第十二講第十三章化學組成十四章分類

1、第十三章第十三章 礦物的化學成分礦物的化學成分CHEMICAL COMPOSITION OF MINERAL本章概要：本章概要：（1）地殼中元素的豐度及其礦物學意義）地殼中元素的豐度及其礦物學意義（2）元素的離子類型及其特征）元素的離子類型及其特征（3）礦物的晶體化學式書寫規(guī)則及其計算）礦物的晶體化學式書寫規(guī)則及其計算（4）膠體礦物及其特性）膠體礦物及其特性（5）礦物中的水）礦物中的水第一節(jié)第一節(jié) 地殼化學元素豐度及其礦物學意義地殼化學元素豐度及其礦物學意義1、豐度（、豐度（abundance）：）：是指元素在地殼中的平均百分含量，常以克拉克（是指元素在地殼中的平均百分含量，常以克拉克（cla

2、rk）值來表示。）值來表示。 地殼中的元素約地殼中的元素約100種，其豐度相差最高達種，其豐度相差最高達1017倍，分布極不均勻。其中含量最倍，分布極不均勻。其中含量最多的多的8種元素占地殼中元素總合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 Fe Ca Na K Mg -質量克拉克值 46.6 27.72 8.13 5.00 3.63 2.83 2.59 2.09 -第十三章第十三章第十三章第十三章第二節(jié)第二節(jié) 元素的離子類型元素的離子類型ION TYPE OF ELEMENT惰性氣體型離子惰性氣體型離子銅型離子銅型離

3、子過渡型離子過渡型離子按照離子核外電子構型劃分按照離子核外電子構型劃分第十三章第十三章銅型離子：銅型離子：指最外層電子有18或18+2個構型，也稱作親親硫元素硫元素或造礦元素造礦元素 過渡型離子：過渡型離子：過渡型離子指最外電子層為917個電子的不穩(wěn)定離子 惰性氣體型離子惰性氣體型離子:最外電子層具8個或2個電子構型,也常稱作親氧元素親氧元素或親石元素親石元素第十三章第十三章第三節(jié)第三節(jié) 礦物晶體化學式礦物晶體化學式一、礦物晶體化學式的書寫一、礦物晶體化學式的書寫 礦物化學成分的兩種表達式：礦物化學成分的兩種表達式：1）實驗式（實驗式（experimental formula）：順序表示組成礦

4、物的元 素種類和數(shù)量比。 如：白云母的實驗式寫作K2O3Al2O36SiO22H2O；2）結構式結構式或晶體化學式（晶體化學式（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 元素在晶體結構中的配置關系。 如：白云母的晶體化學式寫作KAl2AlSi3O10(OH)2第十三章第十三章晶體化學式的書寫規(guī)則：晶體化學式的書寫規(guī)則： (1) 陽離子在前，陰離子（絡陰離子）在后。呈類質同象的各陽離子用圓括號括起來，依前多后少次序排列并用逗號隔開；絡陰離子用方括號括起來。如：橄欖石（Mg，F(xiàn)e）2SiO4；硅灰石Ca3Si3O9。（2）對

5、于復鹽礦物，其陽離子按堿性由強至弱順序書寫，若堿性相同時，按離子電價由低至高順序書寫。如：白云石CaMgCO32（Ca2堿性強于Mg2）。磁鐵礦Fe2+Fe3+2O4（3）如存在附加陰離子，將其寫在主陰離子或主絡陰離子之后。如：氟磷灰石Ca5PO43 F。（4）礦物中的水分子以H2O形式寫在最后，并用圓點與前面的組分隔開，水分子前寫上水的系數(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，按一般附加陰離子對待。如黃玉Al2SiO4（F，OH）2。（5）若結構比較復雜，結構較為緊密的成分用括號括在一起，以示結構的層次。如：白云母KA

6、l2AlSi3O10(OH)2， 中的成分構成硅氧骨干， 中的成分構成結構單元層。第十三章第十三章二、礦物晶體化學式的計算二、礦物晶體化學式的計算 陰離子法：依據(jù)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)進行晶體化 學式計算 。(含氧巖和氧化物普遍適用含氧巖和氧化物普遍適用)陽離子法：依據(jù)陽離子法：依據(jù)礦物結構中小空隙晶格位上占據(jù)的高 電價、小半徑、低配位陽離子數(shù)目較固定， 而以其為基數(shù)進行晶體化學式的計算 。 （對于結構較復雜的鏈、層狀礦物使用對于結構較復雜的鏈、層狀礦物使用）第十三章第十三章前提：已知晶體化學通式，進行具體配置數(shù)量計算前提：已知晶體化學通式

