1、礦物的晶體化學第1頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五第六章 礦物的晶體化學 Chapter5 crystalloid chemistry of mineral元素的離子類型 elementary ion type球體的最緊密堆積 spheriform closest packing配位數(shù)和配位多面體 coordination number and coordination polyhedron類質(zhì)同像 isomorphism晶體結構的有序無序、同質(zhì)多像、多型 order-disorder structure, polymorphism，polytypism 第2頁，共22

2、頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五何謂晶體化學？Whats crystalloid chemistry?晶體化學 是研究單質(zhì)或化合物中離子、分子或原子 在晶體內(nèi)的分布規(guī)律，從而闡明化學成分與晶 體結構以及與晶體的物理性質(zhì)、化學性質(zhì)之間關 系的分支學科。一、元素的離子類型 elementary ion type 惰性氣體型離子 （ns2np6，1s2） 銅型離子 （ns2np6nd10） 過渡型離子（ns2np6nd1-9）不同價態(tài)的同種元素可能分屬不同的離子類型 過渡型離子過渡元素注意第3頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五原子半徑和離子半徑 atom radi

3、us and ion radius有效半徑絕對半徑二、球體的最緊密堆積 spheriform closest packing晶體結構球體堆積Why ? 具有一定有效半徑的離子或原子 剛性小球 金屬鍵和離子鍵都沒有方向性和飽和性 晶體中原子或離子的化合遵循內(nèi)能最小的原則單元素晶體 等大球體 化合物 不等大球體第4頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五1、等大球體的最緊密堆積 isometric spheriform closest packing第5頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五三層重復 ABCABCABC.最緊密堆積面（111） 立方最緊密堆積 cu

4、bic closest packing第6頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五兩層重復ABABAB.最緊密堆積面（0001）六方最緊密堆積Hexagonal closest packing第7頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五八面體空隙四面體空隙最緊密堆積 空隙率29.5%當n個球做最緊密堆積時四面體空隙數(shù)=2n八面體空隙數(shù)=n空隙的類型和數(shù)目第8頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五2、不等大球體的最緊密堆積 different spheriform closest packing陰離子作最緊密堆積陽離子充填其空隙最緊密堆積原理可適

5、用于許多晶體結構，特別是金屬晶格和離子晶格第9頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五三 配位數(shù)和配位多面體 coordination number and coordination polyhedron 配位數(shù) (coordination number C.N.) 每個原子或離子周圍與之呈配位關系的原子或異號離子的數(shù)目 配位多面體(coordination polyhedron)以任一原子或離子為中心，將其周圍與之呈配位關系或異號離子的中心聯(lián)線所形成的幾何圖形 影響配位數(shù)的因素 influence factor of C.N.質(zhì)點的相對大小，堆積的緊密程度及質(zhì)點間化學鍵的性質(zhì)

6、第10頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五配位數(shù)由金屬鍵 離子鍵 共價鍵 降低 金屬鍵做最緊密堆積時具最高配位數(shù)（12） 典型共價鍵或以共價鍵為主的單質(zhì)或化合物都 具有最低的配位數(shù)（CN=3,4) 離子化合物晶體，配位數(shù)大小主要取決于陰、陽 離子半徑的比值溫度增高 配位數(shù)減小壓力增大 配位數(shù)增高外因rarc=0.414rc陰離子半徑ra陽離子半徑第11頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五配位多面體的自我調(diào)整常見陽離子的配位數(shù)及配位多面體配位數(shù)及配位多面體的形狀第12頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五配位多面體的連接方式晶體結構可視為

7、由配位多面體相互聯(lián)結而成的體系第13頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五四 類質(zhì)同像 isomorphism1 概念 definition晶體結構中某種質(zhì)點（原子、離子或分子）被其他類似的質(zhì)點所代替，僅晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化，而結構型式并不改變的這種現(xiàn)象MgCO3(Mg,Fe)CO3(Fe,Mg)CO3FeCO3 菱鎂礦 含鐵的菱鎂礦 含鎂的菱鐵礦 菱鐵礦ZnS(Zn,Fe)S Fe Zn26% 2 分類 classification 完全的類質(zhì)同像：兩種質(zhì)點可以任意比例相互取代 有限類質(zhì)同像：兩種質(zhì)點的相互代替局限在一個有限 的范圍內(nèi)第14頁，共22頁，2022年，5月2

