晶體化學式計算

關于晶體化學式計算一、幾個基本問題二、礦物化學式的計算方法三、礦物端員組分計算四、礦物晶體化學式在研究中的應用第2頁,共49頁，2024年2月25日，星期天1.化學通式與晶體化學式

2.礦物中的水3.定比原理4.礦物化學式的書寫

一、幾個基本問題第3頁,共49頁，2024年2月25日，星期天1.化學通式與晶體化學式化學通式(chemicalformula)是指簡單意義上的、用以表達礦物化學成分的分子式，又可簡單地稱為礦物化學式、礦物分子式。鉀長石的化學通式為：KAlSi3O8或K2O

Al2O3

6SiO2

第4頁,共49頁，2024年2月25日，星期天晶體化學式(crystal-chemicalformula)：能夠反映礦物中各元素結構位置的化學分子式，即能反映礦物的晶體化學特征鎂橄欖石Mg2SiO4Olivine(100)viewblue=M1yellow=M2第5頁,共49頁，2024年2月25日，星期天鎂橄欖石Mg2[SiO4]：2個八面體位置＋1個四面體位置Fe2+可以任一比例占據(jù)八面體位置，形成介于鎂橄欖石和鐵橄欖石之間的橄欖石成分如果具體比例不確定，則晶體化學式：(Mg,Fe)2[SiO4]若確定，則晶體化學式：(Mg1.5,Fe0.5)[SiO4]Ca可以占據(jù)一個八面體位置(M2)，形成鈣鎂橄欖石Monticellite(CaMg)[SiO4]萊河礦laihunite(Fe2+Fe3+2)[SiO4]2

第6頁,共49頁，2024年2月25日，星期天晶體化學式為：K[AlSi3O8]Al、Si占據(jù)四面體位置鉀長石黑云母鈉長石Na[AlSi3O8]

鈣長石Ca[Al2Si2O8]第7頁,共49頁，2024年2月25日，星期天晶體化學式為：K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2黑云母為三八面體層狀硅酸鹽礦物黑云母Muscovite白云母二八面體層狀硅酸鹽礦物KAl2[Si3AlO10](OH)2第8頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

具Al2SiO5化學式的三種同質多像礦物：紅柱石、藍晶石和夕線石具有不同的晶體化學式：紅柱石：AlVAlVIOSiO4

藍晶石：Al2VIOSiO4

矽線石：AlVISiAlIVO5第9頁,共49頁，2024年2月25日，星期天金紅石的Z=2，其晶體化學式應為：Ti2O4銳鈦礦的Z=4，其晶體化學式為：Ti4O8板鈦礦的Z=8，其晶體化學式為：Ti8O16Z值：單位晶胞分子數(shù)狹義的晶體化學式是最簡化學式的Z倍第10頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

結晶水：結晶是成中性水分子參加礦物晶格并占據(jù)一定構造位置。常作為配位體圍繞某一離子形成絡陰離子。結晶水寫入礦物分子式。石膏：CaSO42H2O

吸附水：吸附水以機械吸附方式呈中性水分子狀態(tài)存在于礦物表面或其內部。吸附水不參加礦物晶格，吸附水不寫入礦物分子式。2.礦物中的水第11頁,共49頁，2024年2月25日，星期天綠柱石中常含有一定量的隧道H2O,OH-綠柱石的晶體化學式中通常不寫入：微量Be3Al2(Si6O18)第12頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

結構水(或稱化合水)：常以H2O+表示，結構水呈H+、OH-、H3O+等離子形式參加礦物晶格。占據(jù)一定構造位置，具有一定比例。通常以OH-最常見。結構水寫入礦物分子式。普通角閃石(hornblende) (CaNa)2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH,F,Cl)2Zonedhornblende第13頁,共49頁，2024年2月25日，星期天定比是指組成礦物化學成分中的原子、離子、分子之間的重量百分比是整數(shù)比，即恒定值。

磁鐵礦含F(xiàn)eO=31.25%，F(xiàn)e2O3=68.75%（其分子量分別為：71.85和159.70），其分子比為

FeO:Fe2O3=(31.25/71.85):68.75/159.70)=1.01:1

根據(jù)定比原理，磁鐵礦的化學式可寫為

FeO

Fe2O3或Fe3O4。

3.定比原理第14頁,共49頁，2024年2月25日，星期天(1)

單質元素的化學式只寫元素符號；如石墨：C(2)

金屬互化物的化學式按元素的電負性遞增順序從左到右。呈類質同像替代的元素用圓括號包括，按數(shù)量多少先后排列。楚碲鉍礦：BiTe4.礦物晶體式的書寫第15頁,共49頁，2024年2月25日，星期天(3)