7、，進行具體配置數(shù)量計算(1) 檢查化學分析結果是否符合精度要求。必要時進行修正。(2) 查出各組分相對分子質量。 (3) 將各組分的質量分數(shù)(wB%)除以該組分的相對分子質量，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)乘以其相應的陽離子的系數(shù)，得各組分的 陽離子數(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)。陰離子法計算步驟：（以陰離子法計算步驟：（以O作陰離子計算）作陰離子計算）第十三章第十三章(8)

8、以各組分的陽離子數(shù)乘以換算系數(shù)得單位分子中的陽離子數(shù)。(9) 據(jù)類質同象理論和礦物化學通式，將各陽離子分配到相應的 晶格位置。如有Al代替Si占據(jù)晶格位置時，一般優(yōu)先考慮配 平替代Si的四面體位置，其余分配到八面體位置。(10) 進行電價平衡檢驗計算，基本平衡時寫出礦物的晶體化學式。注意：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式計算。氧原子法適于不含水的氧化物和含氧鹽礦物晶體化學式計算。對含對含OH-OH-、F-F-、Cl-Cl-、S2-S2-等附加陰離子的礦物，可采用陽離子法等附加陰離子的礦物，可采用陽離子法進行計算。進行計算。第十三章第十三章陰離子法計算步驟：（以陰離子法計算

9、步驟：（以O作陰離子計算）作陰離子計算）某單斜輝石某單斜輝石(化學通式為化學通式為XYZ2O6)為例為例，說明按氧原子法計算礦物晶體化，說明按氧原子法計算礦物晶體化 學式的步驟：學式的步驟：12345678組分質量分數(shù)（w%）修正后的質量分數(shù)（w%）分子量摩爾數(shù)氧原子數(shù)陽離子數(shù)單位分子中陽離子數(shù)SiO252.5052.5460.080.87451.74900.87451.9242TiO20.720.7279.900.00900.01800.00900.0198Al2O32.542.54101.940.02490.07470.04980.1096Fe2O31.811.81159.700.0113

10、0.03390.02280.0502FeO1.951.9571.850.02710.02710.02710.0596MnO0.640.6470.940.00900.00900.00900.0198MgO14.9714.9840.300.37150.37150.37150.8174CaO24.3824.4056.080.43470.43470.43470.9565Na2O0.560.5661.980.00900.00900.01800.0396H2O0.110.11總合100.18100.00O=27269系數(shù)=6/2.7269=2.2003=陽離子數(shù)系數(shù)表表133 某單斜輝石晶體化學式計算表某

11、單斜輝石晶體化學式計算表(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)2.00O6.00 XYZ第四節(jié)第四節(jié) 礦物化學組成的計量特性及其變化礦物化學組成的計量特性及其變化 化學計量特性（化學計量特性（stoichiometry）：）： 在理想的物理化學條件下形成的礦物，其各元素間滿足一定的比例關系，這種關系 稱 定比定律或倍比定律。礦物化學成分間滿足定比或倍比定律的性質稱作礦物的 化學計量特性。1）化學計量礦物（）化學計量礦物（stoichiometric mineral

12、）：）： 處于不同結構位的元素服從定比或倍比定律的礦物稱作化學計量礦物。 例如，橄欖石(Mg,Fe)2SiO42）非化學計量礦物（）非化學計量礦物（nonstoichiometric mineral）：）： 礦物中出現(xiàn)空位或填隙等缺陷而使其基本化學組成偏離理想的定比或倍比關系， 這種礦物稱非化學計量礦物。如磁黃鐵礦(Fe1-xS) 第十三章第十三章化學組成計量特性變化及其意義：化學組成計量特性變化及其意義： （1）自然界非化學計量的礦物是很少的。 （2）非化學計量特性記錄并反映了礦物形成過程中物理化學條件 的變化，利用非化學計量特性可以解析礦物的成因史。例如：例如：與金礦物共生的黃鐵礦（理想化

13、學式為FeS2），其基本化學組成（Fe和S）的非化學計量性能指示金的成礦深度和礦床剝蝕深度，當Fe/(S+As)值明顯大于0.5時形成深度?。划擣e/(S+As)值小于或略大于0.5時成礦深度大。第十三章第十三章第五節(jié)第五節(jié) 膠體礦物及其組成膠體礦物及其組成 膠體（膠體（colloidcolloid）：）：是一種或多種物質的微粒（直徑約 為1-100nm）分散在另一種物質中構成的細分散體系。 前者為分散質，后者為分散媒，它們均可以氣、液、 固三相存在。膠凝體膠凝體(gel)(gel)：分散質的量遠大于分散媒；膠溶體膠溶體(sol)(sol)：分散質的量遠小于分散媒 。水膠凝體：水膠凝體：分散媒

