礦物晶體化學課件

礦物晶體化學研究生課程什么是礦物晶體化學？“礦物晶體化學”研究內(nèi)容是什么？案例一、赤鐵礦的晶體化學2—立方晶格等軸晶系

三方晶系1—三方菱面體晶格

赤鐵礦的晶體化學前者1為三方晶系，剛玉型結構，在自然界穩(wěn)定，稱赤鐵礦。后者2為等軸晶系，尖晶石型結構，在自然界呈亞穩(wěn)態(tài)，稱為磁赤鐵礦。

赤鐵礦的晶體化學案例二、菱鐵礦的晶體化學菱鐵礦化學式FeCO3（FeO62.01CO237.99）常有Mg、Mn及Ca等類質同象混入物。

三方晶系相對密度3.7—4.0，硬度4。案例二、菱鐵礦的晶體化學[CO3]2-[CO3]2-的半徑為0.255nm？Vp=(4+0+2)/2=3中心分子價層為sp2雜化軌道伸展方向為正三角形[CO3]2-Sp2C、O鍵介于C-O與C=O之間，被認為是碳氧原子間除形成σ鍵之外，還形成離域的四中心六電子大π46鍵。Sp2雜化鍵角120o鍵長每個C-O鍵長都等于1.30±0.01埃鍵能C=O的鍵能為740kJ/mol（實用化學手冊p273）,C-O的鍵能為84.0千卡/克分子即351.54kJ/mol。[CO3]2-Fe2+Fe2+電子構型為3d6屬于(9-17)e-半徑為0.076nm[Fe]2+的電負性為1.8碳酸鹽的分解溫度相差很大，與金屬離子極化作用有關。碳酸鹽FeCO3r(Mn+)/pm76Mn+的電子構型(9-17)e-分解溫度/℃282案例三、海泡石的晶體化學海泡石晶體化學海泡石屬于海泡石一坡縷石粘土礦物族，是一種無毒無害的鎂質粘土礦物，理想晶體的化學式為{Mg8[Si12O30](OH)4(OH2)4}·8H2O。海泡石晶體結構海泡石的結構，由兩層硅氧四面體片之間夾一層金屬陽離子，組成八面體片構成，為2∶1型,兩層硅氧四面體片各有六個硅氧四面體，其頂端的氧原子朝向八面體片，并與八面體片Mg2+相連接，組成結構單位層,層的厚度為0.645nm，寬度相當于六個硅氧四面體的寬度。海泡石晶體化學由于海泡石有著這種獨特的結構，具有開闊的層間孔道和較大的比表面積，因而具有吸附離子和一些有機物的能力并且吸附能力大于任何粘土。海泡石的特點討論什么是礦物晶體化學

的內(nèi)涵和外延？《礦物晶體化學》研究內(nèi)容到底是什么？礦物晶體化學第一章礦物晶體化學的內(nèi)涵和外延第二章化學基礎之一——原子結構第三章化學基礎之二——分子結構第四章化學基礎之三——晶體結構第五章化學基礎之四——

晶體場理論在礦物晶體中的應用第六章實際礦物的晶體化學礦物種類分類單質礦物硫化物氧化物碳酸鹽硅酸鹽硫酸鹽鹵化物其他第一章礦物晶體化學的內(nèi)涵和外延單質銅礦晶系：立方晶系顏色：紅銅色失去光澤后呈綠藍和黑色透明度：不透明光澤：金屬般的條痕：紅銅色硬度：2.5～3.0形態(tài)：多鱗，平展或樹枝狀斷口：鋸齒狀比重：8.9檢驗：溶于硝酸晶系：斜方晶系顏色：亮黃至棕黃；有時呈灰色，發(fā)紅或發(fā)綠透明度：透明到半透明光澤：樹脂質-油脂條痕：白色硬度：1.5～2.5形態(tài)：扁平，鐘乳石狀；粒狀纖維狀或土狀；很少生有雙晶斷口：貝殼狀至不整齊比重：2.0～2.1檢驗：不溶于水，不受大多數(shù)酸的影響；溶于二硫化碳和某些油單質硫礦硫化物礦——黃鐵礦

硅酸鹽礦——透輝石

碳酸鹽礦——孔雀石

孔雀石孔雀石

（1）化學組成：Cu2[CO3](OH)2，含微量機械混入物；（2）結構特點：單斜晶系，點群2/m，空間群P21/a，a0=0.948nm，b0=1.203nm，c0=0.321nm，β=9842′，Z=4，晶體結構中Cu2+為六個O2-和OH-所包圍，形成八面體配位。八面體共用棱相連接，組成一條平行于c軸的雙鏈結構，C4+在三個O2-之間組成[CO3]2-并連接各鏈；（3）晶體形態(tài)：單晶體呈柱狀或針狀，但極少見；雙晶以(100)為雙晶面成接觸雙晶；（4）物理性質：深綠至鮮綠色，條痕淡綠色，玻璃光澤，纖維狀集合體呈絲絹光澤，土狀者光澤暗淡，硬度3.5~4，解理平行{201}完全，平行{010}中等，比重3.9~4.0；（5）鑒定特征：以其綠色、條痕淡綠色和腎狀、葡萄狀等為鑒定特征。

