晶体化学式计算

关于晶体化学式计算第1页，课件共49页，创作于2023年2月一、几个基本问题二、矿物化学式的计算方法三、矿物端员组分计算四、矿物晶体化学式在研究中的应用第2页，课件共49页，创作于2023年2月1.化学通式与晶体化学式

2.矿物中的水3.定比原理4.矿物化学式的书写

一、几个基本问题第3页，课件共49页，创作于2023年2月1.化学通式与晶体化学式化学通式(chemicalformula)是指简单意义上的、用以表达矿物化学成分的分子式，又可简单地称为矿物化学式、矿物分子式。钾长石的化学通式为：KAlSi3O8或K2OAl2O36SiO2

第4页，课件共49页，创作于2023年2月晶体化学式(crystal-chemicalformula)：能够反映矿物中各元素结构位置的化学分子式，即能反映矿物的晶体化学特征镁橄榄石Mg2SiO4Olivine(100)viewblue=M1yellow=M2第5页，课件共49页，创作于2023年2月镁橄榄石Mg2[SiO4]：2个八面体位置＋1个四面体位置Fe2+可以任一比例占据八面体位置，形成介于镁橄榄石和铁橄榄石之间的橄榄石成分如果具体比例不确定，则晶体化学式：(Mg,Fe)2[SiO4]若确定，则晶体化学式：(Mg1.5,Fe0.5)[SiO4]Ca可以占据一个八面体位置(M2)，形成钙镁橄榄石Monticellite(CaMg)[SiO4]莱河矿laihunite(Fe2+Fe3+2)[SiO4]2

第6页，课件共49页，创作于2023年2月晶体化学式为：K[AlSi3O8]Al、Si占据四面体位置钾长石黑云母钠长石Na[AlSi3O8]

钙长石Ca[Al2Si2O8]第7页，课件共49页，创作于2023年2月晶体化学式为：K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2黑云母为三八面体层状硅酸盐矿物黑云母Muscovite白云母二八面体层状硅酸盐矿物KAl2[Si3AlO10](OH)2第8页，课件共49页，创作于2023年2月

具Al2SiO5化学式的三种同质多像矿物：红柱石、蓝晶石和夕线石具有不同的晶体化学式：红柱石：AlVAlVIOSiO4

蓝晶石：Al2VIOSiO4

矽线石：AlVISiAlIVO5第9页，课件共49页，创作于2023年2月金红石的Z=2，其晶体化学式应为：Ti2O4锐钛矿的Z=4，其晶体化学式为：Ti4O8板钛矿的Z=8，其晶体化学式为：Ti8O16Z值：单位晶胞分子数狭义的晶体化学式是最简化学式的Z倍第10页，课件共49页，创作于2023年2月

结晶水：结晶是成中性水分子参加矿物晶格并占据一定构造位置。常作为配位体围绕某一离子形成络阴离子。结晶水写入矿物分子式。石膏：CaSO42H2O

吸附水：吸附水以机械吸附方式呈中性水分子状态存在于矿物表面或其内部。吸附水不参加矿物晶格，吸附水不写入矿物分子式。2.矿物中的水第11页，课件共49页，创作于2023年2月绿柱石中常含有一定量的隧道H2O,OH-绿柱石的晶体化学式中通常不写入：微量Be3Al2(Si6O18)第12页，课件共49页，创作于2023年2月

结构水(或称化合水)：常以H2O+表示，结构水呈H+、OH-、H3O+等离子形式参加矿物晶格。占据一定构造位置，具有一定比例。通常以OH-最常见。结构水写入矿物分子式。普通角闪石(hornblende) (CaNa)2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH,F,Cl)2Zonedhornblende第13页，课件共49页，创作于2023年2月定比是指组成矿物化学成分中的原子、离子、分子之间的重量百分比是整数比，即恒定值。

磁铁矿含FeO=31.25%，Fe2O3=68.75%（其分子量分别为：71.85和159.70），其分子比为

FeO:Fe2O3=(31.25/71.85):68.75/159.70)=1.01:1

根据定比原理，磁铁矿的化学式可写为

FeOFe2O3或Fe3O4。

3.定比原理第14页，课件共49页，创作于2023年2月(1)

单质元素的化学式只写元素符号；如石墨：C(2)

金属互化物的化学式按元素的电负性递增顺序从左到右。呈类质同像替代的元素用圆括号包括，按数量多少先后排列。楚碲铋矿：BiTe4.矿物晶体式的书写第15页，课件共49页，创作于2023年2月(3)

