矿物的化学组成和分类课件

第十四章矿物的化学组成和分类.第十四章 矿物的化学组成和分类.1 研究意义：矿物的化学成分是区别不同矿物的重要依据；矿物化学成分的变化特点常作为反映矿物形成条件的标志；矿物化学成分是人类利用矿物资源的一个重要方面。.研究意义：.2一、地壳元素丰度一、地壳元素丰度1、丰度及克拉克值丰度元素在地壳中的平均含量。克拉克值地壳中化学元素平均含量之百分数。质量克拉克值质量百分数原子克拉克值原子百分数.一、地壳元素丰度1、丰度及克拉克值.32、地壳中化学元素的分布特征O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg占地壳总质量的99，是地壳中各类岩石的基本成分。元 素质量克拉克值（%）原子克拉克值（%）体积百分比（%）O46.6062.5593.77Si27.7221.220.86Al8.136.470.47Fe5.001.920.43Ca3.631.941.03Na2.832.641.32K2.591.421.83Mg2.091.840.29.2、地壳中化学元素的分布特征元 素质量克拉克值（%）原子克4含氧盐和氧化物矿物分布最广，其中硅酸盐矿物占矿物总种数的24%，占地壳总重量的3/4；氧化物矿物占矿物种总数的14%，占地壳总重量的17%。.含氧盐和氧化物矿物分布最广，其中硅酸盐矿物占矿物总种数的245注意：矿物的形成，取决于：元素的丰度 元素的地球化学性质 .注意：.6聚集元素：丰度很低，但趋于集中，形成独立的矿物种，甚至富集成矿床。如Sb（锑）、Bi（铋）、Hg、Ag、Au等。分散元素；丰度远比聚集元素为高，但趋于分散，很少能形成独立的矿物种，常常作为微量的类质同像混入物赋存于主要由其他元素所组成的矿物中。如Rb（铷）、Cs（铯）、Ga（镓）、In（铟）等。.聚集元素：丰度很低，但趋于集中，形成独立的矿物种，甚至富集成72 矿物的化学成分 一、矿物的化学成分类型 1单质：由同一种元素的原子自相结合而成的矿物。如自然元素矿物 2化合物：由两种或两种以上元素组成的矿物。如含氧盐、氧化物和氢氧化物、卤化物、硫化物及其类似化合物矿物。.2 矿物的化学成分 一、矿物的化学成分类型.8 二、矿物的化学计量性与非化学计量性 1概念 1）矿物的化学计量性：矿物的化学成分相当固定，化学组成遵守定比定律和倍比定律，各组分间具严格的化合比，化学组成可由理想化学式表示。如 水晶（SiO2）。.二、矿物的化学计量性与非化学计量性.9.10注意：天然矿物并非理想化学纯的物质。由于环境的复杂性，大多数矿物因类质同像替代致使其化学组成在一定范围内变化，但各晶格位置上成类质同像关系的各组分数量总和之间仍遵循定比定律。如 橄榄石(Mg,Fe)2SiO4等。.注意：.11.12.13化学计量矿物：在各晶格位置上的组分之间遵守定比定律、具严格化合比的矿物。.化学计量矿物：.142）矿物的非化学计量性 非化学计量矿物：某些含变价元素的矿物，因形成过程中 常处于不同的氧化还原条件下，其价态会发生变化。由于受化合物电中性的制约，其内部必然存在某种晶格缺陷，致使其化学组成偏离理想化合比，不再遵循定比定律。.2）矿物的非化学计量性.15 某些矿物，特别是在高温条件下，相对地容许存在大量空位。FeS化合物（Fe1-xS）磁黄铁矿（x=00.125，其阳离子空位随机分布）高温.高温.16二、矿物化学成分变化的原因 1主要原因 1）类质同像替代 2）非化学计量性.二、矿物化学成分变化的原因.17 2其他因素 1）阳离子的可交换性 2）胶体的吸附作用 3）矿物中含水量的变化（含沸石水或层间水）4）以显微包裹体形式存在的机械混入物等.2其他因素.183 胶体矿物及其化学成分特点一、胶体矿物的概念 1胶体 一种或多种物质的微粒（粒径一般1100nm）分散在另一种物质之中而形成的不均匀的细分散系。前者称分散相(分散质)，后者称分散媒(分散剂).3 胶体矿物及其化学成分特点一、胶体矿物的概念.19 注意：1）胶体系两相或多相物质的混合物。2）分散相和分散媒均可是固体、液体或气体。3）胶体：胶溶体：分散媒远多于分散相 胶凝体：分散媒远少于分散相.注意：.202胶体矿物 由以水为分散媒、以固相为分散相的水胶凝体而形成的非晶质或超显微的隐晶质矿物。