第二章礦物通論

第二章礦物第一節(jié)礦物的通論一、礦物的化學(xué)成分礦物是有地質(zhì)作用或宇宙作用所形成的、具有一定的化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)、在一定物理化學(xué)條件下相對穩(wěn)定的天然結(jié)晶態(tài)的單質(zhì)或化合物，它們是巖石和礦物的基本組成單位。人造礦物或合成礦物礦物并非固定不變的，都有一定的物理化學(xué)條件一、礦物的化學(xué)成分礦物是自然界的天然產(chǎn)物，化學(xué)元素是形成礦物的物質(zhì)基礎(chǔ)。地殼中化學(xué)元素的豐度與礦物的形成、礦物的化學(xué)成分有著密切的關(guān)系。礦物的形成，除與化學(xué)元素的豐度有關(guān)外，還取決于元素的地球化學(xué)性質(zhì)。聚集元素（Sb、Bi、Hg、Ag、Au）分散元素（Rb、Cs、Ga、In、Sc）元素的離子類型元素在礦物中的存在形式，取決于元素本身與原子和離子的化學(xué)行為，以及所處的地質(zhì)環(huán)境和物理化學(xué)條件。通常根據(jù)離子的外層電子的構(gòu)型，將其分為3種類型：惰性氣體型離子銅型離子過渡性離子礦物的化學(xué)計(jì)量性與非化學(xué)計(jì)量性自然界中，只有少數(shù)礦物的化學(xué)成分是相當(dāng)固定的，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在各晶格位置上的組分之間遵守定比定律、具嚴(yán)格化合比的礦物稱為化學(xué)計(jì)量礦物。礦物的化學(xué)計(jì)量性與非化學(xué)計(jì)量性自然界中許多礦物，特別是某些含變價(jià)元素的礦物，因形成過程中常處于不同的氧化還原條件下，其價(jià)態(tài)會(huì)發(fā)生變化，由于受化合物電中性的制約，礦物晶體內(nèi)部必然存在某種晶格缺陷（如空位、填隙離子等點(diǎn)缺陷），致使其化學(xué)組成偏離理想化合比，不在遵循定比定律，這些礦物稱為非化學(xué)計(jì)量礦物。礦物的化學(xué)組成類型每一種礦物都有一定的化學(xué)成分，按其化學(xué)組成可將礦物分為兩個(gè)基本類型：單質(zhì)礦物化合物 簡單化合物 配合物 復(fù)化合物類質(zhì)同像和同質(zhì)多像類質(zhì)同像：晶體結(jié)構(gòu)中某種質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）為它種類似的質(zhì)點(diǎn)所代替，僅使晶格常數(shù)發(fā)生不大的變化，而結(jié)構(gòu)形式并不改變，這種現(xiàn)象稱為類質(zhì)同像。完全類質(zhì)同像系列不完全類質(zhì)同像系列

在書寫類質(zhì)同像混晶的化學(xué)式時(shí)，凡相互間成類質(zhì)同像替代關(guān)系的一組元素均寫在同一圓括號內(nèi)，彼此間用逗號隔開，按所含原子比例由高到低的順序排列，類質(zhì)同像和同質(zhì)多像影響類質(zhì)同像的因素：原子和離子半徑：總電價(jià)平衡離子類型和化學(xué)鍵溫度壓力組分濃度固溶體的離溶，指原來成類質(zhì)同像替代的多種組分發(fā)生分解，形成不同組分的多個(gè)物相。研究類質(zhì)同像的意義類質(zhì)同像和同質(zhì)多像同質(zhì)多像：同種化學(xué)成分的物質(zhì)，在不同的物理化學(xué)條件（溫度、壓力、介質(zhì)）下，形成不同結(jié)構(gòu)的晶體的現(xiàn)象，稱為同質(zhì)多像。同質(zhì)多像各變體之間，由于物理化學(xué)條件的改變，在固態(tài)條件下可發(fā)生相互轉(zhuǎn)變。同質(zhì)多像變體間的轉(zhuǎn)變溫度在一定壓力下是固定的，所以在自然界的礦物中某種變體的存在或某種轉(zhuǎn)化過程可以幫助我們推測該礦物所存在的地質(zhì)體的形成溫度。