第二章第四節(jié)礦物的化學(xué)組成

第二章第四節(jié)礦物的化學(xué)組成第1頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第4節(jié)礦物的化學(xué)性質(zhì)

1礦物的化學(xué)成分2同質(zhì)多象3類質(zhì)同象4膠體礦物的形成和變化5礦物中的水6礦物的化學(xué)式第2頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三元素克拉克值

克拉克值（clarke）：各種化學(xué)元素在地殼中的平均含量(即元素在地殼中的豐度(abundance))

之百分?jǐn)?shù)。

1礦物的化學(xué)成分復(fù)習(xí)礦物的化學(xué)成分是由化學(xué)元素按照一定規(guī)律互相結(jié)合而成。第3頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

表示：

①

質(zhì)量百分?jǐn)?shù)（weightpercent）——質(zhì)量克拉克值

②

原子百分?jǐn)?shù)（atompercent）——原子克拉克值

第4頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三地殼中化學(xué)元素的分布特征

1）元素分布的極不均勻性

豐度最大者：O——46.6%

豐度最小者：

Rn——7×10-16%2）地殼的主要化學(xué)組成為O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti

等十種。第5頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

前8種元素豐度最高，占地殼總重量的99%以上，是地殼中各類巖石的

基本成分。含氧鹽和氧化物礦物分布最廣，其中硅酸鹽礦物占礦物總種數(shù)

的24%，占地殼總重量的3/4；氧化物礦物占礦物種總數(shù)的14%，占地殼總重量的17%。第6頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3）聚集元素和分散元素

礦物的形成，取決于：

①

元素的豐度；

②

元素的地球化學(xué)性質(zhì)第7頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

聚集元素(aggregatedelement)：

豐度很低，但趨于集中，形成獨(dú)立的礦物種，甚至富集成礦床。

如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。第8頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

分散元素(dispersedelement)：

豐度遠(yuǎn)比聚集元素為高，但趨于分散，很少能形成獨(dú)立的礦物種，

而常常作為微量的類質(zhì)同像混入物

賦存于主要由其他元素所組成的

礦物中。如Rb、Cs、Ga、In、Sc等。第9頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三分為單質(zhì)和化合物。單質(zhì)：由同種元素自相結(jié)合組成的礦物。自然硫（S），自然金（Au），自然銅（Cu）化合物：由兩種或兩種以上的化學(xué)元素化合而成的礦物。分為：1）簡單化合物：由一種陽離子和一種陰離子結(jié)合而成的化合物，如石鹽（NaCl）、螢石（CaF）；2）絡(luò)合物：含有絡(luò)離子的化合物，如正長石（K[AlSi3O8）；方解石（Ca[CO3]）3）復(fù)化合物：由兩種或兩種以上的的陽離子與同一種陰離子或絡(luò)陰離子所組成的化合物，如白云石（CaMg[CO3]2）。第10頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三礦物的化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)，是決定礦物一切性質(zhì)的兩個(gè)最基本的因素。但可以在一定的小范圍內(nèi)有變異。根據(jù)他們的變異是否明顯，礦物分成如下幾種類型：1）化學(xué)組成基本固定的礦物，如：金剛石C、石鹽NaCl、黃銅礦CuFeS2、赤鐵礦Fe2O3、重晶石Ba[SO4]、白云石CaMg(CO3)2等2）化學(xué)組成不固定的礦物。如：橄欖石(Mg，F(xiàn)e)[SiO4]第11頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2同質(zhì)多象相同化學(xué)成分在不同物理化學(xué)條件下形成不同構(gòu)造的晶體的現(xiàn)象叫做同質(zhì)多象（同質(zhì)異象）金剛石-石墨第12頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三影響因素：溫度，壓力，介質(zhì)成分等同質(zhì)多象分類：

可逆（雙向）α-石英β-石英

不可逆（單向）斜方變體文石三方變體方解石研究意義：1）推測礦物形成時(shí)的溫度2）人造金剛石第13頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3類質(zhì)同象定義分類：按照替換程度分為：完全類質(zhì)同象：鐵橄欖石非完全類質(zhì)同象：閃鋅礦按照替換質(zhì)點(diǎn)的電價(jià)是否相等，分為：等價(jià)類質(zhì)同象：鎂橄欖石-鐵橄欖石系列，閃鋅礦-鐵閃鋅礦系列異價(jià)類質(zhì)同象：鈉長石-鈣長石系列Ca2+替換Na+，Al3+替換Si4+?？傠妰r(jià)相等第14頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三影響類質(zhì)同象的因素：A內(nèi)因：1）相互替換的離子或原子半徑近似2）相互替換的離子，其電價(jià)總合應(yīng)相等3）相互替換離子的化學(xué)鍵應(yīng)相似4）晶格能量5）結(jié)構(gòu)單位堆積緊密程度B外因：溫度、壓力、組分濃度的影響鈉長石和鉀長石第15頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三類質(zhì)同象的意義：1）確定礦物化學(xué)式2）理解礦物性質(zhì)變化的原因3）判斷晶體的形成條件4）綜合利用礦物中的微量元素

