第二章矿物通论

第二章矿物第一节矿物的通论一、矿物的化学成分矿物是有地质作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化学成分和内部结构、在一定物理化学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物，它们是岩石和矿物的基本组成单位。人造矿物或合成矿物矿物并非固定不变的，都有一定的物理化学条件一、矿物的化学成分矿物是自然界的天然产物，化学元素是形成矿物的物质基础。地壳中化学元素的丰度与矿物的形成、矿物的化学成分有着密切的关系。矿物的形成，除与化学元素的丰度有关外，还取决于元素的地球化学性质。聚集元素（Sb、Bi、Hg、Ag、Au）分散元素（Rb、Cs、Ga、In、Sc）元素的离子类型元素在矿物中的存在形式，取决于元素本身与原子和离子的化学行为，以及所处的地质环境和物理化学条件。通常根据离子的外层电子的构型，将其分为3种类型：惰性气体型离子铜型离子过渡性离子矿物的化学计量性与非化学计量性自然界中，只有少数矿物的化学成分是相当固定的，其化学组成遵守物理化学分配定律——定比定律和倍比定律在各晶格位置上的组分之间遵守定比定律、具严格化合比的矿物称为化学计量矿物。矿物的化学计量性与非化学计量性自然界中许多矿物，特别是某些含变价元素的矿物，因形成过程中常处于不同的氧化还原条件下，其价态会发生变化，由于受化合物电中性的制约，矿物晶体内部必然存在某种晶格缺陷（如空位、填隙离子等点缺陷），致使其化学组成偏离理想化合比，不在遵循定比定律，这些矿物称为非化学计量矿物。矿物的化学组成类型每一种矿物都有一定的化学成分，按其化学组成可将矿物分为两个基本类型：单质矿物化合物 简单化合物 配合物 复化合物类质同像和同质多像类质同像：晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）为它种类似的质点所代替，仅使晶格常数发生不大的变化，而结构形式并不改变，这种现象称为类质同像。完全类质同像系列不完全类质同像系列