离子化合物的化学式的书写顺序为：正离子排左，负离子排右，正离子电价由低到高；附加的负阴离子放在主要的阴离子后面；矿物中的结晶水分子写在化学式的最后。第16页，课件共49页，创作于2023年2月1.原子–分子计算法2.氧原子计算法二、矿物化学式的计算方法第17页，课件共49页，创作于2023年2月

直接把元素的重量百分含量换算成原子或分子比，在计算硫化物、卤素化合物或金属互化物时经常采用这种方法。1.原子－分子计算法第18页，课件共49页，创作于2023年2月

例1：黄铜矿黄铜矿的矿物化学式：CuFeS2

Al(wt%)A2原子量Cu34.6463.54Fe30.4255.85S34.9132.07Al(wt%)A2原子量A3=A1/A2Cu34.6463.540.545Fe30.4255.850.545S34.9132.071.090Al(wt%)A2原子量A3=A1/A2A4=A3/0.545Cu34.6463.540.5451Fe30.4255.850.5451S34.9132.071.0902第19页，课件共49页，创作于2023年2月例2：钙铁辉石钙铁辉石的近似矿物化学式：CaOFeO2SiO2

Al(wt%)A2分子量CaO22.256.08FeO29.471.80SiO248.460.09Al(wt%)A2分子量A3=A1/A2CaO22.256.080.396FeO29.471.800.409SiO248.460.090.805Al(wt%)A2分子量A3=A1/A2A4=A3/0.396CaO22.256.080.3961FeO29.471.800.4091.03SiO248.460.090.8052.03第20页，课件共49页，创作于2023年2月(1)已知氧原子数的一般计算法(2)含(OH)–矿物化学式的计算法(3)含F、Cl矿物化学式的计算法(4)含水矿物的计算法(5)阳离子总数固定计算法(6)理想化学配比计算法

2.氧原子计算法第21页，课件共49页，创作于2023年2月(1)已知氧原子数的一般计算法

以固定的氧原子数为计算基础(basedonfixedatomsofoxygen)Y=Y’X(Y为单位晶胞中的阳离子数；Y’为阳离子系数；X氧原子系数)

以YnOm为例，

Y’=n氧化物重量百分比/氧化物分子量；

X=已知通式中的氧原子数/(m氧化物重量百分比/氧化物分子量)

