chap1 矿物的化学成分和内部结构

a
10
Ⅲ
Ⅰ
Ⅱ
Ⅰ-惰性气体型离子
Ⅱ -铜型离子
Ⅲ -过渡型离子
a
11
Ⅰ-惰性气体型离子
周期表左边的碱金属和碱土金属以及 一些非金属元素 的原子，失去或得到一定
数目的电子成为离子时，其最外层电子结 构与惰性气体的最外层电子结构相似，具 有8个或2个电子，称为惰性气体型离子。
它们极易与氧结合生成氧化物或含氧 盐（主要是硅酸盐） ，形成大部分造岩矿
地壳中元素的丰度反映的是地壳的
平均化学成分，决定着地壳中各种地质 作用过程的总的地质背景。元素的丰度 在一定意义上影响着元素在成岩成矿作 用中的浓度，从而支配着矿物的生成。
1.地质作用各种元素的浓度受丰度的 限制。
2.丰度值高的元素形成矿物种类也多。
a
4
O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、 Mg八种元素占地球总质量的98.59%，
Halite
Cl Na
Cl
Cl
Cl
石盐
a
23
四、 配位数和配位多面体
在晶体结构中，原子或离子是按照一定方式与 周围的原子或离子相接触的，每个原子或离子周围 最邻近的原子或异号离子的数目称为该原子或离子 的配位数。以一个原子或离子为中心，将其周围与 之成配位关系的原子或离子的中心联接起来，所获 得的多面体称为配位多面体。
立方最紧密堆积： ABCABC…..
a
放映动画20
A
B
C
等大球体最紧密堆积中，球体之间依然有空
隙。空隙占整个空间的25.95%。
a
21
四面体空隙
八面体空隙
N个等大球体作最紧密堆积时，产生N个八面体空
隙和2N个四面体空隙。 a
放映动画22
不等大的球体进行堆积时，其中较大的
球做最紧密堆积，而较小的球则依自身体积 的大小填入其中的八面体空隙或四面体空隙 中，形成不等大球体的紧密堆积。aBiblioteka 13Ⅲ -过渡型离子
最外层电子数在上述两种类型离子之间。 它们的离子半径和化学性质也介于惰性气 体 型离子与铜型离子之间。
外层电子数愈接近8者亲氧性愈强，易形 成氧化物和含氧盐；愈接近18者亲硫性愈 强，易形成硫化物；居于中间位置的Mn 和Fe与氧、硫均能结合。
a
14
三、 球体紧密堆积原理
在晶体结构中，质点 间趋向于尽可能地相 互靠近，形成最紧密 堆积，以达到内能最 小，而使晶体处于最 稳定状态。
第一章 矿物的化学成分和内部结构
一、地壳的化学成分 二、离子类型和离子半径 三、紧密堆积原理 四、配位数和配位多面体 五、晶格类型 六、同质多像的概念 七、类质同像的概念 八、矿物的化学式
a
1
一、地壳的化学成分
人们一直想了解地壳中元素的分 布情况各种元素占的比例。美国科学 克拉克根据采自全球5159个样品分析 结果计算出了16km厚地壳内50种元素 的平均质量：
一类是由同种元素的原子自相结合 组成的单质，如金刚石（C），自然金 （Au）等等；
另一类是更为普遍的由两种或两种 以上不同的化学元素组成的化合物,例如: 石英(Si02)，刚玉(Al2O3)。
a
7
在晶体中，质点保持一定的间距，各自由 一个不可侵犯的范围，这个范围看作是球形 的，它的半径被称为原子或离子的有效半径。
有些元素的丰度虽然远比上述元素
高，但是趋于分散，不易聚集成矿床，
甚至很少能形成独立的矿物种，而是常
常作为微量的混入物赋存在主要由其他
元素组成的矿物中，如Rb、Cs、Ga。称
为 分散元素。 a
6
二、离子类型和离子半径
矿物的化学成分是组成矿物的物质
基础，是决定矿物的基本因素之一。矿 物的化学成分为两种类型：
注意两种不同 方向的空隙
A
B
C
二维平面内等大球体
a 的最紧密堆积
15
A
B
C
两层等大球体的最紧密堆积
注意：一种空隙被第二层球体全部盖上，而另一
种空隙没有被盖上，a用“ ” 表示。
16
A
B
C
三层等大球体的最紧密堆积
注意：“ ”空隙穿过了3层。
a
17
第一种方式是第三层球的位置重复第一层球 的位置；即按ABAB……或ACAC……等两层 重复一次的规律重复堆积，此时球体在空间 的分布恰好与空间格子中的六方格子一致， 故这种方式的堆积称之为六方最紧密堆积。
4、镧系收缩和锕系收缩；
5、镧系以后元素的原子半径和离子半径，均与
同一族中上一元素的相应半径近于相等（Nb-
Ta, Zr-Hf）；
a
9
离子类型
大多数矿物是离子化合物，其阴离子主要是氧和 硫，而阳离子则多种多样。根据外层电子构型，将 阳离子分为三种为同的类型：
（1）惰性气体型离子 （2）铜型离子 （3）过渡型离子
a
8
原子半径和离子半径变化的规律：
1、对于同种元素的离子半径来说，阳离子半径 总是小于原子半径，而且正电价越高，半径就 越小；相反，阴离子半径总是大于原子半径， 而且负电价越高，半径就越大；（失电子，半 径变小；得电子变大）
2、同族元素的原子半径和离子半径，都随着周 期数的增加而增大；
3、同周期元素，随着族次的增加，它们的原子 半径以及核外电子数相同的阳离子之离子半径 均随之而减小；
物。因此，地质上常将这部分元素称为造 岩元素，也称亲石元素或亲氧元素。
a
12
Ⅱ -铜型离子
周期表长周期右半部的有色金属和重 金属元素，失去电子称为阳离子时，其最 外层具有18个电子，与一价铜离子相似， 称为铜型离子。
本类离子的离子半径小，外层电子多， 易与S2+生成共价键为主的化合物，形成主 要的金属矿物。因此将这部分矿物称为造 矿矿物，也称亲硫元素或亲铜元素。
它们构成的矿物种占已知矿物种数 的绝大部分。这些矿物的数量最多， 分布也最广，是构成地壳各类岩石 的主要矿物成分。
a
5
矿物的形成不仅与元素的相对数量有关， 还决定于元素的地球化学性质。
有些元素的丰度虽然很低，但趋向 于集中，可以形成独立的矿物种，并可 以富集形成矿床，如Bi、Hg、Ag、Au 等，称为聚集元素。
a
放映动画18
A-layer
C-layer
B-layer
a
A-layer
19
第二种则是第三层球堆积在既不重复第一 层也不重复第二层球的位置上。即按 ABCABC……或ACBACB……等三层重复 一次的规律重复堆积。则球体在空间的分 布与空间格子中的立方面心格子一致。此 种方式的堆积称之为立方最紧密堆积。
克拉克值—元素在地壳中的平均 质量的百分比（元素的丰度）。
a
2
地壳主要元素克拉克值
Ｏ
46.30
Na
2.63 前两位 74.45％
Ｓi 28.15
K
2.09 前四位 88.31％
Al
8.23
Mg 2.33 前十位 99.96％
Fe 5.63 Ti 0.57
Ca 4.15
H 0.15
a
3
研究元素克拉克值的矿物学意义