矿物的化学组成课件

第4节 矿物的化学性质1 矿物的化学成分2 同质多象3 类质同象4 胶体矿物的形成和变化5 矿物中的水6 矿物的化学式元素克拉克值元素克拉克值 克拉克值克拉克值（clarke）：各种化化学学元元素素在地地壳壳中中的平平均均含含量量(即元素元素在地壳中地壳中的丰度丰度(abundance)之百分数百分数。1 矿物的化学成分矿物的化学成分复习复习矿物的化学成分是由化学元素按照一定规律矿物的化学成分是由化学元素按照一定规律互相结合而成。互相结合而成。表示表示：质质量量百百分分数数（weight percent）质量克拉克值质量克拉克值 原子百分数原子百分数（atom percent）原子克拉克值原子克拉克值 地壳中化学元素的分布特征地壳中化学元素的分布特征 1）元素分布元素分布的极不均匀性极不均匀性 丰度丰度最大最大者：O 46.6%丰度丰度最小最小者：Rn 710-16%2）地壳地壳的主要化学组成主要化学组成为O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti 等十种。前前8种元素种元素丰度最高，占地壳总重量地壳总重量 的99%以上以上，是地壳地壳中各类岩石各类岩石的 基本成分基本成分。含氧盐含氧盐和氧化物氧化物矿物分布矿物分布 最广最广，其中硅酸盐矿物硅酸盐矿物占矿物总种数矿物总种数 的24%，占地壳总重量地壳总重量的3/4；氧化物氧化物 矿物矿物占矿物种总数矿物种总数的14%，占地壳地壳 总重量总重量的17%。3）聚集元素和分散元素聚集元素和分散元素 矿物矿物的形成，取决于：元素元素的丰度丰度；元素元素的地球化学性质地球化学性质 聚集元素聚集元素(aggregated element)：丰度很低丰度很低，但趋于集中趋于集中，形成形成 独立独立的矿物种矿物种，甚至富集成矿床富集成矿床。如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。分散元素分散元素(dispersed element)：丰度丰度远比聚集元素聚集元素为高高，但趋于趋于 分散分散，很少很少能形成能形成独立的矿物种矿物种，而常常作为微量微量的类质同像混入物类质同像混入物 赋存于主要由其他元素其他元素所组成的 矿物矿物中。如Rb、Cs、Ga、In、Sc等。分为单质和化合物。单质：由同种元素自相结合组成的矿物。自然硫（S），自然金（Au），自然铜（Cu）化合物：由两种或两种以上的化学元素化合而成的矿物。分为：1）简单化合物：由一种阳离子和一种阴离子结合而成的化合物，如石盐（NaCl）、萤石（CaF）；2）络合物：含有络离子的化合物，如正长石（KAlSi3O8）；方解石（CaCO3）3）复化合物：由两种或两种以上的的阳离子与同一种阴离子或络阴离子所组成的化合物，如白云石（CaMgCO32）。矿物的化学成分和晶体结构，是决定矿物一切性质的两个最基本的因素。但可以在一定的小范围内有变异。根据他们的变异是否明显，矿物分成如下几种类型：1）化学组成基本固定的矿物，如：金刚石C、石盐NaCl、黄铜矿CuFeS2、赤铁矿Fe2O3、重晶石BaSO4、白云石CaMg(CO3)2等 2）化学组成不固定的矿物。