第16頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三一、膠體礦物的概念

1．膠體

一種或多種物質(zhì)的微粒（粒徑一般

1～100nm

）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)。4膠體礦物的形成和變化第17頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三注意：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：

①

膠溶體：分散媒遠(yuǎn)多于分散相

②

膠凝體：分散媒遠(yuǎn)少于分散相第18頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

膠體微粒的性質(zhì)：

①

分散相與分散媒的量比不固定；

②

具極大的比表面積和很高的表面能；

③

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）第19頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

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。嚴(yán)格地說，它只是含吸附水的準(zhǔn)礦物。如蛋白石（SiO2·nH2O）、大多數(shù)粘土礦物。

第20頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

膠體礦物的形成與特點(diǎn)：

①多形成于表生作用中，少數(shù)為熱液或火山成因。

②主要形成Fe、Mn、Al、Si、P質(zhì)等礦物。第21頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三③為隱晶質(zhì)或非晶質(zhì)體，故呈現(xiàn)鮞狀、

腎狀、鐘乳狀和葡萄狀等特殊形態(tài)。

④由于形成時(shí)膠體的吸附作用，故成分變化大。⑤膠體礦物的化學(xué)成分具有不固定性和復(fù)雜性。第22頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三二、膠體的老化

膠體礦物不穩(wěn)定，具有吸附其他物質(zhì)

和自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶質(zhì)的趨勢。

膠體的老化：膠體礦物形成后，隨著

時(shí)間的推移或熱力學(xué)因素的改變，膠粒會(huì)自發(fā)地凝聚，進(jìn)一步發(fā)生脫水作用，顆粒逐漸增大而成為隱晶質(zhì)，最終可轉(zhuǎn)變?yōu)轱@晶質(zhì)礦物。第23頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三5礦物中的水許多礦物的化學(xué)組成中都含有水。但是，水的存在方式不一樣。按存在方式分為：吸附水和構(gòu)造水構(gòu)造水又有四種類型：

結(jié)晶水：

沸石水：

層間水：

結(jié)構(gòu)水：以（OH）—，H+（H3O）+第24頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

水在礦物中的作用水的主要類型礦物和礦物集合體中水的種類不參加晶格吸附水（中性的H2O分子）汽態(tài)水濕存水液態(tài)水（薄膜水毛細(xì)管水）膠體水固態(tài)水參加晶格

結(jié)晶水（中性的H2O分子）結(jié)晶水化物的水

沸石水

層間水

結(jié)構(gòu)水（OH-,H+,H3O+離子）第25頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

1．吸附水

被機(jī)械地吸附于礦物顆粒的表面和裂隙中，或滲入礦物集合體中的

中性水分子(H2O)。它不參加晶格，

不屬于礦物的化學(xué)組成。第26頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2．結(jié)晶水

以H2O的形成存在于礦物晶格中

一定位置上的水，是礦物固有組分之一，水含量一定，其數(shù)目與其他

組分的含量成簡單的比例關(guān)系。第27頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

注意：1）結(jié)晶水出現(xiàn)于大半徑絡(luò)陰離子的含氧鹽礦物中。2）結(jié)晶水的作用：通過以一定的

配位形式環(huán)繞小半徑的陽離子形成水化陽離子，以增大陽離子的體積而

不改變其電價(jià)，從而與大的絡(luò)陰離子組成穩(wěn)定的化合物，如石膏：Ca[SO4]·2H2O。第28頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三3．結(jié)構(gòu)水（化合水）以(OH)－、H+或(H3O)+離子形式存在于礦物晶格中一定位置上、并有確定的含量比的“水”。第29頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

注意：1）尤以(OH)－最常見，主要存在于

氫氧化物和層狀硅酸鹽等礦物中。如：水鎂石Mg(OH)2，高嶺石Al4[Si4O10](OH)8，

天然堿

Na3H[CO3]2·2H2O，

水云母

(K,H3O)Al2[AlSi3O10](OH)2等。第30頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三4．層間水存在于某些層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽如粘土礦物）晶格中結(jié)構(gòu)層之間的H2O，其主要與層間陽離子結(jié)合成水合離子。第31頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三結(jié)構(gòu)層表面存在過剩的負(fù)電荷，可吸附其他金屬陽離子，后者再