8、0日，9點42分，星期五 異價的類質(zhì)同像 Na+Ca2+ Al3+Si4+ 等價的類質(zhì)同像 Fe2+Mg2+ Fe2+Zn2+3 類質(zhì)同像的形成條件 forming condition of isomorphism內(nèi)因 原子和離子半徑(r1 - r2 ) 10-15%時,完全的類質(zhì)同像r2(r1 - r2 ) 30%時,高溫有限類質(zhì)同像低溫不形成類質(zhì)同像r2 離子電價不同的方式(如下）總電價平衡第15頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五簡單的代替 橄欖石 Mg2+Fe2+ 成對的代替不等量的代替 云母中 2Al3+3Mg2+ 3Mg2+2Al3+ 斜長石 Na+Si4+Ca

9、2+Al3+磷灰石 Ce3+Na+2Ca2+螢石 Ca2+Y3+F- 綠柱石Li+Cs+Be2+ 離子類型和化學鍵離子類型相同，化學鍵相近外因 溫度增高有利于類質(zhì)同像的產(chǎn)生，而溫度降低則 將限制類質(zhì)同像的范圍并促使離 壓力增大將限制類質(zhì)同像代替的范圍并促使其離溶 組分濃度 滿足礦物組分之間的量比 Ca2+(0.100nm) Hg2+(0.102nm)Al3+(0.026nm) Si4+(0.039nm) Si-O(0.161nm) Al-O(0.176nm)第16頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五4、研究類質(zhì)同像的意義 significance of isomorphis

10、m study有助于闡明礦物床中元素賦存狀態(tài)、尋找稀有分散元素、進行礦床的綜合評價 有助于了解成礦環(huán)境。 類質(zhì)同像代替所引起的礦物化學成分的規(guī)律變化，必然會導致礦物的一系列物理性質(zhì)（如顏色、光澤、條痕、折光率、比重、硬度、熔點等等）的規(guī)律變化，系統(tǒng)地研究這些規(guī)律變化的相互關系就可以使我們根據(jù)礦物物性的測定來確定礦物組分的變化 第17頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五五、晶體結構的有序無序、同質(zhì)多相、多型 order-disorder structure, polymorphism，polytypism 1 同質(zhì)多相 polymorphism概念同種化學成分的物質(zhì)，在不同的

11、物理化學條件下，形成不同結構的晶體的現(xiàn)象 石墨和金剛石結構及物性對比金剛石石墨晶系等軸晶系六方晶系配位數(shù)43原子間距0.154nm層內(nèi)0.142nm, 層間0.340nm鍵性共價鍵層內(nèi)共價鍵，層間分子鍵形態(tài)八面體六方片狀顏色無色或淺色黑色透明度透明不透明光澤金剛光澤金屬光澤解理111中等0001完全硬度101相對密度3.552.23導電性不良導體良導體第18頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五說明 同質(zhì)多象的每一種變體都是礦物學中獨立的礦物 種單獨命名 同種物質(zhì)的同質(zhì)多象變體根據(jù)它們的形成溫度從低 到高在其名稱或成分之前冠以-, -, -等希臘字母2同質(zhì)多像變體的轉變地質(zhì)溫

12、壓計 可逆轉變 -石英-石英 573不可逆轉變 文石 方解石 石墨 金剛石 57387014701720三方晶系六方晶系六方晶系等軸晶系-石英 -石英 -鱗石英 -方石英 熔體 第19頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五2 晶體結構的有序無序 order-disorder structure of crystal概念有序結構無序結構高溫低溫(395)低溫(550)(550)黃銅礦結構占正確位置的原子比率減去占錯誤位置的原子比率S=p-r1-rp某種質(zhì)點在正確位置上的百分數(shù), r該質(zhì)點在整個體系中所占的百分數(shù)第21頁，共22頁，2022年，5月20日，9點42分，星期五3 多型 polytypism一種元素或化合物以兩種或兩種以上