1、礦物學理論講課：30學時實驗課：14學時本課程的難點和重點1、 基本定義、基本鑒定方法、常見礦物的物理性質2、 一些典型礦物的晶體結構1第一章 緒論1 什么是礦物學：是以礦物為研究對象的一門基礎地質學科，它是研究地殼成分的學科之一。它的研究內容對象為：礦物的成分、結構、形態、性質、成因、產狀、后期的各種變化、用途、礦物的時空分布及其它們相互的內在關系。它是地質學其它分支的基礎，也是材料學等學科的基礎。22 礦物的定義：是在各種地質作用中形成的天然單質或化合物；具有一定的化學成分和內部結構，從而有一定的形態、物理性質和化學性質；它們在一定的地質和物理化學條件下穩定存在；是巖石和礦石的基本組成單位

2、。33 理解礦物定義的幾個關鍵：是在各種地質作用下形成的而非人工合成或天外來客；具有一定的化學成分，這些化學成分是以一定的內部結構規律排列，而非雜亂無章的混合； 每種礦物的穩定存在都是有一定的物理化學條件范圍的，在超過其穩定存在的物理化學條件，則會發生各種物理化學變化。礦物必為晶質固態物，所以非晶質的或液體或天然氣等則不是屬于礦物的范疇，但通常把像蛋白石、水鋯石等極少數天然形成的、具有一定的化學成分的非晶質單質和化合物也列入到礦物的范疇中來，稱之為準礦物；是巖石和礦石的基本組成單元，各種巖石和礦石都是由礦物組成；44 礦物學發展的幾個階段：伴隨著科學技術的發展而發展，萌芽時期為純肉眼和借助放大

3、鏡觀察、測量及描述，后來的每一次大飛躍都是與科技發展密不可分：偏光顯微鏡的應用；X射線衍射儀；物理化學理論和熱力學相平衡理論；60年以來，引入了一系列的現代測試技術的出現、高溫超高壓實驗技術、量熱實驗及計算機的使用、固體物理、量子化學、結晶化學和物理化學理論。5JXA-8100電子探針微量分析儀Electoron Probe Microanalyzers67多功能X射線衍射儀（XRD）8MSAL XD2粉末X射線衍射儀 95 礦物與其它學科的關系礦物學與其它學科有著千絲萬縷的聯系。礦物學的基礎學科：物理學、物理化學、計算機科學、數學、物理學、化學、礦物材料學、冶金學、化工學等。礦物學的并行學科

4、：結晶學礦物學的應用學科：地學各分支，材料學各分支，測試技術的基礎理論方面。 10第二章 礦物的化學成分（1學時） 一 地殼的化學成分1 豐度：地質體中的化學元素含量即為豐度。2 克拉克值：地殼中化學元素的含量即為克拉克值。3 地殼中分布最廣的八種元素:詳見后一頁的表格，前八種元素總量占99%，因此可以說地殼主要是由這八種元素所組成。但人們常要開采的重要礦產資源如：銅、鉛、鋅、金、銀、鈾、鎢等礦產資源都不在此八元素之列。 11元素質量克拉克值/(%)元素質量克拉克值/(%)O46.60Ca3.63Si27.72Na2.83Al8.13K2.59Fe5.00Mg2.09地殼中含量最多的前八種元素

5、124 聚集元素：有一些元素雖然豐度值低，但它們趨于集中，易形成獨立的礦物，甚至富集成礦床，這些元素即為聚集元素，如：Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。5 分散元素：有一些元素雖然豐度值高，但它們趨于分散，很少形成獨立的礦物，常常作為微量的混入物賦存于其它礦物中，這些元素即為分散元素，如：Rb、Cs、GA、In、Sc等。這些元素多為堿金屬、堿土金屬元素等。6 小結：地殼中礦物形成不僅與元素的豐度值有關，還與元素的地球化學性質有關。 13二 元素的離子類型0 引言：元素在礦物中的存在形式取決于元素本身的性質、原子和離子的化學行為、礦物所處的地質環境即物理化學條件。由于自然界中產出的礦物多為化合物，

6、都是以陰陽離子形式存在，因此，各種元素的離子類型顯得尤為重要。141 惰性氣體型離子：即外層電子為2或8電子的離子，外層電子構型為1S2或nS2 nP6，與惰性氣體原子的外層電子構型相同，故稱為惰性氣體型離子。主要有堿金屬、堿土金屬、一些非金屬離子。堿金屬和堿土金屬元素的電離勢較低、離子半徑大，易與氧及鹵素元素以離子鍵結合，形成含氧鹽、氧化物和鹵化物。這類元素離子半徑大，極化能力低，與氧或鹵素元素形成離子鍵為主的化合物。因此這類元素也被稱為造巖元素、親石元素、親氧元素。152 銅型離子：即外層電子為18個電子或18+2個的離子，外層電子構型為nS2nP6 nd10或nS2nP6 nd10（n+

7、1）S2，與銅離子相似，故稱為銅型離子。本類離子的半徑小、外層電子多，極化能力很強，易與半徑大、又易被極化的S2-結合生成共價鍵為主的化合物，主要形成金屬礦物，因此這類元素也被稱為造礦元素、親硫元素、或親銅元素。 163 過渡型離子：即外層電子為917的離子，外層電子構型為nS2nP6 nd19。各種特性介于前兩者之間。17三 礦物化學成分的變化1 化學計量礦物：在自然界中只有很少的礦物其化學成分是相當固定的，其化學組成遵照定比定律和倍比定律，這一類在各晶格位置上的化學組分遵循定比定律，具有嚴格化合比的礦物稱為化學計量礦物。如水晶，其化學成分為純SiO2。有的礦物雖然化學成分是變化的但遵循定比

