矿物晶及体化学基本理论.pptVIP

第六章 矿物晶体化学基本理论 离子半径变化规律 阴离子半径一般大于阳离子半径 同一族元素，自上而下，随周期数的增加而增大 同一周期变化比较复杂，如核外电子数保持不变，随核电荷增加，半径迅速变小。核外电子与核电荷如同时增加，自左而右，缓慢变小 稀土元素：镧系收缩。研究意义 离子类型 惰性气体型离子：具有惰性气体电子构型，电子层结构稳定，电负性较低，常形成离子键，常形成氧化物或含氧盐 铜型离子：外层具18个或18+2个电子，电子层结构稳定，电负性高，形成共价键和金属键，常形成硫化物 过渡型离子：具有不饱和的d电子亚层，有变价离子，为色素离子，亲硫或亲氧 鲍林法则（Paulling’s Rules) 在阳离子的周围形成一个阴离子的配位多面体。阴、阳离子间的距离取决于它们的半径之和，而配位数取决于它们的半径之比。 在离子晶格中，每一阴离子的电价等于或近乎等于与其相邻的阳离子至该阴离子的各静电键强度（S)的总和。S=阳离子电价/配位数 当配位多面体共棱、特别是共面时，会降低结构稳定性 含有多种阳离子时，电价高、配位数低的阳离子倾向于相互不共用其配位多面体的几何要素 影响配位数的因素 阳阴离子半径比 离子极化能力，共价键的影响 形成环境：高温下形成低配位数，例如长石的4次配位铝；低温和高压下形成高配位数，例如高压变质矿物蓝晶石和低温高岭石中的6次配位铝 同质多象变体 两种不同的矿物 物理性质不同：硬度、颜色、比重、形态、解理、光泽等 内部结构不同：晶格类型、晶格常数、空间格子 名称的区分：从低温到高温，α-、β-、γ- 同质多象转变 物理化学条件变化的影响：（1）温度、压力；温度升高朝配位数减少、比重降低的变体方向转变；压力的作用刚好相反。低温形成?-石英，高温形成?-石英；（2）介质条件：例如FeS2在碱性介质中生成黄铁矿，在酸性介质中生成白铁矿；CaCO3在Sr和Mg存在条件下生成文石，其它条件生成方解石；（3）成岩作用：文石向方解石的转变 同质多象转变 分为可逆转变与不可逆转变：石英可逆、方解石和文石不可逆 同质多象变体形成及其转变温度可以作为地质温度计 转变类型：移位型转变（质点位置及键角发生微小变化，例如?-石英和?-石英之间的转变）、重建型转变（结构发生根本性变化，例如方解石和文石、金刚石和石墨）、有序和无序转变（高岭石和地开石） 副象：一种变体转变成另一种变体后，前一种变体的外表形态保留下来，此种“晶形”称副象 多 型 多型：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。它们的结构单元层基本相同，叠置顺序不同 可看作特殊型式的一维的同质多象 主要存在于层状矿物中 多型属于同一矿物种 多型产生的原因：堆积层错；温度、压力和杂质的影响 多型符号：2H,3C;结构单元层重复层数，晶系 类 质 同 象 定义：晶体中某质点被类似的质点所代替，而能保持原有晶格，只是晶格常数稍有改变的现象。表示方法，例如（Fe, Zn)S 类似质点占据同种晶格位置，晶体生长过程种发生的 阳阴离子比值不变：（Zn2++Fe2+):S2-=1:1, 而锌铁无固定比 复化合物：白云石CaMg[CO3]2钙镁有固定比且有自己固定的位置，不是类质同象。 类质同象的类型（按代替限度划分） 完全类质同象：在晶体中某种质点可以无限制地被另一种质点代替。 例如铁镁橄榄石 Mg2SiO4—(Mg,Fe)2SiO4—(Fe,Mg)2SiO4—Fe2SiO4 菱镁矿和菱铁矿： Mg[CO3]—(Mg,Fe)[CO3]—(Fe,Mg)[CO3}—Fe[CO3] 不完全类质同象：在晶体中某种质点被另一种质点的代替不能超过某一限度，只能在一定范围内进行。例如闪锌矿中铁代替锌，最多不超过43% 类质同象的类型（按电价划分） 等价类质同象：相互代替的离子电价相同。 异价类质同象：相互替代离子的电价不同。为了保持电价平衡，有不等数代替和成对代替 不等数代替：2Fe3+?3Fe2+(在磁黄铁矿中） Al3++Na+ ?Si4+（在角闪石中） 成对代替：Ca2++Al3+ ?Na++Si4+（斜长石） 2Al3+ ?Mg2++Si4+（绿泥石） 形成类质同象的条件 半径相近和离子类型相近的离子易发生替代 索波列夫指出：在电价和离子类型相同的情况下，类质同象代替能力随着半径差别的增大而减少。 如果离子半径r1r2 ,则 (r1-r2)/r215% 可产生完全类质同象