矿物岩石学56时第三讲

•含氧盐矿物：•金属阳离子与各种含氧酸根络阴离子结合而成的盐类化合物。•本大类矿物种数约占已知矿物总数的2/3，重量超过地壳总重量的4/5。§1概述•一、化学组成•阳离子：•惰性气体型离子最为重要；•其次为部分过渡型离子。•络阴离子：•[SiO4]4-、[SO4]2-、[CO3]2-、[PO4]3-、[WO4]2-、[BO4]3-、[AsO4]3-、[VO4]3-、[MoO4]2-、[NO3]-、[CrO4]2-……•二、晶体化学特点•络阴离子内中心阳离子的半径小、电价高，主要以共价键与O2-牢固相联，是晶体结构中的独立单位；络阴离子主要藉助O2-与外部金属阳离子以离子键结合；层状结构者层间以分子键联系。总体看含氧盐属离子晶格。•三、物理性质•具离子晶格的特性•1．光学性质：•通常为浅色，条痕白色，透明，玻璃光泽；少数为金刚光泽、。•2．其他性质：•1）H变化极大（1～8）：无水的含氧盐特别是硅酸盐(层状硅酸盐除外)矿物一般具较高的硬度和熔点，一般不溶于水；其他矿物硬度较小。•2）比重中等—轻。•3）不同类矿物及同一类矿物不同矿物种，其解理发育不同。•4）导热性差，不导电。•四、分类•据络阴离子种类的不同，分为：•硅酸盐类硫酸盐类•碳酸盐类磷酸盐类•钨酸盐类硼酸盐类•砷酸盐类钒酸盐类•钼酸盐类硝酸盐类•铬酸盐类•一、一般特点•硅酸盐矿物：•金属阳离子与各种硅酸根相结合而成的含氧盐矿物。§2硅酸盐类•本类矿物在地壳中分布最广泛，目前已发现的有800多种，约占矿物总种数的1/4，其重量约占地壳总重量的85%。•意义：•1）是三大类岩石的主要造岩矿物，是组成地壳的物质基础；•2）对研究岩石或矿床的成因、划分构造带均有特殊意义；•3）许多硅酸盐矿物本身，作为非金属矿物原料或特种非金属材料，广泛用于工业、国防、尖端技术及其他领域，并日益发挥重要作用。•4）是许多金属元素特别是稀有金属Be、Li、Rb、Cs、Zr、Hf等的主要或唯一来源。•5）不少硅酸盐矿物是珍贵的宝玉石矿物，如绿柱石(祖母绿和海蓝宝石)、硬玉(翡翠)、软玉、电气石(碧玺)、黄玉、石榴子石（紫牙乌）等。•（一）化学组成化学组成•阳离子：主要是惰性气体型离子及部分过渡型离子；铜型离子很少见。•最主要为Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，其次有Mn、Ti、Li、Be、Zr等。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，很少量铜型离子。1H2LiBeBCNOF3NaMgAlSiPSCl4KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAs5RbSrYZrNbInSnSb6CsBaLaHfTlPbBi7ThUCc•阴离子：主要由Si和O组成的各种络阴离子。•附加阴离子：F-、Cl-、(OH)-、O2-及S2-、[CO3]2-、[SO4]2-……•H2O•注意：•1）各种不同元素间普遍存在类质同像。•2）硅酸盐中的水，常为(OH)-和H2O；(H3O)+只在某些层状硅酸盐中少量存在，且易于转变为H++H2O。H2O多呈沸石水或层间水，仅在少数硅酸盐中才以结晶水的形式存在，起着充填空隙或水化阳离子的作用。