矿物的力学性质

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矿物的磁性分类:(按在外磁场中磁化的强弱归类)
(1)磁性矿物:包括铁磁性 (如自然铁等)和亚铁磁性(磁黄铁矿和磁铁 矿等)矿物。在外磁场被强烈磁化,磁化方向与外磁场方向相同,既可 被永久磁铁所吸引,又能吸引铁质物体。 (2)电磁性矿物:包括反铁磁性 (赤铁矿、自然铂和方锰矿等)和顺磁 性 (如黑云母、普通辉石和黑钨矿等) 。在外磁场中磁化微弱,与外磁 场磁化方向相同,只能被磁场强度大的电磁铁吸引。 (3)抗磁性或逆磁性矿物:磁化方向与外磁场方向相反,微略表现出 被排斥的性质 (如方解石、萤石和自然银等) 。
例如,石英的密度为2.65g/cm3;4℃时纯水的密 度为1g/cm3。
2、矿物的相对密度:指纯净的单矿物在空气中的质 量与4℃时同体积的水的质量之比。(无量纲)
矿物的的密度:
3、矿物相对密度分级:
肉眼鉴定矿物时,通常将矿物相对密度(比重)分三级: (1) 轻级:相对密度小于2.5。如石墨(2.09~2.23),石盐
解理的概念只适用于矿物显晶质单晶体。
1)与晶体结构有关,沿化学键弱的面网裂开; 2)可以有多个方向的解理并且分布具有对称性,因
为晶体结构是对称的; 3)可以用单形符号来描述解理的结晶学方向性,因
为单形描述的是性质相同的一组晶面,而解理是 性质相同的一组面网产生的。
解理、裂开、断口:
解理与晶体结构的关系:总的说是沿化学键弱的面网裂开。具 体有以下情况: 1)沿面网间距大的方向裂开(主要针对原子晶格); 2)沿电性中和面裂开(主要针对离子晶格)。如NaCl晶体;
自然界绝大多数非金属晶格矿物都具有脆性,如自然硫、萤石、黄 铁矿、石榴子石和金刚石等。
(2)矿物的延展性:矿物受外力拉引时易成为细丝的性质称为延性,矿 物在锤击或碾压下易形变成薄片的性质称为矿物的展性。物体的延性和展 性往往总是同时并存,故一般统称为延展性。它是矿物受外力作用发生晶 格滑移形变的一种表现,是金属键矿物的一种特性。
作用下沿一定结晶学方向裂开。现象与解 理一样,但成因不一样。
非晶体结构的原因指:定向包裹体、定向出溶 体在晶体结构中的某些面网上排列,导致这些面网 容易破裂。
裂开面不直接受晶体结构控制。因而裂开不是矿物本 身固有的特性,它只出现于某些矿物在特定环境下形成的 某些晶体上。因此裂开有时可以帮助推测矿物的成分、成 因特点及形成历史等。
矿物的硬度:
(b)若离子半径相近,则离子电价越高的矿物硬度越大。
例: rCa2+Ⅷ=0.112nm, rTh4+Ⅷ=0.105nm——萤石(CaF2)的硬 度(4)大于方钍石(ThO2)的硬度(6.5)。 (c)当结构类型不同,但其他因素类同时,矿物的硬度则 随质点堆积的紧密程度的增高(即阳离子的配位数增高)而增 大。
测定硬度的方法:大致可分为刻划法、压入法、研磨法等, 其中前两种目前应用最广。
(1)刻划法。用十种硬度递增的矿物为标准来测定矿物的 相对硬度,以确定矿物抵抗外来刻划的能力,此即摩斯硬度 计(常用于矿物的肉眼鉴定)。
摩氏硬度计:
1-滑石;2-石膏;3-方解石;4-萤石;5-磷灰石;6- 长石;7-石英;8-黄玉;9-刚玉;10-金刚石。
注意:硬度是随方向变化,而不 是随部位变化。
(三)矿物的弹性与挠性:
(1)矿物的弹性:矿物在外力作用下发生弯曲形变,当外力 撤除后,在弹性限度内能够自行恢复原状的性质,称为弹性。
具层状结构的云母及链状结构的角闪石石棉表现出明显 的弹性。
(2)矿物的挠性:某些矿物在撤除使其发生弯曲形变的外力 后,不能恢复原状,这种性质称为挠性。
例:方解石和文石(Ca[CO3])的同质二像变体,前者 的结构比后者“疏松”(其相对密度分别为2.72和2.94, Ca2+的配位数分别为6和9),相应的方解石的硬度为3,文 石的硬度为3.5~4
矿物的硬度:
矿物硬度的异向性:同一晶体不同方向上,硬度 可能不同,如:蓝晶石(也称二硬石)。
精确地测量出各不同方向上的硬度, 还可以绘出硬度等值曲线:
