3-4礦物的化學(xué)成分、晶體化學(xué)和形態(tài)ppt課件

1、第二章 結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)u晶體及其基本性質(zhì)u晶體的對稱及晶體的分類u晶體的理想形態(tài)u晶體定向和晶面符號自學(xué)）u晶體的規(guī)則連生自學(xué)）第二節(jié) 晶體的對稱及晶體的分類u對稱的概念及晶體對稱的特點u對稱操作和對稱要素u對稱要素的組合及晶體的分類u晶體的微觀對稱及空間群自學(xué)）3第三章礦物通論u礦物及礦物學(xué)的概念u礦物的化學(xué)成分u礦物的晶體化學(xué)u礦物的形態(tài)u礦物的物理性質(zhì)及化學(xué)性質(zhì)u礦物的成因和成因標(biāo)志u礦物的鑒定研究方法4礦物及礦物學(xué)的概念u礦物是地質(zhì)作用形成的單質(zhì)或化合物；它們具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，因而呈現(xiàn)出一定的形態(tài)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)；在一定的地質(zhì)和物理化學(xué)條件下穩(wěn)定；是組成巖石和礦石的基本單元

2、。5礦物和礦物學(xué)的概念u 人造礦物：也叫合成礦物，是在實驗室條件下獲得的某些成分和性質(zhì)與礦物類似的物質(zhì)。u 隕石、月巖來自其他天體，與礦物類似的物質(zhì)分別為隕石礦物和月巖礦物，或統(tǒng)稱為宇宙礦物。u 目前，已發(fā)現(xiàn)的礦物種數(shù)有3000多種，基本上都產(chǎn)自地殼中，但目前的研究已經(jīng)擴大到地幔和宇宙中的其它天體。6礦物和礦物學(xué)的概念u花崗巖中的長石長期暴露在地表，可風(fēng)化形成高嶺石等。u黃鐵礦FeS2，在缺氧的還原條件下，可以保持穩(wěn)定；如果暴露于地表，受到氧化作用，就被分解形成褐鐵礦Fe2O3.nH2O)。7礦物和礦物學(xué)的概念u花崗巖是由長石、石英、云母組成。u石灰?guī)r主要由方解石組成。u鉛鋅礦石是由方鉛礦和閃

3、鋅礦組成?；◢弾r花崗巖石灰?guī)r石灰?guī)r8礦物和礦物學(xué)的概念u固態(tài)-石英、長石、石鹽u液態(tài)-水、自然汞u氣態(tài)-火山噴氣中的二氧化碳、硫化氫u多數(shù)氣態(tài)、液態(tài)物質(zhì)因其特殊的屬性納入其它學(xué)科的研究范圍，如石油、天然氣成為有機地球化學(xué)和有機化工等學(xué)科的研究內(nèi)容。u一般礦物學(xué)教科書只把由地質(zhì)作用形成的晶質(zhì)固體稱為礦物。9礦物和礦物學(xué)的概念u在產(chǎn)出狀態(tài)、成因和化學(xué)組成等方面與礦物相似，但不具有結(jié)晶構(gòu)造的少數(shù)均勻固體，稱為準(zhǔn)礦物或似礦物，如A型蛋白石，SiO2.nH2O。10礦物和礦物學(xué)的概念u礦物學(xué)是地質(zhì)學(xué)的一門分支學(xué)科。u研究礦物的成分、構(gòu)造、形狀、性質(zhì)、成因、產(chǎn)狀、用途和它們的內(nèi)在聯(lián)系。u研究礦物在時間和空

4、間上的分布規(guī)律、形成和變化歷史等。11第一節(jié) 礦物的化學(xué)成分P60元素的離子類型礦物的化學(xué)成分及其可變性類質(zhì)同象膠體礦物的成分礦物中的水礦物的化學(xué)式12一、元素的離子類型u分類依據(jù)：離子的最外層電子結(jié)構(gòu)u惰性氣體型離子u銅型離子u過渡型離子13元素的離子類型u惰性氣體型離子：u離子的最外層電子結(jié)構(gòu)與惰性氣體原子相似，具有2個或8個電子。u共有25種。u離子半徑一般較大，而極化性較小，易與O結(jié)合成以離子鍵為主的氧化物或含氧鹽，特別是硅酸鹽，構(gòu)成地殼中大部分造巖礦物。u又稱為造巖元素或親氧元素。14元素的離子類型15元素的離子類型u銅型離子：u失去電子成為陽離子時，最外層電子層有18或18+2個電

