礦物的化學(xué)成分PPT課件

1、一、地殼中化學(xué)元素的豐度 元素在地殼中的平均含量的百分?jǐn)?shù)，叫克拉克值，可分為：質(zhì)量克拉克值，原子克拉克值。 地殼中元素豐度極不均勻，最多的氧（O）與最少的氡（Rn）含量相差1018倍。 地殼中最常見(jiàn)的元素為：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg 這8種，占地殼總質(zhì)量的99。礦物的化學(xué)成分是確定一個(gè)礦物的基本依據(jù)之一，礦物的化學(xué)成分是確定一個(gè)礦物的基本依據(jù)之一，化學(xué)元素是形成礦物的物質(zhì)基礎(chǔ)。地殼中化學(xué)元化學(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化學(xué)組成有著密切的關(guān)系。素的豐度與礦物的化學(xué)組成有著密切的關(guān)系。第1頁(yè)/共23頁(yè)常見(jiàn)8種元素的克拉克值元元 素素質(zhì)量克拉克值（質(zhì)量克

2、拉克值（%） 原子克拉克值原子克拉克值 （%）體積百分比體積百分比 （%）O46.6062.5593.77Si27.7221.220.86Al8.136.470.47Fe5.001.920.43Ca3.631.941.03Na2.832.641.32K2.591.421.83Mg2.091.840.29可以形象地比喻：整個(gè)地殼是由可以形象地比喻：整個(gè)地殼是由O離子作最緊密堆積，陽(yáng)離離子作最緊密堆積，陽(yáng)離子充填在空隙中。子充填在空隙中。第2頁(yè)/共23頁(yè)克拉克值對(duì)礦物化學(xué)成分的影響: 克拉克值高的元素組成的礦物種含量也高，地殼上的礦物種主要是由前述8種元素組成的硅酸鹽（占地殼總質(zhì)量的3/4）和氧化

3、物（占地殼總質(zhì)量的1/5） ； 但是，地殼上的礦物種除了受克拉克值影響外，還要受到元素的地球化學(xué)性質(zhì)的影響，有的元素含量低，但它能夠形成獨(dú)立礦物種， 而有的元素盡管含量多，卻不能夠形成獨(dú)立礦物種。這就涉及到元素是趨于“聚集”或“分散”的地球化學(xué)性質(zhì)。 第3頁(yè)/共23頁(yè)克拉克值對(duì)礦物化學(xué)成分的影響:聚集元素：Au（金）、Ag（銀）、Bi（鉍）、Sb（銻）等，盡管克拉克值很低，但它們的地球化學(xué)性質(zhì)是趨于聚集的，所以能夠形成獨(dú)立的礦物種，甚至富集成礦；分散元素：Ru（釕）、Cs（銫）、Ga（鎵）、In（銦）等，盡管克拉克值較高，但它們的地球化學(xué)性質(zhì)是趨于分散的，所以不能夠形成獨(dú)立的礦物種，往往以微量

4、元素混入物（如類(lèi)質(zhì)同像形式）賦存于其他礦物種中。第4頁(yè)/共23頁(yè)二、元素的離子類(lèi)型 惰性氣體型離子：外層電子8或2（與惰性氣體原子相同） 銅型離子：外層電子18或182（與Cu+相似） 過(guò)渡型離子：外層電子917，有未滿的d電子。天然礦物，除少數(shù)天然礦物，除少數(shù)(約約30種種)元素以單質(zhì)存在外，絕大多元素以單質(zhì)存在外，絕大多數(shù)是由兩種或兩種以上化學(xué)元素組成的化合物。在化合物數(shù)是由兩種或兩種以上化學(xué)元素組成的化合物。在化合物中，陰、陽(yáng)離子間的結(jié)合，主要受其外層電子的構(gòu)型所制中，陰、陽(yáng)離子間的結(jié)合，主要受其外層電子的構(gòu)型所制約。通常根據(jù)離子的外層電子的構(gòu)型，將其分為三種類(lèi)型：約。通常根據(jù)離子的外層

