矿物学笔记01

矿物学Mineralogy第一章引言及其基本概念1.矿物的概念矿物（Mineral）：是由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、在一定的物理化学条件下相对稳定的天然结晶态的单质或化合物，它们是岩石和矿石的基本组成单位。矿物：天然产出的结晶质物质。—罗谷风等，19842.矿物学的新内容准矿物（Mineraloid）：极少数天然形成的、具有一定的化学成分的非晶态的单质或化合物，如蛋白石和水锆石等。经过漫长的地质时代，准矿物有自发的向结晶态的矿物转变的必然趋势。3.矿物学的研究内容矿物学（mineralogy）：是研究矿物（包括准矿物）的成分、结构、形态、性质、成因、产状、用途及其相互间的内在联系，以及矿物的时空分布规律及其形成和变化的历史的科学。它为地质学的其他分支学科及材料科学等应用科学在理论上和应用上提供了必要的基础和依据。第二章地球化学背景和影响因素提纲：1.地壳中元素的丰度2.离子类型3.影响矿物化学成分变化的原因（类质同像、非化学计量性、胶体矿物、矿物包裹体、水的编号）4.晶体化学式的书写和计算1.地壳中化学元素的丰度（1）矿物形成的化学背景——克拉克值（clarke）各种化学元素再地壳中的平均含量，及元素再地壳中的丰度（abundance）之百分数。表示方式：①质量百分数（weightpercent）—质量克拉克值；②原子百分数（atompercent）。（2）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-47.3%；丰度最小者：Rn-7×10-16%；2）地壳的主要化学组成为：O（47.3%）、Si（28.1%）、Al（8.25%）、Fe（5.07%）、Ca（3.68%）、Na（2.87%）、K（2.63%）、Mg（2.12%）、H（）、Ti（）等十种。因此，地壳分布最广的事含氧盐和氧化物矿物，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%。（3）一些有个性的元素-聚集元素和分散元素矿物的形成取决于：元素的丰度、元素的地球化学性质。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。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、Gs、In、Sc等。2.离子类型根据最外层电子结构分为三种：惰性气体型（ns2np6亲氧）、铜型（ns2np6nd10）、过渡型（ns2np6nd1-9随环境而变）。3.影响矿物化学成分变化的原因（类质同像、非化学计量性、胶体矿物、矿物包裹体、水的变化）（1）矿物的化学计量性1）化学计量性（Stoichiometry）少数矿物的化学成分相当固定，其化学组成遵守物理化学分配定律—定比定律和倍比定律，各组分间具严格的化合比，其化学组成可由理想化学式表示。如：水晶（SO2）。类质同像替代致使其化学组成在一定范围内变化，但各晶格位置上成类质同像关系的各组分数量总和之间仍遵循定比定律和倍比定律。如橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]等。化学计量矿物：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。2）矿物的非化学计量性某些含变价元素的矿物其化学组成偏离理想化合比，不再遵循定比定律。如磁黄铁矿（Fe1-xS）。x=0-0.125。价态变化是由环境的变化主导的，非化学计量性的变化→电价的变化→矿物形成时的环境，例如氧逸度（fO2）。4.胶体矿物（1）胶体矿物的概念1）胶体（colloid）：一种或多种物质的微粒（粒径一般为1-100nm）分散再另一种物质之中而形成的不均匀的细分散系（类似于溶液）。胶体结果示意图（溴化银）胶体颗粒的特性：分散相与分散媒的量不固定；②具有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）。2）胶体矿物（colloidalmineral）：由以水为分散媒、以固相为分散相的矿物。如蛋白石（SiO2•nH2O）、大多数粘土矿物。胶体矿物的特点：①由于形成时胶体的吸附作用，故成分变化大；②胶体矿物形成条件：地表低温、低压、富含水。蛋白石的照片（标本、剖面、电子扫描镜下）丁达尔效应：当一束光线透过胶体，从入射光的垂直方向可以观察到胶体里出现的一条光亮的“通路”，这种现象叫丁达尔现象，也叫丁达尔效应(Tyndalleffect)。3）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。5.矿物中的水（1）水的类型吸附水中的H2O是不算在晶格之中的，但在胶体中的吸附水不同（例如蛋白石SiO2·H2O），它是附着在胶体之间，与外界联通困难，失水温度也较大，所以胶体水也参加命名，因为含量的不固定，所以用n表示。含水矿物受热之后，水会失去。但是由于晶体结合程度不一样，失水温度不一样。结构水、结晶水失去水后，晶体结构会破坏；层间水、沸石水失去水后，晶体结构不会破坏。中间为层间域，主要为阳离子，吸附了水分子，受热后，层间水失去，晶体结构单元不会破坏，晶体结构不会破坏，但层间域会缩小。另外，蒙脱石遇水会膨胀是相反的原理，“遇水膨胀性”。蛭石具有“遇热膨胀性”。层与层之间是电荷平衡的，由H+链接，微观是层状、宏观则表现为片状。失去水后，变成MgO，结构完全变化。6.矿物的化学式及其计算（1）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。（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。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[(Si3)AlO11](OH)2。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）。3）附加阴离子通常写在阴离子或络阴离子后，如氟磷灰石Ca5[PO4]F。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。5）成类质同像替代关系的离子，用小括号括起来，并按含量由多到少排列，中间用逗号分开。如铁闪锌矿(Zn,Fe)S，黄玉Al2[SO4](F,OH)2。（3）矿物晶体化学式的计算1）依据①单矿物的化学分析数据；②晶体化学理论及晶体结构知识，对矿物中各元素的存在形式作出合理的判断，并按照电价平衡原则，将其分配到适当的晶格位置上；③X-射线结构分析资料2）计算成分较简单的矿物化学式计算步骤：①检查矿物化学分析结果是否复合精度要求；②计算组分的摩尔数；③将各组分的摩尔数化为简单的整数；④写出矿物的化学式。本章重点地壳中元素分布的特征影响矿物成分变化的原因利用胶体的特点理解胶体矿物矿物种的水的存在形式，作用及鉴定方法（热失重法）矿物晶体化学式的书写原则