5、子，與Cu+類似。u外層電子結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，除個別離子外，一般情況下不變價，或只在18和18+2兩種構(gòu)型間變化如Pb4+、Pb2+）；u離子半徑小，外層電子多，極化性能很強，易與半徑較大，易被極化的S2-結(jié)合生成以共價鍵為主的化合物，形成主要的金屬礦物。u又稱為造礦元素或親硫元素。16元素的離子類型17元素的離子類型u過渡型離子：u失去電子成為陽離子時，最外層電子層為具有8-18個電子的過渡型結(jié)構(gòu)u離子的結(jié)合性質(zhì)受環(huán)境的影響。u如Fe在還原條件下，多與S結(jié)合，生成黃鐵礦或白鐵礦FeS2 ；u當(dāng)O的濃度很高時，便與O結(jié)合生成赤鐵礦Fe2O3 、磁鐵礦Fe3O4 、菱鐵礦FeCO3 。18元素的離子類

6、型u離子半徑與極化性質(zhì)介于惰性氣體型離子和銅型離子之間。u最外層電子數(shù)愈接近8的離子，親氧性愈強，易形成氧化物和含氧鹽；u最外層電子數(shù)愈接近18的離子，親硫性愈強，易形成硫化物。u離子的電價比較容易變化，如Fe2+、Fe3+以及Mn2+、Mn3+、Mn4+等都是常見的變價的過渡型離子。u居于中間位置的Mn和Fe與O和S均可化合，如Fe可與S結(jié)合形成黃鐵礦FeS2，又可與O結(jié)合形成赤鐵礦Fe2O3。19元素的離子類型20二、礦物的化學(xué)成分及其可變性u單質(zhì)：由同種元素的原子自相結(jié)合組成，如金剛石C，自然金Au等。21礦物的化學(xué)成分及其可變性u化合物：由兩種或兩種以上不同的化學(xué)元素的原子組成的。u簡

7、單化合物：由一種陽離子和一種陰離子組成，如 石鹽NaCl、方鉛礦PbS。u絡(luò)合物：由一種陽離子和一種絡(luò)陰離子組成，如方解石CaCO3、鎂橄欖石MgSiO4。u復(fù)化合物復(fù)鹽）：由兩種以上陽離子與同種絡(luò)陰離子組成，如黃銅礦CuFeS2、白云石CaMgCO32。22礦物的化學(xué)成分及其可變性u少數(shù)礦物的化學(xué)成分相當(dāng)固定，其化學(xué)組成遵守物理化學(xué)分配定律定比定律和倍比定律，各組分間具嚴(yán)格的化合比，其化學(xué)組成可由理想化學(xué)式表示。如 水晶SiO2）。23礦物的化學(xué)成分及其可變性u礦物的化學(xué)成分無論是單質(zhì)還是化合物，并不是絕對不變的，通常都在一定的范圍內(nèi)有所變化。u變化的原因:u對晶質(zhì)礦物而言，主要是元素的類質(zhì)

8、同象代替； u對膠體礦物來說，主要是膠體水的變化和膠體的吸附作用。u礦物中含有顯微或超顯微包裹體形式的機械混入物。u非化學(xué)計量的礦物，化學(xué)組成不符合定比定律和倍比定律。24礦物的化學(xué)成分及其可變性u礦物晶體內(nèi)部存在的某種晶格缺陷或結(jié)構(gòu)上的不均勻性，使得一些礦物的化學(xué)成分表現(xiàn)出非化學(xué)計量性，即不符合定比定律。這些礦物屬于非化學(xué)計量礦物。u如方鐵礦理想化學(xué)式為FeO，但實際成分為Fe1-xO，F(xiàn)e的原子數(shù)略少于O原子數(shù)。u因為方鐵礦中部分Fe2+被Fe3+取代，為了保持晶體的電中性，晶格中便相應(yīng)地形成了空位。25三、 類質(zhì)同象u類質(zhì)同象isomorphism：礦物晶體在結(jié)晶過程中，結(jié)晶格子中的某種

9、質(zhì)點原子、離子和分子的位置，部分被介質(zhì)中性質(zhì)相似的他種質(zhì)點所取代共同結(jié)晶形成均勻的單一相的混合晶體，取代前后除晶格常數(shù)略有變化外，鍵性和晶體結(jié)構(gòu)型式不發(fā)生本質(zhì)改變的現(xiàn)象。26類質(zhì)同象Fe2+含量/%00.1610.3118.2526.20晶胞大小/nm 5.40 5.4235.4325.4425.450顏色無色無色棕色黑色鐵黑色條痕白色白色黃褐色褐色黑褐色透明度透明透明半透明 薄片下透明 薄片下不透明折射率小大光澤金剛光澤半金屬光澤硬度3 4.5閃鋅礦中Fe2+的含量對晶體常數(shù)及物理性質(zhì)的影響27類質(zhì)同象的概念u舉例：閃鋅礦ZnSu Fe、Mn、Ga鎵）、In銦等常以類質(zhì)同像形式替代Zn，使Z