第22页，课件共49页，创作于2023年2月尖晶石的晶体化学式(Mg0.751Fe2+0.201)0.952(Al1.782Cr3+0.200)1.982O4AlA2Wt%分子量Al2O357.89101.96Cr2O39.72152FeO12.5671.80MgO19.3240.31Total99.46AlA2A3Wt%分子量A1/A2Al2O357.89101.960.568Cr2O39.721520.064FeO12.5671.800.175MgO19.3240.310.479Total99.46AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2阳离子系数Al2O357.89101.960.5681.136Cr2O39.721520.0640.128FeO12.5671.800.1750.175MgO19.3240.310.4790.479Total99.46AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数Al2O357.89101.960.5681.1361.704Cr2O39.721520.0640.1280.192FeO12.5671.800.1750.1750.175MgO19.3240.310.4790.4790.479Total99.462.55X=4/=1.569AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数阳离子数Al2O357.89101.960.5681.1361.704Al3+1.782Cr2O39.721520.0640.1280.192Cr3+0.200FeO12.5671.800.1750.1750.175Fe2+0.201MgO19.3240.310.4790.4790.479Mg2+0.751Total99.462.55X=4/=1.569尖晶石第23页，课件共49页，创作于2023年2月钠长石的晶体化学式(Na0.967K0.005Ca0.005)0.977(Al1.003Si3.002)4.005O8AlA2A3Wt%分子量A1/A2SiO268.7160.091.143Al2O319.50101.960.191Na2O11.4061.980.184K2O0.1294.200.001CaO0.0956.080.002Total99.82AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2阳离子系数SiO268.7160.091.1431.143Al2O319.50101.960.1910.382Na2O11.4061.980.1840.368K2O0.1294.200.0010.002CaO0.0956.080.0020.002Total99.82AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数SiO268.7160.091.1431.1432.286Al2O319.50101.960.1910.3820.573Na2O11.4061.980.1840.3680.184K2O0.1294.200.0010.0020.001CaO0.0956.080.0020.0020.22Total99.823.046X=8/=2.626AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数阳离子数SiO268.7160.091.1431.1432.286Si4+3.002Al2O319.50101.960.1910.3820.573Al3+1.003Na2O11.4061.980.1840.3680.184Na+0.967K2O0.1294.200.0010.0020.001K+0.005CaO0.0956.080.0020.0020.22Ca2+0.005Total99.823.046X=8/=2.626钠长石第24页，课件共49页，创作于2023年2月(2)含(OH)–矿物化学式的计算法如果矿物结构中含有氢氧根，则根据下列关系式换算：2(OH)–=H2O+O2-亦即每两个氢氧根相当于一个氧化物分子和一个氧原子。第25页，课件共49页，创作于2023年2月AlA2白云母Wt%分子量SiO238.3260.09TiO22.8979.9Al2O315.21101.96Fe2O31.49159.7FeO15.5871.8MnO0.2270.9MgO13.1740.31CaO0.7456.08Na2O0.2061.98K2O8.0194.20H2O+4.0418Total99.82AlA2A3白云母Wt%分子量A1/A2SiO238.3260.090.638TiO22.8979.90.036Al2O315.21101.960.149Fe2O31.49159.70.009FeO15.5871.80.217MnO0.2270.90.003MgO13.1740.310.327CaO0.7456.080.013Na2O0.2061.980.003K2O8.0194.200.085H2O+4.04180.224Total99.82AlA2A3A4白云母Wt%分子量A1/A2阳离子系数SiO238.3260.090.6380.638TiO22.8979.90.0360.036Al2O315.21101.960.1490.258Fe2O31.49159.70.0090.018FeO15.5871.80.2170.217MnO0.2270.90.0030.003MgO13.1740.310.3270.327CaO0.7456.080.0130.013Na2O0.2061.980.0030.006K2O8.0194.200.0850.17H2O+4.04180.2240.448Total99.82AlA2A3A4白云母Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数SiO238.3260.090.6380.6381.276TiO22.8979.90.0360.0360.072Al2O315.21101.960.1490.2580.447Fe2O31.49159.70.0090.0180.027FeO15.5871.80.2170.2170.217MnO0.2270.90.0030.0030.003MgO13.1740.310.3270.3270.327CaO0.7456.080.0130.0130.013Na2O0.2061.980.0030.0060.003K2O8.0194.200.0850.170.085H2O+4.04180.2240.4480.224Total99.822.694X=24/=8.909AlA2A3A4白云母Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数阳离子数SiO238.3260.090.6380.6381.276Si4+5.684TiO22.8979.90.0360.0360.072Ti4+0.321Al2O315.21101.960.1490.2580.447Al3+2.298Fe2O31.49159.70.0090.0180.027Fe3+0.160FeO15.5871.80.2170.2170.217Fe2+1.933MnO0.2270.90.0030.0030.003Mn2+0.027MgO13.1740.310.3270.3270.327Mg2+2.913CaO0.7456.080.0130.0130.013Ca2+0.116Na2O0.2061.980.0030.0060.003Na+0.053K2O8.0194.200.0850.170.085K+1.514H2O+4.04180.2240.4480.224OH-3.991Total99.822.694X=24/=8.909第26页，课件共49页，创作于2023年2月如果矿物组成中含有F、Cl，这些阴离子替代氧使矿物中的总的氧原子数实际过剩偏高。因此，扣除氯的计算公式为：

O=Cl[16/(235.45]=0.23Cl同理，扣除氟的校正系数为：

O=F[16/(219)]=0.42F

(3)已知F、Cl矿物化学式的计算法

第27页，课件共49页，创作于2023年2月AlA2磷灰石Wt%分子量P2O542.00141.94Fe2O30.03159.7MnO0.0170.9MgO0.0240.31CaO55.8856.08F3.7219Total101.66-F=O1.57Total100.09AlA2A3A4磷灰石Wt%分子量A1/A2阳离子系数P2O542.00141.940.2960.592Fe2O30.03159.70.0000.000MnO0.0170.90.0000.000MgO0.0240.310.0000.000CaO55.8856.080.9960.996F3.72190.1960.196Total101.66-F=O1.57Total100.09AlA2A3A4磷灰石Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数阳离子数P2O542.00141.940.2960.5921.48P5+5.945Fe2O30.03159.70.0000.0000.000Fe3+0.000MnO0.0170.90.0000.0000.000Mn2+0.000MgO0.0240.310.0000.0000.000Mg2+0.000CaO55.8856.080.9960.9960.996Ca2+10.01F3.72190.1960.1960.196F1.968Total101.662.672-F=O1.57-0.082Total100.092.589X=26/=10.042第28页，课件共49页，创作于2023年2月AlA2A3A4萤石Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数阳离子数CaO71.9356.081.2831.2831.283Ca2+1.004F48.55192.5552.555F2Total120.48-F=O20.49Total99.99第29页，课件共49页，创作于2023年2月

