结晶学与矿物学课件-11-矿物的化学成分和分类

结晶学与矿物学通论,第十三、四章.矿物的化学成分和分类命名 Chemical Composition and classification of Minerals,13-1. 地壳中元素丰度及其矿物学意义13-2. 矿物化学组成的变化及其计量特性13-3. 矿物中水的赋存状态13-4. 矿物的化学式14-1. 矿物的分类14-2. 矿物的命名,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的质量百分数。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg占地壳总质量的98.59。2、地壳中元素丰度的矿物学意义（1）丰度值高的元素，形成的矿物种类较多；上述8种元素形 成的硅酸盐矿物占总种数24，地壳质量75。（2）元素化学性质也重要，有些属于聚集元素，易形成矿 物，如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等；有些属于分散元素， 不易形成矿物，如Cs、Ga、In、Se等。,13-1 地壳元素丰度,第十三章.矿物的化学成分,（1）惰性气体型离子（inertgas type ion）： 最外层具有8个电子（ns2np6）或2个电子的离子。易与氧元素结合形成氧化物和含氧盐等造岩矿物，也叫亲石或亲氧元素。（2）铜型离子（chalcophile type ion）：外层具有18个电子（ns2np6nd10）或（182）个电子（ ns2np6nd10（n1）s2）的离子。易与硫元素形成金属硫化物矿物，也称造矿元素、亲硫或亲铜元素。（3）过渡型离子（siderophile type ion）：指外层具有917电子（ns2np6nd19）的不稳定电子构型的离子。,元素的离子类型,13-1 地壳元素丰度,第十三章.矿物的化学成分,元素的离子类型,第十三章.矿物的化学成分,13-2. 矿物化学组成的变化及其计量特性,化学计量矿物 (stoichiometric mineral)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称为化学计量矿物。 例：水晶SiO2、铁闪锌矿(Zn,Fe)S、橄榄石 (Mg,Fe)2SiO4。,第十三章.矿物的化学成分,定比定律：在理想物理化学环境中形成的矿物，其组成元素的质量都有一定的比例关系，这一规律称为定比定律，或称倍比定律。,2. 非化学计量矿物 (stoichiometric mineral) 化学组成偏离理想化合比，不再遵循定比定律的矿物。 矿物标型 例：磁黄铁矿 Fe1-xS 偏离标准FeS成分 方铁矿 Fe1-xO 偏离标准FeO成分 （有部分Fe3+存在）。,13-2. 矿物化学组成的变化及其计量特性,第十三章.矿物的化学成分,含金石英脉中黄铁矿(FeS2)，Fe/(S+As) 0.500，形成深度小；Fe/(S+As) 0.500，成矿深度大 (，等，1980)。判断剥蚀程度。,非化学计量成分标型：,13-2. 矿物化学组成的变化及其计量特性,第十三章.矿物的化学成分,1、胶体（colloid）与胶体矿物 一种或多种粒径介于1100nm之间的物质微粒（分散相）分散在另一种物质（分散媒）中形成的不均匀细分散体系，称为胶体。分散媒多于分散相的胶体称胶溶体；反之称胶凝体。胶体矿物一般是以水为分散媒、以固相为分散相的水胶凝体，属非晶质或隐晶质矿物。如蛋白石（SiO2 . nH2O）。2、胶体矿物的特殊性质（1）分散相和分散媒的量比不固定；随时间脱水陈化；（2）较大的比表面积和表面能；（3）易吸附其他物质，表面带电。,胶体矿物的化学成分特点,13-2. 矿物化学组成的变化及其计量特性,第十三章.矿物的化学成分,水是矿物中的重要组成部分，矿物的许多性质都与水有关。可分为如下几种： 1、吸附水 不参加到晶格中，是渗入在矿物集合体中，为矿物颗粒或裂隙表面机械吸附的中性的水分子。不写入化学式。常压下，在100110 时，吸附水就会全部从矿物中逸出而不破坏晶格。吸附水可以呈气态、液态或固态。,13-3. 矿物中水的赋存状态,第十三章.矿物的化学成分,2、层间水 是存在于某些层状结构硅酸盐的结构层之间的中性水分子。加热至110 左右，层间水大量逸出，结构层间距相应缩小，晶胞轴长C值减小，在潮湿环境中又可重新吸水。虽然层间水不是固定组成，但影响矿物的结构参数，故写入晶体化学式。3、沸石水 是存在于沸石族矿物中的中性水分子。沸石的结构中有大的空洞及孔道，水就在这些空洞和孔道中，位置不十分固定，水的含量随温度和湿度而变化。在80400范围内，水即大量逸出，但不引起晶格的破坏，可引起物理性质的变化。脱水后的沸石还可以重新吸水，并恢复原有的物理性质。沸石水具有一定的吸附水的性质，但其存在与结构有关，且含量有一定的上限和下限范围，性质是介于结晶水与吸附水之间的一种过渡类型，可写入晶体化学式。,第十三章.矿物的化学成分,13-3. 矿物中水的赋存状态,4、结晶水 以中性水分子存在于矿物中，在晶格中具有固定的位置，是矿物成分的一部分。水分子数量与矿物的其它成分之间常成简单比例。在200600范围内，水即大量逸出，引起晶格的破坏和物理性质的变化, 写入晶体化学式。5、结构水 又称化合水。是以（OH-）、H、（H3O）离子形式参加矿物晶格的“水”。结构水在晶格中占有一定位置，在组成上具有确定的含量比。由于与其它质点有较强的键力联系，需要较高的温度（大约在6001000）才能逸出。当其逸出后，结构完全破坏，晶体结构重新改组, 写入晶体化学式。,第十三章.矿物的化学成分,13-3. 矿物中水的赋存状态,13-3. 矿物中水的赋存状态,第十二章.