10、n：S1：1u類質(zhì)同象晶體猶如兩種化學(xué)成分的晶體“混合在一起形成的“混合晶體”，或者可理解為一種礦物晶體“溶解于另一種礦物晶體之中。u因此，類質(zhì)同象礦物晶體又可稱為固溶體crystalline solution。？類質(zhì)同象礦物與復(fù)化合物礦物的區(qū)別28類質(zhì)同象的類型u分類依據(jù):質(zhì)點代替的數(shù)量比例u完全類質(zhì)同象：組分間能以任意比例相互替代組成混晶。u不完全類質(zhì)同象：兩種組分間的替代量有一定的限度。u閃鋅礦：Fe2+可以替代部分Zn2+，但替代的量不能超過30.8%.29類質(zhì)同象的類型u橄欖石的完全類質(zhì)同象：uMg2SiO4 (Mg,Fe) 2SiO4 (Fe,Mg) 2SiO4 Fe2 SiO4u

11、鎂橄欖石 鐵鎂橄欖石 鎂鐵橄欖石 鐵橄欖石u這一系列混晶稱為一個完全類質(zhì)同象系列。u兩端的組分-端元組分u由端元組成構(gòu)成的礦物-端元礦物。30類質(zhì)同象的類型u分類依據(jù)：晶格中相互替代的離子的電價是否相等u等價類質(zhì)同象：相互替代的離子的電價相等。u橄欖石中，F(xiàn)e2+對Mg2+的替代。u異價類質(zhì)同象：相互替代的離子的電價不等。u斜長石(CaAl2Si2O8)中，Ca2+ 和 Na+之間的替代，同時還有Al3+ 和Si4+之間的替代。31類質(zhì)同象的類型u元素周期表中，從左上方到右下方的對角線方向上的元素的離子容易發(fā)生異價類質(zhì)同象。異價類質(zhì)同象替換的對角線法則32影響類質(zhì)同象代替的因素u內(nèi)因u相似的原

12、子或離子半徑u相互替換的離子的總電價應(yīng)相等u離子類型和鍵性必須相同u代替后有較多能量放出u晶體結(jié)構(gòu)特征u外因u溫度u組分濃度u壓力33影響類質(zhì)同象代替的因素u相似的原子或離子半徑保持晶體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定u（R1-R2）/R2 10%15% 易形成完全類質(zhì)同像u15% （R1-R2）/R225%40% 在高溫條件下可形成不完全類質(zhì)同象，在低溫條件下不能形成類質(zhì)同象。34影響類質(zhì)同象代替的因素l條紋長石條紋長石-高溫高溫下完全混融的鉀長石和下完全混融的鉀長石和鈉長石，在溫度降低時鈉長石，在溫度降低時發(fā)生固溶體分解的結(jié)果。發(fā)生固溶體分解的結(jié)果。35影響類質(zhì)同象代替的因素u相互替換的離子的總電價應(yīng)相等u保持

13、晶格的靜電平衡。u離子類型和鍵性必須相同u離子間結(jié)合的鍵性和離子的外層電子構(gòu)型密切相關(guān)。u惰性氣體型離子在結(jié)合時一般形成離子鍵，銅型離子則常形成共價鍵。u離子類型不同不易互相代替。36影響類質(zhì)同象代替的因素uCa2+和Hg2+u半徑分別為1.08和1.10，但彼此不能相互代替。uSi4+和Al3+ u屬同型離子，（R1-R2）/R2=38%，但在硅酸鹽礦物的晶格中， Al3+ 代Si4+的類質(zhì)同象替代十分廣泛。37影響類質(zhì)同象代替的因素u溫度：溫度的升高有利于類質(zhì)同像的形成。u一些在常溫下不能形成類質(zhì)同象或只能形成不完全類質(zhì)同象的，在高溫下可形成類質(zhì)同象或完全類質(zhì)同象。u隨溫度的降低，固溶體會

14、發(fā)生分解或出熔。u鉀長石中的K +在660以上，可以被Na +任意代替，形成完全類質(zhì)同象；u500時最多能代替20%；u200時，代替不超過5%。38影響類質(zhì)同象代替的因素u組分濃度：當(dāng)某種礦物從溶液或熔體中結(jié)晶時，如果介質(zhì)中某一組分的濃度不足，可由介質(zhì)中性質(zhì)相似的其它組分“頂替”，從而形成類質(zhì)同像。u -補償類質(zhì)同象complementary isomorphism u如磷灰石Ca5PO43(F,Cl)形成時，如介質(zhì)中Ca2+的濃度不足，介質(zhì)中的Sr2+(鍶）、Na+等離子就可代替Ca2+進入晶格，占據(jù)Ca2+的位置，形成類質(zhì)同象。u一些稀有分散元素常可形成類質(zhì)同象混入物，往往與此有關(guān)。39

