礦物學理論講課：30課時試驗課：14課時本課程難點和重點1、

基本定義、基本判定方法、常見礦物物理性質2、

一些經典礦物晶體結構11/27第一章緒論1什么是礦物學：是以礦物為研究對象一門基礎地質學科，它是研究地殼成份學科之一。它研究內容對象為：礦物成份、結構、形態、性質、成因、產狀、后期各種改變、用途、礦物時空分布及其它們相互內在關系。它是地質學其它分支基礎，也是材料學等學科基礎。22/272礦物定義：是在各種地質作用中形成天然單質或化合物；含有一定化學成份和內部結構，從而有一定形態、物理性質和化學性質；它們在一定地質和物理化學條件下穩定存在；是巖石和礦石基本組成單位。33/273了解礦物定義幾個關鍵：①是在各種地質作用下形成而非人工合成或天外來客；②含有一定化學成份，這些化學成份是以一定內部結構規律排列，而非雜亂無章混合；

③每種礦物穩定存在都是有一定物理化學條件范圍，在超出其穩定存在物理化學條件，則會發生各種物理化學改變。④礦物必為晶質固態物，所以非晶質或液體或天然氣等則不是屬于礦物范圍，但通常把像蛋白石、水鋯石等極少數天然形成、含有一定化學成份非晶質單質和化合物也列入到礦物范圍中來，稱之為準礦物；⑤是巖石和礦石基本組成單元，各種巖石和礦石都是由礦物組成；44/274礦物學發展幾個階段：伴伴隨科學技術發展而發展，萌芽時期為純肉眼和借助放大鏡觀察、測量及描述，以后每一次大飛躍都是與科技發展密不可分：偏光顯微鏡應用；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，引入了一系列當代測試技術出現、高溫超高壓試驗技術、量熱試驗及計算機使用、固體物理、量子化學、結晶化學和物理化學理論。55/27JXA-8100

電子探針微量分析儀

ElectoronProbeMicroanalyzers66/2777/27多功效X射線衍射儀（XRD）88/27MSALXD2粉末X射線衍射儀99/275礦物與其它學科關系礦物學與其它學科有著千絲萬縷聯絡。礦物學基礎學科：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。礦物學并行學科：結晶學礦物學應用學科：地學各分支，材料學各分支，測試技術基礎理論方面。

1010/27第二章

礦物化學成份（1課時）

一

地殼化學成份1豐度：地質體中化學元素含量即為豐度。2克拉克值：地殼中化學元素含量即為克拉克值。3地殼中分布最廣八種元素:詳見后一頁表格，前八種元素總量占99%，所以能夠說地殼主要是由這八種元素所組成。但人們常要開采主要礦產資源如：銅、鉛、鋅、金、銀、鈾、鎢等礦產資源都不在此八元素之列。

1111/27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地殼中含量最多前八種元素1212/274聚集元素：有一些元素即使豐度值低，但它們趨于集中，易形成獨立礦物，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：有一些元素即使豐度值高，但它們趨于分散，極少形成獨立礦物，經常作為微量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：地殼中礦物形成不但與元素豐度值相關，還與元素地球化學性質相關。

1313/27二

元素離子類型0引言：元素在礦物中存在形式取決于元素本身性質、原子和離子化學行為、礦物所處地質環境即物理化學條件。因為自然界中產出礦物多為化合物，都是以陰陽離子形式存在，所以，各種元素離子類型顯得尤為主要。1414/271惰性氣體型離子：即外層電子為2或8電子離子，外層電子構型為1S2或nS2nP6，與惰性氣體原子外層電子構型相同，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化合物。所以這類元素也被稱為造巖元素、親石元素、親氧元素。1515/272銅型離子：即外層電子為18個電子或18+2個離子，外層電子構型為nS2nP6nd10或nS2nP6nd10（n+1）S2，與銅離子相同，故稱為銅型離子。本類離子半徑小、外層電子多，極化能力很強，易與半徑大、又易被極化S2-結合生成共價鍵為主化合物，主要形成金屬礦物，所以這類元素也被稱為造礦元素、親硫元素、或親銅元素。1616/273過渡型離子：即外層電子為9~17離子，外層電子構型為nS2nP6nd1~9。各種特征介于前二者之間。1717/27三

礦物化學成份改變1化學計量礦物：在自然界中只有極少礦物其化學成份是相當固定，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化學組分遵照定比定律，含有嚴格化合比礦物稱為化學計量礦物。如水晶，其化學成份為純SiO2。有礦物即使化學成份是改變但遵照定比定律，如橄欖石（Mg，Fe）2SiO42非化學計量礦物：自然界中許多礦物，尤其是一些含有變價元素礦物，其礦物成份偏離理想化合比，這是因為在不一樣氧化還原條件下，價態會發生改變，為了電價平衡，礦物內部出現某種晶格缺點，