8、定律，如橄欖石（Mg，Fe）2SiO42 非化學計量礦物：自然界中許多礦物，特別是某些含有變價元素的礦物，其礦物成分偏離理想的化合比，這是由于在不同的氧化還原條件下，價態會發生變化，為了電價平衡，礦物內部出現某種晶格缺陷， 從而使其化學組成偏離化學計量的定比定律，如磁黃鐵礦Fe（1-x）S，x變化于00.125。這類礦物就是非化學計量礦物。18四 膠體礦物的成分膠體礦物是以水為分散媒，以固相為分散相的水膠凝體而形成的非晶質或超顯微隱晶質的礦物，前者如蛋白石（SiO2.nH2O），后者如大多數粘土礦物。嚴格地講，膠體礦物只是含吸附水的準礦物。由于膠體微粒非常小，具有極大的比表面積和很高的表面能，

9、具有吸附其他物質和自發地轉化為能量更低的結晶質的趨勢。另外，由于膠體表面電荷未達到平衡，要吸附帶電離子，以達到電荷平衡。由于這兩方面作用，膠體礦物隨著時間的推移，膠粒逐步長大，變成隱晶質，最終變成顯晶質礦物。這種膠體礦物老化形成的隱晶質和顯晶質礦物稱為變膠體礦物。由此，膠體礦物的化學組成是可變性和復雜性。這種化學成分的復雜性，表現在含水量的可變性和被吸附的離子數量的可變性。19五 礦物中的水1 根據礦物中的水的存在形式及在礦物結構中的作用，礦物中的水分為吸附水和結合水。在常量元素的分析結果中分別以H2O- 和H2O+。2 結合水包括：結晶水和結構水3 具有雙重性質的水：沸石水和層間水4 吸附水

10、：是指被機械地吸附于礦物顆粒表面及裂隙中，或滲入到礦物集合體中的中性水分子。其不參與晶格中，不屬于礦物的化學組成。礦物中的吸附水含量是不固定的，是隨環境的溫度和濕度而變化，常壓下，在溫度為100110條件下，吸附水全部從礦物中逸出而不破壞礦物的結構。膠體水是一種特殊的吸附水類型，它是礦物的化學組成的一部分，但又很不固定，膠體水的脫水溫度較高一般在100250。205 結晶水：是以中性水分子形式存在于礦物晶格中，它是礦物化學組成的重要組成部分，水分子在礦物中是固定，與其他成分的含量常成簡單的比例關系。結晶水以一定的配位形式環繞小半徑的陽離子，形成水化陽離子，使陽子的體積增大，從而與其他大的陰離子

11、形成穩定的結構。結晶水參與了晶體結構，結合牢固，脫水溫度很高，一般為200500，個別礦物達600。由于結晶水參與了礦物的結構，脫水后晶體的結構遭受破壞，從而形成新的結構或熔融。216 結構水（亦稱化合水）：是指以(OH)-、H+、(H3O)+ 離子形式存在于晶格中的一定的配位位置上，并有確定的含量比，其中以(OH)-最為常見，主要存在于氫氧化物和層狀結構硅酸鹽等礦物中。如水鎂石Mg(OH)2、高嶺石Al4Si4O10(OH)8等礦物中。結構水在晶格中與其他離子結合非常牢固，常壓下脫結構水溫度很高，可達6001000，在高壓下甚至可達12001400。脫水后晶格遭受破壞，并有可能伴隨有熔融的出

12、現。 227 層間水：是存在于層狀結構礦物硅酸鹽（如某些粘土礦物）晶體結構中結構層之間的中性水，它們主要與層間陽離子結合成水合陽離子。由于結構層內的電價未平衡，層間吸附陽離子，這些小半徑的陽離子與中性水配位成大離子半徑的基團，形成較為穩定的礦物結構。層間水的多少與層間陽離子的數目、種類及溫度、濕度有關。層間水性質介于吸附水和結構水之間，當層間水失去之后，晶體的總體結構并未被破壞，只是晶胞參數中的C0值會變小。由于層間水的加入與脫出會引起C0值發生變化，因此當快速加熱時可能會因爆炸而快速加大C0值，從而大大提高礦物的膨脹率。這種特性已用在制造一些礦物材料的工藝上。 238 沸石水：主要存在于沸石

13、簇礦物晶格中的寬大的空腔和通道中的中性水分子，與其中的陽離子結合成水合陽離子，與層間水性質相近，沸石水也兼有吸附水和結構水的性質。9 研究礦物中水的方法：熱分析方法及紅外吸收光譜、X射線衍射、電子衍射和中子衍射 2425六 礦物的化學式及其計算1 礦物成分的表示方法：礦物的化學成分是以化學元素符號按一定的原則書寫出來，是以單礦物化學成分分析所得出的各種組分相對百分含量為基礎而計算出來的。具體有兩種表示方法：實驗式和晶體化學式。實驗式只表示礦物中各種氧化物的種類及其比例，不能反應礦物中各組之間的相互關系，如石膏CaOSO32H2O；目前用得最多的是晶體化學式（即結構式），它即能表明礦物中各種組分的種類及其數量比，又能反應它們在晶格中相互關系及其存在形式，如石膏的結構式為CaSO42H2O。262 晶體化學式的書寫原則：晶體化學式是最常用的，晶體化學式的書寫原則為：（1）陽離子在前，（絡）陰離子在后，絡陰離子用方括號，如石英SiO2、方解石CaCO3（2）對復化合物，陽離子按其堿性由強到弱、價態由低到高排列，如白云石CaMgCO32、磁鐵礦FeFe2O4（即Fe2+Fe3+2O4）。（3）附加陰離子寫在陰離子和絡陰離子之后，如白云母KAl2（Si3Al）O10（OH）2。（4）中性水分子寫在化學式最后，當含水量不固定