新大结晶学与矿物学课件02矿物的化学成分

第二章矿物的化学成分一、地壳的化学成分矿物的形成是地壳中各种化学元素迁移、运动、分散、聚集的结果，是地壳中各种地质作用的产物。地壳的化学成分是形成各种矿物的物质前提，是矿物化学成分的基础。因此了解地壳的化学成分是了解矿物的化学成分的基础。1.地壳中化学元素的丰度克拉克值（clarke）：地壳中化学元素的丰度(abundance)是指地壳中化学元素平均含量的质量百分数各种元素在地壳中的丰度相差是很大的，丰度最大的元素（O）和已知丰度最小的元素（Rn）在质量上相差达1017倍。丰度最大者：O——46.6%丰度最小者：

Rn——7×10-16%O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg八种元素的丰度比较大。

地壳中分布最广泛的八种元素元素质量克拉克值（%）

原子克拉克值

（%）体积百分比

（%）O46.6062.5593.77Si27.7221.220.86Al8.136.470.47Fe5.001.920.43Ca3.631.941.03Na2.832.641.32K2.591.421.83Mg2.091.840.29聚集元素(aggregatedelement)：某些元素的丰度虽然很低，但趋于集中，可形成独立的矿物种，并可富集成矿床，称为聚集元素。分散元素(dispersedelement)：另外一些元素的丰度虽然远比上述元素丰度值高，但趋于分散，不易聚集成矿床，甚至很少能形成独立的矿物种，而是通常以类质同像形式出现，称为分散元素。2.地壳中化学元素丰度的矿物学意义地壳中化学元素的丰度反映了地壳的平均化学成分，决定了地壳中各种地质作用过程的总的物质背景。同时地壳中化学元素的丰度在一定程度上影响着元素在成岩成矿作用中的浓度，从而支配着矿物的生成。二、元素的离子类型元素在矿物中的结合，主要取决于元素本身与原子外电子层。根据离子的最外电子层结构，可将离子分为以下三种基本类型1.惰性气体型离子：最外电子层结构与惰性气体原子的最外电子层结构相似，最外电子层具有8个或2个电子，形成的矿物主要为浅色的造岩矿物。2.铜型离子：最外电子层具有18（18+2）个电子，与一价铜离子相似，形成的矿物主要为金属色的造矿矿物。3.过渡型离子：最外电子层具有8到18个电子。形成矿物介于两者之间。三、矿物化学成分的变化矿物化学成分的变化可分为两种类型：一类是由同种元素的原子自相结合组成的单质；另一类是更为普遍的由两种以上不同的化学元素组成的化合物。无论是单质或化合物，其化学成分都不是绝对固定不变的，通常都是在一定的范围内有所变化。引起矿物化学成分变化的原因，对于晶体矿物而言，主要是原始哭的类质同像代替对于胶体矿物而言，则主要是胶体的吸附作用。四、胶体矿物的成分1.胶体矿物的概念胶体

是一种物质的微粒分散在另一种物质之中所形成的不均匀的细分散系。前者称为分散相（或分散质），后者称为分散媒（或分散介质）。固体、液体和气体都可作为分散相或分散媒根据分散系统中分散相与分散媒的量比关系，可将胶体划分为两类：

(1)胶溶体：是指分散相的量远少于分散媒的胶体系统，分散相的质点呈悬浮状态存在于分散媒中。

(2)胶凝体：是指分散相的量远多于分散媒的胶体系统，整个胶体呈凝固状。2.胶体的基本性质胶体最重要的特性是它的微粒（或称胶体质点）具有巨大的表面能及很大的吸附作用。(1)胶体质点带有电荷以胶体质点带有电荷的正负不同，分为正胶体和负胶体两种，在自然界中负胶体比正胶体分布较广泛。(2)胶体对介质中离子的吸附具有选择性胶体选择性的吸附，是指胶粒在不同溶液中仅能吸附一定的与胶粒电荷相反的离子，而对其它物质则不吸附或吸附程度很小。负胶体吸附介质中的阳离子，正胶体吸附附加阴离子。胶体对离子吸附的选择性，还表现在对一些离子吸附的难易程度不同。(3)胶体微粒具有巨大的表面能具有巨大表面能量的胶体矿物，不具有规则的几何多面体形态，通常呈肉冻妆、钟乳状、葡萄状、肾状等形态。3.胶体矿物的形成地壳中的水胶凝体矿物，大部分形成于表生作用中。表生作用中形成的胶体矿物，大体上经历了两个阶段，即形成胶体溶液和胶体溶液的凝聚。如蛋白石（SiO2·nH2O）、大多数粘土矿物。五、矿物中的水水不仅是矿物的重要组成部分，而且在矿物中起重要作用，同时决定矿物的多种特性。根据矿物中水的存在形式以及是否参加矿物晶格，可把水分为两类：一类是不参加晶格，与矿物晶体结构无关的，称为吸附水（与外界条件如温度、湿度有关）；另一类是参加晶格或与矿物晶体结构密切相关的，包括结晶水（以水分子形式存在）、沸石水、和结构水（以OH-、H+、H3O+离子形式存在）。

