第十二讲矿物学通论1

1、第十二讲 矿物学通论1一、矿物和矿物学一、矿物和矿物学二、矿物的化学组成二、矿物的化学组成一、矿物和矿物学一、矿物和矿物学1 1 矿物的概念矿物的概念Concept of MineralConcept of Mineral （1 1）自然界各种地质作用（含宇宙作用）自然界各种地质作用（含宇宙作用）产产生的固态生的固态单质或化合物单质或化合物；（2 2）一定一定的的化学化学成分成分和和内部内部结构结构；（3 3）一定一定的的形态形态、物理和化学性质物理和化学性质；（4 4）在）在一定一定的地质和物理化学的地质和物理化学条件下稳定条件下稳定； （5 5）组成岩石和矿石的）组成岩石和矿石的基本单位基

2、本单位。要点n1 矿物是地质作用的形成物，而不是其它途径的形成物；n2我们所研究的矿物是无机的固体化合物和单质，而不是气态、液态及有机化合物和单质；n3矿物具有相对固定的化学成分，但在不破坏内部结构的条件下可有一定范围的变化；n4矿物随环境的物理化学条件变化而变化，一定成分和结构的矿物反映一定的物理化学条件；n5矿物、岩石和矿石是三个不同的概念：矿物是组成岩石的基本单位。矿物是组成岩石和矿物基本单元，显然，岩石是矿物的集合体，岩石和矿石既可以是各种矿物的集合体，也可以是某一种矿物的集合体，矿石与岩石和矿物在概念上的根本不同点在于：具有工业利用价值的岩石或矿物称之为矿石。以-石英为例n主要产于低

3、温热液活动中，以及外生沉积作用；n化学成分： SiOSiO2 2 （Si46.7%, O53.3%）; 晶体结构：金红石型， 即阴离子O2-离子成六方最紧密堆积，阳离子位于八面体空隙中，其配位数是6；n化学性质稳定，抗风化，在 573 ,可变化成其它结构的石英，如-石英），是自然界最稳定的矿物。n物理性质：结晶态常呈六方柱状，粒状；颜色纯净透明至白色，因含杂质常呈黄色、紫、茶褐、黑、玫瑰等色；无解理，断口常呈贝壳状；玻璃光泽，断口呈油脂光泽；比重2.65.n它是最主要的造岩矿物，三大岩石中均常见。金刚石石英（水晶）石英（水晶）准矿物准矿物(mineraloid)(mineraloid)的概念：

4、的概念： 自然作用自然作用中形成的、具有中形成的、具有一定的化学一定的化学成分成分的的非晶态非晶态的单质或化合物，称为准矿物的单质或化合物，称为准矿物 。 例：例： 蛋白石蛋白石 Opal SiOOpal SiO2 2 nHnH2 2O O 非晶铀矿非晶铀矿 NasturanNasturan U Um m4+4+U Un n6+6+O O2m+3n2m+3n注意注意 天然矿物、宇宙矿物（陨石矿物）、人造矿物天然矿物、宇宙矿物（陨石矿物）、人造矿物 （合成矿物）的概念（合成矿物）的概念 2. 矿物学矿物学 1)是研究天然矿物的一门学科，其研究内容不仅包括矿物的成分、结构、形态、性质、成因、产状和

5、用途，还研究矿物在时间和空间的分布规律及其形成和变化历史。 矿物学是地质学科中最基本的学科之一，矿物学是地质学科中最基本的学科之一，它是岩石学、矿床学、地球化学、构造地质学、它是岩石学、矿床学、地球化学、构造地质学、地史学、水文地质学、工程地质学等学科的基地史学、水文地质学、工程地质学等学科的基础，而且与结晶学、数学、物理学和化学等基础，而且与结晶学、数学、物理学和化学等基础科学密切相关。由此可见，学好本门课程是础科学密切相关。由此可见，学好本门课程是十分重要的。十分重要的。 2) 矿物学发展简史矿物学发展简史矿物学是一门古老而近代又得到了迅速发展的学科。它在发展过程中，曾经经历过几次深刻的变

