矿物的化学成分课件

1、第十三章 矿物的化学成分Chemical Composition of Minerals一、地壳中元素丰度及其矿物学意义二、元素的离子类型三、矿物化学组成的变化及其计量特性四、胶体矿物的化学成分特点五、矿物中水的赋存状态六、矿物的化学式及其计算 第十三章 矿物的化学成分Chemical Compo1、丰度及克拉克值 丰度元素的平均含量。 克拉克值化学元素在地壳中的平均含量的质量百分数，clark。O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg占地壳总质量的98.59。第一节 地壳中元素丰度及其矿物学意义表13-1 地壳中丰度居前八位的元素克拉克值（wB%）-元 素 O Si Al Fe Ca Na

2、 K Mg -质量克拉克值 46.6 27.72 8.13 5.00 3.63 2.83 2.59 2.09 -1、丰度及克拉克值第一节 地壳中元素丰度及其矿物学意义表12、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,如上；（2）聚集元素易形成矿物，如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等； 分散元素不易形成矿物，如Cs、Ga、In、Se等。表13-1 地壳中丰度居前八位的元素克拉克值（wB%）-元 素 O Si Al Fe Ca Na K Mg -质量克拉克值 46.6 27.72 8.13 5.00 3.63 2.83 2.59 2.09 -2、地壳中元素丰度的矿物学意义（

3、1）丰度值高的元素，形成的矿第二节 元素的离子类型ION TYPE OF ELEMENT惰性气体型离子铜型离子过渡型离子按照离子核外电子构型划分第十三章第二节 元素的离子类型惰性气体型离子按照离子核外电子构(一) 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。 + 0 结合 氧化物和含氧盐矿物，亲石或亲氧元素。（二）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。 + S 结合金属硫化物矿物，造矿元素、亲硫或亲铜元素。（三

4、）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。 + O,S(一) 惰性气体型离子（inertgas type ion铜型离子：指最外层电子有18或18+2个构型，也称作亲硫元素或造矿元素 过渡型离子：过渡型离子指最外电子层为917个电子的不稳定离子 惰性气体型离子:最外电子层具8个或2个电子构型,也常称作亲氧元素或亲石元素铜型离子：指最外层电子有18或18+2个构型，也称作亲硫元素 (一) 矿物化学式的表示方法实验式(experimental formula) 如: 白云母K2O3Al2O36SiO22H2O。

5、结构式(structural formula)-晶体化学式(crystallochemical formula) 如: 白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2第三节 矿物晶体化学式 第三节 矿物晶体化学式晶体化学式的书写规则： (1) 阳离子在前，阴离子（络阴离子）在后。呈类质同象的各阳离子用圆括号括起来，依前多后少次序排列并用逗号隔开；络阴离子用方括号括起来。如：橄榄石（Mg，Fe）2SiO4；硅灰石Ca3Si3O9。（2）对于复盐矿物，其阳离子按碱性由强至弱顺序书写，若碱性相同时，按离子电价由低至高顺序书写。如：白云石CaMgCO32（Ca2碱性强于Mg2）。（3）如存在附加阴离子

6、，将其写在主阴离子或主络阴离子之后。如：氟磷灰石Ca5PO43 F。（4）矿物中的水分子以H2O形式写在最后，并用圆点与前面的组分隔开，水分子前写上水的系数，若含水量不定，系数记为n。如：石膏CaSiO42H2O、蛋白石SiO2nH2O。若水以（OH）- 形式存在时，按一般附加阴离子对待。如黄玉Al2SiO4（F，OH）2。（5）若结构比较复杂，结构较为紧密的成分用括号括在一起，以示结构的层次。如：白云母KAl2AlSi3O10(OH)2， 中的成分构成硅氧骨干， 中的成分构成结构单元层。晶体化学式的书写规则： (1) 阳离子在前，阴离子（络阴离子判读化学式：要求：化合物种类、阳阴离子、络阴离

7、子团、类质同象、附加阴离子、结晶水、结构水，以及阳离子占位1.(Ca，Na)(Mg，Fe2+，Fe3+，Al，Mn，Ti)(Si，Al)2O62. CaSO42H2O3. Ca5PO43 F4. KAl2(Si3Al)O10(OH)2判读化学式：要求：化合物种类、阳阴离子、络阴离子团、类质同象部分矿物序号 名称 英文名称 化学式 主要产地 主要用途 1 白钨矿 Scheelite CaWO4 湖南等地 提炼钨 2 白云母 Muscovite Kal2AlSi3O10(OH，F)2 新疆 电子工业 3 白云石 Dolomite CaMgCO32 河北 冶金、建材 4 板钛矿 Brookite T

8、iO2 四川 提炼钛 5 斑铜矿 Bonnite Cu5FeS4 吉林 提炼铜 6 包头矿 Baotite Ba(Ti，Nb)8Si4O12O16Cl 内蒙古 提炼稀土 7 钡长石 Celsian BaAl2Si2O8 河北 冶金、建材 8 冰长石 Aduaraia KAlSi3O8 内蒙 建材、肥科 9 车轮矿 Bournonite CuPbSbS3 湖南等地 冶金 10 辰 砂 Cinnabar HgS 贵州、湖南等地 冶金、药用、颜料 11 赤铁矿 Hematite Fe2O3 河北 冶金 12 赤铜矿 Cuprite Cu2O 四川、湖北 冶金 13 磁铁矿 Magnetite FeF