在化學(xué)式屬于同一類型的化合物中，化學(xué)成分的規(guī)律變化而引起晶體結(jié)構(gòu)形式的明顯而有規(guī)律地變化的現(xiàn)象稱為型變現(xiàn)象。是屬于類質(zhì)同像和同質(zhì)多像的綜合。礦物中的水礦物中的水所指的不僅是普通的中性H2O，還包括化合物中的（OH）-、H+、（H3O）+離子。根據(jù)水在礦物中的存在形式，分為吸附水、結(jié)晶水、結(jié)構(gòu)水三種基本類型，以及性質(zhì)介于結(jié)晶水和吸附水之間的層間水和沸石水。礦物中的水吸附水：指被機(jī)械地吸附于礦物顆粒的表面及裂隙中，或滲入礦物集合體中的中性水分子（H2O）。在常壓下，當(dāng)溫度增高至100—110℃時(shí)，吸附水即全部從礦物中逸出而不破壞晶格。結(jié)晶水：指以中性水分子（H2O）的形式存在于礦物晶格中的一定位置上的水，它是礦物化學(xué)組成的一部分。分子有確定的數(shù)目，其與礦物中其他組分含量常成簡單的比例關(guān)系。結(jié)構(gòu)水（化合水）：指以O(shè)H-、H+、H3O+離子形式存在于礦物晶格中的一定配位位置上、并有確定的含量比的“水”，其中尤以O(shè)H-最常見，主要存在于氫氧化物和層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽等礦物中。礦物中的水層間水：存在于層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽（如某些黏土礦物）晶格中結(jié)構(gòu)層之間的中性水分子，它們主要與層間陽離子結(jié)合成水合離子。沸石水：主要存在于沸石族礦物晶格中寬大的空腔和通道中的中性水分子，與其中的陽離子結(jié)合成水合離子。礦物的化學(xué)式礦物的化學(xué)成分是以礦物的化學(xué)式表示的，即用組成礦物的化學(xué)元素符號，按一定原則表示出來，它是以單礦物的化學(xué)全分析所得的各組分的相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)為基礎(chǔ)而計(jì)算出來的。實(shí)驗(yàn)式：只表示礦物中各組分的種類及其數(shù)量比。如白云母的實(shí)驗(yàn)式為K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O或H2KAl3Si3O12。礦物的化學(xué)式結(jié)構(gòu)式（晶體化學(xué)式），既能表明礦物中各組分的種類及其數(shù)量比，又能反映出它們在晶格中的相互關(guān)系及其存在形式。如白云母的晶體化學(xué)式為k{Al2[(Si3Al)O10](OH)2},表明白云母是一種具層狀結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，部分Al3+進(jìn)入四面體空隙替代1/4的Si4+，另有部分Al3+則以六次配位的形式存在于八面體空隙中，K+為補(bǔ)償由Al3+替代Si4+所引起的層間電荷而進(jìn)入結(jié)構(gòu)層間，此外白云母的組成中還有結(jié)構(gòu)水。晶體化學(xué)式的書寫規(guī)則（1）基本原則是陽離子在前，陰離子或絡(luò)陰離子在后。（2）對于復(fù)合化合物，陽離子按其堿性由強(qiáng)至弱、價(jià)態(tài)從低到高的順序排列。（3）附加陰離子通常寫在陰離子或絡(luò)陰離子之后。（4）礦物中的水分子寫在化學(xué)式的最末尾，并用圓點(diǎn)將其與其他組分隔開。當(dāng)水含量不定時(shí)，則常用nH2O或aq表示。（5）互為類質(zhì)同像替代的離子，用圓括號括起來，并按含量由多到少的順序排列，中間用逗號分開。 