第三章--宝石矿物的化学成分

第三章宝石矿物的化学成分教学内容：1、掌握宝石矿物的晶体化学分类及特点。2、掌握类质同象的概念以及条件。3、了解宝石矿物中水的存在形式。教学重点、难点：类质同象的条件。1、矿物化学成分分类：(1)单质：金刚石C，自然金Au等金刚石自然金(2)化合物：简单化合物、复杂化合物：辰砂HgS黄铁矿橄榄石（Mg，Fe）2［SiO4］第一节宝石矿物的晶体化学分类一、含氧盐类含氧盐是各种含氧酸根络阴离子与金属阳离子所组成的盐类化合物。根据络阴离子种类的不同，含氧盐大类矿物分类：硅酸盐[SiO4]4-、碳酸盐[CO3]2-、硫酸盐[SO4]2-、磷酸盐[PO4]3-、硝酸盐[NO3]-硼酸盐[BO3]3-1、硅酸盐类基本构造单元：[SiO4]4-硅氧四面体在结构中可以孤立地存在，也可以以其顶角相互连接而形成多种复杂的络阴离子；单四面体[SiO4]4-两个硅氧四面体共用一个角顶构成双四面体[Si2O7]6-（1）岛状结构：橄榄石（Mg，Fe）2［SiO4］绿帘石Ca2（Al，Fe）3［Si2O7］［SiO4］O［OH］石榴子石（2）环状结构：堇青石蓝锥矿绿柱石辉石式-[Si2O6]-4单链（3）链状结构：角闪石式[Si4O11]-6双链软玉蔷薇辉石三八面体型（4）层状结构：蛇纹石寿山石（5）架状结构月光石拉长石日光石方柱石2、硼酸盐类基本构造单元(BO3)3-和(BO4)5-晶体中独立出现形成岛状结构；通过共角顶而连结成各种复杂的阳离子，形成环状、链状、层状和架状结构的硼酸盐。硼铝镁石Mg(Al,Fe)BO43、磷酸盐类基本构造单位：磷酸根（PO43-）特点：需半径较大的阳离子与之结合才能形成稳定的磷酸盐。磷灰石、绿松石。磷灰石：Ca5[PO4]3[F，Cl]绿松石CuAl6[PO4]4(OH)8.5H2O4、碳酸盐类基本构造单位：CO32-特点：阴离子呈等边三角形，碳作为阳离子位于三角形的中央，三个氧离子围绕碳分布在三角形的三个角顶上，C-O之间以共价键联系。孔雀石、方解石、白云石。孔雀石CuCO3.Cu(OH)2二、氧化物类是一系列金属和非金属元素与氧离子O2-化合而成的化合物。Si、Al、Fe、Mn、Ti、Cr阴离子（氧）按立方或六方紧密堆积，阳离子充填于其四面体或八面体孔隙中。石英簇刚玉晶体赤铁矿尖晶石金红石金绿宝石三、自然元素类有些金属和半金属元素呈单质形式独立矿物出现。钻石（C）、自然金（Au)第二节类质同象一、类质同象1、概念：晶体结构中某种质点A（原子、离子）为它种类似的质点B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的现象。代替某一元素A的物质B称为类质同象混入物（固溶体）。石榴石Mg2+Fe2+镁铝榴石铁铝榴石Mg3Al2[SiO4]3Fe3Al2[SiO4]32、分类：（1）根据晶体中一种质点被另一种质点代替的数量限度不同：完全类质同象：——石榴石在类质同象混晶中，若A、B两种质点可以任意比例相互取代。可形成一个连续系列。不完全类质同象：——闪锌矿在类质同象混晶中，若A、B两种质点相互代替的数量局限在一个有限的范围内，不能形成连续的系列。（2）根据相互取代的质点电价的不同：等价类质同象：相互替代的两种质点电价相同。不等价类质同象：相互替代的两种质点电价不相同。3、类质同象的条件原子或离子半径相近：相互替代的离子半径相差越小，则彼此之间替换能力越强，替换量越大。离子类型相近：离子类型相近，形成键性相一致，才能发生类质同象替代。离子电价平衡：代替与被代替的离子电价必须保持一致。4、类质同象对宝石性质的影响（1）对宝石颜色的影响（2）对宝石矿物的折射率、密度的影响（3）对宝石硬度的影响（4）对宝石光谱的影响二、同质异象同质异象是指同种化学成分的物质（单质或化合物）在不同的物理化学条件下（温度、压力、介质溶液）下能够形成不同晶体结构的现象，称为同质异象。碳（C）的同质多象变体：金刚石等轴晶系石墨六方晶系六方金刚石六方晶系（陨石撞击地表时所形成）Al2SiO5:红柱石斜方Al2SiO5较低温、低压蓝晶石三斜Al2SiO5中压、中高温矽线石斜方Al2SiO5较高温蓝晶石矽线石红柱石第三节宝石矿物中水的存在形式1、吸附水不参加晶格，只存在于宝石矿物表面、裂隙或渗入矿物集合体颗粒间的普通水，呈水分子状态。胶体水：是水胶凝体矿物中的分散媒而存在的水，即固定吸附在分散相表面的水。如：欧泊中的水SiO2·nH2O2、结晶水在晶格中具有固定的位置，起着构造单位的作用，以中性水分子存在，是矿物化学组成的一部分。如石膏Ca[SO4]·2H2O绿松石CuAl6[PO4](OH)8·4H2O3、结构水以OH-、H+、H3O+等离子形式参加矿物晶格的“水”，其中OH-的形式最为常见。结构水在晶格中占有固定的位置，在组成上具有确定的比例。如绿松石CuAl6[PO4](OH)8·4H2O思考题1、举例说明矿物成分可以分为哪些类型？2、什么是类质同象，可以划分为哪些类型？3、宝石矿物中的水可以分为哪些类型？举出各类型中宝石的实例。4、简述类质同象的条件。5、简述类质同象对宝石性质的影响。6.为什么首饰展柜里要放一杯水。