福大结晶学与矿物学教案03矿物学各论-4含氧盐大类

第四章含氧盐大类第一类硅酸盐[SiO4]4-第二类硼酸盐[BO3]3-第三类磷酸盐，砷酸盐，钒酸盐[PO4]3-,[AsO4]3-,[VO4]3-第四类钨酸盐，钼酸盐[WO4]2-,[MoO4]2-第五类铬酸盐[CrO4]2-第六类硫酸盐[SO4]2-第七类碳酸盐[CO3]3-第八类硝酸盐[NO3]-第一类硅酸盐概述硅酸盐矿物种类繁多，占矿物种总数的24%，占地壳总重量75%左右。化学成分阳离子元素有57种之多，主要是惰性气体型离子和过渡型离子。阴离子部分除[SiO4]4-络阴离子及它们相互连接而成的一系列复杂络阴离子外，有时还存在(OH)-、F-、Cl-、O2-以及附加阴离子。此外，还存在水分子H2O。晶体化学特征Si4+与O2-结合时以四次配位的形式最为稳定，键长1.6A，在硅酸盐矿物中它总是以配位四面体的形式出现。硅的sp3杂轨道分别指向四面体的四个角顶，键角为109°28′16″，与相应的氧原子构成四个键力很强的σ键。因此，硅酸盐矿物的结构中，总是将[SiO4]4-看成是一个不可分割的整体。根据硅氧四面体在结构中的连接方式的不同，可以区分出下列五种类型的络阴离子，也可以说成是五种骨干：岛状络阴离子：常见的岛状络阴离子有单个硅氧四面体[SiO4]4-或双四面体[Si2O7]6-等，在结构中孤立存在。它们彼此间靠其它金属阳离子连接。岛状结构硅酸盐矿物：锆石,橄榄石,石榴石,红柱石,蓝晶石,黄晶,符山石。环状络阴离子：按环中四面体的数目，可分别称做三联环、六联环、八联环、九联环和十二联环。环内每一个四面体均以两个角顶分别与相邻的两个四面体连接；环与之间则借助其它金属阳离子来维系。它们分别用[Si3O9]6-、[Si4O12]8-、[Si6O18]12-、[Si8O24]16-、[Si9O27]18-、[Si12O36]24-表示。环状结构硅酸盐矿物：绿柱石,电气石链状络阴离子：有单链和双链等。单链中每个硅氧四面体以两个角顶分别与相邻的柄个硅氧四面体连接成一维无限延伸的连续链。其络阴离子可以用[Si2O6]n4n-表示。双链相当于两个单链组合而成，例如角闪石族矿物中的双链，其络阴离子可以用[Si4O11]n6n-表示。链状结构硅酸盐矿物：辉石,硅灰石,角闪石层状络阴离子：每一硅氧四面体均以三个角顶分别与相邻的三个硅氧四面体相边接，组成在二维空间内无限延展的层。例如滑石Mg3[Si4O10](OH)2，其络阴离子可以用[Si4O10]n4n-来表示。层状结构硅酸盐矿物：蛇纹石,高岭石,滑石,叶腊石,云母,绿泥石架状络阴离子：每一硅氧四面体均以其全部四个角顶与相邻的四面体连接，组成在三维空间中无限扩展的骨架。此时，每个氧离子都是桥氧。当硅氧四面体彼此共用四个角顶时构成向三维空间发展的骨架状[SiO2]，但是在硅酸盐中，这种架状结构并不完全由硅氧四面体组成，而必须有一部分硅氧四面体（Si-O4）被铝氧四面体（Al-O4）所代替，这样才能出现多余的负电荷，而成为架状络阴离子，这种络阴离子可用通式[(AlxSin-x)O2n]x-表示。架状结构硅酸盐矿物：长石,霞石,白榴石,沸石Al的作用Al可以呈4次配位，代替部分的Si4+进入络阴离子，形成铝硅酸盐，如钠长石Na[AlSi3O8]。也可以呈6次配位，存在于硅氧骨干之外，作为阳离子，形成铝的硅酸盐，如高岭石Al4[Si4O10](OH)8。Al的两种配位形式可以同时存在于同一构造中，形成铝的铝硅酸盐，如白云母KAl2[AlSi3O8](OH)2。［A1O4］四面体为不稳定的配位形式，在结构中需要由［SiO4］四面体的支持，只有在具有无限延伸的硅氧骨干(链、层、架)的结构中，Al代Si才有可能，而在具有架状硅氧骨干的硅酸盐中，Al代Si是必须的。Al代Si的易难顺序如下、架状、层状、双链和和单链。在晶体结构，两个［AlO4］不能相连，Al代Si的数目不能超过硅氧骨干中Al和Si的总数的一半。即Al:Si=1:1。此外,根据透射电镜最近研究结果，还发现一种具有单链、双链、三链和层状络阴离子共存的特殊结构，属于层链状的混合结构。已发现有几种矿物，并命名为“云辉闪石(biopyribole)”族。形态：岛状结构者多为三向等长，如果在不同方向上出现键力差异时，出现柱状或片、板状形态。环状结构和链状结构者多呈柱状、甚至纤维状。层状结构者呈片状或纤维状（系结构层卷曲所至）。架状结构者形态复杂，各种形态都可出现。物理性质：岛状结构三向等长者，一般无解理；柱状者，一般有平行C轴的解理；片板状者一般有平行底面的解理。链状结构者多为平行于链的柱状解理。环状结构如有解理，则为平行于底面或柱面的解理。层状结构者几乎无例外地具有完全的平行于底面的解理。岛状结构比重取决于结构紧密程度和主要阳离子原子序数的大小，一般比重较大。架状结构者比重较小，一般<2.8，链状、层状和环状结构者介于其间，约为3～3.5。硅酸盐矿物在薄片中全部透明，岛状结构者光泽较强，架状结构者光泽较弱。颜色主要取决于所含的色素离子。除层状结构外，硅酸盐矿物硬度较高，岛状最高，一般6～8，环状－链状结构依次降低。成因：从岩浆作用到表生作用、变质作用的成岩成矿过程中，均普遍的有硅酸盐矿物形成。岩浆作用中，随着结晶分异地进行，硅酸盐矿物的结晶顺序有自岛状、经链状向层状及架状过渡的趋势。在变质作用过程中，随着压力的增加，有利于架状或层状向链状、岛状转变；而温度的增高，促使含(OH)-的层状或双链状结构向单链状、岛状结构矿物转变。