硫化物及其类似矿物

107硫化物及其类似化合物矿物概述单硫化物及其类似化合物双硫化物及其类似化合物硫盐复习思考题结晶学与矿物学2概述硫化物及其类似化合物包括一系列金属元素与硫、硒、碲、砷等相化合的化合物。矿物种数有350种左右，而其中硫化物就占2/3以上，它们只占地壳总重量的0.15%。化学成分与硫组成化合物的最主要元素为铁、钴、镍、钼、铜、铅、锌、银、汞、镉、铋、锑、砷等。晶体化学特征性质上的特点区别于标准离子晶格的晶体。这是因为在硫化物及其类似化合物中原子间的键性复杂，不仅表现共价键性，还显示一定的离子键性，甚至还有金属键性。物理性质绝大多数硫化物及其类似化合物呈金属色、显金属光泽、条痕色深而不透明。仅少数硫化物如雄南、雌黄、辰砂、闪锌矿等具金刚光泽，半透明。单硫化物和硫盐矿物硬度低，其摩斯硬度在2~4之间，双硫化物及其类似化合物，其硬度增高至5~6.5左右，同时缺乏解理或解理不完全，面其它硫化物大多具有明显解理性。这一类矿物的熔点低，比重一般在4以上。结晶学与矿物学3单硫化物及其类似化合物需要掌握的矿物:•方铅矿,闪锌矿,辰砂,磁黄铁矿,镍黄铁矿,黄铜矿,斑铜矿,辉锑矿,雄黄,雌黄,辉钼矿,铜蓝学习要点:•化学组成•结构特点•晶体形态•物理性质•鉴定特征结晶学与矿物学4单硫化物及其类似化合物－－方铅矿化学组成:PbS,成分中常含Ag、Bi、Sb、Se等结构特点:等轴晶系；点群m3m。空间群Fm3m；a0=5.93;Z=4。NaCl型结构，硫离子按立方密堆积，铅离子充填于八面体空隙，阴阳离子的配位数均为6。晶体形态:常呈立方体晶形，有时以八面体与立方体聚形出现。物理性质:铅灰色；条痕灰黑色；金属光泽。硬度2~3；解理平行{100}完全；比重7.4~7.6。鉴定特征:铅灰色，金属光泽，立方体完全解理，比重大。结晶学与矿物学5单硫化物及其类似化合物－－方铅矿结晶学与矿物学a{100}立方体，d{110}菱形十二面体o{111}八面体，p{212}三角三八面体6单硫化物及其类似化合物－－闪锌矿化学组成:ZnS,成分中通常含有Fe等各种类质同象混入物结构特点:等轴晶系；点群43m。空间群F43m；a0=5.3985；Z=4。晶体结构表现为:硫离子成立方密堆积，锌离子充填于半数的四面体空隙，阴阳离子的配位数均为4晶体形态:晶形常呈四面体，有时呈菱形十二面体，见以(111)为接合面的双晶物理性质:当含铁量增多时，颜色由浅变深，从浅黄~黑色,条痕白色~褐色；光泽由树脂光泽至半金属光泽；从透明至半透明。硬度3.5~4；解理平行{110}完全。比重3.9~4.1，随含Fe量的增加而降低鉴定特征:菱形十二面体完全解理、条痕、光泽以及经常与方铅矿密切共生结晶学与矿物学7单硫化物及其类似化合物－－闪锌矿结晶学与矿物学闪锌矿的晶体结构8单硫化物及其类似化合物－－辰砂包括HgS三个同质多象变体：三方晶系的辰砂、等轴晶系的黑辰砂以及六方晶系的六方辰砂。后两者在自然界分布稀少。化学组成:HgS,有时含Se、Sb、Cu、Te等结构特点:三方晶系,点群32,空间群P312,a0=4.14Å，c0=9.49Å；Z=3,晶体结构属变形NaCl型结构晶体形态:双晶常见，常成以c轴为双晶轴的贯穿双晶(矛状双晶)物理性质:猩红色；条痕红色；金刚光泽。硬度2~2.5；解理平行{1010}完全;比重8.05鉴定特征:猩红色及红色条痕，比重大，硬度低结晶学与矿物学9单硫化物及其类似化合物－－辰砂结晶学与矿物学c{0001}平行双面，m{10-10}六方柱，r{10-11}、n{20-21}、i{20-25}菱面体，x{42-63}三方偏方面体10单硫化物及其类似化合物－－磁黄铁矿有两个同质多象变体：在320℃以上稳定的为高温六方晶系变体(6/mmm。P63/mmc；a0=3.43Å，c0=5.69Å；Z=2)和在320℃以下稳定的为低温单斜晶系变体(2/m。