•（二）晶体化学特征•[SiO4]4-四面体[SiO4]4-四面体是硅酸盐矿物的基本构造单位，可孤立地存在；也可以角顶相联形成多种复杂的络阴离子，即各种形式的硅氧骨干，再与金属阳离子结合形成多种硅酸盐矿物。•活性氧（非桥氧）：•[SiO4]4-四面体中与1个Si相联结的O。•惰性氧（桥氧桥氧）：•[SiO4]4-四面体中与2个Si相联结的O，其电荷已中和。岛状骨干：包括孤立的[SiO4]，也包括双四面体[Si2O7]OSi[SiO]4桥氧SiO[SiO]4桥氧：惰性氧，无电价端氧：活性氧，有一剩余电荷，有电价。1.硅氧骨干：[SiO4]四面体以共角顶的方式连接形成各种形式的硅氧骨干：环状骨干：[SiO4]四面体共角顶连接成封闭的环：[SiO]4abc在环状骨干中，每个[SiO4]四面体至少要有2个惰性氧。链状骨干：[SiO4]四面体共角顶连接成无限延伸的链，可以有单链和双链：c=0.520nm0c=1.220nm0b=0.732nm0[SiO]4abc在单链、双链状骨干中，每个[SiO4]四面体至少要有几个惰性氧？层状骨干：[SiO4]四面体共角顶连接成无限伸展的层：在层状骨干中，每个[SiO4]四面体至少要有几个惰性氧？[SiO]4架状骨干：[SiO4]四面体共4个角顶连接成架状：在架状骨干中，每个[SiO4]四面体有几个惰性氧？OSi•2．化学键•硅氧骨干内部Si与O之间主要是共价键，硅氧骨干与金属阳离子间则以离子键为主。•Si—O键的性质与Si∶O比值及其他金属阳离子存在的情况有关：随着Si∶O比值由1∶4递增至1∶2，Si—O的作用递增，而O2-与金属阳离子作用递减，致使Si的离子化趋势逐渐增强。3、铝的作用：Al在硅酸盐起着双重作用：AlIV：代替Si进入四面体，在骨干内，形成铝硅酸盐；如：钠长石Na[AlSiO8]。AlVI：在骨干外，六次配位（八面体），形成铝的硅酸盐；如：高岭石Al4[Si4O10](OH)8。如果存在两种形式的Al，叫铝的铝硅酸盐；如：白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2Al有双重作用的内因：从鲍林法则1：阴、阳离子半径比可决定阳离子配位数，RAl3+/RO2-=0.419，恰巧近于四次配位与六次配位的分界线0.414，所以，Al既可四次配位，也可六次配位。Al有双重作用的外因：高压低温：六次配位；低压高温：四次配位。如：高温Al2[SiO4]OAl[AlSiO5]蓝晶石高压夕线石[AlO4]四面体与[SiO4]四面体比较：从鲍林法则2：阴、阳离子的键强＝阳离子电荷/配位数，所以，[SiO4]四面体中的键强＝4/4＝1，[AlO4]四面体中的键强＝3/41，所以[AlO4]四面体比[SiO4]四面体不稳定。另外，[AlO4]四面体之间不能共角顶相连，假如相连，则桥氧的键强之和为3/4+3/4=3/2，离O的电荷2相差太远，因此是不稳定的。桥氧SiO[SiO]4不同硅氧骨干中[AlO4]四面体存在的情况：4、类质同像：硅酸盐矿物结构中发生类质同像的难易程度与硅氧骨干的形式有关，岛状骨干最易发生，且离子代替范围也大，环状、链状、层状比较容易，架状最不容易。为什么？（代替是否容易，与结构是否容易实现重新调整有关）5、附加阴离子及“水”：结构中有大空洞、层隙的硅酸盐容易接纳附加阴离子与“水”。与硅氧骨干的关系：岛状、单链骨干最不易接纳，环状、双链状、层状较比较容易接纳OH-，架状容易接纳OH-,F-,Cl-。•（三）形态•与硅氧骨干形式密切相关。