6、革，其发展与变革都是与生产的发展以及新理论、新方法的引进密切相关。矿物学的发展可划分为以下四个阶段：(1) 萌芽阶段：萌芽阶段：早在原始社会的石器时代，人们就开始利用矿物和岩石制作生产工具和装饰品。从奴隶社会到封建社会开始应用金属，并由铜器时代向铁器时代过渡，说明当时各种金属矿产以大量开采，矿冶事业得到发展。世界上最早技术矿物原料的书籍首推中国的山海经（成书于春秋末战国初，即公元前475年前后），该书中提到80多种矿物、岩石、矿石的名称。这个时期的总特点是对矿物肉眼鉴定外表特征为主。(2) 描述矿物阶段：描述矿物阶段：19世纪中叶，在化学元素学说、原子分子学说、组成化合物原子的配比定律和门捷列

7、夫周期表的提出之后，借助化学分析、偏光显微镜及晶体测角仪等方法开始系统的研究矿物，使矿物得以迅速发展，形成了独立的科学。这个阶段矿物学总的特点是对矿物种的描述和鉴定，且基本上是宏观的研究。(3) 从宏观研究进入到微观研究的新阶段从宏观研究进入到微观研究的新阶段：19世纪末（1895年）伦琴发现了X射线后，1912年劳埃用晶体作为光栅，发现了晶体对X射线的衍射现象，使人们获得了用实验方法研究晶体内部结构的重要手段，从而使矿物学从宏观研究跃进到微观研究的新领域。(4) 现代矿物学阶段：现代矿物学阶段：最近二十年来，由于物理学、化学中的一些近代理论如晶体场理论、配位场理论、分子轨道理论、能带理论被应

8、用于矿物学研究；一系列电子光学和激光测试技术的引入；各种波谱手段的建立；矿物热力学性质数据测定新技术，特别是高温超压等实验技术的实现；电子计算机技术的配合使用，等等，促使矿物学发生了全面深刻的变化，导致矿物学的第四次变革，使矿物学进入近代矿物学近代矿物学阶段。 中国自建国以来，矿物学得到迅速发展。1950年发现了我国第一个新矿物香花石；至今陆续发现并被国际矿物学会（IMA）通过的中国新矿物已达数十种。n3 3）现代矿物学的应用现代矿物学的应用n 矿物学矿物学的应用主要包括两大方面的应用主要包括两大方面：n 应用于应用于地质找矿地质找矿；n 研究研究作为矿产资源作为矿产资源的的矿物矿物本身本身

9、的的开发开发和和应用应用。n 现代矿物学现代矿物学的发展，不断与的发展，不断与相关科学相互渗透相关科学相互渗透，从而产，从而产生了一些生了一些新兴新兴的的边缘学科边缘学科和和新分支新分支。 成因矿物学成因矿物学（genetic mineralogygenetic mineralogy）和 找矿矿物学找矿矿物学（prospecting mineralogyprospecting mineralogy）， 揭示岩石岩石和矿床矿床的成因成因及地质构造变动条地质构造变动条件件，指导找矿勘探找矿勘探、矿床矿床的 工业评价工业评价和矿石矿石的加工利用加工利用等， 不断深化深化矿物结晶化学理论矿物结晶化学理

10、论。 n 矿物物理学矿物物理学（mineral physicsmineral physics）和 量子矿物学量子矿物学（quantum mineralogyquantum mineralogy） 揭示矿物矿物的物理性质物理性质及表面态表面态、 化学吸附化学吸附等本质，了解了解和控制控制各种 矿物性能矿物性能的变化变化，扩大扩大矿物矿物的应用应用 范围范围，综合利用矿物资源综合利用矿物资源，促进促进矿物矿物 材料材料的研究研究。n 实验矿物学实验矿物学(experimental experimental mineralogymineralogy)， 是研究矿物矿物的合成合成以及在各种条件下 模拟

11、模拟和探索矿物探索矿物的形成形成和演变过程演变过程 的一门矿物学矿物学的分支学科分支学科，不仅为 成矿理论成矿理论提供了基础资料基础资料，也为高新高新 技术领域技术领域功能材料功能材料的合成合成奠定了基础基础。 应用矿物学应用矿物学（applied mineralogyapplied mineralogy）， 是矿物学矿物学向材料科学材料科学方向延伸而产生的 矿物学新分支矿物学新分支，是矿物材料研究矿物材料研究及许多 相关应用科学相关应用科学的重要基础重要基础，在矿物材料矿物材料 合成合成（包括宝石宝石的人工合成人工合成及天然宝石天然宝石 的优化处理优化处理等）、尖端科技材料尖端科技材料（如