C2/c；a0=6.86Å，b0=11.90Å，c0=12.85Å，β=118°；Z=32)。化学组成:一般用Fe1-xS表示,混入物以Ni和Co为最常见结构特点:晶体结构属红镍矿NiAs型结构晶体形态:晶形呈六方板状、柱状或桶状，但很少见物理性质:暗青铜黄色，条痕灰黑色；金属光泽;硬度4，性脆；解理平行{1010}不完全；比重4.6~4.7,具磁性鉴定特征:暗青铜黄色，具磁性结晶学与矿物学11单硫化物及其类似化合物－－磁黄铁矿结晶学与矿物学红砷镍矿型晶体结构12单硫化物及其类似化合物－－镍黄铁矿化学组成:通常以(Fe,Ni)9S8表示其化学式，实际上∑Me:S=9:8的情况不常见，一般均有不同程度的偏离,除类质同象混入物Co外，还发现Cu、Ag、Rh、Pd、Se、Te等结构特点:等轴晶系；点群m3m;空间群Fm3m；a0=10.17；Z=4晶体形态:通常成细小颗粒在磁黄铁矿、黄铜矿中柱状或桶状物理性质:古铜黄色；条痕绿黑色；金属光泽;硬度3~4；性脆；八面本{111}解理完全;比重5;不具磁性鉴定特征:完全的解理和不具磁性与磁黄铁矿相区别结晶学与矿物学13单硫化物及其类似化合物－－黄铜矿两种同质多象变体：低温四方晶系和高温等轴晶系变体。二者转变温度是550℃；高温变体的阳离子呈无序分布，低温有序化学组成:CuFeS2,混入物有Mn、Sb、Ag、Zn、In、Bi等结构特点:四方晶系；点群42m,空间群I42d;a0=5.24,c0=10.32；Z=4。晶体结构类似闪锌矿，其单胞好似由两个闪锌矿晶胞叠加而成晶体形态:单晶体不常见，晶形呈四方四面体、四方偏三角面体、四方双锥物理性质:黄铜色，条痕绿黑色；金属光泽;硬度3~4；性脆。比重4.1~4.3鉴定特征:黄铁矿相似，以其更黄的颜色和较低的硬度加以区别结晶学与矿物学14单硫化物及其类似化合物－－黄铜矿结晶学与矿物学黄铜矿晶体结构p{112}四方四面体p’{1-12}四方四面体Z{201}四方双锥15单硫化物及其类似化合物－－斑铜矿有两个同质多象变体。228℃以上为高温等轴晶系变体(m3m,Fm3m；a0=5.50A；Z=1)，其结构可视为阳离子成统计性分布的反萤石型缺位结构;低温变体属四方晶系(42m。P421c；a0=10.94；c0=21.88；Z=16)，其结构相当复杂化学组成:Cu5FeS4,但其成分的实际变动很大结构特点:晶体形态:单晶体极为少见，通常成致密块状或粒状集合体物理性质:新鲜断面呈暗铜红色，条痕灰黑色；金属光泽;硬度3；性脆;比重4.9~5.0鉴定特征:暗铜红色，但表面常见锖色；低硬度结晶学与矿物学16单硫化物及其类似化合物－－辉锑矿化学组成:Sb2S3,含少量As、Pb、Ag、Cu、Fe等混入物结构特点:斜方晶系；点群mmm;空间群Pbnm；a0=11.20，b0=11.28A，c0=3.83A；Z=4。晶体结构中,S紧密衔接和Sb锑离子组成平行c轴链，链内硫与锑离子的距离仅为2.5A；而链间则为3.2A左右，键力较弱，因而沿着这一方向{010}表现出解理性。晶体形态:单晶体呈柱状或针状，柱面具有明显的纵纹物理性质:铅灰色；条痕黑色；金属光泽。硬度2；性脆；解理平行{010}完全，解理面上常有横的聚片双晶纹，比重4.6鉴定特征:铅灰色，柱状晶形，解理布有横纹结晶学与矿物学17单硫化物及其类似化合物－－雌黄化学组成:As2S3,类质同象混入物Sb，可达3%结构特点:单斜晶系；点群2/m;空间群P21/c;a0=11.49,b0=9.59,c0=4.25,β=90°27'；Z=4。雌黄的晶体结构表现为砷、硫离子连接成层，层中每一砷离子所包围，而每个硫离子与两个砷离子相连接晶体形态:单晶体呈板状或短柱状,集合体成片状、梳状、土状等物理性质:柠檬黄色；条痕鲜黄色；油脂光泽至金刚光泽。硬度1.5~2；解理平行{010}极完全，薄片具挠性。