在书写类质同像混晶的化学式时，凡相互间成类质同像替代关系的一组元素均写在同一圆括号内，彼此间用逗号隔开，按所含原子比例由高到低的顺序排列，类质同像和同质多像影响类质同像的因素：原子和离子半径：总电价平衡离子类型和化学键温度压力组分浓度固溶体的离溶，指原来成类质同像替代的多种组分发生分解，形成不同组分的多个物相。研究类质同像的意义类质同像和同质多像同质多像：同种化学成分的物质，在不同的物理化学条件（温度、压力、介质）下，形成不同结构的晶体的现象，称为同质多像。同质多像各变体之间，由于物理化学条件的改变，在固态条件下可发生相互转变。同质多像变体间的转变温度在一定压力下是固定的，所以在自然界的矿物中某种变体的存在或某种转化过程可以帮助我们推测该矿物所存在的地质体的形成温度。在化学式属于同一类型的化合物中，化学成分的规律变化而引起晶体结构形式的明显而有规律地变化的现象称为型变现象。是属于类质同像和同质多像的综合。矿物中的水矿物中的水所指的不仅是普通的中性H2O，还包括化合物中的（OH）-、H+、（H3O）+离子。根据水在矿物中的存在形式，分为吸附水、结晶水、结构水三种基本类型，以及性质介于结晶水和吸附水之间的层间水和沸石水。矿物中的水吸附水：指被机械地吸附于矿物颗粒的表面及裂隙中，或渗入矿物集合体中的中性水分子（H2O）。在常压下，当温度增高至100—110℃时，吸附水即全部从矿物中逸出而不破坏晶格。结晶水：指以中性水分子（H2O）的形式存在于矿物晶格中的一定位置上的水，它是矿物化学组成的一部分。分子有确定的数目，其与矿物中其他组分含量常成简单的比例关系。结构水（化合水）：指以OH-、H+、H3O+离子形式存在于矿物晶格中的一定配位位置上、并有确定的含量比的“水”，其中尤以OH-最常见，主要存在于氢氧化物和层状结构硅酸盐等矿物中。矿物中的水层间水：存在于层状结构硅酸盐（如某些黏土矿物）晶格中结构层之间的中性水分子，它们主要与层间阳离子结合成水合离子。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中性水分子，与其中的阳离子结合成水合离子。矿物的化学式矿物的化学成分是以矿物的化学式表示的，即用组成矿物的化学元素符号，按一定原则表示出来，它是以单矿物的化学全分析所得的各组分的相对质量分数为基础而计算出来的。实验式：只表示矿物中各组分的种类及其数量比。如白云母的实验式为K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O或H2KAl3Si3O12。矿物的化学式结构式（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。如白云母的晶体化学式为k{Al2[(Si3Al)O10](OH)2},表明白云母是一种具层状结构的铝硅酸盐矿物，部分Al3+进入四面体空隙替代1/4的Si4+，另有部分Al3+则以六次配位的形式存在于八面体空隙中，K+为补偿由Al3+替代Si4+所引起的层间电荷而进入结构层间，此外白云母的组成中还有结构水。晶体化学式的书写规则（1）基本原则是阳离子在前，阴离子或络阴离子在后。（2）对于复合化合物，阳离子按其碱性由强至弱、价态从低到高的顺序排列。（3）附加阴离子通常写在阴离子或络阴离子之后。（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。当水含量不定时，则常用nH2O或aq表示。（5）互为类质同像替代的离子，用圆括号括起来，并按含量由多到少的顺序排列，中间用逗号分开。 注意，在计算出矿物各元素的离字数之后，书写晶体化学式时，习惯上将其具体数值分别写在各元素符号之右下角，同时成类质同像替代关系的各元素之间无需再加逗号，并在圆括号之右下角列出圆括号内各元素离字数之总和。矿物的形态矿物的形态是指矿物单体、矿物规则连生体及同种矿物集合体的形态。它是矿物化学成分和内部结构的外在反映，同时也受到其形成时的外界环境的制约。晶体晶体：是内部质点（原子、离子或分子）在三维空间周期性地重复排列构成的固体物质。格子构造：质点在三维空间有规律地周期性重复排列，意指用格子形状来表征 所以，晶体也叫具有格子构造的固体。与此相反，不具格子构造的物质为非晶体或非晶态。由非晶态转化为晶态，这一过程称为晶化或脱玻化。空间格子的几个要素：1、结点：又称为格点，是空间格子中的点，它们代表晶体结构中的相当点。2、行列：结点在直线上的排列即构成行列。3、面网：结点在平面上的分布即构成面网。面网上单位面积内结点的密度称为面网密度。任意两相邻的面网间的垂直距离叫面网间距。4、平行六面体。从三维空间看，空间格子可以划出一个最小的重复单位，那就是平行六面体。实际晶体结构中所划分出的这样的相应的单位，称为晶胞。晶体的基本性质1、自限性：指晶体在适当条件下可以自发地形成几何多面体外形的性质。2、均一性3、异向性（各向异性）4、对称性5、最小内能性6、稳定性矿物单体的形态单形是由对称要素联系起来的一组晶面的组合。也就是说，单形是一个晶体上能够由该晶体的所有对称要素操作而使它们相互重复的一组晶面。这样的一组晶面性质是等同的。由32种对称型进行逐一推导，最终导出结晶学上的146种不同的单形，称为结晶单形。这146种结晶单形中，有些具有完全相同的几何形态，但它们属于不同的对称型，即不同的对称型推导出的单形也可以具有相同的几何形态。如果不考虑所属的对称型，只考虑单形的形状，则146种结晶单形可以归纳为47中几何单形。矿物单体的形态聚形：两个或两个以上的单形聚合在一起，这些单形共同圈闭的空间外形形成聚形。单形的相聚不是任意的，要具有相同的对称型。矿物晶体的实际形态 晶面间的夹角不发生变化，这种规律叫做面角守恒定律。晶体的习性矿物晶体在一定的外界条件下，常常趋向于形成某种特定的习见形态，称为该晶体的晶体习性。根据晶体在三维空间的发育程度，晶体习性大致分为3种基本类型：1、一向延长型（如角闪石、绿柱石、金红石）2、二向延长型（云母）3、三向延长型角闪石、绿柱石、金红石云母、绿泥石、重晶石黄铁矿晶面花纹矿物晶体在自然形成的过程中，由于外界条件的影响，使实际晶面上，常具有某些规则的花纹，如晶面纹、蚀像、生长丘等，这些就是晶面花纹。主要包括以下几种：1、晶面条纹2、晶面台阶3、生长丘4、蚀像矿物集合体的形态同种矿物的多个单体聚集在一起的整体称为矿物集合体。根据集合体中矿物颗粒的大小分为三类：1、显晶集合体肉眼或借助于放大镜即能分辨出矿物各单体的集合体称为显晶集合体。显晶集合体的形态常有：柱状、针状、板状、片状、鳞片状、叶片状和粒状等。特殊的还有：纤维状集合体、放射状集合体、晶簇2、隐晶及胶态集合体只有在显微镜的高倍镜下才能分辨矿物单体的集合体称为隐晶集合体，而胶态集合体则即使在显微镜下也不能分辨出单体的界线，其实际上并不存在单体。常见的隐晶及胶态集合体主要有：1、分泌体2、结核3、鲕状及豆状集合体4、钟乳状集合体其他的还有块状集合体、土状集合体、粉末状集合体、被膜状集合体等。矿物的物理性质矿物的物理性质，主要取决于矿物的化学组成和晶体结构。主要有光学性质、力学性质、磁性、电性、发光性、放射性等。1、光学性质矿物的光学性质是指矿物对可见光的反射、折射、吸收等所表现出来的各种性质。1、矿物的颜色颜色是怎么来的？颜色是怎么形成的？根据其成因，通常分为自色、他色和假色3种。矿物的自色又可分为体色和表面色矿物的颜色