離子化合物的化學式的書寫順序為：正離子排左，負離子排右，正離子電價由低到高；附加的負陰離子放在主要的陰離子后面；礦物中的結晶水分子寫在化學式的最后。第16頁,共49頁，2024年2月25日，星期天1.原子–分子計算法2.氧原子計算法二、礦物化學式的計算方法第17頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

直接把元素的重量百分含量換算成原子或分子比，在計算硫化物、鹵素化合物或金屬互化物時經(jīng)常采用這種方法。1.原子－分子計算法第18頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

例1：黃銅礦黃銅礦的礦物化學式：CuFeS2

Al(wt%)A2原子量Cu34.6463.54Fe30.4255.85S34.9132.07Al(wt%)A2原子量A3=A1/A2Cu34.6463.540.545Fe30.4255.850.545S34.9132.071.090Al(wt%)A2原子量A3=A1/A2A4=A3/0.545Cu34.6463.540.5451Fe30.4255.850.5451S34.9132.071.0902第19頁,共49頁，2024年2月25日，星期天例2：鈣鐵輝石鈣鐵輝石的近似礦物化學式：CaO

FeO

2SiO2

Al(wt%)A2分子量CaO22.256.08FeO29.471.80SiO248.460.09Al(wt%)A2分子量A3=A1/A2CaO22.256.080.396FeO29.471.800.409SiO248.460.090.805Al(wt%)A2分子量A3=A1/A2A4=A3/0.396CaO22.256.080.3961FeO29.471.800.4091.03SiO248.460.090.8052.03第20頁,共49頁，2024年2月25日，星期天(1)已知氧原子數(shù)的一般計算法(2)含(OH)–礦物化學式的計算法(3)含F(xiàn)、Cl礦物化學式的計算法(4)含水礦物的計算法(5)陽離子總數(shù)固定計算法(6)理想化學配比計算法

2.氧原子計算法第21頁,共49頁，2024年2月25日，星期天(1)已知氧原子數(shù)的一般計算法

以固定的氧原子數(shù)為計算基礎(basedonfixedatomsofoxygen)Y=Y’

X(Y為單位晶胞中的陽離子數(shù)；Y’為陽離子系數(shù)；X氧原子系數(shù))

以YnOm為例，

Y’=n

氧化物重量百分比/氧化物分子量；

X=已知通式中的氧原子數(shù)/

(m

氧化物重量百分比/氧化物分子量)