12、光学材料光学材料、超导材料超导材料、磁性材料磁性材料等） 等方面的研究应用十分重要，其研究是 工业工业、农业农业及材料工业材料工业等发展发展的动力动力。 n 当前，对矿物材料矿物材料或原料原料的应用应用 日益提出更高的要求，而自然界矿物矿物 资源有限资源有限且日渐枯竭日渐枯竭，矿产资源危机矿产资源危机 已成为当今世界令人瞩目的问题。 故当务之急当务之急：不断挖掘资源潜力挖掘资源潜力， 开拓开拓矿物应用新领域矿物应用新领域，开发矿物应用开发矿物应用 新品种新品种，加速提高采、选、冶工艺技提高采、选、冶工艺技 术术及矿物矿物的人工合成人工合成和改性技术改性技术等。 矿物学与其他学科的关系矿物学与其

13、他学科的关系二矿物的化学组成n1 地壳中元素丰度地壳中元素丰度及其及其矿物学意义矿物学意义n2 2 组成矿物的离子类型及基本性质组成矿物的离子类型及基本性质n3 3 矿物的化学组成及其影响因素矿物的化学组成及其影响因素n4 4 胶体矿物的化学成分特点胶体矿物的化学成分特点n5 5 矿物中水的赋存状态矿物中水的赋存状态n6 6 矿物的化学成分表达矿物的化学成分表达- -化学式化学式1 地壳中元素丰度地壳中元素丰度及其及其矿物学意义矿物学意义n元素在地壳中的平均含量的百分数，叫克拉克值（美国学者克拉克（F.W.Clark） 最先提出），可分为：质量克拉克值，原子克拉克值。n地壳中元素丰度极不均匀，

14、最多的氧（O）与最少的氡（Rn）含量相差1018倍。n地壳中最常见的元素为：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg 这8种，占地壳总质量的约99。地壳中元素丰度地壳中元素丰度可以形象地比喻：整个地壳是由可以形象地比喻：整个地壳是由O离子作最紧密堆积，阳离离子作最紧密堆积，阳离子充填在空隙中子充填在空隙中n 地壳地壳中分布最广泛分布最广泛的八种元素八种元素元元 素素质量克拉克值质量克拉克值（%） 原子克拉克值原子克拉克值 （%）体积百分比体积百分比 （%）O46.6062.5593.77Si27.7221.220.86Al8.136.470.47Fe5.001.920.43Ca3.631.9

15、41.03Na2.832.641.32K2.591.421.83Mg2.091.840.29 克拉克值分克拉克值分重量克拉克值重量克拉克值（即元素平均含量的重（即元素平均含量的重量百分比）和量百分比）和原子克拉克值原子克拉克值（即将每一元素的重量克拉克值（即将每一元素的重量克拉克值除以该元素的原子量，得出该元素的原子数，除以该元素的原子量，得出该元素的原子数， 然后将各元然后将各元素的原子数再以百分数来表示）。一般常用的是素的原子数再以百分数来表示）。一般常用的是重量克拉克重量克拉克值值。 在矿物学上，还常用到以下两种克拉克值：在矿物学上，还常用到以下两种克拉克值： 矿物克拉克值矿物克拉克值化

16、学元素在各种矿物中的平均含量；化学元素在各种矿物中的平均含量； 浓度克拉值浓度克拉值某地区某元素的平均含量与该元素在整某地区某元素的平均含量与该元素在整 个地壳中的平均含量之比。个地壳中的平均含量之比。 元素丰度的矿物学意义n克拉克值高的元素组成的矿物种含量也高克拉克值高的元素组成的矿物种含量也高，地壳上的矿，地壳上的矿物种主要是由前述物种主要是由前述8种元素组成的硅酸盐（占地壳总质种元素组成的硅酸盐（占地壳总质量的量的3/4）和氧化物（占地壳总质量的）和氧化物（占地壳总质量的1/5） ；n但是，地壳上的矿物种除了受克拉克值影响外，还要受但是，地壳上的矿物种除了受克拉克值影响外，还要受到元素的