5、電子的構(gòu)型，將其分為三種類(lèi)型：第5頁(yè)/共23頁(yè)元素的離子類(lèi)型與礦物種類(lèi)的關(guān)系： 惰性氣體型離子：易失去電子，與氧形成離子鍵，形成氧化物、含氧鹽礦物和鹵化物，故稱(chēng)為親氧元素或親石元素； 銅型離子：電離勢(shì)高，不易失去電子，與硫形成共價(jià)鍵，形成硫化物，故稱(chēng)為親硫元素或親銅元素； 過(guò)渡型離子：性質(zhì)介于上述兩類(lèi)離子之間，可形成氧化物、含氧鹽，也可形成硫化物，取決于元素在周期表中的位置(靠近惰性氣體型離子還是靠近銅型離子)，也取決于外部氧化還原條件。注意：注意：元素的離子類(lèi)型與礦物種的關(guān)系不是絕對(duì)的，在極端元素的離子類(lèi)型與礦物種的關(guān)系不是絕對(duì)的，在極端外部條件下，也可改變，如：外部條件下，也可改變，如：C

6、u+在氧化環(huán)境下也可形成氧在氧化環(huán)境下也可形成氧化物：赤銅礦化物：赤銅礦Cu2O第6頁(yè)/共23頁(yè)三、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，各組分間具嚴(yán)格的化合比，如水晶，即幾乎由純SiO2組成。（1）化學(xué)計(jì)量礦物）化學(xué)計(jì)量礦物在各晶格位置上的組分之間在各晶格位置上的組分之間遵守定比定律遵守定比定律、具嚴(yán)格化、具嚴(yán)格化合比的礦物。合比的礦物。 例：水晶例：水晶SiO2、鐵閃鋅礦、鐵閃鋅礦(Zn,Fe)S、橄欖石橄欖石(Mg,Fe)2SiO4。 （2）非化學(xué)計(jì)量礦物）非化學(xué)計(jì)量礦物化學(xué)組成偏離理想化合比，化學(xué)組

7、成偏離理想化合比，不再遵循定比定律不再遵循定比定律的礦物的礦物。 礦物標(biāo)型礦物標(biāo)型 例：磁黃鐵礦例：磁黃鐵礦 Fe1-xS（有部分（有部分Fe3+存在）。存在）。 天然礦物并非理想化學(xué)純的物質(zhì)。由于外界環(huán)境的復(fù)雜性，致使其化學(xué)組成在一定范圍內(nèi)變化第7頁(yè)/共23頁(yè)含金石英脈中黃鐵礦(FeS2)，F(xiàn)e/(S+As)0.500，形成深度小；Fe/(S+As)0.500，成礦深度大。非化學(xué)計(jì)量成分標(biāo)型：判斷剝判斷剝蝕程度蝕程度質(zhì)同像替代和非化學(xué)計(jì)量性是引起礦物成分在一定范圍內(nèi)變化的主要原因，其他因素還有陽(yáng)離子的可交換性、膠體的吸附作用、礦物中含水量的變化，及以顯微包裹體形式存在的機(jī)械混入物等第8頁(yè)/共

8、23頁(yè)四、膠體礦物的化學(xué)成分特點(diǎn)1、膠體與膠體礦物、膠體與膠體礦物 一種或多種粒徑介于一種或多種粒徑介于1100nm之間的物質(zhì)微粒（分散相之間的物質(zhì)微粒（分散相或分散質(zhì)）分散在另一種物質(zhì)（分散媒或分散劑）中形成的不或分散質(zhì)）分散在另一種物質(zhì)（分散媒或分散劑）中形成的不均勻細(xì)分散體系，稱(chēng)為均勻細(xì)分散體系，稱(chēng)為膠體膠體。分散相和分散媒均可以是固體、液體或氣體分散相和分散媒均可以是固體、液體或氣體膠溶體：膠溶體：分散媒分散媒多于多于分散相的膠體。分散相的膠體。膠凝體：膠凝體：反之分散媒反之分散媒少于少于分散相的膠體。分散相的膠體。膠體礦物：膠體礦物：一般是以水為分散媒、以固相為分散相的水膠一般是以水