如：橄榄石(Mg，Fe)SiO4 2 同质多象相同化学成分在不同物理化学条件下形成不同构造的晶体的现象叫做同质多象（同质异象）金刚石-石墨影响因素：温度，压力，介质成分等同质多象分类：可逆（双向）-石英 -石英 不可逆（单向）斜方变体文石 三方变体方解石研究意义：1）推测矿物形成时的温度 2）人造金刚石3 类质同象定义分类：按照替换程度分为：完全类质同象：铁橄榄石 非完全类质同象：闪锌矿 按照替换质点的电价是否相等，分为：等价类质同象：镁橄榄石-铁橄榄石系列，闪锌矿-铁闪锌矿系列 异价类质同象：钠长石-钙长石系列Ca2+替换Na+，Al3+替换Si4+。总电价相等影响类质同象的因素：A内因：1）相互替换的离子或原子半径近似 2）相互替换的离子，其电价总合应相等 3）相互替换离子的化学键应相似 4）晶格能量 5）结构单位堆积紧密程度 B 外因：温度、压力、组分浓度的影响 钠长石和钾长石类质同象的意义：1）确定矿物化学式2）理解矿物性质变化的原因3）判断晶体的形成条件4）综合利用矿物中的微量元素 一一、胶体矿物的概念胶体矿物的概念 1胶体胶体 一种一种或多种物质多种物质的微粒微粒（粒径一般 1100nm）分散分散在另一种物质另一种物质之中 而形成的不均匀不均匀的细分散系细分散系。前者称 分散相分散相(分散质分散质)，后者称分散媒分散媒(分散剂分散剂)。4 胶体矿物的形成和变化胶体矿物的形成和变化 注意注意：1）胶体胶体系两相两相或多相物质多相物质的混合物混合物。2）分散相分散相和分散媒分散媒均可是固体固体、液体液体或气体气体。3）胶体胶体：胶溶体胶溶体：分散媒远多于分散相分散媒远多于分散相 胶凝体胶凝体：分散媒远少于分散相分散媒远少于分散相 胶体微粒胶体微粒的性质性质：分散相分散相与分散媒分散媒的量比不固定量比不固定；具极大极大的比表面积比表面积和很高很高的 表面能表面能；表面表面的电荷未达到饱和电荷未达到饱和，故具 极强极强的吸附性吸附性。（能吸附吸附与其电荷相反电荷相反的其他离子离子）2胶体矿物胶体矿物 由以水水为分分散散媒媒、以固固相相为分分散散相相 的水水胶胶凝凝体体而形成的非非晶晶质质或超超显显微微的隐隐晶晶质质矿矿物物。严格地说，它只是含吸吸 附附 水水 的 准准 矿矿 物物。如 蛋蛋 白白 石石（SiO2nH2O）、大多数粘土矿物粘土矿物。胶体矿物胶体矿物的形成与特点特点：多形成于表生作用表生作用中，少数为热液热液 或火山成因火山成因。主要形成Fe、Mn、Al、Si、P质质等 矿物。为隐晶质隐晶质或非晶质体非晶质体，故呈现鲕状鲕状、肾状肾状、钟乳状钟乳状和葡萄状葡萄状等特殊形态。由于形成时胶体胶体的吸附作用吸附作用，故成成分变化大分变化大。胶体矿物胶体矿物的化学成分化学成分具有不固定性不固定性 和复杂性复杂性。二二、胶体的老化胶体的老化 胶体矿物胶体矿物不稳定不稳定，具有吸附其他物质吸附其他物质 和自发地转变为结晶质自发地转变为结晶质的趋势。胶体胶体的老化老化：胶体矿物胶体矿物形成后，随着 时间时间的推移推移或热力学因素热力学因素的改变改变，胶粒胶粒 会自发地凝聚凝聚，进一步发生脱水脱水作用，颗粒颗粒逐渐增大增大而成为隐晶质隐晶质，最终 可转变为显晶质矿物显晶质矿物。5 矿物中的水许多矿物的化学组成中都含有水。但是，水的存在方式不一样。按存在方式分为：吸附水和构造水 构造水又有四种类型：结晶水：沸石水：层间水：结构水：以（OH），H+（H3O）+水在矿物中的作用水在矿物中的作用水的主要类型水的主要类型矿物和矿物集合体中矿物和矿物集合体中水的种类水的种类 不参加不参加晶格晶格 吸附水吸附水（中性的H2O分子）汽态水 湿存水 液态水 （薄膜水 毛细管水）胶体水 固态水 参加参加晶格晶格 结晶水结晶水（中性的H2O分子）结晶水化物的水 沸石水沸石水 层间水层间水 结构水结构水（OH-,H+,H3O+离子）1吸附水吸附水 被机械地吸附于矿物颗粒吸附于矿物颗粒的表面表面 和裂隙裂隙中，或渗入矿物集合体中渗入矿物集合体中的 中性水分子中性水分子(H2O)。