礦物學(xué)本課程的難點(diǎn)和重點(diǎn)1、

基本定義、基本鑒定方法、常見礦物的物理性質(zhì)2、

一些典型礦物的晶體結(jié)構(gòu)第一講：緒論與礦物化學(xué)成分第一章緒論1什么是礦物學(xué)：是以礦物為研究對(duì)象的一門基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)科，它是研究地殼成分的學(xué)科之一。它的研究?jī)?nèi)容對(duì)象為：礦物的成分、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性質(zhì)、成因、產(chǎn)狀、后期的各種變化、用途、礦物的時(shí)空分布及其它們相互的內(nèi)在關(guān)系。它是地質(zhì)學(xué)其它分支的基礎(chǔ)，也是材料學(xué)等學(xué)科的基礎(chǔ)。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分2礦物的定義：是在各種地質(zhì)作用中形成的天然單質(zhì)或化合物；具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而有一定的形態(tài)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)；它們?cè)谝欢ǖ牡刭|(zhì)和物理化學(xué)條件下穩(wěn)定存在；是巖石和礦石的基本組成單位。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分3理解礦物定義的幾個(gè)關(guān)鍵：①是在各種地質(zhì)作用下形成的而非人工合成或天外來(lái)客；②具有一定的化學(xué)成分，這些化學(xué)成分是以一定的內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)律排列，而非雜亂無(wú)章的混合；

③每種礦物的穩(wěn)定存在都是有一定的物理化學(xué)條件范圍的，在超過其穩(wěn)定存在的物理化學(xué)條件，則會(huì)發(fā)生各種物理化學(xué)變化。④礦物必為晶質(zhì)固態(tài)物，所以非晶質(zhì)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(shù)天然形成的、具有一定的化學(xué)成分的非晶質(zhì)單質(zhì)和化合物也列入到礦物的范疇中來(lái)，稱之為準(zhǔn)礦物；⑤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；第一講：緒論與礦物化學(xué)成分4礦物學(xué)發(fā)展的幾個(gè)階段：伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，萌芽時(shí)期為純?nèi)庋酆徒柚糯箸R觀察、測(cè)量及描述，后來(lái)的每一次大飛躍都是與科技發(fā)展密不可分：偏光顯微鏡的應(yīng)用；X射線衍射儀；物理化學(xué)理論和熱力學(xué)相平衡理論；60年以來(lái)，引入了一系列的現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)的出現(xiàn)、高溫超高壓實(shí)驗(yàn)技術(shù)、量熱實(shí)驗(yàn)及計(jì)算機(jī)的使用、固體物理、量子化學(xué)、結(jié)晶化學(xué)和物理化學(xué)理論。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分JXA-8100

電子探針微量分析儀

ElectoronProbeMicroanalyzers第一講：緒論與礦物化學(xué)成分第一講：緒論與礦物化學(xué)成分多功能X射線衍射儀（XRD）第一講：緒論與礦物化學(xué)成分MSALXD2粉末X射線衍射儀第一講：緒論與礦物化學(xué)成分5礦物與其它學(xué)科的關(guān)系礦物學(xué)與其它學(xué)科有著千絲萬(wàn)縷的聯(lián)系。礦物學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科：物理學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、礦物材料學(xué)、冶金學(xué)、化工學(xué)等。礦物學(xué)的并行學(xué)科：結(jié)晶學(xué)礦物學(xué)的應(yīng)用學(xué)科：地學(xué)各分支，材料學(xué)各分支，測(cè)試技術(shù)的基礎(chǔ)理論方面。

第一講：緒論與礦物化學(xué)成分第二章

礦物的化學(xué)成分（1學(xué)時(shí)）

一

地殼的化學(xué)成分1豐度：地質(zhì)體中的化學(xué)元素含量即為豐度。2克拉克值：地殼中化學(xué)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(yè)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(chǎn)資源如：銅、鉛、鋅、金、銀、鈾、鎢等礦產(chǎn)資源都不在此八元素之列。

第一講：緒論與礦物化學(xué)成分元素質(zhì)量克拉克值/(%)元素質(zhì)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第一講：緒論與礦物化學(xué)成分4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(dú)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(dú)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(jié)：地殼中礦物形成不僅與元素的豐度值有關(guān)，還與元素的地球化學(xué)性質(zhì)有關(guān)。