9、e2O4 湖北、河北 冶金 14 磁黄铁矿 Pyrrhotine Fe1-XS 广西 冶金 15 雌 黄 Orpiment As2S3 湖南 冶金、药用 16 脆银矿 Stephanite Ag5SbS4 宁夏 冶金 17 脆硫锑铅矿 Jamesonite Pb4FeSb6S14 湖南 冶金 18 胆 矾 Chalcanithite CuSO45H2O 甘肃 冶金 19 碲银矿 Hessite Ag2Te 湖南 冶金 20 电气石 Tourmaline 湖南、新疆 冶金 部分矿物序号 名称 英文名称 化学式 主要产地 主要用途 二、矿物晶体化学式的计算 阴离子法：依据阴离子作紧密堆积，单位分子

10、内数量 不变而以其为基数进行晶体化学式计算 。阳离子法：依据矿物结构中小空隙晶格位上占据的高 电价、小半径、低配位阳离子数目较固定， 而以其为基数进行晶体化学式的计算 。二、矿物晶体化学式的计算 阴离子法：依据阴离子作紧密堆积，单(1) 检查化学分析结果是否符合精度要求。必要时进行修正。(2) 查出各组分相对分子质量。 (3) 将各组分的质量分数(wB%)除以该组分的相对分子质量，求各组分的摩尔数。 (4) 用各组分的摩尔数乘以其氧原子系数得到各组分的氧原子数。(5) 用各组分的摩尔数乘以其相应的阳离子的系数，得各组分的阳离子数。 (6) 将各组分的氧原子数相加得各组分的氧原子数总和O。(7)

11、 以矿物单位分子（即通式）中的氧原子理论数Of.u 除以氧原子数总和O，得换算系数(即Of.u./O)。(8) 以各组分的阳离子数乘以换算系数得单位分子中的阳离子数。-氧原子法(9) 据类质同象理论和矿物化学通式，将各阳离子分配到相应的晶格位置。如有Al代替Si占据晶格位置时，一般优先考虑配平替代Si的四面体位置，其余分配到八面体位置。(10) 进行电价平衡检验计算，基本平衡时写出矿物的晶体化学式。注意：氧原子法适于不含水的氧化物和含氧盐矿物晶体化学式计算。 对含OH-、F-、Cl-、S2-等附加阴离子的矿物，可采用阳离子法进行计算。计算步骤：(1) 检查化学分析结果是否符合精度要求。必要时进

12、行修正。计某单斜辉石(化学通式为XYZ2O6)为例，说明按氧原子法计算矿物晶体化 学式的步骤：12345678组分质量分数（w%）修正后的质量分数（w%）分子量摩尔数氧原子数阳离子数单位分子中阳离子数SiO252.5052.5460.080.87451.74900.87451.9242TiO20.720.7279.900.00900.01800.00900.0198Al2O32.542.54101.940.02490.07470.04980.1096Fe2O31.811.81159.700.01130.03390.02280.0502FeO1.951.9571.850.02710.02710.

13、02710.0596MnO0.640.6470.940.00900.00900.00900.0198MgO14.9714.9840.300.37150.37150.37150.8174CaO24.3824.4056.080.43470.43470.43470.9565Na2O0.560.5661.980.00900.00900.01800.0396H2O0.110.11总合100.18100.00O=27269求系数6/2.7269=2.2003表133 某单斜辉石晶体化学式计算表(Ca0.96,Na0.04)1.00(Mg0.82,Fe2+0.06,Fe3+0.05,Al0.03,Ti0.0

14、2,Mn0.02)1.00(Si1.92,Al0.08)2.00O6.00 某单斜辉石(化学通式为XYZ2O6)为例，说明按氧原子法第四节 矿物化学组成的计量特性及其变化 化学计量特性（stoichiometry）： 在理想的物理化学条件下形成的矿物，其各元素间满足一定的比例关系，这种关系称定比定律或倍比定律。矿物化学成分间满足定比或倍比定律的性质称作矿物的化学计量特性。1）化学计量矿物（stoichiometric mineral）： 处于不同结构位的元素服从定比或倍比定律的矿物称作化学计量矿物。例如，橄榄石(Mg,Fe)2SiO42）非化学计量矿物（nonstoichiometric mi

15、neral）： 矿物中便出现空位或填隙等缺陷而使其基本化学组成偏离理想的定比或倍比关系，这种矿物称非化学计量矿物。如磁黄铁矿(Fe1-xS) 第四节 矿物化学组成的计量特性及其变化 化学计量化学组成计量特性变化及其意义： （1）自然界非化学计量的矿物是很少的。 （2）非化学计量特性记录并反映了矿物形成过程中物理化学条件的变化，利用非化学计量特性可以解析矿物的成因史。例如：与金矿物共生的黄铁矿（理想化学式为FeS2），其基本化学组成（Fe和S）的非化学计量性能指示金的成矿深度和矿床剥蚀深度，当Fe/(S+As)值明显大于0.5时形成深度小；当Fe/(S+As)值小于或略大于0.5时成矿深度大。化

16、学组成计量特性变化及其意义： （1）自然界非化学计量的矿物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。胶溶体-分散媒多于分散相胶凝体-分散媒少于分散相胶体矿物：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） 粘土矿物 1100nm注意：（1）绝大多数胶体矿物由天然水胶凝体形成。胶体矿物中分散质和胶体 水的量比不定。（2）胶体矿物不是单一相体系而是多相体系，其固相的分散质可以为晶 质也可为非晶质。（3）胶体矿物存在老化现象。第五节 胶体矿物及其组成 1、胶体（colloid）与胶体矿物第五节 胶体矿物及胶体矿物有几个很重要的特点：（