严格地说，它只是含吸附水的准矿物。如蛋白石（SiO2nH2O）、大多数粘土矿物。.2胶体矿物.21胶体矿物的特点：多形成于表生作用中，少数为热液或火山成因。主要形成Fe、Mn、Al、Si、P质等矿物。.胶体矿物的特点：.22 为隐晶质或非晶质体，故呈现鲕状、肾状、钟乳状和葡萄状等特殊形态。由于形成时胶体的吸附作用，故成分变化大。胶体矿物的化学成分具有不固定性和复杂性。.为隐晶质或非晶质体，故呈现鲕状、肾状、钟乳状和葡萄状等23.24.25.26.27 二、胶体的老化胶体矿物不稳定，具有吸附其他物质和自发地转变为结晶质的趋势。.二、胶体的老化.28胶体的老化：胶体矿物形成后，随着时间的推移或热力学因素的改变，胶粒会自发地凝聚，进一步发生脱水作用，颗粒逐渐增大而成为隐晶质，最终可转变为显晶质矿物。.胶体的老化：胶体矿物形成后，随着时间的推移或热力学因素的改变29变胶体矿物：由胶体矿物老化形成的隐晶质或显晶质矿物，往往可保留原胶体矿物的外貌。如蛋白石经老化成为玉髓。.变胶体矿物：.304 矿物中的水 一、水的存在形式 H2O、(OH)、H+和(H3O)+.4 矿物中的水 一、水的存在形式.31 二、“水”的类型 据“水”在矿物中的存在形式及其在晶体结构中的作用，主要分为吸附水、结晶水和结构水三种基本类型，以及层间水和沸石水两种过渡类型。.二、“水”的类型.32 1吸附水 被机械地吸附于矿物颗粒的表面和裂隙中，或渗入矿物集合体中的中性水分子(H2O)。它不参加晶格，不属于矿物的化学组成。.1吸附水.33注意：1）吸附水含量不定，随温度和湿度而异。常压下，温度增至100110时，矿物中吸附水即全部失去而不破坏晶格。2）吸附水的一种特殊类型胶体水，是胶体矿物本身的固有特征，应列入矿物的化学式，如蛋白石：SiO2nH2O，胶体水的失水温度一般100250。.注意：.34 2结晶水 以H2O的形成存在于矿物晶格中一定位置上的水，是矿物固有组分之一，水含量一定，其数目与其他组分的含量成简单的比例关系。.2结晶水.35 注意：1）结晶水出现于大半径络阴离子的含氧盐矿物中。2）结晶水通过以一定的配位形式环绕小半径的阳离子形成水化阳离子，以增大阳离子的体积而不改变其电价，从而与大的络阴离子组成稳定的化合物，如石膏CaSO42H2O。.注意：.363）结晶水的失水温度一般均在200500，个别可高达600。4）失水后，矿物晶格即完全被破坏、改造而成新的结构。.3）结晶水的失水温度一般均在200500，个别可高达6037。3结构水（化合水）以(OH)、H+或(H3O)+离子形式存在于矿物晶格中一定位置上、并有确定的含量比的“水”.。3结构水（化合水）.38 注意：1）尤以(OH)最常见，主要存在于氢氧化物和层状硅酸盐等矿物中。2）结构水的失水温度一般约在6001000。失水后结构完全被破坏。.注意：.39 4层间水 存在于某些层状结构硅酸盐（如粘土矿物）晶格中结构层之间结构的H2O，其主要与层间阳离子结合成水合离子。.4层间水.40 1）失水温度一般100250。通常加热至几十度即开始脱水，常压下至110则大量失水。2）失水后，晶格并不被破坏，仅结构层之间距离缩短 如：蒙脱具明显的吸水膨胀的特性；而蛭石具明显的热膨胀性。.1）失水温度一般100250。通常加热至几十度41 5沸石水 主要存在于沸石族矿物晶格中宽大的空腔和通道中的H2O，与其中的阳离子结合成水合离子。.5沸石水.42丝光沸石结构照相.丝光沸石结构照相.43 注意：1）水的含量随温度和湿度而异，上限值与其他组分含量具简单比例关系。2）失水一般从80开始，至400时沸石水可全部失去。.注意：.44 3）沸石水易失去也易复得，其得失不会破坏晶格，只是矿物的晶格常数和某些物理性质稍有变化。失水后的沸石可重新吸水，并恢复到原来的含水限度，再现其原来的物理性质。如钠沸石 Na2(Al2Si3O102H2O。.3）沸石水易失去也易复得，其得失不会破坏晶格，只是矿物的晶45胶体水胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。特殊的吸附水，需写入化学式。.胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。.465 矿物的化学式及其计算实验式仅表示矿物中各组分的种类及其数量比 如:白云母K2O3Al2O36SiO22H2O。结构式-晶体化学式表明矿物中各组分的种类及其数量比同时反映出它们在晶格中的相互关系及其存在形式如:白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2.5 矿物的化学式及其计算实验式仅表示矿物中各组分的种类及47 (1)阳离子在前，阴离子或阳离子在前，阴离子或络阴离子在后。阴离子在后。如石英SiO2、方解石CaCO3 (2)对复化合物，阳离子按碱性由复化合物，阳离子按碱性由强至弱、价至弱、价态从低到高的从低到高的顺序序排列。排列。如白云石CaMgCO32、磁铁矿FeFe2O4。(3)附加阴离子通常写在阴离子或附加阴离子通常写在阴离子或络阴离子之后。阴离子之后。如白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2一、晶体化学式的书写规则.(1)阳离子在前，阴离子或络阴离子在后。如石英Si48 (4)水分子写在化学式的最末尾，并用水分子写在化学式的最末尾，并用圆点将其与其他点将其与其他组分隔分隔开。开。如石膏CaSOi42H2O、蛋白石SiO2nH2O (5)类质同像替代的离子，用同像替代的离子，用圆括号括起来，并按含量由多到括号括起来，并按含量由多到少的少的顺序排列。序排列。如铁闪锌矿(Zn,Fe)S、黄玉Al2SiO4(F,OH)2。.(4)水分子写在化学式的最末尾，并用圆点将其与其他49 二、矿物晶体化学式的计算 1成分较简单的矿物化学式计算 步骤：检查矿物化学分析结果是否符合精度要求。将各组分的摩尔数化为简单的整数。写出矿物的化学式。.二、矿物晶体化学式的计算.50某黄铜矿的化学式计算组分质量百分数（WB%）原子量组分摩尔数组分摩尔数之比化学式Cu34.5463.550.54351CuFeS2Fe30.3055.850.54251S35.0332.061.09262合量99.87.某黄铜矿的化学式计算组分质量百分数原子量组分摩尔数组分摩尔数51 2成分复杂的矿物化学式计算 计算原则：尽量使占位的离子数目保持合理；尽量使正负电荷总数保持平衡。计算前提：必须有矿物的化学全分析数据；必须已知矿物的化学通式。.2成分复杂的矿物化学式计算.52 1）阴离子法阴离子法 2）阳离子法阳离子法.53一、矿物的命名1 1）命名的依据）命名的依据矿物本身的特征，如化学成分（金）、形态（十字石）、物理性质（黄铜矿）等，有的是以发现该矿物的地点（香花石）或人或者研究学者的名字而命名（张衡矿）。6 矿物的命名及分类.一、矿物的命名6 矿物的命名及分类.542 2）某些矿物命名的习惯）某些矿物命名的习惯 呈金属光泽或主要用于提炼金属的矿物称为矿，如方铅矿、菱铁矿等；具非金属光泽者称为石，如方解石、孔雀石等；宝玉石类矿物常称为玉，如刚玉、黄玉、硬玉等；成透明晶体者称晶，如水晶、黄晶等；常以细小颗粒产出的矿物称砂，如辰砂、毒砂等；地表次生的并呈松散状的矿物称华，如钴华、钼华等；易溶于水的硫酸盐矿物常称之为矾，如胆矾、黄钾铁矾等。.2）某些矿物命名的习惯.55二、矿物的分类晶体化学分类原则及依据（1）把同一化合物类型，并具有相同的化学键类型的矿物划归同一大类；（2）同一大类中，具有不同阴离子（或络阴离子）的矿物分属不同的类；同一大类中，如果络阴离子的结构不同，可以进一步划分亚类；.二、矿物的分类晶体化学分类原则及依据.56（3）同一类中，根据阳离子，或晶体结构型，进一步划分族；同一类中，如果仅阳离子不同，而晶体结构型相同，划分亚族；（4）化学组成和晶体结构均确定者，为一个种。基本类型。亚种：完全类质同像之间，端员组分的差异，进一步划分亚种。异种、变种：晶体结构、组分或物性稍异者，进一步划分异种或变种。.（3）同一类中，根据阳离子，或晶体结构型，进一步划分族；同一57晶体化学分类体系第一大类 自然元素矿物第二大类 硫化物及其类似化合物矿物第三大类 氧化物和氢氧化物矿物第四大类 含氧盐矿物第五大类 卤化物矿物.晶体化学分类体系.58