注意，在計(jì)算出礦物各元素的離字?jǐn)?shù)之后，書寫晶體化學(xué)式時(shí)，習(xí)慣上將其具體數(shù)值分別寫在各元素符號之右下角，同時(shí)成類質(zhì)同像替代關(guān)系的各元素之間無需再加逗號，并在圓括號之右下角列出圓括號內(nèi)各元素離字?jǐn)?shù)之總和。礦物的形態(tài)礦物的形態(tài)是指礦物單體、礦物規(guī)則連生體及同種礦物集合體的形態(tài)。它是礦物化學(xué)成分和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的外在反映，同時(shí)也受到其形成時(shí)的外界環(huán)境的制約。晶體晶體：是內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)（原子、離子或分子）在三維空間周期性地重復(fù)排列構(gòu)成的固體物質(zhì)。格子構(gòu)造：質(zhì)點(diǎn)在三維空間有規(guī)律地周期性重復(fù)排列，意指用格子形狀來表征 所以，晶體也叫具有格子構(gòu)造的固體。與此相反，不具格子構(gòu)造的物質(zhì)為非晶體或非晶態(tài)。由非晶態(tài)轉(zhuǎn)化為晶態(tài)，這一過程稱為晶化或脫?；?。空間格子的幾個(gè)要素：1、結(jié)點(diǎn)：又稱為格點(diǎn)，是空間格子中的點(diǎn)，它們代表晶體結(jié)構(gòu)中的相當(dāng)點(diǎn)。2、行列：結(jié)點(diǎn)在直線上的排列即構(gòu)成行列。3、面網(wǎng)：結(jié)點(diǎn)在平面上的分布即構(gòu)成面網(wǎng)。面網(wǎng)上單位面積內(nèi)結(jié)點(diǎn)的密度稱為面網(wǎng)密度。任意兩相鄰的面網(wǎng)間的垂直距離叫面網(wǎng)間距。4、平行六面體。從三維空間看，空間格子可以劃出一個(gè)最小的重復(fù)單位，那就是平行六面體。實(shí)際晶體結(jié)構(gòu)中所劃分出的這樣的相應(yīng)的單位，稱為晶胞。晶體的基本性質(zhì)1、自限性：指晶體在適當(dāng)條件下可以自發(fā)地形成幾何多面體外形的性質(zhì)。2、均一性3、異向性（各向異性）4、對稱性5、最小內(nèi)能性6、穩(wěn)定性礦物單體的形態(tài)單形是由對稱要素聯(lián)系起來的一組晶面的組合。也就是說，單形是一個(gè)晶體上能夠由該晶體的所有對稱要素操作而使它們相互重復(fù)的一組晶面。這樣的一組晶面性質(zhì)是等同的。由32種對稱型進(jìn)行逐一推導(dǎo)，最終導(dǎo)出結(jié)晶學(xué)上的146種不同的單形，稱為結(jié)晶單形。這146種結(jié)晶單形中，有些具有完全相同的幾何形態(tài)，但它們屬于不同的對稱型，即不同的對稱型推導(dǎo)出的單形也可以具有相同的幾何形態(tài)。如果不考慮所屬的對稱型，只考慮單形的形狀，則146種結(jié)晶單形可以歸納為47中幾何單形。礦物單體的形態(tài)聚形：兩個(gè)或兩個(gè)以上的單形聚合在一起，這些單形共同圈閉的空間外形形成聚形。單形的相聚不是任意的，要具有相同的對稱型。礦物晶體的實(shí)際形態(tài) 晶面間的夾角不發(fā)生變化，這種規(guī)律叫做面角守恒定律。晶體的習(xí)性礦物晶體在一定的外界條件下，常常趨向于形成某種特定的習(xí)見形態(tài)，稱為該晶體的晶體習(xí)性。根據(jù)晶體在三維空間的發(fā)育程度，晶體習(xí)性大致分為3種基本類型：1、一向延長型（如角閃石、綠柱石、金紅石）2、二向延長型（云母）3、三向延長型角閃石、綠柱石、金紅石云母、綠泥石、重晶石黃鐵礦晶面花紋礦物晶體在自然形成的過程中，由于外界條件的影響，使實(shí)際晶面上，常具有某些規(guī)則的花紋，如晶面紋、蝕像、生長丘等，這些就是晶面花紋。主要包括以下幾種：1、晶面條紋2、晶面臺(tái)階3、生長丘4、蝕像礦物集合體的形態(tài)同種礦物的多個(gè)單體聚集在一起的整體稱為礦物集合體。