表生状态下，原岩遭受风化，大都形成在表生状态下稳定的层状结构硅酸盐矿物。岛状结构硅酸盐锆石ZrSiO4（Zircon）化学组成:Zr[SiO4],常含有少量的Hf。结构特点:四方晶系。晶体结构中[SiO4]4-是孤立的，彼此间借Zr4+连接起来，Zr4+的配位数为8。晶体形态:一般都呈单晶体出现，呈柱状习性。物理性质:常呈黄色至红棕色，无色者少见；金刚光泽，浅色者透明度较好，深色者在薄片中透明。硬度7.5，比重4.6-4.7。鉴定特征:以其呈四方柱及四方双锥的聚形为特征。工业用途：宝石原料，提炼Zr,Hf。橄榄石(Mg,Fe)2SiO4（Olivine）一般化学式为X2[SiO4]。其X通常为Mg2+、Fe2+、Mn2+等。Mg2+和Fe2+是最常见的组成部分，可以形成以Mg2[SiO4]镁橄榄石(forsterite)及Fe2[SiO4]铁橄榄石(fayalite)为两个端员组份的完全类质同象系列。其中间成员，是最常见的所谓橄榄石。化学组成:(Mg,Fe)2[SiO4]结构特点:斜方晶系。晶体结构表现为[SiO4]4-由金属阳离子Mg2+、Fe2+连接起来。氧离子近似成六方紧密堆积，八面体空隙被二价阳离子占据。晶体形态:单晶呈三向等长或扁平，集合体呈粒状。物理性质:橄榄绿色；玻璃光泽。硬度6-7；解理平行{010}和{100}不完全；比重随成分不同而变化大。鉴定特征:以其黄绿色、粒状、解理性差、难熔特征。工业用途：宝石原料与耐火材料。橄榄石是组成上地幔的主要矿物，也是陨石和月岩的主要矿物成分。它作为主要造岩矿物常见于基性和超基性火成岩中。镁橄榄石还可产于镁夕卡岩中。橄榄石受热液作用蚀变变成蛇纹石。透明色美的橄榄石可作宝石。石榴子石族（Garnet）化学组成:一般化学式为X3Y2[SiO4]3表示，其中X代表二价阳离子，主要为Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+等；Y代表三价阳离子，主要为Al3+、Fe3+、Cr3+等。类质同象广泛存在。分成两个系列：镁铝石榴子石系列（Mg,Fe,Mn)3Al2[SiO4]3镁铝石榴子石PyropeMg3Al2[SiO4]3铁铝石榴子石AlmanditeFe3Al2[SiO4]3锰铝石榴子石SpessartiteMn3Al2[SiO4]3钙铝石榴子石系列Ca3(Al,Fe,Cr,Ti,V,Zr)2[SiO4]3钙铝石榴子石GrossulariteCa3Al2[SiO4]3钙铁石榴子石AndraditeCa3Fe2[SiO4]3钙铬石榴子石UvaroviteCa3Cr2[SiO4]3钙钒石榴子石GoldmaniteCa3V2[SiO4]3钙锆石榴子石KimzeyiteCa3Zr2[SiO4]3结构特点:等轴晶系。结构中二价阳离子作八次配位，形成畸变配位立方体，三价阳离子作六次配位。这一结构很紧密，各方向的键力很少有差异晶体形态:晶形常呈菱形十二面体、四角三八面体，或二者之聚形。通常在富Ca岩石(如矽卡岩)中，多形成钙系石榴子石,以菱形十二面体为主；而在富Al岩石中，多形成铝系石榴子石，往往呈四角三八面体晶形。物理性质：无解理，断口贝壳状或参差状。矿物名称比重颜色铝系铁铝榴石4.318褐色、深红色至黑色镁铝榴石3.582粉红色、血红色至暗红色锰铝榴石4.190暗红色至黑色钙系钙铁榴石3.859黄色、褐色、红色、褐黑色至黑色钙铝榴石3.594黄色、白色、红色、绿色或褐色钙铬榴石3.90翠绿色至墨绿色产状：除了镁铝榴石和钙铬榴石与超基性岩有关外，其它主要产于各类变质岩中。工业用途：宝石原料，研磨材料。蓝晶石族矿物 本族矿物的化学成分为Al2SiO5，它有三种同质多象变体：蓝晶石(kyanite),红柱石（andalusite)和硅线石(sillimanite)。其共同点是硅均与氧结合成硅氧四面体，有半数的铝与氧结合成铝氧配位八面体。此种配位八面体彼此共棱，形成平行于c轴的链。另半数Al的配位情况如下：在蓝晶石中仍为六次配位，形成平行于c轴的铝氧配位八面体链；在矽线石中为四次配位，形成铝氧配位四面体；在红柱石中，为五次配位，形成了特殊的三方双锥形配位多面体。由于这三个矿物结构中都有平行于c轴的铝氧配位八面体链存在，因而co的参数很为接近；并且沿c轴方向的键力也很强。红柱石Al2SiO5（Andalusite）化学组成:Al2[SiO4]O,可含少量的Fe3+和Na、K等。 结构特点:斜方晶系。晶体形态:单晶体呈柱状，其横切面接近于正方形，类似四方柱。。物理性质:常呈灰白色或肉红色，玻璃光泽。硬度6.5-7.5，{110}解理清晰。某些晶体在生长过程中捕获碳质与粘土矿物，形成定向排列的黑色条纹，被称为空晶石；某些放射状集合体被称为菊花石。鉴定特征:以柱状形态，解理交角近于垂直，常呈肉红色为特征。工业用途：耐火材料、观赏石。蓝晶石Al2SiO5（kyanite）化学组成:Al2[SiO4]O。结构特点:三斜晶系。晶体形态:单晶体常呈平行于{100}的长板状或刀片状。物理性质:一般呈蓝色，玻璃光泽，{100}解理完全，{010}解理中等到完全；硬度度5.5-7，表现出极其显著的各向异性，故蓝晶石又名三硬石。比重3.53-3.64。鉴定特征:根据其颜色，硬度的各向异性以及形态。、工业用途：耐火材料。黄玉（黄晶）Al2[SiO4](F,OH)2（Topaz）化学组成:Al2[SiO4](F,OH)2。F-可被(OH)-置换，置换的最高量占氟含量的30%左右。结构特点:正交晶系。