第七章同質(zhì)多像與類質(zhì)同像

1、.1.1 概念：概念： 化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下，結(jié)晶化學(xué)成分相同的物質(zhì)，在不同的熱力學(xué)條件下，結(jié)晶成成結(jié)構(gòu)不同結(jié)構(gòu)不同的幾種晶體的現(xiàn)象。的幾種晶體的現(xiàn)象。如：碳（如：碳（C）可結(jié)晶成金剛石和石墨。）可結(jié)晶成金剛石和石墨。 把成分相同而結(jié)構(gòu)不同的晶體稱為某成分的同質(zhì)多象把成分相同而結(jié)構(gòu)不同的晶體稱為某成分的同質(zhì)多象 變體。變體。有同質(zhì)二象；同質(zhì)三象等。有同質(zhì)二象；同質(zhì)三象等。 同質(zhì)多象的每一個變體都是一個同質(zhì)多象的每一個變體都是一個獨立的礦物種獨立的礦物種。 當(dāng)外界條件改變當(dāng)外界條件改變到一定程度時，為新條件下達到新的到一定程度時，為新條件下達到新的平衡，各變體之間就可能在結(jié)構(gòu)

2、上發(fā)生轉(zhuǎn)變，平衡，各變體之間就可能在結(jié)構(gòu)上發(fā)生轉(zhuǎn)變，即即發(fā)生發(fā)生同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。同質(zhì)多象轉(zhuǎn)變。1.2 分類分類 據(jù)轉(zhuǎn)變的速度和晶體結(jié)構(gòu)改變的程度，據(jù)轉(zhuǎn)變的速度和晶體結(jié)構(gòu)改變的程度，可分為可分為兩兩類：類：.（改造式轉(zhuǎn)變、（改造式轉(zhuǎn)變、高低溫轉(zhuǎn)變高低溫轉(zhuǎn)變）：）：當(dāng)兩個變體結(jié)構(gòu)間差異較小，當(dāng)兩個變體結(jié)構(gòu)間差異較小，不需要破壞原有的鍵不需要破壞原有的鍵，只，只要質(zhì)點從原先的位置稍作位移，就可從一種變體轉(zhuǎn)變?yōu)橐|(zhì)點從原先的位置稍作位移，就可從一種變體轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N變體。轉(zhuǎn)變一般是另一種變體。轉(zhuǎn)變一般是可逆的可逆的。：當(dāng)變體結(jié)構(gòu)間差異較大，在轉(zhuǎn)變過程中需要首先當(dāng)變體結(jié)構(gòu)間差異較大，在轉(zhuǎn)變過程中需要首先破壞

3、原破壞原變體的結(jié)構(gòu)變體的結(jié)構(gòu)，包括鍵性，配位數(shù)及堆積方式等的變化，包括鍵性，配位數(shù)及堆積方式等的變化，才能重新建立起新變體的晶體結(jié)構(gòu)。這類轉(zhuǎn)變一般是才能重新建立起新變體的晶體結(jié)構(gòu)。這類轉(zhuǎn)變一般是不不可逆的可逆的。二氧化硅各種變體之間的二氧化硅各種變體之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系及其規(guī)律轉(zhuǎn)變關(guān)系及其規(guī)律：.石英在不同的熱力學(xué)條件下有不同的變體石英在不同的熱力學(xué)條件下有不同的變體： -石英石英 -鱗石英鱗石英 -方石英方石英 熔體熔體 -石英石英 -鱗石英鱗石英 -方石英方石英 -鱗石英鱗石英8700C5730C14700C17230C2680C1600C1170C表示高溫型，表示高溫型， 表示低溫型。表示低溫