17、地球化学性质的影响：到元素的地球化学性质的影响： 聚集元素聚集元素： Cu、Pb、Zn、 Au、Ag、Bi、Sb等，尽等，尽管克拉克值不高，但它们的地球化学性质是趋于聚集的，管克拉克值不高，但它们的地球化学性质是趋于聚集的，所以能够形成独立的矿物种，甚至富集成矿；所以能够形成独立的矿物种，甚至富集成矿； 分散元素：分散元素：Ru、Cs、Ga、In等，尽管克拉克值较高，等，尽管克拉克值较高，但它们的地球化学性质是趋于分散的，所以不能够形成但它们的地球化学性质是趋于分散的，所以不能够形成独立的矿物种，往往以微量元素混入物（如类质同像形独立的矿物种，往往以微量元素混入物（如类质同像形式）赋存于其他矿

18、物种中。式）赋存于其他矿物种中。n其原因是聚集元素它们的它们的熔点高、沸点高、电熔点高、沸点高、电离势大、溶解度低，离势大、溶解度低，半径和化合价趋于中等的半径和化合价趋于中等的性质有关。性质有关。n半径、化合价中等，则与其它元素结合的半径、化合价中等，则与其它元素结合的适应适应性大性大；而；而熔点、沸点高，电离势大，溶解度熔点、沸点高，电离势大，溶解度低，低，则使它们形成矿物后性质比较则使它们形成矿物后性质比较稳定而不易分解稳定而不易分解。若元素的若元素的性质与之相反性质与之相反，则尽管它们的，则尽管它们的克拉克克拉克值可能较大值可能较大，但却往往是，但却往往是类质同象关系类质同象关系混入到

19、混入到其它元素的矿物中去，其它元素的矿物中去，很难形成独立矿物很难形成独立矿物，如，如K K、NaNa、RbRb、SrSr、V V等元素；等元素；n n氢的重量克拉克值比起前氢的重量克拉克值比起前8 8种元素少得多，仅种元素少得多，仅为为0.14%0.14%。但。但氢的原子量很小氢的原子量很小，因而其，因而其原子克原子克拉克值很高拉克值很高，所以氢并不少，其原子克拉克值，所以氢并不少，其原子克拉克值达达3%3%，仅次于，仅次于O O、SiSi、AlAl，居第四位，因此，居第四位，因此，自然界自然界含水含水（以（以H H2 2O O、OHOH- -、H H+ +、H H3 3O O+ +、H H

20、2 2O O- -等形等形式）式）矿物的数量很多矿物的数量很多，土址的主要组分，土址的主要组分粘土矿粘土矿物物，都是含水的硅酸盐或氧化物、氢氧化物。，都是含水的硅酸盐或氧化物、氢氧化物。 由带正电荷的原子核和核外运动的带负电荷的由带正电荷的原子核和核外运动的带负电荷的电子所构成的呈电中性的物质点称为电子所构成的呈电中性的物质点称为原子原子； 原子失去或夺得一定数量的电子而呈带电性的原子失去或夺得一定数量的电子而呈带电性的物质质点称为物质质点称为离子离子。 原子和离子的化学行为，首先取决于它们原子和离子的化学行为，首先取决于它们外电外电子层的构型子层的构型。对于矿物晶体而言，大多数都属于离。对于

21、矿物晶体而言，大多数都属于离子化合物，而阴阳离子间的结合，在很大程度上取子化合物，而阴阳离子间的结合，在很大程度上取决于决于金属阳离子金属阳离子的性质。因此，根据的性质。因此，根据外电子层的构外电子层的构型型，将金属阳离子划分为，将金属阳离子划分为三种基本类型三种基本类型：2 组成矿物的离子类型及基本性质组成矿物的离子类型及基本性质（1）惰性气体型离子惰性气体型离子 指最外电子层具有指最外电子层具有8个个电子（电子（ns2np6）或）或2个个电子（电子（1s2）的离子。主要包括的离子。主要包括A、A主族以及与它们邻近的某些元主族以及与它们邻近的某些元素的离子。如赵教材素的离子。如赵教材P184