有些含水矿物，由于无法测得精确的化学成分，或由于测试精度问题，因此在计算晶体化学时不可能以全氧计算。为此，在计算时不是根据矿物通式中的全部氧原子数，而是根据与其他阳离子结合的那部分氧的原子数计算。

(4)含水矿物的计算法

第30页，课件共49页，创作于2023年2月X=4/=2.220

孔雀石：Cu2(CO3)(OH)2

2CuO+CO2AlA2A3A4孔雀石Wt%分子量A1/A2阳离子系数氧原子系数阳离子数CuO71.3179.550.8960.8960.896Cu2+1.989ZnO0.4581.340.0060.0060.006Zn2+0.013CO219.78440.4500.4500.900C4+0.999Total91.541.802第31页，课件共49页，创作于2023年2月

在不能分析所有组分的情况下，还可以采用固定阳离子总数的方法计算矿物化学式，可以固定整个矿物式中的阳离子总数，也可以固定某一结构位置上阳离子总数，但不管如何，其理论基础都必须是阳离子在所涉及的结构位置总数是固定。

(5)阳离子总数固定计算法

第32页，课件共49页，创作于2023年2月B=(Nb+Ta+Ti)；2/(0.144+0.230+0.051)=4.7059

细晶石：(Na,Ca)(Nb,Ta,Ti)2O6(O,F,OH)第33页，课件共49页，创作于2023年2月由于现在矿物的化学成分大都是由电子探针分析得出的，但电子探针分析不是万能的，它也有其明显的缺陷，并不能完全给出矿物的真正成分。电子探针不能分辨元素的价态，例如电子探针不能测定磁铁矿中Fe2+和Fe3+的比值。(b)电子探针除了不能区别元素的价态外，还不能分析超轻元素(即原子序数小于5的元素)，如Li、Be、H。(6)理想化学配比计算法

第34页，课件共49页，创作于2023年2月Ti-Fe氧化物矿物的晶体化学式计算法磁铁矿：Fe2+Fe3+2O4电子探针分析结果如果以Fe2+形式分析，则磁铁矿的分析结果为FeO=31.03+62.07=93.10wt%FeOFe2O3→FeO(*0.9)如果以Fe3+形式分析，则磁铁矿的分析结果为Fe2O3=34.44+68.97=103.41Fe2O3FeO→Fe2O3(*1.11)第35页，课件共49页，创作于2023年2月基于完全化学配比方法，根据电子探针数据计算磁铁矿的晶体化学式方法两个基本假设：电价平衡阳离子总数＝3第36页，课件共49页，创作于2023年2月Ti-Fe氧化物矿物的晶体化学式计算法第37页，课件共49页，创作于2023年2月Ti-Fe氧化物矿物的晶体化学式计算法第38页，课件共49页，创作于2023年2月Ti-Fe氧化物矿物的晶体化学式计算法第39页，课件共49页，创作于2023年2月磷铝锂石,LiAl(PO4)(F,OH)

M’=M/k=0.2306;M’’=M’*14.94=0.2306*14.94=3.45N’=N/k=0.2555;N”=N’*9=0.2555*9=2.30

Fe2+,Mn,Ca,Na占据Li的位置第40页，课件共49页，创作于2023年2月电气石，XY3(Al6)(Si6O18)(BO3)3(OH)3(OH)SiO237.2335.78TiO20.020.05Al2O330.3730.60FeO**4.895.18MgO10.1310.52CaO2.532.45MnO0.000.00ZnO0.000.07Na2O1.351.53K2O0.010.02H2O*3.403.66B2O3*10.7710.64Li2O*0.190.00F0.670.03O=F0.280.01Total101.28100.51Si6.0105.847Ti0.0030.007TAl0.0000.153Y+ZAl5.7785.741YAl0.0000.000Mg2.4362.563Mn0.0000.000Fe**0.6600.708Zn0.0000.008Li*0.1220.000B*3.0003.000Ca0.4370.428Na0.4240.484K0.0020.004□0.1370.084OH*3.6563.986F0.3440.014OH=4-FLi=15–(Si+Al+Mg+Fe+Mn+Zn+Ti)第41页，课件共49页，创作于2023年2月三、矿物端员