吸附H2O，從而在相鄰結(jié)構(gòu)層之間形成水分子層，即層間水。其含量

隨所吸附的陽離子的種類、環(huán)境的

溫度和濕度而異，可在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，并可有確定的上限值。如多水高嶺石Al4[Si4O10](OH)8·4H2O等第32頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三如蒙脫石蒙脫石

(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2[(Si,Al)4O10](OH)2·nH2O具明顯的吸水膨脹的特性；

而蛭石蛭石(Mg,Ca)0.5(Mg,Fe+,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2·4H2O

則表示出顯著的熱膨脹性。第33頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

5．沸石水主要存在于沸石族礦物晶格中寬大的空腔和通道中的H2O，與其中的陽離子結(jié)合成水合離子。第34頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三絲光沸石結(jié)構(gòu)照相沸石結(jié)構(gòu)中大孔洞中的沸石水

第35頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三一、礦物的化學(xué)式1．概念

礦物的化學(xué)式：以組成礦物的

化學(xué)元素符號(hào)按一定原則表示礦物的

化學(xué)成分。是以單礦物的化學(xué)全分析

所得的相對(duì)質(zhì)量百分含量為基礎(chǔ)而計(jì)算出來的。6礦物的化學(xué)式及其計(jì)算第36頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2．表示方法1）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

K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O第37頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三2）結(jié)構(gòu)式：即晶體化學(xué)式。既能表明礦物中各組分的種類及其數(shù)量比，又能反映出它們在晶格中的相互關(guān)系

及其存在形式。如白云母

KAl2[(Si3Al)O10](OH)2

第38頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三礦物晶體結(jié)構(gòu)式的書寫原則：

①

基本原則是陽離子在前，陰離子或絡(luò)陰離子在后。絡(luò)陰離子需用方括號(hào)括起來。如石英SiO2，方解石Ca[CO3]。

②對(duì)復(fù)化合物，陽離子按堿性

由強(qiáng)→弱、價(jià)態(tài)從低→高排列。如

白云石CaMg[CO3]2，磁鐵礦

FeFe2O4

（即Fe2+Fe3+2O4）第39頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

③

附加陰離子通常寫在陰離子或絡(luò)陰離子之后，如

氟磷灰石Ca5[PO4]3F

，白云母

KAl2[(Si3Al)O10](OH)2第40頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

④

礦物中的水分子寫在化學(xué)式的

最末尾，并用圓點(diǎn)將其與其他組分

隔開。若含水量不定，則常用nH2O或aq表示，如石膏

Ca[SO4]·2H2O，

蛋白石

SiO2·nH2O或SiO2·aq

。

第41頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三

⑤

成類質(zhì)同像替代關(guān)系的離子，

用小括號(hào)括起來，并按含量由多→少排列，中間用逗號(hào)分開。

如

鐵閃鋅礦

(Zn,Fe)S，

黃玉

Al2[SiO4](F,OH)2

。

第42頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第1節(jié)礦物的概念

第2節(jié)礦物的形態(tài)

第3節(jié)礦物的物理性質(zhì)

第4節(jié)礦物的化學(xué)性質(zhì)

第5節(jié)礦物的形成與共生

第6節(jié)礦物的分類與鑒定

第43頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三1礦物的形成固體礦物主要由結(jié)晶作用和膠體凝聚作用形成,。2礦物的共生：同一時(shí)期，同一成因共同出現(xiàn)的礦物。黃鐵礦、黃銅礦，褐鐵礦、孔雀石、藍(lán)銅礦第44頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第1節(jié)礦物的概念

第2節(jié)礦物的形態(tài)

第3節(jié)礦物的物理性質(zhì)

第4節(jié)礦物的化學(xué)性質(zhì)

第5節(jié)礦物的形成與共生

第6節(jié)礦物的分類與鑒定

第45頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第六節(jié)礦物的分類與鑒定1礦物的命名2礦物的分類：成因分類法：地球化學(xué)分類法形態(tài)分類法從利用的觀點(diǎn)出發(fā)：造礦礦物和造巖礦物目前采用的晶體化學(xué)分類法：（下頁）第46頁，共52頁，2023年，2月20日，星期三第一大類自然元素礦物

第二大類硫化物及其類似化合物

第三大類鹵素化合物

第四大類氧化物和氫氧化物

第五大類含氧