9、為分散媒、以固相為分散相的水膠凝體，屬非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)礦物。如蛋白石（凝體，屬非晶質(zhì)或隱晶質(zhì)礦物。如蛋白石（SiO2 . nH2O）。）。2、膠體礦物的特殊性質(zhì)、膠體礦物的特殊性質(zhì)（1）膠體微粒非常小，具有極大的比表面積和很高的表面膠體微粒非常小，具有極大的比表面積和很高的表面能，因此能，因此膠體礦物不穩(wěn)定膠體礦物不穩(wěn)定，具有吸附其他物質(zhì)和自發(fā)，具有吸附其他物質(zhì)和自發(fā)地轉(zhuǎn)化為結(jié)晶質(zhì)的趨勢(shì)，從而降低其表面能，達(dá)到穩(wěn)地轉(zhuǎn)化為結(jié)晶質(zhì)的趨勢(shì)，從而降低其表面能，達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)定狀態(tài)第9頁(yè)/共23頁(yè)（2）膠粒表面的電荷未達(dá)到飽和，帶電的膠體微粒能夠選擇性的吸附周?chē)橘|(zhì)中與膠體所帶電荷相反的其他離子，此即膠體的

10、吸附性。膠體的特殊性質(zhì)決定了膠體礦物的化學(xué)成分具有可變性和復(fù)雜性的特 點(diǎn)。（1）膠體礦物的分散相與分散媒的量比不固定，即其含水量是可變的。（2）膠體微粒表面具有很強(qiáng)的吸附性，致使膠體礦物可吸附介質(zhì)中的其他成分而改變成分，其吸附量有時(shí)相當(dāng)可觀，甚至可富集形成有工業(yè)價(jià)值的礦床。（3）膠體礦物隨著時(shí)間的推移或熱力學(xué)因素的改變，膠粒會(huì)）膠體礦物隨著時(shí)間的推移或熱力學(xué)因素的改變，膠粒會(huì)自發(fā)地凝聚，并發(fā)生脫水，顆粒逐漸增大而成為隱晶質(zhì)，自發(fā)地凝聚，并發(fā)生脫水，顆粒逐漸增大而成為隱晶質(zhì)，最終可轉(zhuǎn)變?yōu)轱@晶質(zhì)礦物，這一過(guò)程稱(chēng)為最終可轉(zhuǎn)變?yōu)轱@晶質(zhì)礦物，這一過(guò)程稱(chēng)為膠體的老化或膠體的老化或陳化陳化。由膠體礦物老化形

11、成的隱晶質(zhì)或顯晶質(zhì)礦物稱(chēng)為。由膠體礦物老化形成的隱晶質(zhì)或顯晶質(zhì)礦物稱(chēng)為變膠體礦物變膠體礦物第10頁(yè)/共23頁(yè)例如：蛋白石，由許多許多的非常細(xì)的SiO2膠粒及水組成。單個(gè)SiO2膠粒可能有晶體結(jié)構(gòu)，但太小了；許多膠粒組合是雜亂的，因此，整體不顯晶態(tài)特征而是非晶態(tài)或超顯微隱晶態(tài)。膠粒堆積形成膠體礦物示意圖膠粒堆積形成膠體礦物示意圖第11頁(yè)/共23頁(yè)五、礦物中的水水是礦物中的一種特殊的化學(xué)成分。根據(jù)礦物中水的存在形式及其在晶體結(jié)構(gòu)中的作用，可將其分成吸附水、結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水3種基本類(lèi)型，以及性質(zhì)介于結(jié)晶水與吸附水之間的層間水和沸石水2種過(guò)渡類(lèi)型：(1)吸附水：呈中性水分子狀態(tài)，不直接參與組成礦物的晶體

