09第一二章矿物及其成分

第二部分第二部分矿物学矿物学¾¾第一篇第一篇矿物通论矿物通论¾¾第二篇第二篇矿物各论矿物各论矿物学通论一．矿物和矿物学的概念；二．矿物的化学成分；三．矿物的形态；四．矿物的物理性质五．矿物的成因六．现代测试方法第一章、绪论是由自然界地质作用所形成的天然的单质或化合物。均匀且比较固定的化学组成稳定的晶体结构稳定在一定的物理化学条件构成地壳物质的基本单元晶体或非晶体，但以晶体为主矿物：强调：一、矿物和矿物学的概念矿物学：是研究矿物的化学组成、内部结构、形态、物理和化学性质、成因产状、用途和它们的内在联系，以及研究矿物在时间和空间上的分布规律及其形成和演化历史的学科。矿物学二、矿物学的研究历史二、矿物学的研究历史一．一．早期矿物学萌芽阶段早期矿物学萌芽阶段二．二．描述矿物学阶段（描述矿物学阶段（1919世纪）世纪）化学分析、偏光显微镜、晶体测角仪、费氏台化学分析、偏光显微镜、晶体测角仪、费氏台三．三．从宏观研究进入到微观研究从宏观研究进入到微观研究XX射线粉晶衍射射线粉晶衍射四．四．现代矿物学阶段现代矿物学阶段微区分析：电子探针、扫描电镜、分析电镜、隧道显微区分析：电子探针、扫描电镜、分析电镜、隧道显微镜等微镜等三、矿物学与其它学科的关系化学矿物学结构矿物学晶体化学成因矿物学找矿矿物学应用矿物学药用矿物学宝石矿物学（一）矿物学的应用矿物学与其它学科的相互关系矿物学与其它学科的相互关系矿物学矿床学行星科学建筑陶瓷岩石学构造学材料地球物理第二章矿物的化学成分一．一．地壳的化学成分地壳的化学成分二．二．元素的离子类型元素的离子类型三．三．矿物化学成分的变化矿物化学成分的变化四．四．胶体矿物的成分胶体矿物的成分五．五．矿物中的水矿物中的水一、地壳的平均化学成分一、地壳的平均化学成分1.1.克拉克值的概念克拉克值的概念（（11）重量克拉克值：）重量克拉克值：地壳中元素的重量平均含量地壳中元素的重量平均含量（（22）原子克拉克值：）原子克拉克值：地壳中元素的原子平均含量地壳中元素的原子平均含量2.2.地壳元素丰度特征地壳元素丰度特征(1)(1)地壳中各种元素丰度极不均匀地壳中各种元素丰度极不均匀¾¾O,O,SiSi,Al,Al占占82%82%¾¾O,O,SiSi,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg占占98%98%¾¾OO与与RnRn相差相差10101717倍倍3.3.元素克拉克值的地球化学意义元素克拉克值的地球化学意义(1)(1)元素的地球化学行为与克拉克值元素的地球化学行为与克拉克值的关系的关系¾¾克拉克值高克拉克值高==独立矿物独立矿物(K,Na)(K,Na)¾¾克拉克值低克拉克值低==类质同象类质同象((Rb,CsRb,Cs))元素的克拉克值与可形成矿物种数的关系元素的克拉克值与可形成矿物种数的关系克拉克值(wt%)每种元素可形成的矿物数克拉克值(wt%)每种元素可形成的矿物数1072910-3~10-4231~1023910-410-5281~10-113910-5~10-62310-1~10-23110-6~10-7210-2~10-32810-71二、元素的离子类型二、元素的离子类型1A2A3A4A5A6A7A8A1B2B3B4B6B5B7B8B铜型离子过渡型离子惰性气体型离子亲铜元素亲铜元素亲铁元素亲铁元素在陨石中在陨石中在地球中在地球中FeFe、、NiNi、、CoCo、、PP、、(As)(As)、、CC、、RuRu、、RhRh、、PdPd、、OsOs、、IrIr、、PtPt、、AuAu、、GeGe、、SnSn、、MoMo、、(W)(W)、、((NbNb))、、TaTa、、(Se)(Se)、、(Te)(Te)SS、、SeSe、、(Te?)(Te?)、、PP、、AsAs、、((SbSb?)?)、、CuCu、、AgAg、、ZnZn、、CdCd、、(Ti)(Ti)、、VV、、CrCr、、MnMn、、FeFe、、(Ca)(Ca)SS、、SeSe、、TeTe、、AsAs、、SbSb、、BiBi、、GaGa、、InIn、、TlTl、、((GeGe))、、((SnSn))、、PbPb、、ZnZn、、CdCdHgHg、、CuCu、、AgAg、、(Au)(Au)、、NiNi、、PdPd、、(Pt)(Pt)、、CoCo、、((RhRh,,IrIr))、、FeFe、、RhRh、、(Os)(Os)OO、、SS、、(P)(P)、、(H)(H)、、SiSi、、TiTi、、ZrZr、、HfHf、、ThTh、、FF、、ClCl、、BrBr、、II、、((SnSn))、、BB、、AlAl、、((GaGa))、、ScSc、、YY、、REEREE、、LiLi、、NaNa、、KK、、RbRb、、CsCs、、BeBe、、MgMg、、CaCa、、SrSr、、BaBa、、(Fe)(Fe)、、VV、、CrCr、、MnMn、、((Ni))((Ni))、、((Co))((Co))、、NbNb、、TaTa、、WW、、UU、、((C))((C))亲石元素亲石元素((在硅酸盐中在硅酸盐中))三、矿物的化学成分变化（一）矿物化学成分类型化学组成特点单质化合物简单化合物由一种阳离子和一种阴离子组成复化合物由两种以上的阳离子和同种阴离子或络阴离子组成单盐化合物由一种阳离子和一种络阴离子（酸根）组成复化合物由两种以上的阳离子和同种络阴离子组成由一种元素的原子组成的矿物化学组成变化化学组成基本固定的矿物非化学计量矿物化学组成不固定的矿物类质同象矿物含层间水和沸石水矿物胶体矿物（二）矿物化学成分变化四、胶体矿物及其特征胶体细分散系非晶质无规则几何外形可变性和复杂性极大比表面积带电荷选择性吸附胶体的特点胶体矿物的特点胶体胶体矿物形成——海滨地带和岩石风化壳中胶体及胶体矿物的特点矿物/岩石风化胶体溶液蒸发/中和凝聚胶体矿物五、水在矿物中的存在形式根据水是否参加矿物晶格而把水分为三类不参加矿物晶格的水：吸附水参加矿物晶格的水：结晶水和结构水过渡类型的水：层间水和沸石水中性水，不带电荷，不进入矿物晶体结构，存在于矿物的表面、裂隙中，失水温度很低（0-110℃之间）。