第五章-矿物的晶体化学2007课件

单击以编辑母版标题样式,单击以编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第二部分 矿物学,Conspectus of mineralogy,矿物的晶体化学,crystalloid chemistry,矿物的化学成分,chemistry component,矿物的物理性质,physical characters,矿物的形态,configuration of mineral,矿物的形成与变化,forming and transformation of mineral,第六章 矿物的晶体化学,原子和原子半径,球体的最紧密堆积,配位数和配位多面体,类质同像、同质多像,晶体结构的有序,无序、多型、型变,何谓晶体化学,？,Whats crystalloid chemistry?,晶体化学,是研究单质或化合物中,离子,、,分子,或,原子,在晶体内的,分布规律,，从而阐明,化学成分,与,晶体结构,以及与,晶体的,物理性质,、,化学性质,之间关系的分支学科。,一、原子和原子半径,1.基本概念,绝对半径：计算得出的各种原子或离子的半径（理论半径）,有效半径：由实验方法得到的各种原子或离子的半径,共价半径：同种元素的原子共价单键结合时，其核间距的一半称为该原子的,共价半径,金属半径：在金属单质晶格中，两相邻原子核间距的一半称 为该原子的,金属半径,范德华半径：在原子间仅存在范德华作用时，两相邻原子核间距的一半称为范德华半径,二、,球体的最紧密堆积,spheriform closest packing,晶体结构,球体堆积,Why,?,具有一定有效半径的离子或原子 刚性小球,金属键和离子键都,没有方向性和饱和性,晶体中原子或离子的化合遵循内能最小的原则,单元素晶体,等大球体,化合物,不等大球体,1,、等大球体的最紧密堆积,isometric,spheriform closest packing,B处和C处可通过旋转后，堆积效果相同，故二层球堆积只有一种堆积于第一层形成的空隙之上。,第三层球堆积时，置于第二层堆积形成的空隙之上，出现两种不同的方式：ABA，ABC,第四层：ABAB.或ACAC,ABCA.,第五层：ABABA 或ACACA,ABCAB,第六层ABABAB或ACACAC,ABCABC或ACBACB,两层重复ABABAB.,最紧密堆积面（0001）,六方最紧密堆积,Hexagonal closest packing,四层重复：,ABCB,ABCBABCB,五层重复：,ACBCB,ACBCB,六层重复：,ABCACB,ABCACB,（两层重复中：ABAB,相邻上下层为同号层；三层重复中：ABCABC,相邻上下层为异号层）,因此，4，5，6，7 层重复可以看作是由同号和异号排列、重复、组合而成。最基本的排列方式只有两种：ABABAB六方最紧密堆积,和ABCABCABC.立方最紧密堆积,2,、不等大球体的最紧密堆积,different,spheriform closest packing,阴离子作最紧密堆积,阳离子充填其空隙,最紧密堆积原理可适用于许多晶体结构，,特别是金属晶格和离子晶格,三 配位数和配位多面体,coordination number and coordination polyhedron,配位数,(,coordination number,C.N,.,),每个原子或离子周围与之呈配位关系的原子或异号离子的数目,配位多面体,(,coordination polyhedron,),以任一原子或离子为中心，将其周围与之呈配位,关系或异号离子的中心联线所形成的几何图形,影响配位数的因素,influence factor of C.N.,质点的,相对大小,，堆积的,紧密程度,及质点间,化学键,的性质,配位数,由金属键 离子键 共价键,降低,金属键做最紧密堆积时具最高配位数,（12）,典型共价键或以共价键为主的单质或化合物都,具有最低的配位数,（CN=3,4),离子化合物晶体，配位数大小主要取决于阴、阳,离子半径的比值,温度增高 配位数减小,压力增大 配位数增高,外因,r,a,r,c,=0.414,r,c阴离子半径,r,a阳离子半径,配位多面体的自我调整,常见阳离子的配位数及配位多面体,配位数及配位多面体的形状,配位多面体的连接方式,晶体结构可视为由配位多面体,相互联结而成的体系,四,类质同像,isomorphism,1,概念 definition,晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）被其他类似的质点所代替，仅晶格常数发生不大的变化，而结构型式并不改变的这种现象,MgCO,3,(Mg,Fe)CO,3,(Fe,Mg)CO,3,FeCO,3,菱镁矿 含铁的菱镁矿 含镁的菱铁矿 菱铁矿,ZnS(Zn,Fe)S Fe Zn,26%,2 分类 classification,完全的类质同像：,两种质点可以任意比例相互取代,有限类质同像：,两种质点的相互代替局限在一个有限,的范围内,简单的代替,橄榄石,Mg,2+,Fe,2+,外因,温度增高有利于类质同像的产生，而温度降低则,将限制类质同像的范围并促使离,压力增大将限制类质同像代替的范围并促使其离溶,组分浓度 满足矿物组分之间的量比,离子类型和化学键,离子类型相同，化学键相近,成对的代替,斜长石,Na,+,+Si,4+,Ca,2+,+Al,3+,磷灰石,Ce,3+,+Na,+,2Ca,2+,不等量的代替,云母中,2Al,3+,3Mg,2+,3Mg,2+,2Al,3+,萤石,Ca,2+,Y,3+,+F,-,绿柱石,Li,+,+Cs,+,Be,2+,Ca,2+,(0.100nm),Hg,2+,(0.102nm),Al,3+,(0.026nm),Si,4+,(0.039nm)Si-O(0.161nm)Al-O(0.176nm),4、研究类质同像的意义,significance of,isomorphism study,有助于阐明矿物床中元素赋存状态、寻找稀有分散元素、进行矿床的综合评价,有助于了解成矿环境。,类质同像代替所引起的矿物化学成分的规律变化，必然会导致矿物的一系列物理性质（如颜色、光泽、条痕、折光率、比重、硬度、熔点等等）的规律变化，系统地研究这些规律变化的相互关系就可以使我们根据矿物物性的测定来确定矿物组分的变化,说明,同质多象的每一种变体都是矿物学中独立的矿物,种单独命名,同种物质的同质多象变体根据它们的形成温度从低,到高在其名称或成分之前冠以,-,-,-等希腊字母,2,同质多像变体的转变,地质温压计,可逆转变,-石英,-石英,573,不可逆转变 文石 方解石 石墨 金刚石,573,870,1470,1720,三方晶系,六方晶系,六方晶系,等轴晶系,-石英,-石英,-鳞石英,-方石英 熔体,2,晶体结构的有序无序,order-disorder structure of crystal,概念,有序结构,无序结构,高温,低温,(395,),低温,(380,),3 多型,polytypism,一种元素或化合物以,两种,或,两种以上,层状,结构,存在的现象,概念,不同的多型变体晶胞参数(,a,)相等；,(,c,)则相当于结构单元层厚度的整数倍,特点,不同的多型变体之间内能接近,多型的表示,多型符号,多型符号矿物名称,数字+字母,数字,重复层数,字母,晶系,C,等轴晶系,H,六方晶系,R,三方菱面体格子,T,三方晶系,Q,四方晶系,O,或,Or,斜方晶系,M,单斜晶系,A,或,Tc,三斜晶系,4.型变（晶变）,（1）.概念：化学式属于同一类型的化合物中，随着化学成分的规律变化，而引起的晶体结构型式的明显变化的现象称为型变现象。,例：,Mg-Co-Zn-Fe-Mn,-Ca-,Sr-Ba-Pb,方解石型 C.N.=6 文石型结构C.N.=9,三方晶系 斜方晶系,