12、結(jié)構(gòu)，只是機(jī)械地被吸附于礦物的表面上或裂隙中。吸附水不屬于礦物的化學(xué)成分，不寫(xiě)入化學(xué)式。它在礦物中的含量不固定。在常壓下，當(dāng)溫度上升至110時(shí)，吸附水會(huì)全部逸出，但并不破壞晶格。薄膜水和毛細(xì)管水都屬于吸附水。水膠凝體中的膠體水是吸附水的一種特殊類(lèi)型，它是膠體礦物本身固有特征，故應(yīng)作為重要組分列入礦物的化學(xué)式，但其含量不固定，如蛋白石的化學(xué)式是SiO2.nH2O。第12頁(yè)/共23頁(yè)(2)結(jié)晶水：以中性水分子的形式存在，它在礦物晶體結(jié)構(gòu)中占有固定的位置，并且水分子的數(shù)量也是固定的。結(jié)晶水多出現(xiàn)在具有大半徑絡(luò)陰離子的含氧鹽礦物中，能夠與小半徑的陽(yáng)離子形成體積較大的水化陽(yáng)離子，從而與大的絡(luò)陰離子組成穩(wěn)

13、定化合物，例如石膏CaSO42H2O。結(jié)晶水受晶格的束縛，結(jié)構(gòu)比較牢固。要使結(jié)晶水從礦物中脫出，通常需要較高溫度，一般均在200500。當(dāng)?shù)V物脫出結(jié)晶水后，晶體的結(jié)構(gòu)被破壞，進(jìn)而重建為新的晶格，含結(jié)晶水的礦物的失水溫度是一定的，據(jù)此可以作為鑒含結(jié)晶水的礦物的失水溫度是一定的，據(jù)此可以作為鑒定礦物的一項(xiàng)標(biāo)志定礦物的一項(xiàng)標(biāo)志石膏中的結(jié)晶水與脫水后形成的硬石膏第13頁(yè)/共23頁(yè)(3)結(jié)構(gòu)水（也稱(chēng)化合水）：呈H+、(OH)-或(H3O)+等離子狀態(tài)，在晶格中占有固定的位置，在含量上有確定的比。例如在高嶺石Al4Si4O10(H2O)8和水云母(K,H3O)Al2AlSi3O10(OH)2中都含有結(jié)構(gòu)水

14、。結(jié)構(gòu)水在晶格中靠較強(qiáng)的鍵力聯(lián)系著，因此結(jié)構(gòu)牢固，要在高溫(約6001000)作用下，晶格遭到破壞時(shí)水才會(huì)逸出。高嶺石中高嶺石中的結(jié)構(gòu)水的結(jié)構(gòu)水第14頁(yè)/共23頁(yè)（4）層間水：存在于層狀構(gòu)造硅酸鹽結(jié)構(gòu)層之間的中性水分子，主要與層間陽(yáng)離子結(jié)合成水合離子，其性質(zhì)也是介于結(jié)晶水與吸附水之間。層間水的數(shù)量受陽(yáng)離子種類(lèi)、溫度及濕度變化的影響。層間水較易失去，常壓下在110左右大量逸出。失水后礦物晶格不被破壞，僅結(jié)構(gòu)層層間距縮短，同時(shí)礦物的相對(duì)密度和折射率增大；在潮濕的環(huán)境中又可重新吸水。如在蒙脫石中，其結(jié)構(gòu)層表面有過(guò)剩負(fù)電荷，它要吸附金屬陽(yáng)離子及水分子，從而在相鄰的結(jié)構(gòu)層中間形成水分子層。加熱至110時(shí)

15、，水大量逸出，而在潮濕環(huán)境又可重新吸水。第15頁(yè)/共23頁(yè) (5)沸石水：存在于沸石族礦物晶格中的大空腔或通道中的中性水分子，與其中的陽(yáng)離子結(jié)合成水合離子，其性質(zhì)介于結(jié)晶水與吸附水之間。沸石水的逸出溫度為80400，脫水后不引起晶格的破壞，只是某些物理性質(zhì)發(fā)生變化。失水后的沸石又可重新吸水。第16頁(yè)/共23頁(yè)六、礦物的化學(xué)式及其計(jì)算實(shí)驗(yàn)式：只表示礦物中各組分的種類(lèi)及其數(shù)量比。不能反映出礦物中各組分之間的相互關(guān)系白云母：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O 或H2KAl3Si3O12僅僅表示各組分的含量比。晶體化學(xué)式（結(jié)構(gòu)式）：既能表明礦物中各組分的種類(lèi)及其數(shù)量比，又能反映出它們?cè)诰Ц裰械?/p>

