯 詹金柱 余燕 李丹丹 研究意義：研究意義： 礦物的化學(xué)成分是區(qū)別不同礦物 的重要依據(jù)； 礦物化學(xué)成分的變化特點(diǎn)常作為 反映礦物形成條件的標(biāo)志； 礦物化學(xué)成分是人類利用礦物 資源的一個(gè)重要方面。 。 概要概要元素豐度；地殼元素豐度與礦物的分布。元素的離子類型、特征；各類離子在周期表中的位置。礦物的晶體化學(xué)式書寫規(guī)則及其計(jì)算。膠體礦物及其特性。吸附水、層間水、沸石水、結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水；各種水在礦物中的賦存狀態(tài)、位置、溢出條件、對(duì)礦物物理性質(zhì)的影響、在礦物晶體化學(xué)式中的表示。第一節(jié)第一節(jié) 地殼元素豐度及其礦物學(xué)意義地殼元素豐度及其礦物學(xué)意義 一、地殼元素豐度地殼元素豐

2、度 1、定義：元素在地殼中的平均百分含量，常以克拉克值來(lái)表示。 2、地殼中豐度居前八位的元素，其克拉克總值達(dá)到98.5%。豐度最大的是氧（O），為46.6%，最小的是氡（Rn），為710-16%。 3、地殼元素豐度直接影響著礦物的的種類、含量和分布。豐度極低的元素如氡等形成的礦物在地殼中很少見(jiàn)到。 注：質(zhì)量克拉克值-質(zhì)量百分?jǐn)?shù) 原子克拉克值-原子百分?jǐn)?shù) 二、聚集元素和分散元素二、聚集元素和分散元素 聚集元素：元素豐度低，卻易和其他元素結(jié)合形成礦物，如Au，Ag，Hg。 分散元素：元素豐度并不低，但惰性很強(qiáng)，不易和其他元素結(jié)合形成礦物，如Ga，Ge，Rb等。第二節(jié) 元素的離子類型 地殼中的元素彼

3、此能否結(jié)合形成礦物，主要取決于地殼中的元素彼此能否結(jié)合形成礦物，主要取決于元素核外電子層數(shù)和最外層的電子構(gòu)型，按照最外層電元素核外電子層數(shù)和最外層的電子構(gòu)型，按照最外層電子構(gòu)型，通常把元素化合后形成的離子劃分為子構(gòu)型，通常把元素化合后形成的離子劃分為3 3種類型：種類型： 1、惰性氣體型離子 最外電子層具有8個(gè)或2個(gè)電子，構(gòu)型與惰性氣體原子一樣的離子。 在周期表中位于第A A A各主族和第2、3周期元素多屬于該類型離子。 這類元素電離勢(shì)較低，離子半徑較大，易與氧結(jié)合成氧化物或含氧鹽礦物，所以也常稱作親氧元素。形成的礦物多為造巖礦物所以也稱親石元素。 2、銅型離子 最外電子層具有18個(gè)或18+2

4、個(gè)電子，構(gòu)型與Cu+最外電子層相同的離子。 在周期表中位于第4,5,6周期B ,B, A-A各族元素均屬于該類型離子。 這類元素電離勢(shì)較高，離子半徑較小，極化能力強(qiáng)，易與硫結(jié)合成硫化物或其他類似化合物礦物，稱作親硫元素或造礦元素。 3、過(guò)渡型離子 指最外電子層具有917個(gè)電子的不穩(wěn)定離子。 在周期表中位于第4,5,6周期B-B及族，序號(hào)104的元素屬于過(guò)渡型元素。 這類離子中，Mn族左側(cè)者常表現(xiàn)出與惰性氣體型離子類似的性質(zhì)，為親氧性過(guò)渡型離子，其右側(cè)表現(xiàn)出與銅型離子類似的性質(zhì)，為親銅性過(guò)渡型離子。第三節(jié)第三節(jié) 礦物晶體化學(xué)式礦物晶體化學(xué)式一、礦物晶體化學(xué)式的書寫1概念概念 礦物的化學(xué)式化學(xué)式：