黄晶的晶体结构表现为氧离子作立方和六方最紧密堆积结合的最紧密堆积。晶体形态:单晶体常呈柱状，柱面常现纵纹。。物理性质:无色透明或其他淡色调；玻璃光泽。硬度8；解理平行{001}完全；比重3.52-3.57。鉴定特征:柱状晶形，高硬度和平行{001}解理为特征。工业用途：研磨材料，透明色美者可作宝石。符山石Ca10(Mg,Fe)2Al4[Si2O7]2[SiO4]5(OH,F)4(Vesuvianite)化学组成:Ca10(Mg,Fe)2Al4[SiO4]5[Si2O7]2(OH,F)4结构特点:四方晶系。结构类似石榴石,但含有单四面体和双四面体两种络阴离子。晶体形态:常呈四方柱状晶形。物理性质:褐、黄等色；玻璃光泽。硬度6-7；比重3.33-3.43。鉴定特征:四方柱状晶形。工业用途：宝石材料。环状结构硅酸盐绿柱石Be3Al2[Si6O18](Beryl)化学组成:Be3Al2[Si6O18],常含有碱金属和H2O。结构特点:六方晶系。硅氧四面体组成六联环,环与环之间由Be2+、Al3+相联。Be2+作四次配位，形成扭曲了的铍氧四面体，Al3+作六次配位，形成铝氧八面体。绕c轴方向，上下叠置的六联环错开一定角度。上下叠置的环内，形成了一个巨大的通道，大的阳离子如K+、Cs+，以及H2O分子即可赋存其中。晶体形态:单晶体呈柱状，通常发育完整，柱面上有细纵纹。物理性质:呈不同色调的绿色，翠绿色的亚种称祖母绿(emerald)，蔚蓝色的亚种称海蓝宝石(aquamarine)，玻璃光泽，硬度7.5-8,比重2.66-2.83。鉴定特征:以其六方柱状形态和柱面上具纵纹为特征。工业用途：宝石材料、提炼Be。电气石Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6[Si6O18][BO3]3(OH,F)4(Tourmaline)化学组成:NaR3Al6[Si6O18](BO3)3(OH,F)4,其中R为Mg2+时，称镁电气石;R为Fe2+时，称黑电气石;R为(Li++Al3+)时，称锂电气石。均为类质同象系列的端员矿物。结构特点:三方晶系。电气石晶体结构较复杂，认识也有分歧。晶体形态:单晶体呈短柱状，长柱状甚至针状。最常见的单形是三方柱{1010}和六方柱{1120}，同时柱面上常有纵纹，晶体的横断面呈弧线三角形。物理性质:黑电气石一般呈绿黑色至深黑色；锂电气石常呈玫瑰色、蓝色或绿色，也有呈无色者，镁电气石的颜色变化于无色到暗褐色之间。玻璃光泽。硬度7，无解理，电气石还有明显的压电性和焦电性。透明而色美者作宝石。鉴定特征:柱状形态，柱面上有纵纹、横切面呈弧线三角形、无解理和高硬度。工业用途：热电材料、宝石材料。链状结构硅酸盐辉石族矿物(Pyroxene)化学组成:化学式为W1-p(X,Y)1+pZ2O6,其中W=Ca2+、Na+;X=Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Li+;Y=Al3+、Fe3+、Cr3+、Ti4+、Z=Si4+、Al3+。在结构中Z作四次配位，与O2-组成辉石型链状络阴离子。X和Y一般作六次配位，占据较小的空隙。W是较大的阳离子，在结构中占据较大的空隙。结构特点:辉石的晶体结构，最突出的地方是每一硅氧四面体均以两个角顶与相邻的硅氧四面体连接，形成沿一个方向无限延伸的单链，链与链之间借Mg、Fe、Ca、Al等金属离子相连。链的方向即c轴的方向。链上的重复周期约5.2Ǻ。链与链之间有两种不同大小的空隙，小者记为M1，大者记为M2。如果阳离子大小相当，则任意占据某一空隙;若不等，则大阳离子占据M2，如Na、Ca；而Mg、Fe则占有M1。M1的配位多面体接近于正八面体，它们相互共棱，又以角顶与硅氧四面体链的非桥氧角顶相接。M2的配位多面体，形状很不规则，如果是Mg2+、Fe2+、Al3+等占据时，则作六次配位，如果是Ca2+、Na+等较大离子占据时，则作八次配位。因占据M1和M2晶位的离子种别和数量不同，晶体所属的空间群将有所变化。从类质同象关系上，辉石族矿物大体上可分为9种端元组分：Mg2[Si2O6]顽火辉石,斜方晶系Fe2[Si2O6]正铁辉石,斜方晶系CaMg[Si2O6]透辉石，单斜晶系CaFe[Si2O6]钙铁辉石,单斜晶系CaMn[Si2O6]钙锰辉石,单斜晶系LiAl[Si2O6]锂辉石,单斜晶系NaAl[Si2O6]硬玉(翡翠),单斜晶系NaFe[Si2O6]霓石，单斜晶系NaAl[Si2O6]铬辉石，单斜晶系按对称程度划分，可分为斜方辉石亚族（顽火辉石Enstatite、古铜辉石Brozonite和紫苏辉石Hypersthene）和单斜辉石亚族（透辉石Diopside、钙铁辉石Hedenbergie、普通辉石Augite、霓石Aegirine、霓辉石Aegirine-Augite、锂辉石spodumene和硬玉Jadeite）。古铜辉石和紫苏辉石(Mg,Fe)2[Si2O6](顽火辉石中，Fe2[Si2O6]分子<10％，古铜辉石中为10-30%，紫苏辉石中则为30-50%）钙铁辉石(Na,Ca)(Fe3+,Fe2+,Mg,Al)[Si2O6]普通辉石(Ca,Mg,Fe,Al)2[(Si,Al)2O6]晶体形态:辉石族矿物都呈短柱状形态，横切面多呈正方形或截角的正方形。集合体呈致密块状或粒状。物理性质:顽火辉石为无色或带浅绿的灰色，也可呈褐绿色或褐黄色；紫苏辉石呈绿黑色或褐黑色；古铜辉石呈特征性的古铜色。