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1、第三章 宝石矿物的化学成分 教学内容:1、掌握宝石矿物的晶体化学分类及特点。2、掌握类质同象的概念以及条件。3、了解宝石矿物中水的存在形式。教学重点、难点: 类质同象的条件。1、矿物化学成分分类:(1)单质:金刚石C,自然金Au等金刚石自然金(2) 化合物: 简单化合物、复杂化合物:辰砂HgS黄铁矿橄榄石 (Mg,Fe)2SiO4 第一节 宝石矿物的晶体化学分类一、含氧盐类 含氧盐是各种含氧酸根络阴离子与金属阳离子所组成的盐类化合物。根据络阴离子种类的不同,含氧盐大类矿物分类: 硅酸盐SiO44-、碳酸盐CO32-、硫酸盐SO42-、磷酸盐PO43-、硝酸盐NO3- 硼酸盐BO33-1、硅酸盐
2、类基本构造单元:SiO44-硅氧四面体在结构中可以孤立地存在,也可以以其顶角相互连接而形成多种复杂的络阴离子; 单四面体SiO44-两个硅氧四面体共用一个角顶构成双四面体Si2O76-(1)岛状结构:橄榄石 (Mg,Fe)2SiO4 绿帘石 Ca2(Al,Fe)3Si2O7SiO4OOH 石榴子石 (2)环状结构:堇青石蓝锥矿绿柱石辉石式 -Si2O6-4单链(3)链状结构:角闪石式 Si4O11-6双链软玉蔷薇辉石三八面体型(4)层状结构:蛇纹石寿山石(5)架状结构月光石拉长石日光石方柱石2、硼酸盐类基本构造单元(BO3)3- 和(BO4)5-晶体中独立出现形成岛状结构;通过共角顶而连结成各
3、种复杂的阳离子,形成环状、链状、层状和架状结构的硼酸盐。硼铝镁石 Mg(Al, Fe)BO4 3、磷酸盐类基本构造单位:磷酸根(PO43-)特点:需半径较大的阳离子与之结合才能形成稳定的磷酸盐。磷灰石、绿松石。磷灰石:Ca5PO43F,Cl 绿松石 CuAl6PO44(OH)8.5H2O4、碳酸盐类基本构造单位:CO32-特点:阴离子呈等边三角形,碳作为阳离子位于三角形的中央,三个氧离子围绕碳分布在三角形的三个角顶上,C-O之间以共价键联系。孔雀石、方解石、白云石。孔雀石 CuCO3.Cu(OH)2二、氧化物类是一系列金属和非金属元素与氧离子O2- 化合而成的化合物。Si、Al、Fe、Mn、T
4、i、Cr阴离子(氧)按立方或六方紧密堆积,阳离子充填于其四面体或八面体孔隙中。石英簇刚玉晶体赤铁矿尖晶石金红石金绿宝石三、自然元素类有些金属和半金属元素呈单质形式独立矿物出现。钻石(C)、自然金(Au)第二节 类质同象一、类质同象1、概念:晶体结构中某种质点A(原子、离子)为它种类似的质点B所代替,仅使晶格常数发生不大的变化,而结构形式并不改变的现象 。代替某一元素A的物质B称为类质同象混入物(固溶体)。石榴石 Mg2+ Fe2+ 镁铝榴石 铁铝榴石Mg3Al2SiO43Fe3Al2SiO432、分类:(1)根据晶体中一种质点被另一种质点代替的数量限度不同:完全类质同象:石榴石 在类质同象混晶
5、中,若A、B两种质点可以任意比例相互取代。可形成一个连续系列。不完全类质同象:闪锌矿 在类质同象混晶中,若A、B两种质点相互代替的数量局限在一个有限的范围内,不能形成连续的系列。(2)根据相互取代的质点电价的不同:等价类质同象: 相互替代的两种质点电价相同。不等价类质同象: 相互替代的两种质点电价不相同。3、类质同象的条件原子或离子半径相近:相互替代的离子半径相差越小,则彼此之间替换能力越强,替换量越大。离子类型相近:离子类型相近,形成键性相一致,才能发生类质同象替代。离子电价平衡:代替与被代替的离子电价必须保持一致。4、类质同象对宝石性质的影响(1)对宝石颜色的影响(2)对宝石矿物的折射率、
6、密度的影响(3)对宝石硬度的影响(4)对宝石光谱的影响二、同质异象同质异象是指同种化学成分的物质(单质或化合物)在不同的物理化学条件下(温度、压力、介质溶液)下能够形成不同晶体结构的现象,称为同质异象。碳(C)的同质多象变体: 金刚石 等轴晶系 石墨 六方晶系 六方金刚石 六方晶系 (陨石撞击地表时所形成)Al2SiO5: 红柱石 斜方Al2SiO5 较低温、低压 蓝晶石 三斜Al2SiO5 中压、中高温 矽线石 斜方Al2SiO5 较高温蓝晶石矽线石红柱石第三节 宝石矿物中水的存在形式1、吸附水 不参加晶格,只存在于宝石矿物表面、裂隙或渗入矿物集合体颗粒间的普通水,呈水分子状态。胶体水:是水胶凝体矿物中的分散媒而存在的水,即固定吸附在分散相表面的水。 如:欧泊中的水SiO2nH2O2、结晶水 在晶格中具有固定的位置,起着构造单位的作用,以中性水分子存在,是矿物化学组成的一部分。 如石膏CaSO42H2O 绿松石CuAl6PO4(OH)84H2O3、结构水以OH- 、H+、H3O+等离子形式参加矿物晶格的“水”,其中OH- 的形式最为常见。结构水在晶格中占有固定的位置,在组成上具有确定的比例。如绿松石CuAl6PO4(OH)84H2O思考题1、举例说明矿物
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