14、為水而分散質為固相的膠凝體。膠體礦物膠體礦物(colloidal mineral) (colloidal mineral) ： 膠體凝固而成的礦物。第十三章第十三章注意：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 固相的分散質可以為晶質也可為非晶質。（3）膠體礦物存在老化現(xiàn)象。膠體礦物的幾個重要特點：膠體礦物的幾個重要特點：（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。（2）膠體礦物很不穩(wěn)定，隨時間推移很易脫水 聚合而轉化為隱晶質甚至顯晶質礦物（膠 體的老化或陳化）。（3）膠體礦物

15、吸附能力很強。第十三章第十三章第六節(jié)第六節(jié) 礦物中水的賦存狀態(tài)礦物中水的賦存狀態(tài)吸附水（物理水）吸附水（物理水）結晶水結晶水結構水結構水層間水層間水沸石水沸石水5 5種類型種類型第十三章第十三章（1 1） 吸附水吸附水(hydroscopic water)(hydroscopic water)機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）不進入礦物晶格，不屬于礦物的化學組成，不寫入化學式。（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時才能全部逸出。注

16、意：注意：膠體水含量不定，但屬于膠體礦物的必要組份，須寫入其化學式。如蛋白石SiO2nH2O。第十三章第十三章(2) (2) 結晶水結晶水(crystallization water)(crystallization water)：（1 1）結晶水在礦物中的含量固定，與其它組分比例關系）結晶水在礦物中的含量固定，與其它組分比例關系 不變；不變；（2 2）結晶水因受晶格的束縛，其逸出溫度一般在）結晶水因受晶格的束縛，其逸出溫度一般在200200600600；（3 3）結晶水逸出后原礦物將轉變?yōu)樾碌牡V物。）結晶水逸出后原礦物將轉變?yōu)樾碌牡V物。 例如，石膏例如，石膏CaCaSOSO4 42H2H2

17、2O O中的結晶水在中的結晶水在100100120120可可 全部逸出，變?yōu)橛彩?。全部逸出，變?yōu)橛彩唷＃? 4）結晶水寫入礦物的晶體化學式。）結晶水寫入礦物的晶體化學式。 書寫規(guī)則為：在書寫規(guī)則為：在H H2 2O O分子前寫上系數(shù)，置于分子式最后，分子前寫上系數(shù)，置于分子式最后， 以圓點與前面隔開。以圓點與前面隔開。指在礦物中占據(jù)特定晶格位置的分子水指在礦物中占據(jù)特定晶格位置的分子水 (H(H2 2O)O)。第十三章第十三章 (3) (3) 結構水結構水(constitution water)(constitution water)： 指占據(jù)礦物晶格中確定位置的指占據(jù)礦物晶格中確定位置的

18、(OH)(OH)- -、H H+ +或或(H(H3 3O)O)+ +離子，離子，以以(OH)(OH)- -為最常見。為最常見。 （1）結構水在晶體結構中的作用等同于陰、陽離子；（2）逸出溫度高達6001000。如果結構水逸出， 原礦物晶體結構即完全解體。（3）結構水須寫入礦物的晶體化學式。 書寫規(guī)則等同于其它離子。 如高嶺石Al4Si4O10(OH)8。第十三章第十三章(4) (4) 層間水層間水(interlayer water)(interlayer water)： （1）硅酸鹽上下結構單元層本身電荷未達平衡而導致水 分子進入層結構之間；（2）不同層狀硅酸鹽其層間水的含量有明顯差異；（3）

19、環(huán)境溫度和濕度影響層間水的含量。（4）層間水的逸出溫度較低，常壓下約110左右。層間 水逸出后結構單元層間距會減小，表現(xiàn)為與結構單 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層狀硅酸鹽結構單元層間的分子水（H2O）。第十三章第十三章（5）層間水影響礦物物理性質。如，脫除層間水的礦物 相對密度和折射率會相應增大。蒙脫石吸水后體積 可超過自身體積幾倍甚至十幾倍；蛭石被加熱時， 結構單元層間隙撐開可達40倍。（6）層間水寫入晶體化學式。 如蒙脫石：（Na,Ca,K）(H2O)0-4(Al2-x,Mgx)2(Si,Al)4O10(HO)2 。(5) (5) 沸石水沸石水(zeolitic w