22、表表12-2中中I区的离子，其电子层构区的离子，其电子层构型和惰性气体完全一样，其型和惰性气体完全一样，其特点特点是：是： 电子层电子层结构稳定结构稳定，其离子在一般情况下，其离子在一般情况下不变价不变价； 与半径和电价相似的其它类型离子相比，与半径和电价相似的其它类型离子相比，电负性最电负性最低低，明显地趋向于形成，明显地趋向于形成离子键离子键性的化合物；性的化合物； 主要形成主要形成卤化物、氧化物和含氧盐矿物卤化物、氧化物和含氧盐矿物，而，而含氧盐含氧盐矿物矿物又是构成岩石的主要又是构成岩石的主要造岩矿物造岩矿物。因此，在地球化学上。因此，在地球化学上又把此类元素称之为又把此类元素称之为亲

23、氧元素亲氧元素，在岩石学上把此类元素称，在岩石学上把此类元素称之为之为造岩元素造岩元素。（2）铜型离子铜型离子 指最外电子层具有指最外电子层具有18个个电子（电子（ns2np6nd10）的离子，如）的离子，如Cu+、Zn2+或或18+2个个电子为离子如电子为离子如Pb2+、Sb3+，主要包括，主要包括B、B副副族以及它们右邻的元素的离子。如赵教材族以及它们右邻的元素的离子。如赵教材P184表表12-2中中区的离区的离子，它们具有以下子，它们具有以下特点特点： 电子层结构电子层结构仍相当稳定仍相当稳定，除个别离子（主要是，除个别离子（主要是Cu+）外，）外，一般情况下一般情况下不变价不变价，或只

24、在，或只在18和和18+2两种构型间变化（如两种构型间变化（如Pb4+和和Pb2+）；）； 与电价和半径相似的其它类型阳离子相比，与电价和半径相似的其它类型阳离子相比，电负性最高电负性最高，因此，当它们与电负性不太高的阴离子（如因此，当它们与电负性不太高的阴离子（如S2-、Se2+等）结合时，等）结合时，其化学键强烈地向其化学键强烈地向共价键和金属键过渡共价键和金属键过渡； 主要形成主要形成硫化物、含硫盐或类似的化合物硫化物、含硫盐或类似的化合物，而这些矿物，而这些矿物又是构成又是构成金属硫化物矿床金属硫化物矿床的主要矿石矿物。因此，在地球化学上的主要矿石矿物。因此，在地球化学上又把它称之为又

25、把它称之为亲硫元素亲硫元素，在岩石学上又把它称之为，在岩石学上又把它称之为造矿元素造矿元素。（3）过渡型离子过渡型离子 指最外层电子数介于指最外层电子数介于818之间的离子。主要包括各副族元之间的离子。主要包括各副族元素以及它们右邻的某些元素的离子，如赵教材素以及它们右邻的某些元素的离子，如赵教材P184表表12-2中中区的离子，它们具有以下特点：区的离子，它们具有以下特点： 具有具有不满的不满的d电子亚层电子亚层，其结构，其结构不稳定不稳定，因而较易，因而较易变价变价，如如Fe2+、Fe3+或或Mn2+、Mn3+、Mn4+等都是常见的离子，其化等都是常见的离子，其化合物常具合物常具顺磁性顺磁

26、性； 离子的离子的电负性电负性、化合物的键性，皆位于上述两类型离、化合物的键性，皆位于上述两类型离子间，具子间，具过渡性过渡性； 其化合物经常呈现深浅不同的颜色，主要是由其化合物经常呈现深浅不同的颜色，主要是由过渡型过渡型离子离子引起的，因而这类离子又称为引起的，因而这类离子又称为色素离子色素离子； 本类离子的性质，以本类离子的性质，以Fe分界，分界，左边左边的较接近于的较接近于惰性气惰性气体型离子体型离子，常加入，常加入含氧盐晶格含氧盐晶格；右边右边的比较接近于的比较接近于铜型离子铜型离子，常加入常加入硫化物晶格硫化物晶格。此外，易形成稳定的。此外，易形成稳定的氧化物矿物氧化物矿物是过渡型是