4、型。橫向轉(zhuǎn)變（重建型）為一級轉(zhuǎn)變（由表及里緩慢進行，不可逆）橫向轉(zhuǎn)變（重建型）為一級轉(zhuǎn)變（由表及里緩慢進行，不可逆）縱向轉(zhuǎn)變（位移型）為二級轉(zhuǎn)變（表里瞬間同時進行，可逆）縱向轉(zhuǎn)變（位移型）為二級轉(zhuǎn)變（表里瞬間同時進行，可逆） 轉(zhuǎn)化過程的分析：轉(zhuǎn)化過程的分析： 在常壓的情況下在常壓的情況下,從常溫開始加熱直至熔融從常溫開始加熱直至熔融, 三種三種 狀態(tài)之間經(jīng)過一系列的晶型轉(zhuǎn)化狀態(tài)之間經(jīng)過一系列的晶型轉(zhuǎn)化. 1) 高溫型的遲鈍轉(zhuǎn)化高溫型的遲鈍轉(zhuǎn)化(橫向轉(zhuǎn)化橫向轉(zhuǎn)化) 2) 高低溫型迅速轉(zhuǎn)化高低溫型迅速轉(zhuǎn)化(縱向轉(zhuǎn)化縱向轉(zhuǎn)化)體積的變化：體積的變化： 在在8700C由由 a- 石英轉(zhuǎn)變?yōu)槭⑥D(zhuǎn)變?yōu)閍

5、-磷石英時磷石英時,轉(zhuǎn)化速度慢轉(zhuǎn)化速度慢,體積增加體積增加 16%. 在在5730C由由-石英轉(zhuǎn)變?yōu)槭⑥D(zhuǎn)變?yōu)閍 -石英石英,轉(zhuǎn)化迅速轉(zhuǎn)化迅速,體積體積變化只增加變化只增加 0.82%.結(jié)論結(jié)論: 快速型轉(zhuǎn)化的體積變化小快速型轉(zhuǎn)化的體積變化小(易發(fā)生易發(fā)生)，危害大。，危害大。 慢速型轉(zhuǎn)化的體積變化大慢速型轉(zhuǎn)化的體積變化大(不易發(fā)生不易發(fā)生)，危害小。，危害小。.2.1 概念：概念： 某種晶體在一定的條件下結(jié)晶時，晶體中某種質(zhì)點（原某種晶體在一定的條件下結(jié)晶時，晶體中某種質(zhì)點（原子、離子、絡(luò)陰離子或分子）的位置被性質(zhì)相似的質(zhì)點所占子、離子、絡(luò)陰離子或分子）的位置被性質(zhì)相似的質(zhì)點所占據(jù)，隨著這些

6、質(zhì)點間相對量的改變只引起晶格參數(shù)及物理、據(jù)，隨著這些質(zhì)點間相對量的改變只引起晶格參數(shù)及物理、化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律變化，但不引起晶格類型（鍵性及晶體晶格化學(xué)性質(zhì)的規(guī)律變化，但不引起晶格類型（鍵性及晶體晶格形式）發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象，叫做類質(zhì)同象。形式）發(fā)生質(zhì)變的現(xiàn)象，叫做類質(zhì)同象。2.2 類型：類型：（1）根據(jù)兩種組分能否在晶格中以任意量互相代替）根據(jù)兩種組分能否在晶格中以任意量互相代替，將類，將類質(zhì)同象分為完全類質(zhì)同象和不完全類質(zhì)同象。當(dāng)組分之間可質(zhì)同象分為完全類質(zhì)同象和不完全類質(zhì)同象。當(dāng)組分之間可以任意量相互代替組成混晶時，稱為完全類質(zhì)同象。當(dāng)兩種以任意量相互代替組成混晶時，稱為完全類質(zhì)同象。當(dāng)兩種組分

7、之間的代替量有一定限度時，稱為不完全類質(zhì)同象。組分之間的代替量有一定限度時，稱為不完全類質(zhì)同象。類質(zhì)同象類質(zhì)同象完全類質(zhì)同象（代替量不限制）完全類質(zhì)同象（代替量不限制）不完全類質(zhì)同象（代替量受限制不完全類質(zhì)同象（代替量受限制）.（2）根據(jù)晶格中相互代替的離子電價是否相等）根據(jù)晶格中相互代替的離子電價是否相等類質(zhì)同象類質(zhì)同象等價類質(zhì)同象等價類質(zhì)同象異價類質(zhì)同象異價類質(zhì)同象在異價類質(zhì)同象系列中，在異價類質(zhì)同象系列中，相互代替的離子總電荷必須相等相互代替的離子總電荷必須相等。常見的方式有常見的方式有：兩對異價離子同時代替兩對異價離子同時代替。電價較高的離子與數(shù)量較多的低價離子相互代替電價較高的離子與