從而使其化學組成偏離化學計量定比定律，如磁黃鐵礦Fe（1-x）S，x改變于0~0.125。這類礦物就是非化學計量礦物。1818/27四

膠體礦物成份膠體礦物是以水為分散媒，以固相為分散相水膠凝體而形成非晶質或超顯微隱晶質礦物，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準礦物。因為膠體微粒非常小，含有極大比表面積和很高表面能，含有吸附其它物質和自發地轉化為能量更低結晶質趨勢。另外，因為膠體表面電荷未到達平衡，要吸附帶電離子，以到達電荷平衡。因為這兩方面作用，膠體礦物伴隨時間推移，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隱晶質和顯晶質礦物稱為變膠體礦物。由此，膠體礦物化學組成是可變性和復雜性。這種化學成份復雜性，表現在含水量可變性和被吸附離子數量可變性。1919/27五

礦物中水

1依據礦物中水存在形式及在礦物結構中作用，礦物中水分為吸附水和結合水。在常量元素分析結果中分別以H2O-

和H2O+。2結合水包含：結晶水和結構水3含有雙重性質水：沸石水和層間水4吸附水：是指被機械地吸附于礦物顆粒表面及裂隙中，或滲透到礦物集合體中中性水分子。其不參加晶格中，不屬于礦物化學組成。礦物中吸附水含量是不固定，是隨環境溫度和濕度而改變，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結構。膠體水是一個特殊吸附水類型，它是礦物化學組成一部分，但又很不固定，膠體水脫水溫度較高普通在100~250℃。2020/275結晶水：是以中性水分子形式存在于礦物晶格中，它是礦物化學組成主要組成部分，水分子在礦物中是固定，與其它成份含量常成簡單百分比關系。 結晶水以一定配位形式圍繞小半徑陽離子，形成水化陽離子，使陽子體積增大，從而與其它大陰離子形成穩定結構。 結晶水參加了晶體結構，結合牢靠，脫水溫度很高，普通為200~500℃，個別礦物達600℃。因為結晶水參加了礦物結構，脫水后晶體結構遭受破壞，從而形成新結構或熔融。2121/276結構水（亦稱化合水）：是指以(OH)-、H+、(H3O)+離子形式存在于晶格中一定配位位置上，并有確定含量比，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Al4[Si4O10](OH)8等礦物中。

結構水在晶格中與其它離子結合非常牢靠，常壓下脫結構水溫度很高，可達600~1000℃，在高壓下甚至可達1200~1400℃。脫水后晶格遭受破壞，并有可能伴隨有熔融出現。

2222/277層間水：是存在于層狀結構礦物硅酸鹽（如一些粘土礦物）晶體結構中結構層之間中性水，它們主要與層間陽離子結合成水合陽離子。因為結構層內電價未平衡，層間吸附陽離子，這些小半徑陽離子與中性水配位成大離子半徑基團，形成較為穩定礦物結構。層間水多少與層間陽離子數目、種類及溫度、濕度相關。層間水性質介于吸附水和結構水之間，當層間水失去之后，晶體總體結構并未被破壞，只是晶胞參數中C0值會變小。因為層間水加入與脫出會引發C0值發生改變，所以當快速加熱時可能會因爆炸而快速加大C0值，從而大大提升礦物膨脹率。這種特征已用在制造一些礦物材料工藝上。

2323/278沸石水：主要存在于沸石簇礦物晶格中寬大空腔和通道中中性水分子，與其中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性質。

9研究礦物中水方法：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

2424/272525/27六

礦物化學式及其計算1礦物成份表示方法：礦物化學成份是以化學元素符號按一定標準書寫出來，是以單礦物化學成份分析所得出各種組分相對百分含量為基礎而計算出來。詳細有兩種表示方法：試驗式和晶體化學式。試驗式只表示礦物中各種氧化物種類及其百分比，不能反應礦物中各組之間相互關系，如石膏CaO·SO3·2H2O；當前用得最多是晶體化學式（即結構式），它即能表明礦物中各種組分種類及其數量比，又能反應它們在晶格中相互關系及其存在形式，如石膏結構式為CaSO4·2H2O。2626/272晶體化學式書寫標準：晶體化學式是最慣用，晶體化學式書寫標準為：（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Ca[CO3]（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CaMg[CO3]2、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終，當含水量不固定時，則用nH2O或aq表示，如石膏Ca