含量不固定，随环境温度和湿度而变，不计入化学式(胶体水除外)。吸附水的存在不影响矿物的结构吸附水以中性水分子的形式存在于晶体结构中，有固定的位置和配位数，有固定的含量，失水温度高（110-230℃），失水后不再获得，并影响矿物的结构和性质。结晶水多出现于具有大半径络阴离子的含氧盐矿物中，有一个或几个固定的脱水温度，Cu(H2O)5[SO4]→Cu(H2O)3[SO4]→Cu(H2O)[SO4]→Cu[SO4]胆矾(三斜)三水胆矾(单斜)泼水胆矾(单斜)铜锭石（斜方）30°C100°C400°C结晶水结构水以H+,H3O+,(OH)-形式存在于晶体结构中。有固定的位置和确定的含量比，失水温度高（500,600-1200℃），失水后，很难重新得到。失水后，离子发生重新排列，变为另一种矿物，矿物中结构水的作用（1）平衡晶体中多余的电荷（2）充填结构空隙高岭石Al4[Si4O10](OH)8层间水和沸石水以中性水分子的形式存在于层状硅酸盐结构单元层之间（层间水）或架状结构硅酸盐沸石族矿物结构的孔隙和空洞中（沸石水）。参与晶格但含量与吸附阳离子的种类以及环境的温度和湿度有关，介于结晶水和吸附水之间。有一定的配位数，失水后，矿物结构基本不变，只是矿物的物理化学性质发生一些变化，失水温度低，失水后可以重新获得矿物中水的存在形式与晶格的关系主要类型存在形式水的种类逸出温度其它不参加晶格吸附水中性H2O分子汽态水薄膜水毛细管水胶体水100－110℃110－250(胶体水)含量不固定，随环境温度和湿度而变，不计入化学式(胶体水除外)结晶水中性H2O分子结晶水化物200-500℃个别600℃多出现于具有大半径络阴离子的含氧盐矿物中，有一个或几个固定的脱水温度参加晶格结构水离子OH-,H+，H3O+化合水600－1000℃有固定的位置和确定的含量比过渡状态介于结晶水与结构水之间的一种特殊类型中性H2O分子沸石水层间水80－400℃110℃参与晶格但含量可变(与吸附阳离子的种类有关),随温度和湿度而变，介于结晶水和吸附水之间。六、矿物的化学式1、矿物化学式的表示方法实验式：表示组成矿物的元素种类及其原子数之比˜仅表示出组成矿物的元素种类及其原子数之比˜忽略了矿物中的次要组分˜不能反映原子在矿物结合中的关系。晶体化学式:表明矿物中各组分的种类及数量比及其在矿物结构中的占位黄铁矿FeS2绿柱石Be3Al2Si6O18或3BeO•Al2O3•6SiO2石膏Ca[SO3]•2H2O绿柱石Be3Al2[Si6O18]矿物的晶体化学式可以反映出成分与结构的关系如：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：AlVISiAlIVO52.定比原理定比原理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：FeO⋅Fe2O3或Fe3O4。3.矿物晶体式的书写(1)单质元素的化学式只写元素符号；(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。(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昀后。4、矿物化学式的计算方法1）原子–分子计算法2）氧原子计算法1）原子–分子计算法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。例1：黄铜矿黄铜矿的矿物化学式：CuFeS2例2：钙铁辉石钙铁辉石的近似矿物化学式：CaO⋅FeO⋅2SiO2以固定的氧原子数为计算基础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/Σ(m×氧化物重量百分比/氧化物分子量)2）氧原子计算法Σ2.55尖晶石的晶体化学式(Mg0.751Fe2+0.201)0.952(Al1.782Cr3+0.200)1.982O4钠长石的晶体化学式(Na0.967K0.005Ca0.005)0.977(Al1.003Si3.002)4.005O8七、矿物成分三角图上的表示方法七、矿物成分三角图上的表示方法100908070605040302010100908070605040302010100908070605040302010OrThefeaturesofplagioclase:1)An42-63,K2O-poor2)SomegrainshavenormalzoningwithCa-poorrim.AbAnShergottites斜长石100908070605040302010100908070605040302010100908070605040302010Ti‡interstitial-inPl,coreinterstitial-inPl,rimpoikilitic-inOl,core‡poikilitic-inPx,corepoikilitic-inPx,rimCrAl铬铁矿铬铁矿ChromiteChromite