20、ater)(zeolitic water)：（1）沸石水與其他組分的關系符合定比定律。寫入晶體化學 式。如鈉沸石的晶體化學式為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 密度減小。特指存在于沸石族礦物沸石族礦物結構孔道中的分子水（H2O）。第十三章第十三章第十四章第十四章 礦物的命名與分類礦物的命名與分類本章概要：本章概要：1.礦物命名的原則2.礦物晶體化學分類體系礦物的命名尚無統(tǒng)一原則。主要命名依據(jù)：主要命名依據(jù)

21、：（1）依據(jù)礦物特征形態(tài)、物理性質、化學成分等固有 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)第一節(jié) 礦物的命名礦物的命名第十四章第十四章第十四章第十四章礦物命名舉例礦物命名舉例命名依據(jù)命名依據(jù)舉舉 例例形態(tài)形態(tài)十字石（十字雙晶）、方柱石（柱狀）、石榴石（石榴籽形態(tài)）十字石（十字雙晶）、方柱石（柱狀）、石榴石（石榴籽形態(tài)）物理性質物理性質橄欖石（橄欖綠色）、孔雀石（孔雀綠色）、方解石橄欖石（橄欖綠色）、孔雀石（孔雀綠色）、方解石( (菱面體解菱面體解理）、重晶石（相對密度較大的透明礦物理）、重晶石（相對密度較大的透明礦物) )化學成分化學成分自然金、自然銅、自然硫、鈦鐵礦（自然金、自

22、然銅、自然硫、鈦鐵礦（FeTiOFeTiO3 3) )、鉻鐵礦、鉻鐵礦(FeCr(FeCr2 2O O4 4) )、三水鋁石三水鋁石(Al(OH)(Al(OH)3 3) )、水錳礦、水錳礦(MnO(OH)(MnO(OH)、鋯石、鋯石(ZrSiO(ZrSiO4 4)物理性質物理性質+ +形態(tài)形態(tài)紅柱石（淺紅色，柱狀）、綠柱石（綠色，柱狀）、紅柱石（淺紅色，柱狀）、綠柱石（綠色，柱狀）、物理性質物理性質+ +化學化學成分成分黃鐵礦（銅黃色，黃鐵礦（銅黃色，F(xiàn)eSFeS2 2 ）、黃銅礦（銅黃色，）、黃銅礦（銅黃色，CuFeSCuFeS2 2）、方鉛）、方鉛礦（立方體，礦（立方體，PbSPbS）、閃

23、鋅礦（半金屬光澤，）、閃鋅礦（半金屬光澤，ZnSZnS）、銅藍（）、銅藍（CuSCuS，藍色）、白鎢礦藍色）、白鎢礦(CaWO(CaWO4 4)、藍銅礦（、藍銅礦（CuCu3 3COCO3 3 2 2（OHOH）2 2）、菱鎂）、菱鎂礦（菱面體解理，礦（菱面體解理，MgCOMgCO）3 3 、菱鐵礦（菱面體解理，、菱鐵礦（菱面體解理，F(xiàn)eCOFeCO）3 3 化學成分化學成分+ +形態(tài)形態(tài)鈣鋁榴石（鈣鋁榴石（CaCa3 3AlAl2 2SiOSiO4 4 3 3, ,石榴形態(tài)）石榴形態(tài)）人名人名鴻釗石、張衡礦、尤什津礦鴻釗石、張衡礦、尤什津礦地名地名香花石、高嶺石、包頭礦、長城礦香花石、高嶺石

24、、包頭礦、長城礦第十四章第十四章說明：說明：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世界礦物學大會宣布：自然礦物超過了 4000種。第十四章第十四章第二節(jié)第二節(jié) 礦物的分類礦物的分類 （1）把同一化合物類型，并具有相同的）把同一化合物類型，并具有相同的化學鍵類型化學鍵類型的礦物劃歸同一大類；的礦物劃歸同一大類；（2）同一大類中，具有不同）同一大類中，具有不同陰離子（或絡陰離子）陰離子（或絡陰離子）的礦物分屬不同的類；的礦物分屬不同的類； 同一類中，如果絡陰離子的同一類中，如果絡陰離子的結構結構不同，可以進一步劃分亞類；不同，可以進一步劃分亞類；（3）同一類中，根據(jù)）同一類中，根據(jù)陽離子，或晶體結構型陽離子，或晶體結構型