第一講：緒論與礦物化學(xué)成分二

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(zhì)、原子和離子的化學(xué)行為、礦物所處的地質(zhì)環(huán)境即物理化學(xué)條件。由于自然界中產(chǎn)出的礦物多為化合物，都是以陰陽(yáng)離子形式存在，因此，各種元素的離子類型顯得尤為重要。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分1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(gòu)型為1S2或nS2nP6，與惰性氣體原子的外層電子構(gòu)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(shì)較低、離子半徑大，易與氧及鹵素元素以離子鍵結(jié)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。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分2銅型離子：即外層電子為18個(gè)電子或18+2個(gè)的離子，外層電子構(gòu)型為nS2nP6nd10或nS2nP6nd10（n+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(qiáng)，易與半徑大、又易被極化的S2-結(jié)合生成共價(jià)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。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分3過渡型離子：即外層電子為9~17的離子，外層電子構(gòu)型為nS2nP6nd1~9。各種特性介于前兩者之間。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分三

礦物化學(xué)成分的變化1化學(xué)計(jì)量礦物：在自然界中只有很少的礦物其化學(xué)成分是相當(dāng)固定的，其化學(xué)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(xué)組分遵循定比定律，具有嚴(yán)格化合比的礦物稱為化學(xué)計(jì)量礦物。如水晶，其化學(xué)成分為純SiO2。有的礦物雖然化學(xué)成分是變化的但遵循定比定律，如橄欖石（Mg，F(xiàn)e）2SiO42非化學(xué)計(jì)量礦物：自然界中許多礦物，特別是某些含有變價(jià)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(jià)態(tài)會(huì)發(fā)生變化，為了電價(jià)平衡，礦物內(nèi)部出現(xiàn)某種晶格缺陷，

從而使其化學(xué)組成偏離化學(xué)計(jì)量的定比定律，如磁黃鐵礦Fe（1-x）S，x變化于0~0.125。這類礦物就是非化學(xué)計(jì)量礦物。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分四

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(zhì)或超顯微隱晶質(zhì)的礦物，前者如蛋白石（SiO2.nH2O），后者如大多數(shù)粘土礦物。嚴(yán)格地講，膠體礦物只是含吸附水的準(zhǔn)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，具有吸附其他物質(zhì)和自發(fā)地轉(zhuǎn)化為能量更低的結(jié)晶質(zhì)的趨勢(shì)。另外，由于膠體表面電荷未達(dá)到平衡，要吸附帶電離子，以達(dá)到電荷平衡。由于這兩方面作用，膠體礦物隨著時(shí)間的推移，膠粒逐步長(zhǎng)大，變成隱晶質(zhì)，最終變成顯晶質(zhì)礦物。這種膠體礦物老化形成的隱晶質(zhì)和顯晶質(zhì)礦物稱為變膠體礦物。由此，膠體礦物的化學(xué)組成是可變性和復(fù)雜性。這種化學(xué)成分的復(fù)雜性，表現(xiàn)在含水量的可變性和被吸附的離子數(shù)量的可變性。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分五

礦物中的水

1根據(jù)礦物中的水的存在形式及在礦物結(jié)構(gòu)中的作用，礦物中的水分為吸附水和結(jié)合水。在常量元素的分析結(jié)果中分別以H2O-

和H2O+。2結(jié)合水包括：結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水3具有雙重性質(zhì)的水：沸石水和層間水4吸附水：是指被機(jī)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(xué)組成。礦物中的吸附水含量是不固定的，是隨環(huán)境的溫度和濕度而變化，常壓下，在溫度為100~110℃條件下，吸附水全部從礦物中逸出而不破壞礦物的結(jié)構(gòu)。膠體水是一種特殊的吸附水類型，它是礦物的化學(xué)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100~250℃。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分5結(jié)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(xué)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(jiǎn)單的比例關(guān)系。 結(jié)晶水以一定的配位形式環(huán)繞小半徑的陽(yáng)離子，形成水化陽(yáng)離子，使陽(yáng)子的體積增大，從而與其他大的陰離子形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。 結(jié)晶水參與了晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢固，脫水溫度很高，一般為200~500℃，個(gè)別礦物達(dá)600℃。由于結(jié)晶水參與了礦物的結(jié)構(gòu)，脫水后晶體的結(jié)構(gòu)遭受破壞，從而形成新的結(jié)構(gòu)或熔融。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分6結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)硅酸鹽等礦物中。如水鎂石Mg(OH)2、高嶺石Al4[Si4O10](OH)8等礦物中。