“表面”現(xiàn)象下面的內(nèi)部實質問題是什么？粒子的規(guī)則排列！誤區(qū)之一一些基本概念晶體與非晶的概念如何鑒別一種固體是晶體晶體化學的定義礦物晶體化學研究的主要內(nèi)容晶體與非晶的概念晶體非晶無定型體單晶多晶晶體的性質晶體的性質均一性異向性對稱性最小內(nèi)能穩(wěn)定性有固定的熔點幾個晶體學概念結點結點上粒子結點間距晶格三要素網(wǎng)面密度晶格晶胞礦物晶體化學研究的主要內(nèi)容礦物晶體化學：礦物晶體化學是研究礦物的化學成分、晶體結構，及其與礦物的物理化學性質之間的相互關系，從而為采礦與選礦工程服務的一門學科。主要內(nèi)容：化學基礎（原子結構、分子結構、晶體結構、晶體場理論），實際礦物（硅酸鹽礦、硫化物礦、氧化物礦等）的化學組成、晶體結構、物理化學性質等。海泡石晶體結構第二章原子結構2－1玻爾原子模型2－2現(xiàn)代的量子力學原子模型2－3原子軌道2－4原子軌道能級圖2－5核外電子排布2－6元素周期表2－7原子性質的周期性2－1玻爾原子模型連續(xù)光譜線狀光譜原子光譜玻爾氫原子模型玻爾氫原子模型定態(tài)軌道軌道能級（基態(tài)、激發(fā)態(tài)）原子發(fā)光原因軌道能量量子化的概念玻爾模型的優(yōu)缺點2－2現(xiàn)代的量子力學原子模型微觀粒子與宏觀粒子微觀粒子的波粒二象性微觀粒子運動的統(tǒng)計規(guī)律性薛定諤方程波函數(shù)原子軌道（角度分布圖）電子云（角度分布圖）

原子軌道模型圖原子結構中電子的分層運動波粒二象性粒子性：有動量和動能的物體具有粒子性。波動性：運動過程中表現(xiàn)光的波動性。薛定諤方程其中，為波函數(shù)；

x、y、z為某點空間坐標；

m為核外電子的質量；

E為核外某一點電子的總能量；

V為核外某一點電子的勢能。

波函數(shù)與原子軌道波函數(shù)——薛定諤方程的解；例如：s軌道

P、d、f、g……原子軌道——波函數(shù)在坐標系中幾何空間原子軌道（或電子云）角度分布圖S軌道角度分布圖p軌道角度分布圖（Px、Py、Pz）d軌道角度分布圖（dxy、dyz、dxz）原子軌道（或電子云）角度分布圖dx2-y2軌道角度分布圖dz2軌道角度分布圖1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5p5d5f5g2－3原子軌道量子數(shù)主量子數(shù)n：決定體系能量E或電子離核遠近距離r。n=1，2，3，4，5，6，7……

電子層數(shù)：KLMNOPQ副量子數(shù)（角量子數(shù)）L：確定原子軌道的形狀并在多電子原子中和主量子數(shù)一起決定電子的能級。l=0，1，2，3，4，5，6……n-1相應的能級：spdfg……l=0球形對稱l=1原子軌道呈啞鈴形分布l=2其原子軌道呈花瓣形分布原子軌道量子數(shù)

磁量子數(shù)m：決定原子軌道在空間的取向。

m=0，±1，±2……±l共(2l+1)個自旋量子數(shù)（人為規(guī)定）：只決定電子運動狀態(tài)與薛定諤方程無關。ms=±1/22－4原子軌道能級圖1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6pE※能級交錯現(xiàn)象※不同原子序數(shù)的軌道能級圖略有不同2－5核外電子排布核外電子排布規(guī)則：(1)Pauli不相容原理(2)能量最低原理(3)洪特規(guī)則(4)三個特殊穩(wěn)定狀態(tài)幾個概念等價軌道（簡并軌道）原子實價層價電子最外層電子價電子構型※必須掌握的能力：—會寫任何元素的價電子構型寫出以下元素的價電子構型：NaFe2＋

CuPbNSI2－6元素周期表S區(qū)P區(qū)d區(qū)ds區(qū)f區(qū)※熟悉元素周期表各區(qū)元素的價電子構型S區(qū)ns1-2P區(qū)ns2np1-6d區(qū)(n-1)d1-10ns1-2ds區(qū)(n-1)d10ns1-2f區(qū)(n-2)f0-14(n-1)d0-2ns22－7原子性質的周期性周期性遞變的性能有原子半徑電負性金屬性與非金屬性電離能I電子親核能Y電負性1.定義:元素的原子在分子中吸引電子的能力。2.標度——Pauli標度：XH=2.1相對值3.變化規(guī)律（1）同周期左→右x↑（2）同族上→下x↓電負性4.應用（1）說明元素性質變化規(guī)律（周期表中）同周期左到右，金屬性減弱同族從上到下，金屬性增強（2）判斷鍵的性質：離子鍵共價鍵△X﹥1.7離子鍵△X﹤1.7極性共價鍵△X=0非極性共價鍵（3）元素的電負性大小，區(qū)別元素是金屬元素還是非金屬元素。X﹥2.0非金屬元素X﹤2.0金屬元素電離能I1.定義:元素在基態(tài),氣態(tài)原子給出電子所吸收的能量,叫這種元素的電離能。2.規(guī)律:(1)I1<I2<I3(2)同周期Z(核電荷數(shù))↑,I↑;(3)同族Z↑電子層↑，I↓(4)半充滿全充滿，I↑(比它相鄰元素)(5)同一元素，不同電子層，I差異大.電子親核能Y定義：當元素處于基態(tài)的氣態(tài)原子獲得一個電子成為負一價氣態(tài)陰離子時所放出的能量，稱為該元素的第一電子親合勢。(