第22頁,共49頁，2024年2月25日，星期天尖晶石的晶體化學式(Mg0.751Fe2+0.201)0.952(Al1.782Cr3+0.200)1.982O4AlA2Wt%分子量Al2O357.89101.96Cr2O39.72152FeO12.5671.80MgO19.3240.31Total99.46AlA2A3Wt%分子量A1/A2Al2O357.89101.960.568Cr2O39.721520.064FeO12.5671.800.175MgO19.3240.310.479Total99.46AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)Al2O357.89101.960.5681.136Cr2O39.721520.0640.128FeO12.5671.800.1750.175MgO19.3240.310.4790.479Total99.46AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)Al2O357.89101.960.5681.1361.704Cr2O39.721520.0640.1280.192FeO12.5671.800.1750.1750.175MgO19.3240.310.4790.4790.479Total99.462.55X=4/=1.569AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)陽離子數(shù)Al2O357.89101.960.5681.1361.704Al3+1.782Cr2O39.721520.0640.1280.192Cr3+0.200FeO12.5671.800.1750.1750.175Fe2+0.201MgO19.3240.310.4790.4790.479Mg2+0.751Total99.462.55X=4/=1.569尖晶石第23頁,共49頁，2024年2月25日，星期天鈉長石的晶體化學式(Na0.967K0.005Ca0.005)0.977(Al1.003Si3.002)4.005O8AlA2A3Wt%分子量A1/A2SiO268.7160.091.143Al2O319.50101.960.191Na2O11.4061.980.184K2O0.1294.200.001CaO0.0956.080.002Total99.82AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)SiO268.7160.091.1431.143Al2O319.50101.960.1910.382Na2O11.4061.980.1840.368K2O0.1294.200.0010.002CaO0.0956.080.0020.002Total99.82AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)SiO268.7160.091.1431.1432.286Al2O319.50101.960.1910.3820.573Na2O11.4061.980.1840.3680.184K2O0.1294.200.0010.0020.001CaO0.0956.080.0020.0020.22Total99.823.046X=8/=2.626AlA2A3A4Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)陽離子數(shù)SiO268.7160.091.1431.1432.286Si4+3.002Al2O319.50101.960.1910.3820.573Al3+1.003Na2O11.4061.980.1840.3680.184Na+0.967K2O0.1294.200.0010.0020.001K+0.005CaO0.0956.080.0020.0020.22Ca2+0.005Total99.823.046X=8/=2.626鈉長石第24頁,共49頁，2024年2月25日，星期天(2)含(OH)–礦物化學式的計算法如果礦物結構中含有氫氧根，則根據(jù)下列關系式換算：2(OH)–=H2O+O2-亦即每兩個氫氧根相當于一個氧化物分子和一個氧原子。第25頁,共49頁，2024年2月25日，星期天AlA2白云母Wt%分子量SiO238.3260.09TiO22.8979.9Al2O315.21101.96Fe2O31.49159.7FeO15.5871.8MnO0.2270.9MgO13.1740.31CaO0.7456.08Na2O0.2061.98K2O8.0194.20H2O+4.0418Total99.82AlA2A3白云母Wt%分子量A1/A2SiO238.3260.090.638TiO22.8979.90.036Al2O315.21101.960.149Fe2O31.49159.70.009FeO15.5871.80.217MnO0.2270.90.003MgO13.1740.310.327CaO0.7456.080.013Na2O0.2061.980.003K2O8.0194.200.085H2O+4.04180.224Total99.82AlA2A3A4白云母Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)SiO238.3260.090.6380.638TiO22.8979.90.0360.036Al2O315.21101.960.1490.258Fe2O31.49159.70.0090.018FeO15.5871.80.2170.217MnO0.2270.90.0030.003MgO13.1740.310.3270.327CaO0.7456.080.0130.013Na2O0.2061.980.0030.006K2O8.0194.200.0850.17H2O+4.04180.2240.448Total99.82AlA2A3A4白云母Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)SiO238.3260.090.6380.6381.276TiO22.8979.90.0360.0360.072Al2O315.21101.960.1490.2580.447Fe2O31.49159.70.0090.0180.027FeO15.5871.80.2170.2170.217MnO0.2270.90.0030.0030.003MgO13.1740.310.3270.3270.327CaO0.7456.080.0130.0130.013Na2O0.2061.980.0030.0060.003K2O8.0194.200.0850.170.085H2O+4.04180.2240.4480.224Total99.822.694X=24/=8.909AlA2A3A4白云母Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)陽離子數(shù)SiO238.3260.090.6380.6381.276Si4+5.684TiO22.8979.90.0360.0360.072Ti4+0.321Al2O315.21101.960.1490.2580.447Al3+2.298Fe2O31.49159.70.0090.0180.027Fe3+0.160FeO15.5871.80.2170.2170.217Fe2+1.933MnO0.2270.90.0030.0030.003Mn2+0.027MgO13.1740.310.3270.3270.327Mg2+2.913CaO0.7456.080.0130.0130.013Ca2+0.116Na2O0.2061.980.0030.0060.003Na+0.053K2O8.0194.200.0850.170.085K+1.514H2O+4.04180.2240.4480.224OH-3.991Total99.822.694X=24/=8.909第26頁,共49頁，2024年2月25日，星期天如果礦物組成中含有F、Cl，這些陰離子替代氧使礦物中的總的氧原子數(shù)實際過剩偏高。因此，扣除氯的計算公式為：

O=Cl

[16/(2

35.45]=0.23

Cl同理，扣除氟的校正系數(shù)為：

O=F

[16/(2

19)]=0.42

F

(3)已知F、Cl礦物化學式的計算法

第27頁,共49頁，2024年2月25日，星期天AlA2磷灰石Wt%分子量P2O542.00141.94Fe2O30.03159.7MnO0.0170.9MgO0.0240.31CaO55.8856.08F3.7219Total101.66-F=O1.57Total100.09AlA2A3A4磷灰石Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)P2O542.00141.940.2960.592Fe2O30.03159.70.0000.000MnO0.0170.90.0000.000MgO0.0240.310.0000.000CaO55.8856.080.9960.996F3.72190.1960.196Total101.66-F=O1.57Total100.09AlA2A3A4磷灰石Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)陽離子數(shù)P2O542.00141.940.2960.5921.48P5+5.945Fe2O30.03159.70.0000.0000.000Fe3+0.000MnO0.0170.90.0000.0000.000Mn2+0.000MgO0.0240.310.0000.0000.000Mg2+0.000CaO55.8856.080.9960.9960.996Ca2+10.01F3.72190.1960.1960.196F1.968Total101.662.672-F=O1.57-0.082Total100.092.589X=26/=10.042第28頁,共49頁，2024年2月25日，星期天AlA2A3A4螢石Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)陽離子數(shù)CaO71.9356.081.2831.2831.283Ca2+1.004F48.55192.5552.555F2Total120.48-F=O20.49Total99.99第29頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

