第八章之一自然元素矿物大类课件

作业1、用典型结构分析的方法分析萤石晶体的结构，并画出其晶胞图。2、比较矿物中不同类型“水”的特征。3、举例说明晶体内部结构与结晶习性间的关系。4、比较金刚石和闪锌矿晶体中解理产生的不同原因。作业1、用典型结构分析的方法分析萤石晶体的结构，并画出其晶胞1

自然元素

矿物大类自然元素

矿物大类2重点金刚石与石墨晶体结构的区别。用晶体结构的知识解释金刚石与石墨物理性质的差异。用典型结构的分析方法分析金刚石与石墨的晶体结构。重点金刚石与石墨晶体结构的区别。3

自然元素矿物：

在自然界以单质形式存在的矿物。

已知的自然元素矿物种＞50，约占地壳总重量的

1‰，分布极不均匀。§1概述§1概述4一、化学组成

1．金属元素：

主要包括：（1）部分铜族元素：Cu、Ag、Au（2）铂族元素：Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt

2．半金属元素：

As、Sb、Bi

3．非金属元素：

C、S

一、化学组成5

二、晶体化学特点、形态及物理性质

据键性，大致分3种

晶格类型：

1．金属晶格

典型金属键

大多数矿物的原子呈最紧密堆积，结构型较简单，对称性较高。

二、晶体化学特点、形态及物理性质6

（1）

多数呈立方最紧密堆积，具立方面心格子的铜型结构，如

自然铜、自然金、自然铂、自然钯……（1）多数呈立方最紧密堆积，7

（2）少数呈六方最紧密堆积，具六方格子，如自然锇等。

（3）α-Fe型：原子按立方体心紧密堆积，配位数为8。（2）少数呈六方最紧密堆积，8

形态：

晶体呈等轴粒状或六方板状，

集合体为树枝状、片状、块状等。

物理性质：具典型的金属特性：

金属色，金属光泽，不透明。

硬度低（Os、Ir例外），解理不发育，强延展性。比重大。电和热的良导体。形态：9

2．原子晶格

晶格中质点以共价键联结，如金刚石（

C

）

。

物理性质：

硬度高，光泽强，具脆性，不导电。金刚石晶体结构2．原子晶格金刚石晶体结构10

3．分子晶格

1）如石墨（

C

）：

层状结构，层内具共价键—金属键，层间为分子键，表现在物理性质上具明显的异向性，

具{

0001

}

极完全解理，硬度低，

金属光泽，电的良导体。

石墨结构3．分子晶格石墨结构11

2）如自然硫自然硫（

-S

）：

8个S原子以共价键联结成

S8环状分子，环分子间为

分子键，故其硬度低，熔点低，导电导热性差。2）如自然硫自然硫（-S）：12

一、自然铜族

包括自然铜、自然银、自然金等矿物。§2主要矿物一、自然铜族§2主要矿物13

自然金：

Au

化学组成：

纯金极少见，常有一定数量的类质同像混入物Ag

。

自然金—自然银完全类质同像系列

Ag含量（%）0~55~1515~5050~8585~9595~100矿物名称自然金含银自然金银金矿金银矿含金自然银自然银自然金：AuAg含量014

此外，尚可含少量

Cu、Pd、Bi、Pt、

Te、Ir等。含Cu20%者称铜金矿；含

Pd5～11%者称钯金矿；含Bi4%者称铋金矿。

自然金的纯度以成色来表示，

用千分数示之。此外，尚可含少量Cu、Pd、Bi、Pt、15

晶体结构：

等轴晶系，Fm3m。

Au

原子呈立方最紧密堆积，

具立方面心格子的铜型结构。

形态：

一般呈分散粒状、不规则粒状或树枝状等集合体。第八章之一自然元素矿物大类课件16鉴定特征鉴定特征：

金黄色颜色及条痕，强金属光泽。

硬度低(2～3)，无解理，强延展性。

比重大(15.6～19.3)。熔点高(1062℃)。

化学性质稳定，在空气中不氧化，只溶于王水。

鉴定特征鉴定特征：17

二、碳族

金刚石：

C

化学组成：

带色和不透明者常含

Si、Al、Ca、

Mg、B、N、Fe、Ti

等杂质及石墨、

橄榄石、磁铁矿、金红石等包裹体。二、碳族18

杂质N

和

B

的含量和存在形式，

直接影响着金刚石的

光、电、热等

物理性能，成为金刚石分类依据。杂质N和B的含量和存在形式，19金刚石分类类型

杂质元素

物理性能

备注

NBI型

Ia型

含量＞0.1%，以聚集体形式，呈极细小片状导电、导热性较差机械强度高

在天然金刚石中占98%

Ib型