27、过渡型离子的重要特点，如金红石离子的重要特点，如金红石TiO2、软锰矿、软锰矿MnO2、赤铁矿、赤铁矿Fe2O3等。等。 Fe具两性具两性，既，既可亲氧可亲氧，也，也可亲硫可亲硫；即；即铁的氧化铁的氧化物和硫化物物和硫化物都比较常见。都比较常见。 值得提醒值得提醒注意注意的是，不要把的是，不要把过渡型离子过渡型离子与与过渡过渡元素离子元素离子两个概念混淆起来。两个概念混淆起来。 过渡元素过渡元素离子包括离子包括所有副族元素所有副族元素的离子，如的离子，如Cu+1、Cu2+、Zn2+等均属于过渡元素离子，而其等均属于过渡元素离子，而其中中Cu+1和和Zn2+属于属于铜型离子铜型离子，Cu2+则属

28、于则属于过渡型过渡型离子离子。 过渡型离子是过渡型离子是地球化学地球化学上的划分，过渡元素离上的划分，过渡元素离子是子是化学化学上根据上根据d电子轨道电子轨道的充填划分的。的充填划分的。 3 3 矿物的化学组成及其影响因素矿物的化学组成及其影响因素非化学非化学计量矿物计量矿物化学化学组成组成变化变化化学组成化学组成基本固定的矿物基本固定的矿物化学组成化学组成不固定的矿物不固定的矿物类质同象矿物含层间水和沸石水矿物胶体矿物n其他因素其他因素n 阳离子阳离子的可交换性可交换性n 以显微包裹体形式存在的械混以显微包裹体形式存在的械混入物等入物等 1) 1) 胶体（胶体（colloidcolloid）

29、与胶体矿物）与胶体矿物 一种或多种粒径介于一种或多种粒径介于1 1100nm100nm之间的物质微粒之间的物质微粒（分散相）分散在另一种物质（分散媒）中形成的不（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，称为均匀细分散体系，称为胶体胶体。分散媒多于分散相的胶。分散媒多于分散相的胶体称体称胶溶体胶溶体；反之称；反之称胶凝体胶凝体。胶体矿物胶体矿物一般是以水为分散媒、以固相为分散相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。因而的水胶凝体，属非晶质或隐晶质矿物。因而胶体矿物胶体矿物中微粒的排列和分布是中微粒的排列和分布是不规则和不均匀不规则和不均匀的，外形

30、上的，外形上不不能形成规则的几何多面体。能形成规则的几何多面体。如蛋白石（如蛋白石（SiOSiO2 2 . nH . nH2 2O O）。）。但它的但它的微粒微粒可以是可以是结晶结晶的，因的，因粒径太小粒径太小，是一种，是一种超显微的晶质超显微的晶质（如粘土矿物（如粘土矿物 ）。）。4 4 胶体矿物的化学成分特点胶体矿物的化学成分特点胶胶体体细细分分散散系系非晶质非晶质无规则几何外形无规则几何外形可变性和复杂性可变性和复杂性极大比表面积极大比表面积带电荷带电荷选择性吸附选择性吸附胶体的特点胶体的特点胶体矿物特点胶体矿物特点胶体胶体 胶体矿物形成胶体矿物形成岩石风化壳中岩石风化壳中 2) 2)

31、胶体矿物的特点胶体矿物的特点矿物矿物/ /岩石岩石风化风化胶体溶液胶体溶液凝聚凝聚蒸发蒸发/ /中和中和胶体矿物胶体矿物返回胶体的基本性质胶体的基本性质 （ 1） 胶体质点带有电荷胶体质点带有电荷 胶体质点带有电荷主要是由于胶体质点带有电荷主要是由于破键破键机理机理。多数。多数无机胶体的无机胶体的分散相分散相质点是晶质质点是晶质的，其的，其表面电荷不饱表面电荷不饱和和，这个微粒叫，这个微粒叫胶核胶核。胶核要。胶核要吸附吸附一些存在于介质一些存在于介质中，而为胶核成分中所含有的中，而为胶核成分中所含有的某种离子某种离子，在胶体外，在胶体外面形成一个面形成一个吸附层吸附层，构成带一定电荷的，构成带