一般地：•1）具孤立[SiO4]4-四面体骨干的硅酸盐矿物，常表现为三向等长的形态，呈等轴状或粒状，如石榴子石，橄榄石。若不同方向的键力有差异，则呈非三向等长的形态，如红柱石呈柱状，蓝晶石呈板条状。橄榄石石榴子石返回红柱石蓝晶石返回•2）具环状硅氧骨干者，垂直环平面（沿c轴）的方向上环与环之间的联结力一般较强，晶体常呈柱状形态，往往属三方、六方晶系，如电气石，绿柱石。电气石绿柱石返回•3）具链状硅氧骨干者，均∥链的方向而成柱状、针状、纤维状，如辉石，角闪石。•4）层状结构矿物晶体∥结构层的方向而成板状、片状、鳞片状，如滑石，云母。辉石返回角闪石返回返回滑石返回云母•5）架状结构矿物较复杂，其形态主要取决于[SiO4]4-与[AlO4]5-骨干内部的连接形式及化学键分布的情况，可呈粒状、片状、板状、板柱状或柱状。•（四）物理性质•硅氧骨干内部主要是共价键，硅氧骨干与金属阳离子之间主要以离子键结合。•硅酸盐矿物一般具离子晶格的性质，明显表现出非金属性：•大多为透明或半透明，玻璃光泽或金刚光泽，条痕白色或近白色的浅色等。但颜色、解理、硬度、比重等性质变化很大，主要受硅氧骨干形式及金属阳离子的种类的影响。•1）颜色：取决于金属阳离子的种类：•①惰性气体型离子的硅酸盐矿物为无色或浅色；•②含Fe、Mn、Ti等过渡型离子者，颜色较深。•2）解理：明显受结构中强键的分布所控制：•①具岛状结构之三向等长者，一般无完全解理；而红柱石具∥c轴方向的柱状解理，蓝晶石具{100}的完全解理。•②环状者，如有解理，则为柱状或∥底轴面的解理。•③链状者具∥链的方向的柱状完全解理。•④层状者，具∥层的极完全解理。（完全的底面解理）•⑤架状者，视其晶体格架类型而有所不同，解理完善程度视键力情况而不同。如长石族矿物具{001}和{010}中等－完全解理。•3）硬度：一般均较高（＞小刀），仅层状结构者例外。•①岛状结构者，结构紧密，H最高，通常为6～8；•②环状结构者，与岛状结构者大体相似；•③链状结构者稍低，为5～6；•④架状结构者，虽结构疏松，但[SiO4]4-与[AlO4]5-的联结均很牢固，故H并不低(5～6)，仅沸石族矿物因含H2O，H降至3.5～5。•⑤层状结构者，因层间的联结力（分子键或弱离子键）较弱，故H很低，近于指甲：最低者(滑石、高岭石等)仅1±；云母族矿物2.5±。•4）相对密度：•①岛状者G偏大，一般在3.5±或＞4。∵大多结构紧密，阳离子多半径较小、原子量较大，如Zr4+、Ti4+、Fe等。•②架状者G偏小，一般＜3。•∵结构疏松、空隙大，主要阳离子多为原子量小、半径大的K+、Na+、Ca2+等。•③链状、层状或环状者：G约3～3.5。•（五）成因产状•内生、外生、变质作用均可形成：•大部分不含水的硅酸盐矿物主要形成于较高的温度、压力条件下；含水（OH-、H2O）者形成的温度、压力较低，甚至在地表条件下也能大量形成。•（六）分类：通常据硅氧骨干的形式分亚类：亚类硅氧骨干形式Si∶O岛状结构硅酸盐孤立四面体[SiO4]4-1∶4双四面体[Si2O7]6-1∶3.5环状结构硅酸盐六方环状硅氧骨干最重要[Si6O18]12-1∶3链状结构硅酸盐单链结构硅氧骨干1∶3双链结构硅氧骨干1∶2.75层状结构硅酸盐层状硅氧骨干1∶2.5架状结构硅酸盐架状硅氧骨干[(AlxSin-x)O2n]x-1∶2n4n104]OSi[6nn114]O[Si4nn62]O[Si