它不参加晶格不参加晶格，不属于矿物的化学组成。2结晶水结晶水 以H2O的形成存在于矿物晶格中晶格中 一定位置上一定位置上的水，是矿物固有组分矿物固有组分 之一，水含量一定水含量一定，其数目数目与其他其他 组分组分的含量含量成简单简单的比例关系比例关系。注意注意：1）结晶水结晶水出现于大半径络阴离子大半径络阴离子 的含氧盐含氧盐矿物中。2）结晶水结晶水的作用作用：通过以一定的 配位形式环绕小半径环绕小半径的阳离子阳离子形成 水化阳离子水化阳离子，以增大阳离子增大阳离子的体积体积而 不改变不改变其电价电价，从而与大大的络阴离子络阴离子 组成稳定稳定的化合物，如石膏石膏：CaSO42H2O。3结构水结构水（化合水化合水）以(OH)、H+或(H3O)+离子形式 存在于矿物晶格中一定位置上、并有确定确定的含量比含量比的“水”。注意注意：1）尤以(OH)最常见，主要存在于 氢氧化物氢氧化物和层状硅酸盐层状硅酸盐等矿物中。如：水镁石水镁石Mg(OH)2，高岭石高岭石Al4Si4O10(OH)8，天然碱天然碱 Na3HCO322H2O，水云母水云母(K,H3O)Al2AlSi3O10(OH)2等。4层间水层间水 存在于某些层状结构硅酸盐层状结构硅酸盐 如粘土矿物粘土矿物）晶格中结构层之间结构层之间 的H2O，其主要与层间阳离子层间阳离子结合 成水合离子水合离子。结结构构层层表表面面存 在过过 剩剩的负负电电荷荷，可 吸吸 附附其 他金金 属属 阳阳 离离 子子，后 者 再 吸吸 附附H2O，从而在相邻结结 构构 层层之 间 形 成水水分分子子层层，即层层 间间 水水。其含量 随所所 吸吸 附附的阳阳 离离 子子的种种 类类、环环 境境的 温温 度度和 湿湿 度度而 异，可 在 相 当 大 的 范围内变化，并可有确确定定的上上限限值值。如多多水水高高岭岭石石Al4Si4O10(OH)84H2O等等 如蒙脱石蒙脱石蒙脱石蒙脱石 (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si,Al)4O10(OH)2nH2O 具明显的吸水膨胀吸水膨胀的特性；而蛭石蛭石蛭石蛭石(Mg,Ca)0.5(Mg,Fe+,Al)3(Si,Al)4O10(OH)24H2O 则表示出显著的热膨胀性热膨胀性。5沸石水沸石水 主要存在于沸石族矿物晶格沸石族矿物晶格中 宽大的空腔空腔和通道通道中的H2O，与 其中的阳离子结合成水合离子水合离子。丝光沸石结构照相沸石结构中大孔洞中的沸石水 一一、矿物的化学式矿物的化学式 1概念概念 矿物的化学式化学式：以组成矿物的 化学元素符号化学元素符号按一定原则一定原则表示矿物的 化学成分化学成分。是以单矿物单矿物的化学全分析化学全分析 所得的相对质量百分含量相对质量百分含量为基础而 计算出来的。6 矿物的化学式及其计算矿物的化学式及其计算 2表示方法表示方法 1）实验式实验式：仅表示矿物中各组分组分的种类种类及其数量比数量比。如白云母白云母 H2KAl3Si3O12 或 K2O3Al2O36SiO22H2O 2）结构式结构式：即晶体化学式晶体化学式。既能表明矿物矿物中 各组分各组分的种类种类及其数量比数量比，又能 反映出它们在晶格中的相互关系相互关系 及其存在形式存在形式。