32、一定电荷的胶粒胶粒。为了。为了平衡吸附层的电荷，带电的胶粒还要吸附介质中平衡吸附层的电荷，带电的胶粒还要吸附介质中其其它离子团它离子团，这种离子被吸附得比较松，在介质中有，这种离子被吸附得比较松，在介质中有一定的自由移动能力，形成一个一定的自由移动能力，形成一个扩散层扩散层。以胶体带。以胶体带有有正负电荷正负电荷的不同，可将胶体分为的不同，可将胶体分为正胶体正胶体和和负胶体负胶体。 氢氧化铁胶体颗粒的结构示意图 （2） 胶体对介质中离子的吸附具有选择性胶体对介质中离子的吸附具有选择性 是指胶粒在不同溶液中仅是指胶粒在不同溶液中仅能吸附能吸附一定的与胶一定的与胶粒粒电荷相反电荷相反的离子，而对其

33、它物质则不吸附或吸附的离子，而对其它物质则不吸附或吸附程度很小。程度很小。 胶体对离子的选择性，还表现在对一些离子胶体对离子的选择性，还表现在对一些离子吸附的难易程度不同，进而表现为被吸附离子之间吸附的难易程度不同，进而表现为被吸附离子之间的交换。通常，的交换。通常，阳离子电价越高，置换能力越强阳离子电价越高，置换能力越强，一旦被胶体吸附，就难被置换；在一旦被胶体吸附，就难被置换；在电价相等电价相等时，置时，置换能力随换能力随离子半径离子半径增大而增强。增大而增强。 金属阳离子置换能力按下列顺序递减：金属阳离子置换能力按下列顺序递减： H AL Ba Sr Ca Mg NH4 K Na Li

34、（3) 胶体微粒具有巨大的表面能胶体微粒具有巨大的表面能 晶质的胶体微粒内部原子排列是有序和周期重晶质的胶体微粒内部原子排列是有序和周期重复的，每个原子的力场是对称的，但表面边界上原复的，每个原子的力场是对称的，但表面边界上原子力场的子力场的对称性破坏对称性破坏，出现，出现剩余键力剩余键力，即，即表面能表面能。 胶体矿物微粒表现的胶体矿物微粒表现的静电力和吸附现象静电力和吸附现象就是就是这种这种表面能表面能的表现和作用。胶体的的表现和作用。胶体的吸附吸附就是一个就是一个降降低表面能低表面能的过程。具有的过程。具有巨大表面能巨大表面能的胶体矿物，总的胶体矿物，总是要把是要把能量传给能量传给周围物

35、质，使其周围物质，使其能量降低到能量降低到与周围与周围物质相物质相平衡平衡状态，也即状态，也即从无序向有序从无序向有序过渡，最后形过渡，最后形成成矿物结晶相矿物结晶相的趋势。这表现为胶体微粒的的趋势。这表现为胶体微粒的凝聚凝聚，分散相与分散媒分散相与分散媒分离分离，即，即脱水作用脱水作用。 胶体矿物的形成胶体矿物的形成 地壳中的水胶凝体矿物，绝大部分都形成地壳中的水胶凝体矿物，绝大部分都形成于表生作用中，表生作用中形成的胶体矿物，大于表生作用中，表生作用中形成的胶体矿物，大体上经历了两个阶段：体上经历了两个阶段： （ 1）形成胶体溶液）形成胶体溶液 原生矿物原生矿物 (物理风化物理风化)磨蚀磨

36、蚀 胶体微粒胶体微粒 原生矿物原生矿物 (化学风化化学风化)分解分解 离子或分子离子或分子 这些物质进一步饱和聚集，形成胶体溶液，这些物质进一步饱和聚集，形成胶体溶液，它是形成胶体矿物的物质基础。它是形成胶体矿物的物质基础。 （2）胶体溶液的凝聚）胶体溶液的凝聚 胶体溶液在迁移过程中或汇聚于水盆地后，胶体溶液在迁移过程中或汇聚于水盆地后，或因不同电荷质点发生电性中和而沉淀，或因水或因不同电荷质点发生电性中和而沉淀，或因水分蒸发而凝聚，从而形成各种胶体矿物。分蒸发而凝聚，从而形成各种胶体矿物。 5 5 矿物中水的赋存状态矿物中水的赋存状态根据水是否参加矿物晶格而把水分为三类根据水是否参加矿物晶格