透辉石无色至浅绿色；钙铁辉石深绿色至墨绿色；普通辉石绿黑色或黑色；霓石和霓辉石暗绿色至黑色；硬玉为苹果绿色，锂辉石为灰白色，有时带微绿或微紫色调。斜方辉石平行{210}、单斜辉石平行{110}解理中等至完全，解理交角87°。硬度5～7。玻璃光泽，比重3.2-3.6。鉴定特征:辉石型解理和柱状形态。工业用途：石料,玉石原料。翡翠Jadeite是一种以硬玉为主的纤维状、致密块状的钠铝硅酸盐矿物集合体，化学分子式为NaAl[Si2O6]。硅灰石Ca3[Si3O9](Wollastonite)化学组成:Ca3[Si3O9],少量Fe、Mn和Mg可置换Ca。结构特点:三斜晶系。硅灰石结构中的单链不同于辉石型单链。它可以视为硅氧双四面体与硅氧四面体交替地连接而成，链的延伸方向与b轴平行。络阴离子为[Si3O9]6-。Ca2+与O2-形成配位八面体，以共棱的方式相连，也形成平行于b轴的链。两个钙氧配位八面体的长度相当。晶体形态:单晶体呈平行{100}或{001}的片状或板状。可呈片状、放射状或纤维状集合体。物理性质:白色或灰白色，玻璃光泽，硬度4.5-5；{100}解理完全，比重2.86-3.09。鉴定特征:以其浅色、晶体形态为特征。工业用途:特种陶瓷（介电瓷）、磷光体等。蔷薇辉石(Mn,Fe,Ca)5[Si5O15](Rhodonite)化学组成:除了Fe2+、Ca2+以外，还有少量的Mg2+和Zn2+可置换Mn2+。含Zn高者叫锌蔷薇辉石。结构特点:三斜晶系。其结构中单链平行于C轴延伸，每隔5个Si-O四面体才能重复。晶体形态:单晶体呈厚板状、短柱状或三向等长状，晶面粗糙，晶棱圆钝，不常见叶片状双晶。集合体呈致密块状或解理块状。物理性质:玫瑰红色至棕红色，玻璃光泽，表面因氧化而黯淡且现黑色；硬度5.5-6.5；{110}和{110}解理完全，交角为92°30’；比重3.57-3.76。鉴定特征:以其特有的玫瑰红色、明显的解理和偏高的硬度为特征。风化以后，留有黑色的氧化锰。角闪石（Hornblende)族矿物化学组成:化学式为W0-1X2Y3Z8O22(OH,F)2。硅氧四面体构成一向延长的双链结构。链与链之间借助A,M1,M2,M3,M4等位置上的阳离子连接。其中W为大阳离子,如K+或Na+等,占有A位;Y阳离子(Mn2+、Fe2+、Mg2+、Fe3+、Al3+和Ti4+等)占据M1,M2和M3晶位,它们均作六次配位构成配位八面体,且彼此共棱连接平行c轴,M1和M3配位八面体由4O+2(OH,F)组成，M2配位八面体由6O组成;X阳离子(Ca2+、Na+、Mn2+、Fe2+、Mg2+、Li+)占据M4位置。Z代表四面体中的Si4+和Al3+。结构中(OH)-位置有时可被F-或Cl-所置换。角闪石族矿物的化学组成极其复杂，是已知矿物中最为复杂者之一。典型矿物种:透闪石TremoliteCa2Mg5[Si4O11]2(OH)2阳起石ActinoliteCa2(Mg,Fe)5[Si4O11]2(OH)2普通角闪石Hornblende：(Ca2Na(Mg,Fe)4(Al,Fe3+)[Si3(Si,Al)O11]2(OH,F)2致密块状隐晶质的透闪石和阳起石可称为软玉（如和田玉）纤维状可称为角闪石石棉（兰石棉）；辉石族、角闪石族矿物的异同点：具有相似的化学成分:络阴离子Si-O骨干,阳离子：Mg、Fe、Ca、Na、K；绝大多数为单斜晶系，少数为斜方晶系；晶体沿链间发育为柱状、针状、纤维状；矿物颜色类似、硬度较大（5-6）皆发育两组柱面解理。形态上角闪石的柱状更明显、更长；晶体横断面：辉石：呈假八边形角闪石：假六边形或假菱形；解理夹角：辉石：87或93，角闪石：124或56；附加阴离子：辉石：无角闪石：OH；成因产状：岩浆作用：辉石超基性-基性岩，形成早；角闪石产于中酸性岩，形成晚。变质作用：辉石形成于深变质角闪石变质程度较低。层状结构硅酸盐概述凡是硅氧四面体以三个角顶彼此相连，同时又分布在一个平面内的硅酸盐矿物，都属于层状结构硅配盐。硅氧四面体通过位于同一平面上的桥氧在两度空间内相互连接所形成的结构单位，叫做四面体（Tetrahedral)结构片,简称片(sheet)结构片内位于同一平面内的质点构成结构面，简称面(plane)。结构片底面上所有的氧都是桥氧，电荷已达到平衡。尖端的氧，尚有一个单位的负电荷未得到中和，为活性氧(自由氧)，它必须与片外的其它阳离子相接。由自由氧离子所形成的结构面，呈六边形网格，与之相配位的其它阳离子，其半径大小必须能适应此种网格的大小，才能构成晶格并使之稳定。符合此要求的是Mg2+、Fe2+、Al3+、Li+、Fe3+等。这些离子作六次配位，与氧形成配位八面体，彼此共棱相接构成八面体（Octahedral)片。八面体片与硅氧四面体片连接成结构层，简称层(layer)。三八面体型：每个六联环里，最多只能有三个Me离子。如三个位置上均有阳离子占位时，则称做三八面体型，限于二价阳离子Mg2+、Fe2+等；二八面体型：如果只有两个位置被占时，则称做二八面体型。限于三价阳离子Al3+、Fe3+等。1:1型或Ｔ-Ｏ型：八面体片中的每个八面体，如果是由Me-O2(OH)4组成，说明结构层仅由一个四面体片Ｔ和一个八面体片Ｏ所构成，用1:1型或Ｔ-Ｏ型表示,如高岭石,蛇纹石族等矿物;2:1型或Ｔ-Ｏ-Ｔ型：如果八面体片中的每个八面体是由Me-O4(OH)2组成，在每个八面体的上下，均有一个指向相反的四面体与之相连，构成2:1型或Ｔ-Ｏ-Ｔ型结构层，如云母族和蒙脱石－皂石族矿物。