有些含水礦物，由于無法測得精確的化學成分，或由于測試精度問題，因此在計算晶體化學時不可能以全氧計算。為此，在計算時不是根據(jù)礦物通式中的全部氧原子數(shù)，而是根據(jù)與其他陽離子結合的那部分氧的原子數(shù)計算。

(4)含水礦物的計算法

第30頁,共49頁，2024年2月25日，星期天X=4/

=2.220

孔雀石：Cu2(CO3)(OH)2

2CuO+CO2AlA2A3A4孔雀石Wt%分子量A1/A2陽離子系數(shù)氧原子系數(shù)陽離子數(shù)CuO71.3179.550.8960.8960.896Cu2+1.989ZnO0.4581.340.0060.0060.006Zn2+0.013CO219.78440.4500.4500.900C4+0.999Total91.541.802第31頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

在不能分析所有組分的情況下，還可以采用固定陽離子總數(shù)的方法計算礦物化學式，可以固定整個礦物式中的陽離子總數(shù)，也可以固定某一結構位置上陽離子總數(shù)，但不管如何，其理論基礎都必須是陽離子在所涉及的結構位置總數(shù)是固定。

(5)陽離子總數(shù)固定計算法

第32頁,共49頁，2024年2月25日，星期天

B=(Nb+Ta+Ti)；2/(0.144+0.230+0.051)=4.7059

細晶石：(Na,Ca)(Nb,Ta,Ti)2O6(O,F,OH)第33頁,共49頁，2024年2月25日，星期天由于現(xiàn)在礦物的化學成分大都是由電子探針分析得出的，但電子探針分析不是萬能的，它也有其明顯的缺陷，并不能完全給出礦物的真正成分。電子探針不能分辨元素的價態(tài)，例如電子探針不能測定磁鐵礦中Fe2+和Fe3+的比值。(b)電子探針除了不能區(qū)別元素的價態(tài)外，還不能分析超輕元素(即原子序數(shù)小于5的元素)，如Li、Be、H。(6)理想化學配比計算法

第34頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Ti-Fe氧化物礦物的晶體化學式計算法磁鐵礦：Fe2+Fe3+2O4電子探針分析結果如果以Fe2+形式分析，則磁鐵礦的分析結果為FeO=31.03+62.07=93.10wt%FeOFe2O3→FeO(*0.9)如果以Fe3+形式分析，則磁鐵礦的分析結果為Fe2O3=34.44+68.97=103.41Fe2O3FeO→Fe2O3(*1.11)第35頁,共49頁，2024年2月25日，星期天基于完全化學配比方法，根據(jù)電子探針數(shù)據(jù)計算磁鐵礦的晶體化學式方法兩個基本假設：電價平衡陽離子總數(shù)＝3第36頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Ti-Fe氧化物礦物的晶體化學式計算法第37頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Ti-Fe氧化物礦物的晶體化學式計算法第38頁,共49頁，2024年2月25日，星期天Ti-Fe氧化物礦物的晶體化學式計算法第39頁,共49頁，2024年2月25日，星期天磷鋁鋰石,LiAl(PO4)(F,OH)

M’=M/k=0.2306;M’’=M’*14.94=0.2306*14.94=3.45N’=N/k=0.2555;N”=N’*9=0.2555*9=2.30

Fe2+,Mn,Ca,Na占據(jù)Li的位置第40頁,共49頁，2024年2月25日，星期天電氣石，XY3(Al6)(Si6O18)(BO3)3(OH)3(OH)SiO237.2335.78TiO20.020.05Al2O330.3730.60FeO**4.895.18MgO10.1310.52CaO2.532.45MnO0.000.00ZnO0.000.07Na2O1.351.53K2O0.010.02H2O*3.403.66B2O3*10.7710.64Li2O*0.190.00F0.670.03O=F0.280.01Total101.28100.51Si6.0105.847Ti0.0030.007TAl0.0000.153Y+ZAl5.7785.741YAl0.0000.000Mg2.4362.563Mn0.0000.000Fe**0.6600.708Zn0.0000.008Li*0.1220.000B*3.0003.000Ca0.4370.428Na0.4240.484K0.0020.004□0.1370.084OH*3.6563.986F0.3440.014OH=4-FLi=15–(Si+Al+Mg+Fe+Mn+Zn+Ti)第41頁,共49頁，2024年2月25日，星期天三、礦物端員組分計算方法1.簡單礦物的端員組分計算當只有一個位置上存在離子交換而形成固溶體時，