他色：是指矿物因含外来带色的杂质、汽液包裹体等所引起的颜色，它与矿物本身的成分、结构无关，不是矿物固有的颜色，无鉴定意义。

假色：由物理光学效应所引起的颜色，是自然光照射在矿物表面或进入到矿物内部所产生的干涉、衍射、散射等而引起的颜色。矿物中常见的假色有：a、锖色b、晕色c、变彩矿物的条痕矿物的条痕是矿物粉末的颜色。通常是指矿物在白色无釉瓷板上擦划所留下的粉末的颜色。矿物的透明度矿物的透明度是指矿物允许可见光透过的程度。1、透明2、半透明3、不透明矿物的光泽矿物的光泽是指矿物表面对可见光的反射能力。矿物反光的强弱主要取决于矿物对光的折射和吸收的程度。1、金属光泽2、半金属光泽3、金刚光泽4、玻璃光泽另外，还有油脂光泽、树脂光泽、沥青光泽、珍珠光泽、丝绢光泽、蜡状光泽、土状光泽等。矿物的发光性自然界有些矿物在外加能量的激发下，往往能明显地发出可见光，这种性质称为矿物的发光性。矿物的力学性质一、解理分级：1、极完全解理2、完全解理3、中等解理4、不完全解理5、极不完全解理二、裂开裂开是指某些矿物晶体在应力作用下，有时可沿着晶格内一定的结晶方向破裂成平面的性质。裂开的平面称为裂开面。三、断口

矿物内部若不存在由晶体结构所控制的弱结合面网，则其受力后将沿热议方向破裂而形成各种不平整的断面，称为断口。断口主要借助于其形状断口，常见的有贝壳状断口、锯齿状断口、参差状断口、平坦状断口、土状断口、纤维状断口等。四、矿物的硬度矿物的硬度是指矿物抵抗外来机械作用（如刻划、压入或研磨等）的能力。滑、石、方、萤、磷、正、石、黄、刚、金五、矿物的密度及相对密度矿物的密度是指矿物单位体积的质量。矿物的相对密度是指纯净的单矿物在空气中的质量与4℃时同体积的水的质量之比。（1）轻的（2）中等的（3）重的六、矿物的其他物理性质矿物的磁性：指矿物在外磁场作用下被磁化所表现出能被外磁场吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。矿物的导电性是指矿物对电流的传导能力。矿物的压电性：指某些电介质的单晶体，当受到定向压力或张力的作用时，能使晶体垂直于应力的两侧表面上分别带有等量的相反电荷性质。矿物的热释电性：指某些电