水在矿物中的作用水的主要类型矿物和矿物集合体中水的种类不参加晶格吸附水（中性的H2O分子）汽态水湿存水液态水（薄膜水毛细管水）胶体水固态水参加晶格

结晶水（中性的H2O分子）结晶水化物的水

沸石水

层间水

结构水（OH-,H+,H3O+离子）丝光沸石结构照相六、矿物的化学式及其计算矿物的化学式是表达矿物化学成分的方式，它对于矿物的分类，区别元素在矿物晶格中的赋存状态，了解成分、结构与形态、物性的关系，甚至推断形成条件等均有一定的意义。实验式表示矿物化学成分中各种组分数量比的化学式如白云母

H2KAl3Si3O12

或K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O晶体化学式”（或称结构式）既能表明矿物中各组分的种类及其数量比，又能反映矿物真空原子结合的情况。如白云母

KAl2[(Si3Al)O10](OH)2

晶体化学式的书写方法如下：1、阳离子写在化学式的开始，在复盐中的阳离子要按碱性的强弱顺序排列。如白云石

CaMg[CO3]2，

磁铁矿FeFe2O4（即Fe2+Fe3+2O4）2、阴离子接着写在阳离子的后面：络阴离子则要用方括号[]括起来。如石英SiO2，方解石Ca[CO3]。3、附加阴离子通常写在主要阴离子的后面（也有写在主要阴离子前面的）。如氟磷灰石Ca5[PO4]3F，白云母KAl2[(Si3Al)O10](OH)24、含水化合物的水分子写在化学式的最后面，并用“·”把它与矿物中的其它组分分开。当含水量不定时，常用nH2O或aq表示。如石膏

Ca[SO4]·2H2O，

蛋白石

SiO2·nH2O或SiO2·aq

。5、互为类质同像代替的离子用圆括号（）括起来，它们中间以逗号“，”分开，含量较多的元素一般写在前面。如

铁闪锌矿

(Zn,Fe)S

，

黄玉

Al2[SiO4](F,OH)2

。000000化学式是根据矿物的化学全分析计算出来的。所分析的矿物样品应有一定纯度。如果分析数据中仍有少量杂质，则在计算中应排除；如果不明确是否有杂质，则在计算时，权作类质同像组分参加计算。矿物的化学全分析的结构一般用元素含量百分比或氧化物含量百分比表示。现举例子说明矿物化学式的计算方法。例：我国所产某黄铁矿（FeS2）的化学式全分析及化学式计算式数据如下表组分质量(﹪)修正后质量(﹪)原子量原子数原子数比率S53.4153.6532.061.67342Fe46.1146.3255.840.82950.8295Co0.0210.02158.930.00040.0005Ni0.0090.00958.710.00020.0002合计99.55100.00将化学全分析结果按合计总量为100﹪进行改算；以修正后的各元素质量百分比除以原子量求得原子数；根据黄铁矿的已知一般化学式FeS2，设S的原子数为2，相应地求出其它元素的原子数比率；根据元素晶体化学性质判断Co、Ni与Fe为类质同像关系，则此黄铁矿的晶体化学式为：（Fe0.9914Co0.0005Ni0.0002）0.9921S2

近年来对于矿物化学成分的研究除化学分析外，电子探针X射线显微分析逐渐得到广泛的应用。七、矿物组分在三角图上的表示方法矿物的化学成分不是固定不变的，随着形成温度、压力、浓度的变化而发生一定程度的变化。矿物学通常用三角图来表示三元系和二元系的成分及其