15、研究類質(zhì)同象的意義u類質(zhì)同象礦物的物理性質(zhì)與類質(zhì)同象混入物的類型及含量有關(guān)。u -可根據(jù)礦物物理性質(zhì)大致推斷其化學(xué)組成。u類質(zhì)同象的形成受物理化學(xué)條件的制約。u -可根據(jù)類質(zhì)同像推斷礦物形成時的物理化學(xué)條件。40研究類質(zhì)同象的意義u大部分稀有元素不能形成獨立礦物，而主要以類質(zhì)同象形式存在于與它性質(zhì)相似的元素組成的礦物中。u -指導(dǎo)找礦和礦產(chǎn)資源的綜合利用。u如閃鋅礦中的Cd鎘）、In、Ga，輝鉬礦中的Re錸），鋯石中的Hf鉿）。41四、膠體礦物的成分u膠體礦物：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)或超顯微的隱晶質(zhì)礦物。u如蛋白石、大多數(shù)粘土礦物。42膠體礦物的成分細(xì)細(xì) 分分 散

16、散 系系非晶質(zhì) 無規(guī)則幾何外形 可變性和復(fù)雜性 帶電荷 選擇性吸附較高的內(nèi)能膠體的特點膠體 膠膠 體體 膠體礦物的特點 風(fēng)化風(fēng)化 膠體溶液膠體溶液 凝聚凝聚蒸發(fā)蒸發(fā)/中和中和 膠體礦物膠體礦物 膠體礦物形成膠體礦物形成 海濱地帶和巖石風(fēng)化殼海濱地帶和巖石風(fēng)化殼中中 礦物礦物/ /巖石巖石 43四、膠體礦物的成分u濱海地帶形成的赤鐵礦、硬錳礦等，巖石風(fēng)化殼中的鋁土礦、褐鐵礦、孔雀石，以及氧化帶潛水面以下形成的輝銅礦都是膠體作用的產(chǎn)物，有時還可形成大規(guī)模的礦床。44五、礦物中的水u分類依據(jù)：水在礦物中的存在形式及在礦物晶體結(jié)構(gòu)中所起的作用。u吸附水u結(jié)晶水u結(jié)構(gòu)水u沸石水u層間水參加晶體構(gòu)成或與礦

17、物晶體結(jié)構(gòu)關(guān)系較密切不參加晶體構(gòu)成，與礦物晶體無關(guān)45吸附水u存在形式：中性水分子，機械吸附于礦物顆粒外表面或孔隙中。u特點：不參加組成礦物晶格；隨環(huán)境溫度、濕度和壓力變化而改變。u例子：包裹在粘土礦物顆粒表面的薄膜水及充填在礦物粒間孔隙內(nèi)的毛細(xì)管水。u脫失溫度：溫度達(dá)110時，基本全部脫失，但膠體礦物中的吸附水脫失溫度較高，一般達(dá)100250 。46膠體水u膠體水：吸附水的一種特殊類型，是水膠凝體中的水，作為分散媒，憑借微弱的結(jié)合力依附在膠體分散相的表面。u膠體水是膠體礦物固有的特征，計入礦物的化學(xué)組成，但含量變化大。u如蛋白石SiO2nH2O un表示水的含量不固定，達(dá)1%-34%。47結(jié)

18、晶水u存在形式： 中性水分子u特點：參與構(gòu)成礦物晶體結(jié)構(gòu)；數(shù)量固定，遵守定比定律。u例子：石膏 CaSO4.2H2Ou脫失溫度：200500 或更高受晶格束縛）u結(jié)晶水脫失后，礦物晶體結(jié)構(gòu)被破壞，形成新的結(jié)構(gòu)。CaSO4.2H2O CaSO4.1/2H2O CaSO4 石膏石膏 半水石膏半水石膏 硬石膏硬石膏80-120 150 熱重-差熱分析48結(jié)構(gòu)水u存在形式：OH - 、H+或H3O+u特點：參與構(gòu)成礦物晶體結(jié)構(gòu)，有確定的含量比。u例子：高嶺石 Al4Si4O10(OH)8u脫失溫度：6001000 或更高結(jié)合強度比結(jié)晶水高）u脫水后，結(jié)構(gòu)被完全破壞，生成新的礦物。Al2O32SiO22

19、H2O Al2O32SiO2+2H2O 550 高嶺石 偏高嶺石49沸石水u存在形式：中性水分子，存在于沸石礦物的寬大的空腔和通道中。u例子：鈉沸石u特點：u介于吸附水和結(jié)晶水之間；u在晶體結(jié)構(gòu)中占據(jù)確定的位置；u含量有一上限；u隨環(huán)境溫度增高或濕度減小，沸石水通過結(jié)構(gòu)通道逸失，但不引起晶體結(jié)構(gòu)變化；u部分脫水的沸石，在潮濕環(huán)境中又可從外界吸收水分。50沸石水假如把沸石比作旅假如把沸石比作旅館，那么館，那么1 1立方微立方微米的這種米的這種“超級旅超級旅館內(nèi)竟有館內(nèi)竟有100100萬萬個個“房間房間”！這些房間能根據(jù)這些房間能根據(jù)“旅客旅客”（分子和（分子和離子的高矮、胖離子的高矮、胖瘦、不同

