第二章第四节矿物的化学组成

第二章第四节矿物的化学组成第1页，共52页，2023年，2月20日，星期三第4节矿物的化学性质

1矿物的化学成分2同质多象3类质同象4胶体矿物的形成和变化5矿物中的水6矿物的化学式第2页，共52页，2023年，2月20日，星期三元素克拉克值

克拉克值（clarke）：各种化学元素在地壳中的平均含量(即元素在地壳中的丰度(abundance))

之百分数。

1矿物的化学成分复习矿物的化学成分是由化学元素按照一定规律互相结合而成。第3页，共52页，2023年，2月20日，星期三

表示：

①

质量百分数（weightpercent）——质量克拉克值

②

原子百分数（atompercent）——原子克拉克值

第4页，共52页，2023年，2月20日，星期三地壳中化学元素的分布特征

1）元素分布的极不均匀性

丰度最大者：O——46.6%

丰度最小者：

Rn——7×10-16%2）地壳的主要化学组成为O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti

等十种。第5页，共52页，2023年，2月20日，星期三

前8种元素丰度最高，占地壳总重量的99%以上，是地壳中各类岩石的

基本成分。含氧盐和氧化物矿物分布最广，其中硅酸盐矿物占矿物总种数

的24%，占地壳总重量的3/4；氧化物矿物占矿物种总数的14%，占地壳总重量的17%。第6页，共52页，2023年，2月20日，星期三3）聚集元素和分散元素

矿物的形成，取决于：

①

元素的丰度；

②

元素的地球化学性质第7页，共52页，2023年，2月20日，星期三

聚集元素(aggregatedelement)：

丰度很低，但趋于集中，形成独立的矿物种，甚至富集成矿床。

如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。第8页，共52页，2023年，2月20日，星期三

分散元素(dispersedelement)：

丰度远比聚集元素为高，但趋于分散，很少能形成独立的矿物种，

而常常作为微量的类质同像混入物

赋存于主要由其他元素所组成的

矿物中。如Rb、Cs、Ga、In、Sc等。第9页，共52页，2023年，2月20日，星期三分为单质和化合物。单质：由同种元素自相结合组成的矿物。自然硫（S），自然金（Au），自然铜（Cu）化合物：由两种或两种以上的化学元素化合而成的矿物。分为：1）简单化合物：由一种阳离子和一种阴离子结合而成的化合物，如石盐（NaCl）、萤石（CaF）；2）络合物：含有络离子的化合物，如正长石（K[AlSi3O8）；方解石（Ca[CO3]）3）复化合物：由两种或两种以上的的阳离子与同一种阴离子或络阴离子所组成的化合物，如白云石（CaMg[CO3]2）。第10页，共52页，2023年，2月20日，星期三矿物的化学成分和晶体结构，是决定矿物一切性质的两个最基本的因素。但可以在一定的小范围内有变异。根据他们的变异是否明显，矿物分成如下几种类型：1）化学组成基本固定的矿物，如：金刚石C、石盐NaCl、黄铜矿CuFeS2、赤铁矿Fe2O3、重晶石Ba[SO4]、白云石CaMg(CO3)2等2）化学组成不固定的矿物。如：橄榄石(Mg，Fe)[SiO4]第11页，共52页，2023年，2月20日，星期三2同质多象相同化学成分在不同物理化学条件下形成不同构造的晶体的现象叫做同质多象（同质异象）金刚石-石墨第12页，共52页，2023年，2月20日，星期三影响因素：温度，压力，介质成分等同质多象分类：

可逆（双向）α-石英β-石英

不可逆（单向）斜方变体文石三方变体方解石研究意义：1）推测矿物形成时的温度2）人造金刚石第13页，共52页，2023年，2月20日，星期三3类质同象定义分类：按照替换程度分为：完全类质同象：铁橄榄石非完全类质同象：闪锌矿按照替换质点的电价是否相等，分为：等价类质同象：镁橄榄石-铁橄榄石系列，闪锌矿-铁闪锌矿系列异价类质同象：钠长石-钙长石系列Ca2+替换Na+，Al3+替换Si4+。总电价相等第14页，共52页，2023年，2月20日，星期三影响类质同象的因素：A内因：1）相互替换的离子或原子半径近似2）相互替换的离子，其电价总合应相等3）相互替换离子的化学键应相似4）晶格能量5）结构单位堆积紧密程度B外因：温度、压力、组分浓度的影响钠长石和钾长石第15页，共52页，2023年，2月20日，星期三类质同象的意义：1）确定矿物化学式2）理解矿物性质变化的原因3）判断晶体的形成条件4）综合利用矿物中的微量元素