矿物的化学成分和分类命名,100-110,不占,不写入,不破坏结构,200-600,13-4. 矿物化学式,(一) 矿物化学式的表示方法,1. 实验式 (experimental formula) 如: 白云母K2O3Al2O36SiO22H2O不反映矿物中各组分的相互关系，只表示组分种类和数量比表示有什么。,2. 结构式(structural formula)晶体化学式 如: 白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2可以表示：种类数量比晶格中相互关系存在形式。,第十三章.矿物的化学成分,（二）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，并且用方括号或者大括号括起来。 如：石英SiO2、方解石CaCO3、 白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2,(2) 对复化合物，阳离子按碱性由强至弱、价态从低到高的顺序排列。 如：白云石 CaMgCO32、 普通辉石 Ca (Mg, Fe2+, Fe3+,Ti,Al)(Si,Al)2O6,(3) 附加阴离子通常写在阴离子或络阴离子之后。 如：白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2、 氟磷灰石Ca5PO43 F,13-4. 矿物化学式,第十三章.矿物的化学成分,计算举例：某单斜辉石： (Ca0.960Na0.040)1.000(Mg0.820Fe2+0.060Fe3+0.050Al0.030Mn0.020Ti0.020)1.000(Si1.920Al0.080)2.000O6,（二）晶体化学式的书写规则,(4) 水分子写在化学式的最末尾，并用圆点将其与其他组分隔开。 如石膏CaSO42H2O、蛋白石SiO2nH2O,(5) 类质同像替代的离子，用圆括号括起来，并按含量由多到少的顺序排列，中间逗号隔开。 如铁闪锌矿(Zn,Fe)S、黄玉Al2SiO4(F,OH)2,13-4. 矿物化学式,第十三章.矿物的化学成分,13-4. 矿物化学式,XYZ2O6,(Ca0.960Na0.040)1.000(Mg0.818Fe2+0.060Fe3+0.050Al0.030Mn0.020Ti0.020)1.000(Si1.920Al0.080)2.000O6,第十三章.矿物的化学成分,14. 矿物的命名与分类,14-1. 矿物的命名1.命名的依据矿物本身的特征，如化学成分、形态、物理性质等，以发现该矿物的地点、人、研究者的名字而命名。2.某些矿物命名的习惯我国古代命名习惯 A. 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； B. 具非金属光泽者称为石，如方解石、孔雀石等； C. 宝玉石类矿物常称为玉，如刚玉、黄玉、硬玉等； D. 呈透明晶体者称晶，如水晶、黄晶等； E. 常以细小颗粒产出的矿物称砂，如辰砂、毒砂等； F. 地表次生的并呈松散状的矿物称华，如钴华、钼华等； G. 易溶于水的硫酸盐矿物常称之为矾，如胆矾、明矾等。,第十三章.矿物的化学成分,不同方式命名矿物举例,第十三章.矿物的化学成分,P147,矿物的分类体系:矿物种是基本单元, 分类体系的级序是:大类类(亚类)族(亚族)种(亚种)矿物的分类方案:化学成分的分类: Dana的分类, Strunz的分类晶体化学的分类: 目前普遍采用的分类地球化学的分类: 前苏联矿物成因的分类: 前苏联矿物结构的分类: 王濮的“系统矿物学”,14. 矿物的命名与分类,第十四章.矿物的分类命名,Strunz 矿物化学成分分类 (9大分类)元 素 (Elements) 硫化物 (Sulphides) 卤化物 (Halides) 氧化物及氢氧化物 (Oxides & Hydroxides) 硝酸盐、碳酸盐、硼酸盐 (Nitrates, Carbonates & Borates) 硫酸盐、铬酸盐、钼酸盐 (Sulphates, Chromates, Molybdates) 磷酸盐、砷酸盐、钒酸盐 (Phosphates, Arsenates, Vanadates) 硅酸盐 (Silicates) 有机化合物 (Organic Compounds),14. 矿物的命名与分类,第十四章.矿物的分类命名,推荐使用的分类,以晶体化学分类为基础，既考虑矿物的化学组成特点，也考虑晶体结构的特点。首先根据化学组成的基本类型，分为五个大类。大类以下，根据阴离子(包括络阴离子)的种类分为类，有时在类以下再分为亚类，如硅酸盐。类以及亚类以下，一般即为族。具体为:第一大类 自然元素矿物 （金属元素，半金属元素，非金属元素）第二大类 硫化物及其类似化合物 (单硫化物, 双硫化物, 硫盐)第三大类 卤素化合物 (氟化物, 氯化物)第四大类 氧化物和氢氧化物 (简单氧化物, 复杂氧化物, 氢氧化物)第五大类 含氧盐1. 硅酸盐类矿物（岛状, 环状, 链状, 层状, 架状结构硅酸盐）2. 其他含氧盐类矿物 (硝酸盐, 碳酸盐, 硫酸盐, 铬酸盐, 钨酸盐, 钼酸盐, 磷酸盐, 砷酸盐, 钒酸盐, 硼酸盐),第十四章.矿物的分类命名,14-2 矿物的分类,采用晶体化学分类，划分体系,第十四章.矿物的分类命名,链状硅酸盐矿物,矿物的晶体化学分类原则,架状结构硅酸盐,长石族,斜长石亚族,肖钠长石,14-2 矿物的分类,第十四章.矿物的分类命名,矿物种,矿物种矿物分类的基本单位，具有一定的晶体结构和一定的化学成分的矿物，成为一个矿物种。,强调,化学成分不同即为不同矿物种 化学成分相同，晶体结构不同，亦为不同矿物种 类质同象：端员矿物为独立矿物种，中间作为亚种处理 多形：同一矿物的不同