层间域：结构单元在垂直网片方向周期性地重复叠置均成矿物的空间格架，而在结构单元层之间存在着空隙称层间域。如果结构单元层内部电荷已达平衡，则在层间域中无其他阳离子存在，也很少吸附水分子或有机分子，如高岭石、叶腊石等矿物的结构；如果结构单元层内部电荷未达平衡，即尚存在一定的层电荷，如Na,K,Ca等充填，还可以吸附一定量的水分子或有机分子，如云母、蒙脱石等矿物的结构，层间域中不同离子的存在或分子吸附，将影响晶配参数和矿物的物理性质。粘土矿物：粒级达粘土级（<2μm）的层状含水铝硅酸盐矿物。性质：1、膨润性——粘土矿物因吸水而体积膨大的性质2、吸附性及吸附离子的可交换性3、粘土矿物的可塑性4、粘土矿物的催化性蛇纹石Mg6[Si4O10](OH)2(Serpentine)化学组成:Mg6[Si4O10](OH)2结构特点:单斜晶系。属于1:1型的三八面体型结构。晶体形态:单晶体极为罕见。叶片状、鳞片状，通常致密块状。纤维状者称蛇纹石石棉（温石棉）。物理性质:一般呈各种色调的绿色，并常青、绿斑驳如蛇皮；油脂或腊状光泽，纤维状丝绢光泽，硬度2.5～3.5；{001}解理完全。比重2.55左右。鉴定特征:根据其颜色、光泽、较小的硬度。工业用途：保温、隔热材料，玉石原料。高岭石Al4[Si4O10](OH)4(Kaolinite)化学组成:Al4[Si4O10](OH)4结构特点:三斜晶系。1:1二八面体型，有三分之一的八面体晶位是空缺的，地开石(dickite)和珍珠陶土(nacrite)，是高岭石的两个多型。前者为2M1多型，后者为2Ｍ２多型。晶体形态:单晶体呈菱形片状和六方片状，很罕见。多为隐晶质致密块状或土状集合体。物理性质:纯者白色，因含杂质可染成深浅不同的色调。土状或腊状光泽，硬度2-3.5。比重2.61-2.68；可吸水具可塑性，但不膨胀。鉴定特征:根据其呈土状、硬度低、具可塑性等易于鉴别。工业用途：橡胶，造纸填料、电缆填料，陶瓷原料。蒙脱石(Na,Ca)0.33(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2·nH2O(Montmorillonite)化学组成:(Na,Ca)0.33(Al,Mg,Fe)2[(Si,Al)4O10](OH)2·nH2O。结构特点:单斜晶系，C0值的变化很大，如果有层间水存在的话，C0值立即增大。晶体形态:常呈土状或块状集合体。物理性质:白色或灰白色，因含杂质而染有黄、浅玫瑰红、蓝或绿等色；土状者光泽暗淡。硬度１-2。比重2-3。蒙脱石的阳离子交换能力很强，有强烈的吸附性；还有遇水强烈膨胀性。鉴定特征:加水膨胀性。工业用途：太多啦！蛭石[(Mg,Ca)0.3-4.5(H2O)n](Mg,Fe3+,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2(Vermiculite)化学组成:[(Mg,Ca)0.3-4.5(H2O)n](Mg,Fe3+,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2结构特点:单斜晶系。2:1型三八面体结构,有时有二八面体型存在。晶体形态:有粗细两种。粗者多由黑云母等转化而来，保有云母本身的片状或鳞片状形态；细者呈土状与其它粘土矿物混在一块，极难区分。物理性质:褐黄色至褐色，有时带有绿色色调；珍珠光泽，但较黑云母弱；硬度1～1.5，{001}解理完全；薄片挠性大；比重2.3。最特征的性质是加热膨胀性。急速加热时，由于层间水分子的气化所形成的蒸气压，可以使蛭石沿C轴方向发生层裂，形成蛭虫状具有极高的绝热性和很好的隔音性能。鉴定特征:结晶粗大者，似云母，但无弹性，焙烧膨胀。工业用途：保温、隔音材料，吸附剂。滑石Mg3[Si4O10](OH)2(Talc)化学组成:Mg3[Si4O10](OH)2结构特点:单斜晶系。2:1型三八面体结构。晶体形态:通常致密块状、片状或鳞片状集合体。物理性质:无色透明或白色，带杂质可呈浅黄、粉红、浅绿、浅褐等色。硬度1，{001}解理极完全，比重2.58-2.83,有滑感，解理薄片具挠性，能耐火。鉴定特征:低硬度，有滑感，较浅的颜色以及鳞片状。工业用途：造纸、染料、陶瓷、橡胶、制药，精细化工、铸造等。叶腊石Al2[Si4O10](OH)2(Pyrophyllite)化学组成:Al2[Si4O10](OH)2结构特点:有两种多型，一为三斜晶系;另一是单斜晶系。结构与滑石相似，但属2:1二八面体型。晶体形态:单晶体很罕见。常呈叶片状、鳞片状或隐晶质致密块体，有时呈放射状片状集合体。依产地不同，又称为寿山石（田黄）、青田石（鸡血石）等物理性质:纯者白色，带杂质者有浅绿、浅黄或淡灰色，加热发生退热现象，变为雪白色。玻璃光泽，块状油脂光泽，隐晶质贝壳状端口；叶片柔软，无弹性。硬度1-2，{001}解理完全，具滑腻感。比重2.65-2.90。鉴定特征:以硬度低、颜色浅、有滑感为特征。工业用途：精细陶瓷原料、玉石材料等。云母（Mica)族矿物化学组成:化学式可用XY2-3[Z4O10](OH,F)2通式表示，式中X主要是K+，次为Na+，也可有少量的Ca2+、Ba2+、Rb+、Cs+、H3O+等;Y主要Mg、Al和Fe，也可以有Mn、Li、Cr、Ti等离子。结构特点:2:1型,视Y离子是二价或三价,分为三八面体和二八面体型。对称较低。