第16页，共52页，2023年，2月20日，星期三一、胶体矿物的概念

1．胶体

一种或多种物质的微粒（粒径一般

1～100nm

）分散在另一种物质之中而形成的不均匀的细分散系。前者称

分散相(分散质)，后者称分散媒(分散剂)。4胶体矿物的形成和变化第17页，共52页，2023年，2月20日，星期三注意：1）胶体系两相或多相物质的混合物。2）分散相和分散媒均可是固体、

液体或气体。3）胶体：

①

胶溶体：分散媒远多于分散相

②

胶凝体：分散媒远少于分散相第18页，共52页，2023年，2月20日，星期三

胶体微粒的性质：

①

分散相与分散媒的量比不固定；

②

具极大的比表面积和很高的表面能；

③

表面的电荷未达到饱和，故具极强的吸附性。

（能吸附与其电荷相反的其他离子）第19页，共52页，2023年，2月20日，星期三

2．胶体矿物

由以水为分散媒、以固相为分散相

的水胶凝体而形成的非晶质或超显微的隐晶质矿物。严格地说，它只是含吸附水的准矿物。如蛋白石（SiO2·nH2O）、大多数粘土矿物。

第20页，共52页，2023年，2月20日，星期三

胶体矿物的形成与特点：

①多形成于表生作用中，少数为热液或火山成因。

②主要形成Fe、Mn、Al、Si、P质等矿物。第21页，共52页，2023年，2月20日，星期三③为隐晶质或非晶质体，故呈现鲕状、

肾状、钟乳状和葡萄状等特殊形态。

④由于形成时胶体的吸附作用，故成分变化大。⑤胶体矿物的化学成分具有不固定性和复杂性。第22页，共52页，2023年，2月20日，星期三二、胶体的老化

胶体矿物不稳定，具有吸附其他物质

和自发地转变为结晶质的趋势。

胶体的老化：胶体矿物形成后，随着

时间的推移或热力学因素的改变，胶粒会自发地凝聚，进一步发生脱水作用，颗粒逐渐增大而成为隐晶质，最终可转变为显晶质矿物。第23页，共52页，2023年，2月20日，星期三5矿物中的水许多矿物的化学组成中都含有水。但是，水的存在方式不一样。按存在方式分为：吸附水和构造水构造水又有四种类型：

结晶水：

沸石水：

层间水：

结构水：以（OH）—，H+（H3O）+第24页，共52页，2023年，2月20日，星期三

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）第25页，共52页，2023年，2月20日，星期三

1．吸附水

被机械地吸附于矿物颗粒的表面和裂隙中，或渗入矿物集合体中的

中性水分子(H2O)。它不参加晶格，

不属于矿物的化学组成。第26页，共52页，2023年，2月20日，星期三2．结晶水

以H2O的形成存在于矿物晶格中

一定位置上的水，是矿物固有组分之一，水含量一定，其数目与其他

组分的含量成简单的比例关系。第27页，共52页，2023年，2月20日，星期三

注意：1）结晶水出现于大半径络阴离子的含氧盐矿物中。2）结晶水的作用：通过以一定的

配位形式环绕小半径的阳离子形成水化阳离子，以增大阳离子的体积而

不改变其电价，从而与大的络阴离子组成稳定的化合物，如石膏：Ca[SO4]·2H2O。第28页，共52页，2023年，2月20日，星期三3．结构水（化合水）以(OH)－、H+或(H3O)+离子形式存在于矿物晶格中一定位置上、并有确定的含量比的“水”。第29页，共52页，2023年，2月20日，星期三

注意：1）尤以(OH)－最常见，主要存在于

氢氧化物和层状硅酸盐等矿物中。如：水镁石Mg(OH)2，高岭石Al4[Si4O10](OH)8，

天然碱

Na3H[CO3]2·2H2O，

水云母

(K,H3O)Al2[AlSi3O10](OH)2等。第30页，共52页，2023年，2月20日，星期三4．层间水存在于某些层状结构硅酸盐如粘土矿物）晶格中结构层之间的H2O，其主要与层间阳离子结合成水合离子。第31页，共52页，2023年，2月20日，星期三结构层表面存在过剩的负电荷，可吸附其他金属阳离子，后者再