20、自動開門瘦、不同自動開門或擋駕。或擋駕。根據(jù)沸石的這一特根據(jù)沸石的這一特性，人們用它來篩性，人們用它來篩選分子，獲得很好選分子，獲得很好的效果。的效果。51層間水u存在形式：中性水分子，存在于某些層狀硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)單元層之間。u特點：介于結(jié)晶水和吸附水之間，含量不定；當(dāng)溫度和壓力升高時，層間水逐漸逸失。u例子：蒙脫石u脫失溫度：常壓下110 u層間水脫失后，相鄰結(jié)構(gòu)單元層之間的距離減少，但晶格不被破壞；已脫失層間水的層狀硅酸鹽進行潮濕環(huán)境，又可重新得到層間水，并使晶體結(jié)構(gòu)膨脹。52層間水53六、礦物的化學(xué)式u礦物的化學(xué)式：按照一定的原則，用元素符號及其他輔助符號表示礦物化學(xué)組成特征的式子。u分

21、類u實驗式：只表示礦物中各組成數(shù)量比的化學(xué)式。u如白云母 H2KAl3Si3O12 或 K2O3Al2O36SiO22H2Ou結(jié)構(gòu)式：又稱晶體化學(xué)式，既能反映礦物中各組分的數(shù)量比例，又能反映組分之間的結(jié)合關(guān)系。u白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)254礦物的化學(xué)式u結(jié)構(gòu)式的書寫規(guī)則：u陽離子寫在化學(xué)式的最前面，復(fù)鹽的陽離子依堿性由強至弱的順序排列。如白云石 CaMgCO32 。u陰離子或絡(luò)陰離子寫在陽離子后面，絡(luò)陰離子用方括號括起來；如正長石KAlSi3O8。u附加陰離子一般寫在主要陰離子或絡(luò)陰離子的后面。如磷灰石 Ca5PO43(F,Cl)。55礦物的化學(xué)式u含水化合物的水分子指結(jié)

22、晶水、沸石水、層間水和膠體水的寫法：寫在化學(xué)式的最后面，并用圓點把它與礦物中的其它組分分開。如石膏：CaSO4.2H2O；蛋白石：SiO2.nH2O或SiO2.aq。u有類質(zhì)同像取代關(guān)系的離子用圓括號括起來，相互間以逗號分開，含量較多的元素一般寫在前面，如鐵閃鋅礦 (Zn,Fe)S。56第二節(jié) 礦物的晶體化學(xué)P72礦物晶體礦物晶體外形外形理化性質(zhì)理化性質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)化學(xué)組成化學(xué)組成晶體化學(xué)晶體化學(xué)57礦物的晶體化學(xué)u晶體化學(xué)：研究晶體的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，從而進一步闡明晶體的形態(tài)、性質(zhì)及成因的科學(xué)。u晶體內(nèi)部的質(zhì)點作為原子、離子來考慮。u晶體化學(xué)可解釋礦物在外形和理化性質(zhì)等方面的

23、特點，以及元素在地球上分布、遷移、聚集和分散的規(guī)律等。58主要內(nèi)容u原子和離子半徑及離子的極化自學(xué)）u球體的最緊密堆積原理u配位數(shù)和配位多面體自學(xué)）u化學(xué)鍵和晶格類型u同質(zhì)多像u有序和無序結(jié)構(gòu)自學(xué)）59二、球體的最緊密堆積原理u把原子和離子看成是具有一定半徑的球體來考慮。u因為在離子鍵和金屬鍵的晶體結(jié)構(gòu)中，離子鍵和金屬鍵是沒有方向性的，核外電子云的分布是球形，可以作為球形來考慮。u在晶體結(jié)構(gòu)中，原子和離子相結(jié)合時，盡可能互相靠近，使離子或原子之間的作用力達(dá)到平衡，形成最緊密堆積，以達(dá)到內(nèi)能最小，使晶體結(jié)構(gòu)趨于最穩(wěn)定的狀態(tài)。u所以對于離子鍵和金屬鍵的晶體結(jié)構(gòu)，可以用球體最緊密堆積原理來研究。60