37、而把水分为三类不参加矿物晶格的水：不参加矿物晶格的水：吸附水吸附水参加矿物晶格的水：参加矿物晶格的水：结晶水和结构水结晶水和结构水过渡类型的水：过渡类型的水：层间水和沸石水层间水和沸石水中性水，不带电荷，不进入矿物中性水，不带电荷，不进入矿物晶体结构，存在于矿物的表面、裂隙晶体结构，存在于矿物的表面、裂隙中，失水温度很低（中，失水温度很低（0-1100-110之间）。之间）。含量不固定，随环境温度和湿度而变，含量不固定，随环境温度和湿度而变，入化学式。吸附水的存在不影响矿物入化学式。吸附水的存在不影响矿物的结构的结构 . .吸附水吸附水以中性水分子的形式存在于晶体结构中，有固定的位置和配位数，

38、有固定的含量，失水温度高（110 -230），影响矿物的结构和性质。结晶水多出现于具有大半径络阴离子的含氧盐矿物中，有一个或几个固定的脱水温度Cu(H2O)5SO4Cu(H2O)3SO4Cu(H2O)SO4CuSO4胆矾(三斜) 三水胆矾(单斜) 泼水胆矾(单斜) 铜锭石（斜方）30 C100 C400 C结晶水结晶水矿物中的水矿物中的水以H+, H3O+, (OH)-形式存在于晶体结构中。有固定的位置和确定的含量比 ，失水温度高（500,600-1200），失水后，离子发生重新排列，变为另一种矿物，矿物中结构水的作用 平衡晶体中多余的电荷 充填结构空隙 高岭石: Al4Si4O10(OH)8

39、 矿物中的水矿物中的水结构水结构水以中性水分子的形式存在于层状硅酸盐结构单元层之间（层间水）或架状结构硅酸盐沸石族矿物结构的孔隙和空洞中（沸石水）。参与晶格但含量与吸附阳离子的种类以及环境的温度和湿度有关，介于结晶水和吸附水之间。 有一定的配位数，失水后，矿物结构基本不变，只是矿物的物理化学性质发生一些变化，失水温度低，失水后可以重新获得 矿物中的水矿物中的水层间水层间水沸石水沸石水 注意：注意：层状硅酸盐结构单元层间的层状硅酸盐结构单元层间的层间水脱水层间水脱水的结的结果是使果是使比重和折射率均趋于增大比重和折射率均趋于增大；而；而沸石水的脱水沸石水的脱水并并不引起不引起晶胞参数变化。所以沸

40、石族矿物脱水的结果使晶胞参数变化。所以沸石族矿物脱水的结果使比重和折射率比重和折射率均趋于减小均趋于减小。 层间水层间水比一般比一般结晶水结晶水更容易脱离晶格，一般加热达更容易脱离晶格，一般加热达几十度即开始逸出，几十度即开始逸出，110110左右即大量失去，而且是左右即大量失去，而且是逐渐脱逐渐脱水水，没有明确的脱水温度，其表示方法，没有明确的脱水温度，其表示方法和结晶水相同和结晶水相同。 返回胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。矿物中的水矿物中的水 ( (一一) ) 矿物化学式的表示方法矿物化学式的表示方法实验式(experimental formula

41、)表示组成矿物的元素种类及其原子数之比表示组成矿物的元素种类及其原子数之比n 如: 白云母K2O3Al2O36SiO22H2O。n 仅表示出组成矿物的元素种类及其原子数之比仅表示出组成矿物的元素种类及其原子数之比n 忽略了矿物中的次要组分忽略了矿物中的次要组分n 不能反映原子在矿物结合中的关系不能反映原子在矿物结合中的关系。n 结 构 式 ( s t r u c t u r a l f o r m u l a ) - 晶 体 化 学 式(crystallochemical formula)表明矿物中各组分的种类及数量表明矿物中各组分的种类及数量比及比及 其在矿物结构中的占位其在矿物结构中的占位 如: 白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2 矿物的晶体化学式可以反映出成分与结构的关系矿物的晶体化学式可以反映出成分与结构的关系6 6 矿物的化学式矿物的化学式(1)(1) 阳离子在前，阴离子或络阴离子在后。阳离子在前，阴离子或络阴离子在后。 如石英SiO2、方解石CaCO3、白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2。(2)(2) 对复化合物，阳离子按碱性由强至弱、价态从对复化合物，阳离子按碱性由强至弱、价态从低到高的顺序排列。低到高的顺序排列。 如白云石CaMgCO32、磁铁矿FeFe2O4。(3)(3)