典型矿物种:金云母Phlogopite：KMg3[Si3AlO10](OH,F)2黑云母Biotite：K(Mg,Fe)3[Si3AlO10](OH,F)2羟铁云母Annite：KFe3[Si3AlO10](OH,F)2 三者构成类质同象系列。白云母Muscovite：KAl2[Si3AlO10](OH,F)2晶体形态：单晶体呈假六方柱状、板状、片状,横切面呈六边形或菱形；集合体呈鳞片状或叶片状。物理性质:金云母呈无色、浅棕色、红棕色、浅绿色，偶有深褐色；黑云母和羟铁云母因含Fe高，呈红棕色、深褐色至黑色；白云母无色透明，含杂质者呈淡黄、浅绿、浅红等色。玻璃光泽，解理面珍珠光泽。{001}解理极完全，硬度2～3。薄片具有显著的弹性。云母的绝缘性，随着含Fe量的增加而迅速降低，白云母绝缘性最好，而黑云母和羟铁云母最差。鉴定特征：极易根据其片状形态、极完全解理和弹性加以区别。云母之间主要以颜色相区分。工业用途：涂料、绝缘材料等。绿泥石(Mg,Al,Fe)6[(Si,Al)4O10](OH)8(Chlorite)化学组成:(Mg,Al,Fe)6[(Si,Al)4O10](OH)8,通式中前半部分相当于滑石层，后半部分相当于水镁石层，二者相间排列，即构成绿泥石结构，故为2:1:1型。结构特点:多型现象复杂。最稳定最常见的多型属单斜晶系。c0sinβ相当于一层滑石层和一层水镁石层的高度之和，此值约为14.2Ǻ。如果由n个这样的重复结构层形成的多型，则其c0sinβ当相当于n×14.2A，a0和b0却无多大变化。晶体形态：单晶体呈假六方片状。集合体呈土状、鳞片状或球粒状。物理性质：绿色，单带有黑、棕、橙黄、紫、蓝等不同色调，含Fe越高，颜色越深。玻璃光泽或土状光泽，但解理面上可现珍珠光泽。比重2.6-3.3，硬度2-3。{001}解理完全，薄片柔软，无弹性。鉴定特征：片状形态、浅绿至深绿色、较低的硬度和{001}完全解理。架状结构硅酸盐概述每个硅氧四面体的所有四个角顶，均与毗邻的硅氧四面体共顶。当结构中有Al3+置换Si4+时，会出现多余的负电荷。负电荷的出现，必须要有阳离子来进行中和，最常见的阳离子是K+、Na+、Ca2+、Ba2+、Gs+、Rb+、NH4+等。架状结构硅酸盐矿物中，因受铝氧四面体不相容原理（一个结构中两个铝氧四面体不能相互共顶）的制约，Si被Al置换的量是有限的，难以超过总数的一半，通常为1/4或1/3。架状结构中，四面体的连接力很强，所以硬度较高，不含水者大多大于5，含水者较低。由于结构中空隙多，所以比重较低，一般<3。均为透明矿物，且为浅色，多呈玻璃光泽，个别矿物解理发育。形态上，如果四面体间的联结力无明显方向性时，为三向等长的习性，解理也差；如果在一个方向或二个方向上的联结力较弱，则呈现片状、板状或柱状、针状形态，相应地也会发育一组或二组较好的解理。长石族feldspar化学组成:主要组份有:钾长石 K[AlSi3O8] Or钠长石 Na[AlSi3O8] Ab钙长石 Ca[Al2Si2O8] An钡长石 Ba[Al2Si2O8] Cn 在高温条件下，Or和Ab可以形成完全类质同象系列，但在低温条件下则只形成有限的类质同象。钾长石与钠长石的类质同象，称为碱性长石。碱性长石里一般含An不超过5-10%。Ab与An则能形成连续类质同象，构成斜长石系列。Or和Ab的类质同象混晶统称为碱性长石（An含量不超过5-10%）Ab和An形成类质同象系列，构成斜长石（Or<5-10%），按Ab分子和An分子含量比的不同而划分为6个矿物种：钠长石An0-10Ab90-100奥长石An10-30Ab70-90中长石An30-50Ab50-70拉长石An50-70Ab30-50培长石An70-90Ab10-30钙长石An90-100An0-10结构特点:长石的结构中的四个面体[TO4]（T代表Si或Al）相互共顶，形成一个四联环。四联环与四联环又相互共用角顶，连接成曲轴状的链，平行于a轴伸展，链与链之间，又以桥氧相接，形成整个三维的骨架。主要矿物种:透长石Sanidine正长石Orthoclase K[AlSi3O8]微斜长石Microcline斜长石plagioclase（钠长石－奥长石－中长石－拉长石－培长石－钙长石)钡长石 Ba[Al2Si2O8]正长石(Orthoclase)化学组成:KAlSi3O8结构特点：单斜晶系，正长石是钾长石的亚稳相变体，钾长石和钠长石不完全类质同象系列。形态和物理性质：短柱状或厚板状晶体，常见卡斯巴双晶、巴温诺双晶和曼尼巴双晶，集合体为致密块状。肉红或浅黄、浅黄白色，玻璃光泽，解理面珍珠光泽，半透明。两组解理（一组完全、一组中等）相交成90°。摩氏硬度6，比重2.56-2.58。900℃以上生成的无色透明者称透长石(Sanidine)。微斜长石(Microcline)化学组成:KAlSi3O8结构特点：三斜晶系，是正长石的低温相。常含20-30%的Ab。含Rb较高，呈绿色者被称为天河石。如出现Ab出溶而形成片晶，可称为条纹长石或反条纹长石。形态和物理性质：与正长石相似。成因产状：广泛分布于各类岩石中，在伟晶岩中可与石英组成规则连生体，形成文象结构。斜长石(Plagioclase)化学组成:斜长石属于NaAlSi3O8（Ab）－CaAl2Si2O8（An）类质同象系列的长石矿物的总称，共分为6个矿物种：钠长石、奥长石、中长石、拉长石、倍长石和钙长石。结构特点：晶体属三斜晶系的架状结构硅酸盐矿物。形态和物理性质：多为柱状或板状，常见聚片双晶，在晶面或解理面上可见细而平行的双晶纹。白至灰白色，有些呈微浅蓝或浅绿色，玻璃光泽，半透明。