含量较低，主要以分散的顺磁性N形式导热性较差在天然金刚石中约占1%；绝大多数合成金刚石为Ib型Ⅱ型

Ⅱa型

不含N

或含N＜

0.001%不含B良好的导热性在金刚石矿床中的含量一般＜2～3%Ⅱb型含B

天蓝色，具半导体性能罕见

混合型

在同一颗粒中N的分布不均匀金刚石分类类型杂质元素物理备20

晶体结构：

等轴晶系，对称型

m3m，

具立方面心格子。C原子位于立方晶胞的8个角顶和6个面中心，以及

相间地分布于半数的1/8小立方晶胞的中心。CN

=

4

。

晶体结构：21金刚石（

C

）返回金刚石（C）返回22

形态：

多呈{111}、{110}，常呈浑圆粒状。鉴定特征：

浑圆粒状。金刚光泽。极高的硬度（H=10），解理

{111}

中等。

日光曝晒后，在暗处发淡青蓝色磷光。幻灯片30幻灯片27形态：幻灯片30幻灯片2723金刚石晶体形态返回金刚石晶体形态返回24

用途：

名贵宝石、切削工具、研磨材料、

精密仪器的零件、钻头、尖端技术材料等。

主要产地有澳大利亚、南非、俄罗斯、扎伊尔、巴西、美国及我国山东、辽宁、

贵州、江苏、湖南等。用途：25最大的宝石级金刚石1905年发现于南非的普列米尔，重3106克拉，取名为“库里南”。中国最大的金刚石是1977年在山东临沭县常林村发现的，重158.786克拉，取名为“常林钻石”，是国宝。金刚石经琢磨后称钻石，自古以来就是最贵重的宝石（如蓝钻石、黑钻石、金钻石等），无色、微蓝和玫瑰色的为上品。金刚石还可用做钻头、切割工具、研磨材料以及高温半导体或尖端工业的原材料。最大的宝石级金刚石1905年发现于南非的普列26金刚石鉴定特征返回金刚石鉴定特征返回27石墨：

C

鉴定特征：

鳞片状、致密块状、土状。铁黑色—钢灰色，条痕亮黑色，半金属光泽。{0001}极完全解理，硬度小(1-2)。

比重小，性软，有滑感，易污手，

可书写。

石墨：C28石墨结构返回石墨结构返回29

用途：

冶金工业：

作

高温坩埚铸件

机械工业：

润滑剂

电池工业：

电极

原子能工业：

中子减速剂

用于制造铅笔芯、涂料、染料等。

石墨-3R可作合成金刚石的原料。用途：30石墨鉴定特征返回石墨鉴定特征返回31石墨内部的碳原子呈层状排列，一个碳原子周围只有3个碳原子与其相连，碳与碳组成了六边形的环状，无限多的六边形组成了一层。层与层之间联系力非常弱，而层内三个碳原子联系很牢，因此受力后层间就很容易滑动，这就是石墨很软能写字的原因。

石墨内部的碳原子呈层状排列，一个碳原子周围只有32金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间排列，一个碳原子周围有4个碳原子相连，因此在三维空间形成了一个骨架状，这种结构在各个方向联系力均匀，联结力很强，因此使金刚石具有高硬度的特性。

石墨在5-6万大气压（（5-6）×103MPa）及摄氏1000至2000度高温下，再用金属铁、钴、镍等做催化剂，可使石墨转变成金刚石。金刚石内部的碳原子呈“骨架”状三维空间排列，一个33C60结构C60结构34C60又称布基球Buckball、富氏烯FullereneC60作为结构基元，C60间以范氏力结合而成C60固体，质软。C60分子可以与金属离子或非金属离子结合成盐类。C60在半导体、光学等方面有奇异性能。C60又称布基球Buckball、富氏烯FullereneC35自然硫返回自然硫返回36返回矿物鉴定特征返回矿物鉴定特征37作业1、用典型结构分析的方法分析萤石晶体的结构，并画出其晶胞图。2、比较矿物中不同类型“水”的特征。3、举例说明晶体内部结构与结晶习性间的关系。4、比较金刚石和闪锌矿晶体中解理产生的不同原因。作业1、用典型结构分析的方法分析萤石晶体的结构，并画出其晶胞38

自然元素

矿物大类自然元素

矿物大类39重点金刚石与石墨晶体结构的区别。用晶体结构的知识解释金刚石与石墨物理性质的差异。用典型结构的分析方法分析金刚石与石墨的晶体结构。重点金刚石与石墨晶体结构的区别。40

自然元素矿物：

在自然界以单质形式存在的矿物。

已知的自然元素矿物种＞50，约占地壳总重量的

1‰，分布极不均匀。§1概述§1概述41一、化学组成

1．金属元素：

主要包括：（1）部分铜族元素：Cu、Ag、Au（2）铂族元素：Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt

2．半金属元素：

As、Sb、Bi

3．非金属元素：

C、S

一、化学组成42

二、晶体化学特点、形态及物理性质

据键性，大致分3种

晶格类型：

1．金属晶格

典型金属键

大多数矿物的原子呈最紧密堆积，结构型较简单，对称性较高。

二、晶体化学特点、形态及物理性质43

（1）

多数呈立方最紧密堆积，具立方面心格子的铜型结构，如

自然铜、自然金、自然铂、自然钯……（1）多数呈立方最紧密堆积，44

（2）少数呈六方最紧密堆积，具六方格子，如自然锇等。

（3）α-Fe型：原子按立方体心紧密堆积，配位数为8。（2）少数呈六方最紧密堆积，45

形态：

晶体呈等轴粒状或六方板状，

集合体为树枝状、片状、块状等。

物理性质：具典型的金属特性：

金属色，金属光泽，不透明。

硬度低（Os、Ir例外），解理不发育，强延展性。比重大。电和热的良导体。形态：46

2．原子晶格

晶格中质点以共价键联结，如金刚石（

C

）

。

物理性质：

硬度高，光泽强，具脆性，不导电。金刚石晶体结构2．原子晶格金刚石晶体结构47

3．分子晶格

1）如石墨（

C

）：

层状结构，层内具共价键—金属键，层间为分子键，表现在物理性质上具明显的异向性，

具{

0001

}

极完全解理，硬度低，

金属光泽，电的良导体。

石墨结构3．分子晶格石墨结构48

2）如自然硫自然硫（

-S

）：

8个S原子以共价键联结成

S8环状分子，环分子间为

分子键，故其硬度低，熔点低，导电导热性差。2）如自然硫自然硫（-S）：49

一、自然铜族

包括自然铜、自然银、自然金等矿物。§2主要矿物一、自然铜族§2主要矿物50

自然金：

Au

化学组成：

纯金极少见，常有一定数量的类质同像混入物Ag

。

自然金—自然银完全类质同像系列

Ag含量（%）0~55~1515~5050~8585~9595~100矿物名称自然金含银自然金银金矿金银矿含金自然银自然银自然金：AuAg含量051

此外，尚可含少量

Cu、Pd、Bi、Pt、

Te、Ir等。含Cu20%者称铜金矿；含

Pd5～11%者称钯金矿；含Bi4%者称铋金矿。

自然金的纯度以成色来表示，

用千分数示之。此外，尚可含少量Cu、Pd、Bi、Pt、52

晶体结构：

等轴晶系，Fm3m。

Au

原子呈立方最紧密堆积，

具立方面心格子的铜型结构。

形态：

一般呈分散粒状、不规则粒状或树枝状等集合体。第八章之一自然元素矿物大类课件53鉴定特征鉴定特征：

金黄色颜色及条痕，强金属光泽。

硬度低(2～3)，无解理，强延展性。

比重大(15.6～19.3)。熔点高(1062℃)。

化学性质稳定，在空气中不氧化，只溶于王水。

鉴定特征鉴定特征：54

二、碳族

金刚石：

C

化学组成：

带色和不透明者常含

Si、Al、Ca、

Mg、B、N、Fe、Ti

等杂质及石墨、

橄榄石、磁铁矿、金红石等包裹体。二、碳族55

杂质N

和

B

的含量和存在形式，

直接影响着金刚石的

光、电、热等

物理性能，成为金刚石分类依据。杂质N和B的含量和存在形式，56金刚石分类类型

杂质元素

物理性能

备注

NBI型

Ia型

含量＞0.1%，以聚集体形式，呈极细小片状导电、导热性较差机械强度高

在天然金刚石中占98%

Ib型

含量较低，主要以分散的顺磁性N形式导热性较差在天然金刚石中约占1%；绝大多数合成金刚石为Ib型Ⅱ型

Ⅱa型

不含N

或含N＜

0.001%不含B良好的导热性在金刚石矿床中的含量一般＜2～3%Ⅱb型含B

天蓝色，具半导体性能罕见

混合型

在同一颗粒中N的分布不均匀金刚石分类类型杂质元素物理备57

晶体结构：

等轴晶系，对称型

m3m，

具立方面心格子。C原子位于立方晶胞的8个角顶和6个面中心，以及

相间地分布于半数的1/8小立方晶胞的中心。CN

=

4

。

晶体结构：58金刚石（

C

）返回金刚石（C）返回59

形态：

多呈{111}、{110}，常呈浑圆粒状。鉴定特征：

浑圆粒状。金刚光泽。极高的硬度（H=10），解理

{111}

中等。

日光曝晒后，在暗处发淡青蓝色磷光。幻灯片30幻灯片27形态：幻灯片30幻灯片2760金刚石晶体形态返回金刚石晶体形态返回61

用途：

名贵宝石、切削工具、研磨材料、

精密仪器的零件、钻头、尖端技术材料等。

主要产地有澳大利亚、南非、俄罗斯、扎伊尔、巴西、美国及我国山东、辽宁、

贵州、江苏、湖南等。用途：62最大的宝石级金刚石1905年发现于南非的普列米尔，重3106克拉，取名为“库里南”。中国最大的金刚石是1977年在山东临沭县常林村发现的，重158.786克拉，取名为“常林钻石”，是国宝。金刚石经琢磨后称钻石，自古以来就是最贵重的宝石（如蓝钻石、黑钻石、金钻石等），无色、微蓝和玫瑰色的为上品。金刚石还可用做钻头、切割工具、研磨材料以及高温半导体或尖端工业的原材料。最大的宝石级