如白云母白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2 矿物晶体结构式晶体结构式的书写原则书写原则：基本原则基本原则是阳离子在前阳离子在前，阴离子阴离子 或络阴离子在后络阴离子在后。络阴离子络阴离子需用方括号方括号 括起来。如石英石英SiO2，方解石方解石CaCO3。对复化合物复化合物，阳离子按碱性阳离子按碱性 由强强弱弱、价态价态从低低高高排列。如 白云石白云石 CaMgCO32，磁铁矿磁铁矿 FeFe2O4 （即Fe2+Fe3+2O4）附加阴离子附加阴离子通常写在阴离子阴离子 或络阴离子之后络阴离子之后，如 氟磷灰石氟磷灰石 Ca5PO43F，白云母白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2 矿物中的水分子水分子写在化学式化学式的 最末尾最末尾，并用圆点将圆点将其与其他组分 隔开隔开。若含水量不定含水量不定，则常用nH2O 或aq表示，如 石膏石膏 CaSO42H2O，蛋白石蛋白石 SiO2nH2O或SiO2aq。成类质同像替代关系类质同像替代关系的离子离子，用小括号小括号括起来，并按含量由多含量由多 少少排列，中间用逗号逗号分开。如 铁闪锌矿铁闪锌矿(Zn,Fe)S，黄玉黄玉 Al2SiO4(F,OH)2。第1节 矿物的概念第2节 矿物的形态第3节 矿物的物理性质第4节 矿物的化学性质第第5节节 矿物的形成与共生矿物的形成与共生第6节 矿物的分类与鉴定1 矿物的形成 固体矿物主要由结晶作用和胶体凝聚作用形成,。2 矿物的共生：同一时期，同一成因共同出现的矿物。黄铁矿、黄铜矿，褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿第1节 矿物的概念第2节 矿物的形态第3节 矿物的物理性质第4节 矿物的化学性质第5节 矿物的形成与共生第第6节节 矿物的分类与鉴定矿物的分类与鉴定第六节 矿物的分类与鉴定1 矿物的命名2 矿物的分类：成因分类法：地球化学分类法 形态分类法 从利用的观点出发：造矿矿物和造岩矿物目前采用的晶体化学分类法：（下页）第一大类 自然元素矿物 第二大类 硫化物及其类似化合物第三大类 卤素化合物第四大类 氧化物和氢氧化物第五大类 含氧盐第一类 硝酸盐第二类 碳酸盐第三类 硫酸盐第四类 铬酸盐 第五类 钨酸盐和钼酸盐 第六类 磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐 第七类 硅酸盐第八类 硼酸盐 第一亚类 岛状结构硅酸盐第二亚类 环状结构硅酸盐第三亚类 链状结构硅酸盐第四亚类 层状结构硅酸盐第五亚类 架状结构硅酸盐 第一类 单硫化物及其类似化合物第二类 双硫化物及其类似化合物第三类 硫盐第一类 氟化物 第二类 氯化物第一类 简单氧化物第二类 复杂氧化物 第三类 氢氧化物2.矿物的鉴定 仪器分析 肉眼鉴定仪器分析研究内容测试方法化学成分晶体结构晶体形貌物理性质物相鉴定化学分析o发射光谱分析o原子吸收光谱分析oX射线荧光光谱分析o极谱分析o电子探针分析o电子显微镜（透射，扫描）ooooX射线分析（单晶，粉晶）oo红外吸收光谱oo穆斯堡尔谱o隧道显微镜oo测角法oo肉眼鉴定注意事项：1）熟悉矿物的各项物理特征，尤其是矿物的具有鉴定意义的特征 2）考虑矿物的产出状态 3）综合考虑矿物物理性质之间的相互关系步骤：光泽，硬度，颜色，最后看矿物形态与其他物理性质 对初学者而言，对各种矿物标本认真观察，仔细分析，相互比较，反复练习。返回返回返回返回