两组解理（完全、中等）相交成86°24′，故得名斜长石。摩氏硬度6-6.5，比重2.6-2.76。产状：斜长石广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积碎屑岩中。用途：是陶瓷业和玻璃业的主要原料，色泽美丽者可作宝玉石材料，如日光石。似长石矿物（feldspathoids)组份类似长石,但Si:Al比值不是碱性长石中的3:1,而是低于该比值的无水架状结构硅酸盐矿物。均属于碱性矿物，产于罕见的碱性、超碱性岩中，如霞石,白榴石等。霞石Na3K[AlSiO4]4(Nepheline)化学组成:Na3K[AlSiO4]4结构特点:六方晶系。结构类似β2-鳞石英,可视为其半数Si被Al替代,便形成霞石的结构,由碱金属离子K、Na来平衡电价。晶体形态:单晶体呈柱状-板状习性。物理性质:灰白-灰色，玻璃光泽,比重2.56-2.66,硬度5.5-6。鉴定特征:往往具有油脂光泽，无完好解理，可以与长石相区别；时常含某些染色的斑点，较易风化，可以与石英相区分。工业用途：玻璃原料等。 白榴石K[AlSi2O6](Leucite)化学组成:K[AlSi2O6],部分K可以被Na或Ca所置换。结构特点:四方晶系。晶体结构中含有由硅氧四面体与铝氧四面体组成的四联环和六联环，它们彼此相联。晶体形态:高温β相常结晶成四角三八面体{211}，偶而还可与立方体或菱形十二面体相聚而成聚形。物理性质:白色或无色，有时带淡黄色、肉红色或灰色；玻璃光泽或光泽暗淡。硬度5.5-6；{110}解理极不完全。比重2.47-2.50。鉴定特征:白榴石色浅，经常呈完好的四角三八面体晶形，产于碱性火山岩中。沸石族矿物Zeolite 沸石族矿物受热时，有沸腾现象，因而得名。化学通式为：MxDy[Alx+2Sin-(x+2y)O2n]·mH2O，式中M代表Na+、K+等一价阳离子；D代表Mg2+、Ca2+、Sr2+、Ba2+等二价阳离子。式中有部分的Al可被Fe3+所置换。沸石结构中有许多管道和空腔，水分子则位于此处。化学式中的水分子数m，一般是n/2<m<n。m的高低反映了结构中空隙体积与整个结构体积间的关系。沸石水的性质在某种程度上类似于层状结构硅酸盐矿物中的层间水，可以因外界环境的改变而改变，既可得，也可失，得或失对整个结构影响不大。沸石的结构是由硅氧四面体和铝氧四面体组成的骨架，这种骨架类型很多，已知者共23种。可以按照所谓的二次结构单位SBU而划分成若干不同类型。所谓SBU(secondarybuildingunit)是由沸石结构中的四面体骨架，经过简化演变而成。如果将各个相互连接的四面体中心彼此连接起来，所连成的最简单图案，便构成了SBU。据研究整个沸石族矿物包括人造沸石在内，二次结构单位只有8种，分别被命名为：1.简单四联环，简记为S4R2.简单六联环，简记为S6R3.简单八联环，简记为S8R4.双层四联环，简记为D4R5.双层六联环，简记为D6R6.复合的五四面体构型，称做复合4-1，简记为4-17.复合5-1，T8O16单位，简记为5-18.复合4-4-1，T10O20单位，简记为4-4-1其中6、7、8三种符号4-1、5-1、4-4-1表示二次结构单位，T5O10、T8O16和T10O20是其结构的构型。二次结构单位在结构中组成了一些多面体，这些多面体围成的空腔，称为笼(cage)。除了笼这一种空腔以外，沸石结构里还有许多一定的孔径管道存在脱水后的沸石，其结构好象是疏松多孔的海绵体，具有很强的吸附性，除了能吸附水分子外，还能吸附一些有机分子或其它物质，所以可用作清洁剂以去除某些混入物。沸石多为无色或白色，因含杂质而染成其它颜色。或因阳离子交换后，有色素离子的进入而染色。有的沸石有发光性。比重轻，一般在1.9-2.3间，个别含Ba、Zn等元素的沸石，比重较大。已知天然沸石大约有36种，人造沸石已经超过100种。主要种属有:方沸石(analcime)、斜发沸石(clinoptilolite)、片沸石(heulandite)、浊沸石(laumontite)和钙交沸石(phillipsite)等五种;其次为菱沸石(chabasite)、毛沸石(erionite)、丝光沸石(mordenite)、钠沸石(natrolite)、斜钙沸石(wairkite)等。

其他含氧盐类矿物碳酸盐矿物概述 碳酸盐是金属阳离子与碳酸根[CO3]2-相化合而成的盐类。已知碳酸矿物的种数100余种。它们构成地壳总重量的1.7%左右。主要的阳离子是Ca2+和Mg2+，其次是Fe2+、Mn2+以及Zn2+、Pb2+、TR3+等。阴离子部分除[CO3]2-外，有时还有附加阴离子(OH)-、F-、Cl-等等，以(OH)-为主。此外，一些碳酸盐矿物中还存在结晶水。晶体结构中存在的[CO3]2-络阴离子较一般的阴离子为大，它与Ca2+、Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ba2+、Sr2+、Pb2+、Zn2+等结合成稳定的无水化合物；对于Cu2+等,可形成以(OH)-附加阴离子为主的碳酸盐，如孔雀石Cu2[CO3](OH)2；对于三价金属阳离子，主要是TR3+，往往形成含附加阴离子F-的无水碳酸盐，如氟碳铈矿(Ce,La)[CO3]F。碳酸盐矿物中常出现复盐，如白云石CaMg[CO3]2，其阳离子有固定的比例，在结构中呈有序分布，与无序的含镁方解石比较，对称性相应降低。