5、 以組成礦物的化學(xué)元素符號(hào)化學(xué)元素符號(hào)按一定原則一定原則表示礦物的化學(xué)成分化學(xué)成分。是以單礦物單礦物的化學(xué)全分析化學(xué)全分析所得的相對(duì)質(zhì)量百分含量相對(duì)質(zhì)量百分含量為基礎(chǔ)而計(jì)算出來(lái)的。2 2表示方法表示方法 1 1）實(shí)驗(yàn)式：）實(shí)驗(yàn)式： 僅表示礦物中各組分的種類及其數(shù)量比。 如白云母 H2KAl3Si3O12 或 K2O3Al2O36SiO22H2O 2 2）結(jié)構(gòu)式：）結(jié)構(gòu)式： 即晶體化學(xué)式。晶體化學(xué)式。既能表明礦物中各組分的種類及其數(shù)量比，又能反映出它們?cè)诰Ц裰械南嗷リP(guān)系及其存在形式。 如白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2 礦物晶體結(jié)構(gòu)式的書寫原則：礦物晶體結(jié)構(gòu)式的書寫原則： 基本原則

6、是陽(yáng)離子在前，陰離子或絡(luò)陰離子（由一定數(shù)量的配體陰離子或分子，通過(guò)配位鍵結(jié)合于中心離子或中性原子周圍而形成的跟原來(lái)組分性質(zhì)不同的分子或離子，叫做絡(luò)合物）在后。絡(luò)陰離子需用方括號(hào)括起來(lái)。如石英SiO2，方解石CaCO3。 對(duì)復(fù)鹽礦物（由兩種或兩種以上的簡(jiǎn)單鹽類組成的同晶型化合物，叫做復(fù)鹽。復(fù)鹽又叫重鹽。復(fù)鹽中含有大小相近、適合相同晶格的一些離子），陽(yáng)離子按堿性由強(qiáng)弱、價(jià)態(tài)從低高排列。如白云石 CaMgCO32，磁鐵礦 FeFe2O4（前面的鐵離子是+2價(jià)，后面的是+3價(jià)） 附加陰離子（吸附）通常寫在陰離子或絡(luò)陰離子之后，如氟磷灰石 Ca5PO43F ， 礦物中的水分子寫在化學(xué)式的最末尾，并用圓點(diǎn)

7、將其與其他組分隔開(kāi)。若含水量不定，則常用nH2O或aq表示，如 石膏 CaSO42H2O， 蛋白石 SiO2nH2O或SiO2aq 。 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。白云母KAl2(Si3Al)O10(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。 成類質(zhì)同像替代關(guān)系的離子，用小括號(hào)括起來(lái)，并按含量由多少排列，中間用逗號(hào)分開(kāi)。 如 鐵閃鋅礦 (Zn, Fe)S ， 黃Al2SiO4(F,OH)2 。 二、礦物晶體化學(xué)式的計(jì)算二、礦物晶體化學(xué)式的計(jì)算（一）依據(jù) 單礦物的化學(xué)全分析（利用儀器或化學(xué)試劑檢測(cè)物質(zhì)屬性，結(jié)構(gòu)，探測(cè)是否含有其他物質(zhì)和含量）數(shù)

8、據(jù)； 晶體化學(xué)理論及晶體結(jié)構(gòu)知識(shí)，對(duì)礦物中各元素的存在形式作出合理的判斷，并按照電價(jià)平衡原則，將其分配到適當(dāng)?shù)木Ц裎恢蒙希?x射線結(jié)構(gòu)分析資料。 注意： 單礦物的化學(xué)全分析的結(jié)果，其一般允許誤差1%，即礦物中的各元素或氧化物的質(zhì)量百分含量 WB%）之總和應(yīng)在99%101%。（二）方法（二）方法 1成分較簡(jiǎn)單的礦物化學(xué)式計(jì)算 步驟： 檢查礦物化學(xué)分析結(jié)果是否符合精度要求。 將各組分的摩爾數(shù)化為簡(jiǎn)單的整數(shù)。 寫出礦物的化學(xué)式。分子量分子量原子量原子量組分組分質(zhì)量百分含量質(zhì)量百分含量組分組分摩爾數(shù)摩爾數(shù)組分組分或的的的)( B%B%某黃銅礦的化學(xué)式計(jì)算某黃銅礦的化學(xué)式計(jì)算 2成分復(fù)雜的礦物化學(xué)式計(jì)算