8、數(shù)量較多的低價離子相互代替。高價陽離子代替低價陽離子，過剩的正電荷被高價陰離子代高價陽離子代替低價陽離子，過剩的正電荷被高價陰離子代 替低價陰離子而產(chǎn)生的負電荷所補償替低價陰離子而產(chǎn)生的負電荷所補償。.（1）離子（原子）本身的性質(zhì)：半徑、電價、離子類型）離子（原子）本身的性質(zhì)：半徑、電價、離子類型 半徑半徑：要求相互代替的質(zhì)點大小相差不能太懸殊：要求相互代替的質(zhì)點大小相差不能太懸殊。 經(jīng)驗公式：經(jīng)驗公式： （R1R2）R2 X X 15 易形成完全類質(zhì)同象易形成完全類質(zhì)同象 15 X30 形成不完全類質(zhì)同象形成不完全類質(zhì)同象 X30 難形成類質(zhì)同象難形成類質(zhì)同象 電價電價：必須遵守：必須遵守電

9、價平衡電價平衡的原則的原則。（異價類質(zhì)同象代替時）（異價類質(zhì)同象代替時） 類型類型：質(zhì)點類質(zhì)同象代替時：質(zhì)點類質(zhì)同象代替時不能改變晶體的鍵性不能改變晶體的鍵性。.能量效應(yīng)能量效應(yīng)：由能量系數(shù)大的離子代替能量系數(shù)小的離子時，：由能量系數(shù)大的離子代替能量系數(shù)小的離子時，有利于降低晶格的內(nèi)能，代替易發(fā)生有利于降低晶格的內(nèi)能，代替易發(fā)生。（一個離子從自由狀態(tài)一個離子從自由狀態(tài)進入晶格時，所釋放出多余的能量，叫能量系數(shù)進入晶格時，所釋放出多余的能量，叫能量系數(shù)）對角線法則：對角線法則：異價類質(zhì)同象代替時，沿周期表對角線方向上異價類質(zhì)同象代替時，沿周期表對角線方向上一般是右下方的高價陽離子代替左上方的低價

10、陽離子一般是右下方的高價陽離子代替左上方的低價陽離子。（2）外部條件外部條件：有礦物結(jié)晶時的溫度、壓力、組分濃度有礦物結(jié)晶時的溫度、壓力、組分濃度溫度溫度對其影響最為明顯。規(guī)律是對其影響最為明顯。規(guī)律是：高溫條件下有利于類質(zhì)同象高溫條件下有利于類質(zhì)同象 的形成；溫度降低則類質(zhì)同象不易發(fā)生，甚至發(fā)生分離的形成；溫度降低則類質(zhì)同象不易發(fā)生，甚至發(fā)生分離。壓力壓力對類質(zhì)同象的影響尚不十分清楚對類質(zhì)同象的影響尚不十分清楚。一般認為：一般認為：當(dāng)溫度一定當(dāng)溫度一定 時，壓力增大，既可限制類質(zhì)同象代替的數(shù)量，又能促使時，壓力增大，既可限制類質(zhì)同象代替的數(shù)量，又能促使 類質(zhì)同象混晶發(fā)生分離類質(zhì)同象混晶發(fā)生分離。濃度濃度對類質(zhì)同象的影響對類質(zhì)同象的影響，由定比定律和倍比定律來說明由定比定律和倍比定律來說明。.（1） 地殼中的稀有元素絕大部分，主要以類地殼中的稀有元素絕大部分，主要以類質(zhì)同象的形式賦存在性質(zhì)相似的常量元質(zhì)同象的形式賦存在性質(zhì)相似的常量元素的礦物中素的礦物中。對尋找礦產(chǎn)資源有