結(jié)構(gòu)水在晶格中與其他離子結(jié)合非常牢固，常壓下脫結(jié)構(gòu)水溫度很高，可達(dá)600~1000℃，在高壓下甚至可達(dá)1200~1400℃。脫水后晶格遭受破壞，并有可能伴隨有熔融的出現(xiàn)。

第一講：緒論與礦物化學(xué)成分7層間水：是存在于層狀結(jié)構(gòu)礦物硅酸鹽（如某些粘土礦物）晶體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)層之間的中性水，它們主要與層間陽(yáng)離子結(jié)合成水合陽(yáng)離子。由于結(jié)構(gòu)層內(nèi)的電價(jià)未平衡，層間吸附陽(yáng)離子，這些小半徑的陽(yáng)離子與中性水配位成大離子半徑的基團(tuán)，形成較為穩(wěn)定的礦物結(jié)構(gòu)。層間水的多少與層間陽(yáng)離子的數(shù)目、種類及溫度、濕度有關(guān)。層間水性質(zhì)介于吸附水和結(jié)構(gòu)水之間，當(dāng)層間水失去之后，晶體的總體結(jié)構(gòu)并未被破壞，只是晶胞參數(shù)中的C0值會(huì)變小。由于層間水的加入與脫出會(huì)引起C0值發(fā)生變化，因此當(dāng)快速加熱時(shí)可能會(huì)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。

第一講：緒論與礦物化學(xué)成分8沸石水：主要存在于沸石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(yáng)離子結(jié)合成水合陽(yáng)離子，與層間水性質(zhì)相近，沸石水也兼有吸附水和結(jié)構(gòu)水的性質(zhì)。

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

第一講：緒論與礦物化學(xué)成分第一講：緒論與礦物化學(xué)成分六

礦物的化學(xué)式及其計(jì)算1礦物成分的表示方法：礦物的化學(xué)成分是以化學(xué)元素符號(hào)按一定的原則書寫出來(lái)，是以單礦物化學(xué)成分分析所得出的各種組分相對(duì)百分含量為基礎(chǔ)而計(jì)算出來(lái)的。具體有兩種表示方法：實(shí)驗(yàn)式和晶體化學(xué)式。實(shí)驗(yàn)式只表示礦物中各種氧化物的種類及其比例，不能反應(yīng)礦物中各組之間的相互關(guān)系，如石膏CaO·SO3·2H2O；目前用得最多的是晶體化學(xué)式（即結(jié)構(gòu)式），它即能表明礦物中各種組分的種類及其數(shù)量比，又能反應(yīng)它們?cè)诰Ц裰邢嗷リP(guān)系及其存在形式，如石膏的結(jié)構(gòu)式為CaSO4·2H2O。第一講：緒論與礦物化學(xué)成分2晶體化學(xué)式的書寫原則：晶體化學(xué)式是最常用的，晶體化學(xué)式的書寫原則為：（1）陽(yáng)離子在前，（絡(luò)）陰離子在后，絡(luò)陰離子用方括號(hào)，如石英SiO2、方解石Ca[CO3]（2）對(duì)復(fù)化合物，陽(yáng)離子按其堿性由強(qiáng)到弱、價(jià)態(tài)由低到高排列，如白云石CaMg[CO3]2、磁鐵礦FeFe2O4（即Fe2+Fe3+2O4）。（3）附加陰離子寫在陰離子和絡(luò)陰離子之后，如白云母KAl2[（Si3Al）O10]（OH）2。（4）中性水分子寫在化學(xué)式最后，當(dāng)含水量不固定時(shí)，則用nH2O或aq表示，如石膏CaSO4·2H2O