碳酸盐矿物中，多数结晶成单斜晶系或斜方晶系；其次为三方晶系和六方晶系。物理性质上，硬度不大，一般3左右，非金属光泽，大多数为无色或白色，含Cu者呈鲜绿色，含Mn者呈玫瑰红色，含REE或Fe者呈褐色，含Co者呈淡红色，含U者呈黄色。该类矿物在盐酸中有不同程度的溶解度，某些碱金属的碳酸盐矿物可以溶于水。碳酸盐矿物主要有内生和外生成因，可广泛出现在外生成因下。方解石Ca[CO3](Calcite)化学组成:Ca[CO3]。常含锰和铁等。结构特点:三方晶系；晶体结构和变形的NaCl型结构极为相似，即将NaCl型结构沿三次对称轴方向压扁后，即可变为方解石型结构。其中阴离子为C-3O三角形。晶体形态:常见的单形有：{10-10}六方柱，{0001}底面，{01-12}和{02-21}等菱面体，以及{21-31}复三方偏三角面体等。依（01-12）为双晶面的聚片双晶或接触双晶极为常见，依（0001）为双晶面的接触双晶也较普遍。形态：可出现各类形态的集合体，如片状的称为层解石，纤维状的为纤维方解石，粒状的大理石，白色粒状的汉白玉，多孔状的石灰华，土状的白垩，钟乳状的石钟乳等等。物理性质:纯净的方解石无色透明，称冰洲石(icelandspar).无色或白色，含杂质可被染成黄色或褐色；玻璃光泽。硬度3,解理平行{1011}完全。鉴定特征:菱面体完全解理，硬度3，与冷稀HCl相遇剧烈起泡。工业用途：涂料、化工、冶金，建材材料，工业填料等。文石(霰石)Ca[CO3](Aragonite)化学组成:Ca[CO3]结构特点:斜方晶系，Ca2+近似成六方紧密堆积(在方解石中Ca2+近似成立方紧密堆积)；每个Ca2+与其相接触的氧离子不是六个(在方解石中Ca2+与其相邻的氧离子是六个)，而是九个。晶体形态:单晶体常呈柱状或尖锥状；以(110)为双晶面的接触又晶常见。物理性质:无色或白色；玻璃光泽，断口油脂光泽。硬度3.5-4；解理平行{010}不完全；比重2.94。遇冷稀HCl即剧烈发生气泡。鉴定特征:和方解石很象，但解理不同。白云石CaMg[CO3]2(Dolomite)化学组成:CaMg[CO3]2。常含铁和锰，偶含钴、锌等。结构特点:三方晶系。结构中的Ca和Mg在位置上的分布和含镁方解石结构中Ca和Mg在位置上的分布是不同的。前者的Ca和Mg沿c轴方向交替分布，而含镁方解石中的Ca和Mg在位置上是可以任意置换的。因此从结构看，含镁方解石是无序的，而白云石是有序的。晶体形态:单晶体常呈{10-11}菱面体。晶面常弯曲或马鞍形。有时呈柱状或反状。双晶常见者有以(0001)、(10-10)、(11-20)为双晶面的聚片双晶。物理性质:无色或白色；玻璃光泽，硬度3.5-4；性脆；解理平行{10-11}完全；解理面常弯曲。比重2.86。鉴定特征:白云石可以借其马鞍形的晶体外形，遇冷稀HCl反应微弱而与方解石及菱镁矿区别。孔雀石Cu2[CO3](OH)2(Malachite)化学组成:Cu2[CO3](OH)2。含微量机械混入物。结构特点:单斜晶系。晶体结构中Cu2+为六个O2-和(OH)-所包围，形成八面体配位。八面体共用棱相连接，组成一条平行于c轴的双链结构。C4+在三个O2-之间组成[CO3]2-并连接各链。晶体形态:单晶体呈柱状或针状，但极少见。双晶以(100)为双晶面成接触双晶。物理性质:深绿至鲜绿色；条痕淡绿色；玻璃光泽，纤维状集合体呈丝绢光泽，土状者光泽暗淡。硬度3.5-4；解理平行{201}完全，平行{010}中等。比重3.9-4.0。鉴定特征:以其绿色、条痕淡绿色和肾状、葡萄状等为鉴定特征。蓝铜矿Cu3[CO3]2(OH)2(Azurite)化学组成:Cu3[CO3]2(OH)2。结构特点:单斜晶系。晶体形态:单晶体为柱状或厚板状，通常多呈粒状、钟乳状、皮壳状或土状集合体。物理性质:深蓝色，条痕为天蓝色玻璃光泽，土状块体为浅蓝色。贝壳状断口。硬度3.5-4，比重3.7-3.9。常与孔雀石共生。鉴定特征:以其深蓝色、条痕淡蓝色和与孔雀石共生为特征。硫酸盐矿物概述它以最高的价态S6+与四个O2-结合成硫酸根[SO4]2-，再与金属阳离子形成硫酸盐。已知的硫酸盐矿物种数有185种。占地壳总重量的0.1%。化学成分：金属阳离子最主要的是Ca2+、Mg2+、K+、Na+、Ba2+、Sr2+、Pb2+、Fe3+、Al3+和Cu2+。阴离子部分除[SO4]2-外，有时还有附加阴离子(OH)-、F-、Cl-、O2-以及(CO3)2-等，其中以(OH)-为最主要。此外，许多硫酸盐矿物中存在结晶水。晶体化学特征：[SO4]2-络阴离子较一般的阴离子为大，它与大离半径的二价阳离子Ba2+、Sr2+、Pb2+结合成稳定的无水化合物，如重晶石Ba[SO4]；而离子半径较小的二价阳离子，如Mg2+、Cu2+等，则往往以组成水合离子的方式形成含水硫酸盐，如泻利盐Mg[SO4]·7H2O。物理性质：硬度低，一般在2～3.5之间，比重在2～4左右，含Ba和Pb者可达6～7。颜色一般无色或白色，含Fe者呈黄褐色或蓝绿色，含Cu者呈蓝绿色，含Mn或Co者呈红色。成因：形成于氧浓度大和温度低的条件下，因此地壳浅部和地表最适宜，包括内生和外生，又以外生更加重要。重晶石Ba[SO4](Barite)化学组成:Ba[SO4]。常含Sr和Ca。结构特点:斜方晶系。Ba2+处于七个[SO4]2-之间，而为它们当中的十二个O2-所包围，故其配位数为12。而O2-则与一个S6+和三个Ba2+接触，故其配位数为4。晶体形态:常以良好的单晶体出现