24、等徑球體的最緊密堆積u單層堆積u只有一種堆積方式 u每個球周圍有6個球與之相接觸u兩種空隙u孔隙1和孔隙2等效61等徑球體的最緊密堆積u兩層堆積u第二層球可位于孔隙1或孔隙2上u孔隙1和孔隙2等效-只有一種排列方式。u兩種空隙：u連續(xù)貫穿兩層球的空隙；u未貫穿兩層球的空隙。62等徑球體的最緊密堆積u三層堆積：u第一種：第三層球堆積在第二層上未貫穿兩層球體的空隙上，即第三層球的空間位置與第一層球重復(fù)。u堆積層的重復(fù)規(guī)律：ABABAB63等徑球體的最緊密堆積六方最緊密堆積：球在空間的分布與空間格子中的六方底心格子一致，如金屬鋅。六方最緊密堆積及六方底心格子64等徑球體的最緊密堆積u第二種：第三層球

25、堆積在第二層上貫穿兩層的空隙上，其位置與第一、第二層都不重復(fù)。u重復(fù)規(guī)律：ABCABC 6566等徑球體的最緊密堆積u立方最緊密堆積：球在空間分布與立方面心格子相一致，如自然銅、自然金。立方最緊密堆積及立方面心格子67等徑球體的最緊密堆積u六方最緊密堆積和四方最緊密堆積是晶體結(jié)構(gòu)中最基本也是最常見的堆積形式。u此外，還可出現(xiàn)ABCBABCB 等四層、五層、六層重復(fù)一次以及更復(fù)雜的堆積方式。u在等大球體的最緊密堆積中，球體之間必有空隙存在。據(jù)計算，空隙占堆積體體積的25.95%。68等徑球體的最緊密堆積u由同種化學(xué)組分形成的晶體，如果其晶體結(jié)構(gòu)中基本結(jié)構(gòu)層相同，但重復(fù)方式有所不同時，這樣的一些晶

26、體結(jié)構(gòu)便構(gòu)成了所謂的多型現(xiàn)象。u2H石墨 ABABu3R石墨 ABCABC69不等徑球的最緊密堆積u看成是大球作最緊密堆積，而小球充填于其中的空隙中。適用于離子晶體的晶體結(jié)構(gòu)。u如NaCl，Cl-的半徑為1.81，Na+的半徑為1.02，可視為Cl-作立方最緊密堆積，Na+充填所有八面體空隙。70不等徑球的最緊密堆積u如果陽離子稍大于空隙，當(dāng)陽離子充填后，會將形成空隙的陰離子略撐開些。在這種情況下，陰離子只能作近似的最緊密堆積，或可能出現(xiàn)某種形式的變形。u如金紅石TiO2），O2-作近似的立方最緊密堆積，Ti4+充填在畸變的八面體空隙中。71四、化學(xué)鍵和晶格類型u化學(xué)鍵：晶體結(jié)構(gòu)中，各個質(zhì)點彼

27、此相互結(jié)合而維系在一起的作用力。u基本的化學(xué)鍵：u離子鍵u共價鍵u金屬鍵u分子鍵u具有不同化學(xué)鍵的晶體，在晶體結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上都有很大的差異。72化學(xué)鍵和晶格類型u根據(jù)晶體中占主導(dǎo)地位的化學(xué)鍵特征，晶體結(jié)構(gòu)可劃分為以下幾種晶格類型：u離子晶格u原子晶格u金屬晶格u分子晶格73離子鍵和離子晶格u鍵性：離子鍵，由陽離子和陰離子靠靜電引力相互聯(lián)系。u特點：無方向性，無飽和性；鍵力一般較強。u晶體結(jié)構(gòu)：正、負(fù)離子盡量相間分布，排列作最緊密堆積。u晶體性質(zhì)：折射率和反射率低、透明或半透明、非金屬光澤；導(dǎo)電性很差；硬度和熔點有很大的變化范圍。u典型實例：石鹽 NaCl、螢石 CaF274共價鍵和

28、原子晶格u化學(xué)鍵：共價鍵，中性原子以共用電子對的方式形成。u特點：原子只能在一定方向相結(jié)合，有方向性和飽和性；鍵力一般很強。u晶體結(jié)構(gòu)：非最緊密堆積u晶體性質(zhì)：較大的硬度和較高的熔點；不導(dǎo)電；透明至半透明，非金屬光澤。u典型實例：金剛石 C75金屬鍵和金屬晶格u化學(xué)鍵：金屬鍵，金屬陽離子被彌散的自由電子結(jié)合形成。u特點：不具方向性和飽和性；鍵力一般不強。u晶體結(jié)構(gòu)：常作等大球體最緊密堆積。u晶體性質(zhì)：電和熱的良導(dǎo)體；不透明，反射率高，金屬光澤，有延展性；硬度一般較小。u典型實例：自然銅 Cu、自然金 Au76分子鍵和分子晶格u化學(xué)鍵：分子內(nèi)部的原子之間為共價鍵，分子間為分子鍵。u特點：無方向性