16、相互關(guān)系及其存在形式白云母：KAl2(Si3Al)O10(OH)2（1）礦物化學(xué)式的表達(dá)方式）礦物化學(xué)式的表達(dá)方式表明白云母是一種具層狀結(jié)構(gòu)的鋁的鋁硅酸鹽礦物，部分表明白云母是一種具層狀結(jié)構(gòu)的鋁的鋁硅酸鹽礦物，部分Al進(jìn)入四進(jìn)入四面體空隙替代面體空隙替代1/4的的Si，另有部分，另有部分Al則以六次配位的形式存在于八面體空則以六次配位的形式存在于八面體空隙中，隙中，K為補(bǔ)償由為補(bǔ)償由Al3+替代替代Si4+所引起的層間電荷而進(jìn)入結(jié)構(gòu)層間，此外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)水白云母的組成中還有結(jié)構(gòu)水第17頁(yè)/共23頁(yè)(1) 基本原則是陽(yáng)離子在前，陰離子或絡(luò)陰離子在后。

17、絡(luò)陰離子需用方括號(hào)括起來(lái)。(2) 對(duì)復(fù)化合物，陽(yáng)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(xiě)在陰離子或絡(luò)陰離子之后。(4) 礦物中的水分子寫(xiě)在化學(xué)式的最末尾，并用圓點(diǎn)將其與其他組分隔開(kāi)。(5) 互為類(lèi)質(zhì)同像替代的離子，用圓括號(hào)括起來(lái)，并按含量由多到少的順序排列，中間用逗號(hào)分開(kāi)。例如： 白云母KAl2(Si3Al)O10(OH)2 白云石CaMgCO32 鎂方解石（Ca，Mg）CO3 鐵閃鋅礦(Zn,Fe)S 蛋白石 SiO2nH2O晶體化學(xué)式的書(shū)寫(xiě)原則：晶體化學(xué)式的書(shū)寫(xiě)原則：第18頁(yè)/共23頁(yè)（2）礦物化學(xué)式的計(jì)算：總的思路是：以礦物化學(xué)分析所得到的元素或氧化物質(zhì)量，

18、換算成該礦物中各原子、離子系數(shù)比例，再結(jié)合晶體化學(xué)知識(shí)判斷是否為類(lèi)質(zhì)同像關(guān)系、是否組成陰離子團(tuán)等，寫(xiě)出晶體化學(xué)式。具體做法是： 元素或氧化物質(zhì)量元素或氧化物質(zhì)量原子個(gè)數(shù)、分子個(gè)數(shù)原子個(gè)數(shù)、分子個(gè)數(shù)（換算成原子個(gè)數(shù)）（換算成原子個(gè)數(shù)）以某個(gè)原子在以某個(gè)原子在該礦物晶該礦物晶體化學(xué)式體化學(xué)式的原子個(gè)數(shù)為的原子個(gè)數(shù)為準(zhǔn)，換算出其他原子在準(zhǔn)，換算出其他原子在晶體化學(xué)式中的系數(shù)晶體化學(xué)式中的系數(shù)結(jié)合晶體化學(xué)知識(shí)結(jié)合晶體化學(xué)知識(shí)將各原子進(jìn)行分配將各原子進(jìn)行分配即：要求已知該礦即：要求已知該礦物的晶體化學(xué)通式物的晶體化學(xué)通式 第19頁(yè)/共23頁(yè)舉例說(shuō)明：已知單斜輝石晶體化學(xué)通式：XYZ2O6第20頁(yè)/共23頁(yè)以上舉例為陰離子法，即以氧原子數(shù)為準(zhǔn)計(jì)算，也可以以陽(yáng)離子總數(shù)為準(zhǔn)計(jì)算，稱(chēng)陽(yáng)離子法，計(jì)算的思路是一樣的。(1)(1) 首先檢查礦物的化學(xué)分析結(jié)果是否符合精度要求。表中單斜輝石的各組分的百分含量總和(wB%