比重3.5鉴定特征:铅灰色，柱状晶形，解理布有横纹结晶学与矿物学18单硫化物及其类似化合物－－雄黄化学组成:As4S4结构特点:单斜晶系；点群2/m;空间群P21/n；a0=9.27，b0=13.50，c0=6.56，β=106°33'；Z=4。晶体结构系由As4S4分子所构成，分子中的四个硫原子与四个砷原子之间以共价键相维系，而分子与分子间则以分子键相连接晶体形态:单晶体通常细小，呈柱状物理性质:桔红色；条痕淡桔红色；晶面上具金刚光泽，断面上现树脂光泽。硬度1.5~2；性脆；解理平行{010}完全。比重3.6鉴定特征:桔红色，条痕淡桔红色，硬度低结晶学与矿物学19单硫化物及其类似化合物－－辉钼矿二种多型：2H型(六方晶系，点群6/mmm,空间群P63/mmc；a0=3.15，c0=12.30);3R型(三方晶系；点群3m。空是群R3m；a0=3.16，c0=18.33),其物理性质彼此间极为相似化学组成:MoS2,类质同象混入物有Re等(0.n~1.88%)、Se等结构特点:辉钼矿的晶体结构,钼离子组成的面网，夹在上下由硫离子组成的面网之间，共同构成一个结构层。Mo为六次配位，与S构成三方柱形配位多面体。而结构层可视为以Mo为中心的三方柱彼此共棱构成晶体形态:单晶体呈六方板状，但往往不完全。底面上常有条纹物理性质:铅灰色；条痕为亮铅灰色;金属光泽;硬度1；解理平行{0001}极完全；薄片具桡性;有滑腻感;比重5.0鉴定特征:铅灰色，金属光泽，硬度低，底面解理极完全结晶学与矿物学20单硫化物及其类似化合物－－辉钼矿结晶学与矿物学辉钼矿晶体结构21单硫化物及其类似化合物－－铜蓝化学组成:CuS(Cu2S.CuS2),混入物有Fe、Ag、Se等结构特点:六方晶系；点群6/mmm。空间群P6/mmc；a0=3.796Å，c0=16.36Å；Z=6。晶体结构具复杂层状；Cu2+位于由三个S2-所组成的等边三角形之中，各个三角形的角顶彼此相连成层。由S2-所占据的三角形的角顶却又是上下相对应的四面体的一个共用角顶，而四面体的其余角顶由由[S2]2-占据。Cu+位于四面体的中心。这样由CuS3-三角形所连接的层及位于其上下的CuS4-四面体层就构成铜蓝复杂层状的结构。晶体形态:单晶体极为少见，呈细薄六方板状或片状。物理性质:靛青蓝色；条痕灰黑；金属光泽。硬度1.5~2；性脆；解理平行{0001}完全。比重4.67鉴定特征:铅灰色，金属光泽，硬度低，底面解理极完全结晶学与矿物学22双硫化物及其类似化合物阴离子为[S2]2-、[Se2]2-、[Te2]2-、[As2]2-等对阴离子;阳离子主要是Fe、Co、Ni等过渡型离子。结构中往往是由哑铃状对阴离子近似于按立方密堆积而成。但由于对阴离子的存在，对称性有所降低。对阴离子本身之间具有强烈的共价键，其键长很短,如对硫离子中S-S之距离(2.05Å)小于二倍硫离子半径之和(3.5Å)，因而相应地使金属阳离子与这些对阴离子之间的距离缩短，使晶体结构趋向于紧密；缺乏解理或解理不完全，这是对阴离子成哑铃状在结构中交错配置，使各方向键力比较相近所造成的。需要掌握的矿物:•黄铁矿,毒砂学习要点:同单硫化物结晶学与矿物学23双硫化物及其类似化合物－－黄铁矿化学组成:FeS2,混入物有Co、Ni、As、Sb、Cu、Au、Ag等结构特点:等轴晶系；点群m3,空间群Pa3；a0=5.4176Å；Z=4。晶体结构与方铅矿相似，即哑铃状对硫离子代替了方铅矿结构中简单硫离子的位置，铁离子代替了铅离子的位置。晶体形态:晶形常呈立方体、五角十二面体，八面体或其聚形,在立方体晶面上常能见到晶面条纹物理性质:浅黄铜色，条痕绿黑色；金属光泽。硬度6~6.5；性脆；断口参差状。比重5鉴定特征:浅黄铜色，条痕，高硬度结晶学与矿物学24双硫化物及其类似化合物－－黄铁矿结晶学与矿物学a{100}立方体，e{210}五角十二面体o{111}八面体，n{211}四角三八面体25双硫化物及其类似化