根據(jù)集合體中礦物顆粒的大小分為三類：1、顯晶集合體肉眼或借助于放大鏡即能分辨出礦物各單體的集合體稱為顯晶集合體。顯晶集合體的形態(tài)常有：柱狀、針狀、板狀、片狀、鱗片狀、葉片狀和粒狀等。特殊的還有：纖維狀集合體、放射狀集合體、晶簇2、隱晶及膠態(tài)集合體只有在顯微鏡的高倍鏡下才能分辨礦物單體的集合體稱為隱晶集合體，而膠態(tài)集合體則即使在顯微鏡下也不能分辨出單體的界線，其實(shí)際上并不存在單體。常見的隱晶及膠態(tài)集合體主要有：1、分泌體2、結(jié)核3、鮞狀及豆?fàn)罴象w4、鐘乳狀集合體其他的還有塊狀集合體、土狀集合體、粉末狀集合體、被膜狀集合體等。礦物的物理性質(zhì)礦物的物理性質(zhì)，主要取決于礦物的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)。主要有光學(xué)性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)、磁性、電性、發(fā)光性、放射性等。1、光學(xué)性質(zhì)礦物的光學(xué)性質(zhì)是指礦物對可見光的反射、折射、吸收等所表現(xiàn)出來的各種性質(zhì)。1、礦物的顏色顏色是怎么來的？顏色是怎么形成的？根據(jù)其成因，通常分為自色、他色和假色3種。礦物的自色又可分為體色和表面色礦物的顏色

他色：是指礦物因含外來帶色的雜質(zhì)、汽液包裹體等所引起的顏色，它與礦物本身的成分、結(jié)構(gòu)無關(guān)，不是礦物固有的顏色，無鑒定意義。

假色：由物理光學(xué)效應(yīng)所引起的顏色，是自然光照射在礦物表面或進(jìn)入到礦物內(nèi)部所產(chǎn)生的干涉、衍射、散射等而引起的顏色。礦物中常見的假色有：a、錆色b、暈色c、變彩礦物的條痕礦物的條痕是礦物粉末的顏色。通常是指礦物在白色無釉瓷板上擦劃所留下的粉末的顏色。礦物的透明度礦物的透明度是指礦物允許可見光透過的程度。1、透明2、半透明3、不透明礦物的光澤礦物的光澤是指礦物表面對可見光的反射能力。礦物反光的強(qiáng)弱主要取決于礦物對光的折射和吸收的程度。1、金屬光澤2、半金屬光澤3、金剛光澤4、玻璃光澤另外，還有油脂光澤、樹脂光澤、瀝青光澤、珍珠光澤、絲絹光澤、蠟狀光澤、土狀光澤等。礦物的發(fā)光性自然界有些礦物在外加能量的激發(fā)下，往往能明顯地發(fā)出可見光，這種性質(zhì)稱為礦物的發(fā)光性。礦物的力學(xué)性質(zhì)一、解理分級：1、極完全解理2、完全解理3、中等解理4、不完全解理5、極不完全解理二、裂開裂開是指某些礦物晶體在應(yīng)力作用下，有時(shí)可沿著晶格內(nèi)一定的結(jié)晶方向破裂成平面的性質(zhì)。裂開的平面稱為裂開面。三、斷口

礦物內(nèi)部若不存在由晶體結(jié)構(gòu)所控制的弱結(jié)合面網(wǎng)，則其受力后將沿?zé)嶙h方向破裂而形成各種不平整的斷面，稱為斷口。斷口主要借助于其形狀斷口，常見的有貝殼狀斷口、鋸齒狀斷口、參差狀斷口、平坦?fàn)顢嗫凇⑼翣顢嗫凇⒗w維狀斷口等。四、礦物的硬度礦物的硬度是指礦物抵抗外來機(jī)械作用（如刻劃、壓入或研磨等）的能力。滑、石、方、螢、磷、正、石、黃、剛、金五、礦物的密度及相對密度礦物的密度是指礦物單位體積的質(zhì)量。礦物的相對密度是指純凈的單礦物在空氣中的質(zhì)量與4℃時(shí)同體積的水的質(zhì)量之比。（1）輕的（2）中等的（3）重的六、礦物的其他物理性質(zhì)礦物的磁性：指礦物在外磁場作用下被磁化所表現(xiàn)出能被外磁場吸引、排斥或?qū)ν饨绠a(chǎn)生磁場的性質(zhì)。礦物的導(dǎo)電性是指礦物對電流的傳導(dǎo)能力。礦物的壓電性：指某些電介質(zhì)的單晶體，當(dāng)受到定向壓力或張力的作用時(shí)，能使晶體垂直于應(yīng)力的兩側(cè)表面上分別帶有等量的相反電荷性質(zhì)。礦物的熱釋電性：指某些電