29、，無飽和性；鍵力一般較弱。u晶體結(jié)構(gòu)：作為結(jié)構(gòu)單元的分子不呈球形，結(jié)構(gòu)單位的堆積形式多樣。u晶體性質(zhì)：熔點較低，較易揮發(fā)，硬度較小，熱膨脹率大，可壓縮性大；大部分不導(dǎo)電，熱導(dǎo)率小，透明或半透明，非金屬光澤。u典型實例：自然硫 S77化學(xué)鍵和晶格類型u單鍵型晶格：在晶體結(jié)構(gòu)中只存在一種鍵力，如金、金剛石，石鹽。u多鍵型晶格：晶體結(jié)構(gòu)中存在多種鍵型，如方解石CaCO3：C-O間以共價鍵為主，Ca-O間以離子鍵為主。u根據(jù)主要鍵性確定晶格類型：方解石-離子晶格78五、同質(zhì)多象u同質(zhì)多象polymorphism：化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下，形成晶體結(jié)構(gòu)、形態(tài)和物理性質(zhì)上互不相同的晶體的現(xiàn)

30、象。u由此形成的相同物質(zhì)成分的不同礦物稱為同質(zhì)多象變體。uC-石墨和金剛石uTiO2-金紅石、銳鈦礦和板鈦礦uCaCO3-方解石和文石uSiO2- -石英和-石英79同質(zhì)多象u同質(zhì)多象現(xiàn)象只限于不同結(jié)構(gòu)的晶體間，不包括非晶質(zhì)、氣體和液體。u按變體的種屬不同可分為同質(zhì)二象，同質(zhì)三象，也可簡單泛稱為同質(zhì)多象。80金剛石和石墨特征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/nm0.154層內(nèi)0.142，層間0.340鍵性共價鍵層內(nèi)共價鍵及金屬鍵，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硬度101比重3.47-3.562.09-2.23導(dǎo)電性半導(dǎo)體良

31、導(dǎo)體81同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變u任何一種同質(zhì)多象變化變體都有一定的穩(wěn)定范圍，當(dāng)環(huán)境條件改變到超出某種變體的穩(wěn)定范圍時，就會引起晶體結(jié)構(gòu)的變化，使一種同質(zhì)多像變體在固態(tài)條件下轉(zhuǎn)變成另一種變體，這個過程被稱為同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。82同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變u分類依據(jù)：轉(zhuǎn)變的關(guān)系u單變性轉(zhuǎn)變：過程遲緩，且只在升溫過程中發(fā)生，降溫時不發(fā)生相應(yīng)的可逆反應(yīng)。因而在較高溫度下為穩(wěn)定的變體，在降低溫度下可以以穩(wěn)定形態(tài)繼續(xù)保存下來。u雙變性轉(zhuǎn)變：轉(zhuǎn)變可逆，過程較快83石英同質(zhì)多象變體的穩(wěn)定范圍石英同質(zhì)多象變體的穩(wěn)定范圍84同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變u分類依據(jù)：變體間的結(jié)構(gòu)變化u移位式轉(zhuǎn)變：結(jié)構(gòu)差異小，不涉及鍵的破壞和重建，僅是結(jié)構(gòu)中原子或離子的位置的移

32、動和鍵角的變化。一般速度較快且可逆。u如-石英和-石英，轉(zhuǎn)變時，只是Si-O-Si的連線偏轉(zhuǎn)了13u重建式轉(zhuǎn)變：晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生重大改變，破壞了原有的鍵型，并發(fā)生重組。需要相當(dāng)高的活化能。轉(zhuǎn)變緩慢且不可逆。u 5-6萬大氣壓 ，10002000u 石墨 金剛石u 鐵、鈷、鎳 85同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變移位性和重建性轉(zhuǎn)變示意圖移位性和重建性轉(zhuǎn)變示意圖移位相變移位相變重建相變重建相變86同質(zhì)多象的研究意義u同質(zhì)多象與形成時的外界條件有密切關(guān)系可根據(jù)變體的出現(xiàn)推測礦物形成時的物理化學(xué)條件。u有些變體間發(fā)生轉(zhuǎn)變的溫度一般較固定可用作地質(zhì)溫度計，推測該變體所存在的地質(zhì)體的形成溫度。u工業(yè)上利用同質(zhì)多象變體的轉(zhuǎn)變規(guī)律，

33、改造礦物的晶體結(jié)構(gòu)，以獲得所需要的礦物原料，如利用石墨制造人造金剛石。87第三節(jié) 礦物的形態(tài)P85形態(tài)是礦物最醒目的外觀特征之一。影響因素：內(nèi)因-礦物的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)外因-礦物形成時的外部環(huán)境研究意義：鑒定礦物研究成因指導(dǎo)找礦利用礦物資源 88礦物的形態(tài)礦物的單體形態(tài)礦物的集合體形態(tài)89礦物的單體形態(tài)u礦物的單體形態(tài)-礦物單晶體的形態(tài)-晶質(zhì)礦物u礦物單體形態(tài)u礦物晶體結(jié)晶習(xí)性u晶面花紋90礦物的單體形態(tài)u結(jié)晶習(xí)性crystal habit：在一定環(huán)境條件下結(jié)晶形成的同種礦物晶體，總是有著一致的特定結(jié)晶形態(tài)和形態(tài)特征，簡稱晶習(xí)或晶癖。u分類依據(jù)：晶體在三維空間的發(fā)育程度u一向延長型u二向延展