吸附H2O，从而在相邻结构层之间形成水分子层，即层间水。其含量

随所吸附的阳离子的种类、环境的

温度和湿度而异，可在相当大的范围内变化，并可有确定的上限值。如多水高岭石Al4[Si4O10](OH)8·4H2O等第32页，共52页，2023年，2月20日，星期三如蒙脱石蒙脱石

(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2[(Si,Al)4O10](OH)2·nH2O具明显的吸水膨胀的特性；

而蛭石蛭石(Mg,Ca)0.5(Mg,Fe+,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2·4H2O

则表示出显著的热膨胀性。第33页，共52页，2023年，2月20日，星期三

5．沸石水主要存在于沸石族矿物晶格中宽大的空腔和通道中的H2O，与其中的阳离子结合成水合离子。第34页，共52页，2023年，2月20日，星期三丝光沸石结构照相沸石结构中大孔洞中的沸石水

第35页，共52页，2023年，2月20日，星期三一、矿物的化学式1．概念

矿物的化学式：以组成矿物的

化学元素符号按一定原则表示矿物的

化学成分。是以单矿物的化学全分析

所得的相对质量百分含量为基础而计算出来的。6矿物的化学式及其计算第36页，共52页，2023年，2月20日，星期三2．表示方法1）实验式：仅表示矿物中各组分的种类及其数量比。如白云母

H2KAl3Si3O12

或

K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O第37页，共52页，2023年，2月20日，星期三2）结构式：即晶体化学式。既能表明矿物中各组分的种类及其数量比，又能反映出它们在晶格中的相互关系

及其存在形式。如白云母

KAl2[(Si3Al)O10](OH)2

第38页，共52页，2023年，2月20日，星期三矿物晶体结构式的书写原则：

①

基本原则是阳离子在前，阴离子或络阴离子在后。络阴离子需用方括号括起来。如石英SiO2，方解石Ca[CO3]。

②对复化合物，阳离子按碱性

由强→弱、价态从低→高排列。如

白云石CaMg[CO3]2，磁铁矿

FeFe2O4

（即Fe2+Fe3+2O4）第39页，共52页，2023年，2月20日，星期三

③

附加阴离子通常写在阴离子或络阴离子之后，如

氟磷灰石Ca5[PO4]3F

，白云母

KAl2[(Si3Al)O10](OH)2第40页，共52页，2023年，2月20日，星期三

④

矿物中的水分子写在化学式的

最末尾，并用圆点将其与其他组分

隔开。若含水量不定，则常用nH2O或aq表示，如石膏

Ca[SO4]·2H2O，

蛋白石

SiO2·nH2O或SiO2·aq

。

第41页，共52页，2023年，2月20日，星期三

⑤

成类质同像替代关系的离子，

用小括号括起来，并按含量由多→少排列，中间用逗号分开。

如

铁闪锌矿

(Zn,Fe)S，

黄玉

Al2[SiO4](F,OH)2

。

第42页，共52页，2023年，2月20日，星期三第1节矿物的概念

第2节矿物的形态

第3节矿物的物理性质

第4节矿物的化学性质

第5节矿物的形成与共生

第6节矿物的分类与鉴定

第43页，共52页，2023年，2月20日，星期三1矿物的形成固体矿物主要由结晶作用和胶体凝聚作用形成,。2矿物的共生：同一时期，同一成因共同出现的矿物。黄铁矿、黄铜矿，褐铁矿、孔雀石、蓝铜矿第44页，共52页，2023年，2月20日，星期三第1节矿物的概念

第2节矿物的形态

第3节矿物的物理性质

第4节矿物的化学性质

第5节矿物的形成与共生

第6节矿物的分类与鉴定

第45页，共52页，2023年，2月20日，星期三第六节矿物的分类与鉴定1矿物的命名2矿物的分类：成因分类法：地球化学分类法形态分类法从利用的观点出发：造矿矿物和造岩矿物目前采用的晶体化学分类法：（下页）第46页，共52页，2023年，2月20日，星期三第一大类自然元素矿物

第二大类硫化物及其类似化合物

第三大类卤素化合物

第四大类氧化物和氢氧化物

第五大类含氧