9、 計(jì)算原則： 盡量使占位的離子數(shù)目保持合理； 盡量使正負(fù)電荷總數(shù)保持平衡。 計(jì)算前提： 必須有礦物的化學(xué)全分析數(shù)據(jù)； 必須已知礦物的化學(xué)通式。 1）陰離子法 基于已知礦物晶體化學(xué)通式，陰離子做最緊密堆積，在單位分子內(nèi)數(shù)目不變而以其為基數(shù)進(jìn)行計(jì)算的方法。 適用于不含水的氧化物和含氧鹽礦物晶體化學(xué)式的計(jì)算。2）陽(yáng)離子法 本法是考慮到礦物結(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)行計(jì)算的方法。 適用于計(jì)算成分和結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的鏈狀、層狀硅酸鹽礦物的化學(xué)式第四節(jié)第四節(jié) 礦物化學(xué)組成的計(jì)量特性及其礦物化學(xué)組成的計(jì)量特性及其變化變化一、礦物的化學(xué)計(jì)量性（stoichiom

10、etry） 在理想物理化學(xué)環(huán)境中形成的礦物，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）。 礦物的化學(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)量性。 在自然界，只有很少礦物的基本組成成分能嚴(yán)格服從定比或倍比定律。由于環(huán)境的復(fù)雜性，大多數(shù)礦物因類質(zhì)同像替代致使其化學(xué)組成在一定范圍內(nèi)變化，但各晶格位置上成類質(zhì)同像關(guān)系的各組分?jǐn)?shù)量總和之間仍遵循定比定律，因此多數(shù)礦物仍能認(rèn)為是化學(xué)計(jì)量礦物。如 橄欖石(Mg,Fe)2SiO4等。 類質(zhì)同象類質(zhì)同象概念 晶體結(jié)構(gòu)中，某質(zhì)點(diǎn)被類似質(zhì)點(diǎn)代替，結(jié)構(gòu)型式不變，但晶格常

11、數(shù)略有變化，這種現(xiàn)象稱為類質(zhì)同像替代。 如：（1）MgCO3FeCO3 Mg 與Fe 可以任意比例相互替代。（2）Mg2SiO4(Mg,Fe)2SiO4 Mg 與Fe 可以任意比例相互替代。（3）ZnS (Zn,Fe)S，F(xiàn)e 可以有限替代Zn ，小于27%。周期表中對(duì)角線法則： 對(duì)角線方向，左上與右下離子半徑相近，右下易代替左上。 二、非化學(xué)計(jì)量礦物： 某些含變價(jià)元素的礦物，因形成過(guò)程中常處于不同的氧化還原條件下，其價(jià)態(tài)會(huì)發(fā)生變化。由于受化合物電中性的制約，其內(nèi)部必然存在某種晶格缺陷，致使其化學(xué)組成偏離理想化合比，不再遵循定比定律。 研究意義 礦物總是以成分非化學(xué)計(jì)量性 顯示其標(biāo)型特征。如含

12、金硫化物的 偏離化學(xué)計(jì)量的元素比即具標(biāo)型性。第五節(jié)第五節(jié) 膠體礦物及其組成膠體礦物及其組成1膠體 一種或多種物質(zhì)的微粒（粒徑一般1100nm ）分散在另一種物質(zhì)之中而形成的不均勻的細(xì)分散系。前者稱分散相(分散質(zhì))，后者稱分散媒(分散劑)。 注意注意： 1）膠體系兩相或多相物質(zhì)的混合物。 2）分散相和分散媒均可是固體、液體或氣體。 3）膠體： 膠溶體：分散媒遠(yuǎn)多于分散相 膠凝體：分散媒遠(yuǎn)少于分散相 膠體微粒的性質(zhì)： 分散相與分散媒的量比不固定； 具極大的比表面積和很高的 表面能； 表面的電荷未達(dá)到飽和，故具 極強(qiáng)的吸附性。 （能吸附與其電荷相反的其他離子） 2膠體礦物 由以水為分散媒、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，其中的水稱作膠體水，分散質(zhì)稱作膠體微粒。嚴(yán)格地說(shuō)，它只是含吸附水的準(zhǔn)礦物。如蛋白石（SiO2nH2O）、大多數(shù)粘土礦物。 膠體礦物的特點(diǎn)： 多