34、型u三向等長型91礦物的單體形態(tài)u一向延長型：晶體沿一個方向特別發(fā)育，呈柱狀、針狀和纖維狀等。如石英、角閃石等。92礦物的單體形態(tài)u二向延展型：晶體沿兩個方向相對更發(fā)育，呈板狀、片狀、鱗片狀和葉片狀等，如石墨、云母等。93礦物的單體形態(tài)u三向等長型：晶體沿三個方向發(fā)育大致相等，呈粒狀或等軸狀，如石鹽、黃鐵礦等。94礦物的單體形態(tài)u此外，還有一些過渡類型，如板柱狀，厚板狀、短柱狀等。95礦物的單體形態(tài)u晶體習(xí)性是晶體的成分和結(jié)構(gòu)，及生長環(huán)境的物理化學(xué)條件包括溫度、壓力、組分濃度及介質(zhì)的PH值和Eh值等和空間條件的綜合體現(xiàn)。u具體規(guī)律：u化學(xué)成分簡單，結(jié)構(gòu)對稱程度高的晶體，一般呈等軸狀。u晶體常沿

35、其內(nèi)部結(jié)構(gòu)中化學(xué)鍵強的方向發(fā)育，如具鏈狀結(jié)構(gòu)的礦物呈柱狀、針狀晶習(xí)，而層狀結(jié)構(gòu)的礦物則呈片狀、鱗片狀習(xí)性。u外部因素是通過直接或間接地改變不同晶面間的相對生長速度而影響晶體習(xí)性的。96礦物的單體形態(tài)u舉例：u角閃石-鏈狀硅酸鹽-常沿鏈的方向發(fā)育成柱狀、針狀或纖維狀。u方解石由于生長溫度不同，晶體可呈800多種形狀。u產(chǎn)于綠泥石片巖中的磁鐵礦晶體通常呈完好的八面體晶形，產(chǎn)于花崗偉晶巖中的磁鐵礦，則常表現(xiàn)為晶面上帶有條紋的菱形十二面體。角閃石角閃石磁鐵礦磁鐵礦97礦物的單體形態(tài)u實際晶體的晶面并非理想平面，其上常會出現(xiàn)多種凹凸花紋，即晶面花紋。u晶面條紋u蝕像98礦物的單體形態(tài)u晶面條紋：由于不同

36、單形的細(xì)窄晶面反復(fù)相聚、交替生長而在晶面上出現(xiàn)的一系列直線狀平行條紋，也稱聚形條紋。u這是晶體的一種階梯狀生長現(xiàn)象，只見于晶面上，故又稱生長條紋。99礦物的單體形態(tài)幾種常見礦物的晶面條紋a-石英；b-黃鐵礦；c-電氣石；d-剛玉100晶面條紋101二、礦物的集合體形態(tài)u礦物集合體：同種礦物的多個單體聚集在一起的整體。u根據(jù)集合體中礦物顆粒大小，集合體形態(tài)分為三類：u顯晶集合體：肉眼或借助于放大鏡可以看出晶體顆粒u隱晶集合體：只在顯微鏡下可看出晶體顆粒u膠態(tài)準(zhǔn)礦物集合體：顯微鏡下也不能看出晶體顆粒102二、礦物的集合體形態(tài)u結(jié)晶質(zhì)礦物的集合體形態(tài)主要取決于單體的形狀和它們集合的方式。u膠體準(zhǔn)礦物的集合體形態(tài)與形成條件關(guān)系密切。103顯晶質(zhì)集合體形態(tài)u由于礦物晶體的結(jié)晶習(xí)性、顆粒大小及空間排列方式不同，顯晶集合體有下列主要形態(tài)類型：u粒狀集合體：主要由三向等長的粒狀晶體顆粒構(gòu)成，可分為粗粒狀顆粒直徑5mm）、中粒狀51mm）、細(xì)粒狀（1cm），如瑪瑙u杏仁體（1cm），如火山巖中杏仁體110隱晶質(zhì)和膠態(tài)集合體晶腺杏仁體生長順序111瑪瑙112隱晶質(zhì)和膠態(tài)集合體u特點：u大小極不一致，從幾毫米到幾米甚至更大。u多存在于沉積巖中，由膠體凝聚形成。u結(jié)核體內(nèi)部構(gòu)造有放射狀、同心層狀和致密塊狀等。u常形成結(jié)核體的礦物有方解