如滑石、绿泥石、蛭石、石墨和辉钼矿等。
矿物的弹性和挠性取决于晶格内结构层间或链间键力的 强弱。如果键力很微弱,受力时基本上不产生内应力,故形 变后内部无力促使晶格恢复到原状而表现出挠性;反之则表 现出弹性。
(四)矿物的脆性与延展性:
(1)矿物的脆性:是指矿物受外力作用时易发生碎裂的性质,它与矿物 的硬度无关。
(2)含H2O或OH-者硬度通常都很低:如石膏(Ca[SO4]·2H2O) 和硬石膏(Ca[SO4])的硬度分别为2和3~3.5。
(3)离子晶格矿物: (a)当矿物结构类型相同(等型结构)时,若离子电价也
相同,则矿物的硬度随离子半径的减小而增高。
例:rMg2+=0.066nm,rCa2+=0.108nm——菱镁矿(Mg[CO3]) 的硬度(3.5~4.5)大于方解石(Ca[CO3])的硬度(3)。
4、影响矿物相对密度的主要因素: (1)组成元素的原子量越大,相对密度越大。 (2)半径增大,相对密度减小。
(3)质点堆积越紧密,即原子或离子的配位数越 高的,其相对密度则越大。
(4)高压环境下形成的矿物的相对密度较大;高 温下相对密度较小。
(二)矿物的磁性:
矿物的磁性:矿物在外磁场作用下被磁化所表现出能被外 磁场吸引、排斥或对外界产生磁场的性质。
自然金属元素矿物,如自然金、自然银和自然铜等均具强延展性; 某些硫化物矿物,如辉铜矿等也表现出一定的延展性。
肉眼鉴定矿物时,用小刀刻划矿物表面,若留下光亮的沟痕,而不出 现粉末或碎粒,则矿物具延展性,借此可区别于脆性矿物。
矿物力学性质总结:
矿物的力学性质基本上都与化学键强度有关,其 中力学性质的异向性,如解理的异向性、硬度的 异向性,都与化学键强度分布的异向性有关。
二、矿物的力学性质
矿物的力学性质是指矿物在外力(如敲打、挤 压、拉引和刻划等)作用下所表现出来的性质。
包括:(1)矿物的解理、裂开和断口; (2)矿物的硬度; (3)矿物的弹性和挠性。 (4)矿物的脆性与延展性;
(一)解理、裂开、断口:
解理:在外力作用下,沿一定结晶学方向破 裂形成一系列光滑平面的性质。破裂面叫解理面。
要了解用单形符号表示解理异向性(对称性)的 方法。
通过实习掌握解理等级划分技巧。 一些力学性质与化学键的关系:弹性-层间离子
键;挠性-层间分子键;延展性-金属键。
三、矿物的其他物理性质:
包括:矿物的密度、磁性、电性等。
(一) 矿物的密度 1、矿物的密度:指矿物单位体积的质量,其单位 为g/cm3。它可以根据矿物的晶胞大小及其所含的 分子数和分子量计算得出。
矿物的磁性:
肉眼鉴定时的矿物磁性分级:据矿物被马蹄形磁 铁或磁化小刀吸引的强弱,将矿物分为三级: (1)强磁性:矿物块体或较大的颗粒能被吸引。如
磁铁矿。 (2) 弱磁性:矿物粉末能被吸引。如铬铁矿。 (3) 无磁性:矿物粉末也不能被吸引。如黄铁矿。
矿物的磁性:
矿物的磁性是由组成矿物的原子或离子的未成对电子的 自旋磁矩产生的,离子的未成对电子越多,矿物的磁性就越 强,反之,则弱或不显磁性。
断口常呈一些特征的形状,但它不具对称性,并不反 映矿物的任何内部特征,因此,断口只可作为鉴定矿物的 辅助依据。
解理、裂开、断口:
常见的矿物断口,主要有:贝壳状断口、锯齿状断口、 参 差状断口、平坦状断口、土状断口、 纤维状断口
贝壳状
锯齿状
参差状
(二)矿物的硬度:
矿物的硬度:是指矿物抵抗外来机械作用(如刻划、压入或 研磨等)的能力。它是鉴定矿物的重要特征之一。
解理等级的划分是比较难的,要凭经验。 解理面与晶面区别:解理面是破裂面,相互平行可产生无
穷多解理面,而晶面只是在表面;解理面上有解理阶梯, 是相互平行的解理在解理面上的表现,晶面上有生长花纹: 聚形纹、生长阶梯(多边形,螺旋形)、生长丘、蚀像等。
解 理 面 晶 面
解理、裂开、断口:
裂开:因为某些非晶体结构的原因,晶体在外力
解理、裂开、断口:
解理的等级:根据解理产生的难易程度及其完好性划分 1)极完全解理:破裂成薄片,平整而光滑,如云母; 2)完全解理:破裂成板块,较平整而光滑,如方解石; 3)中等解理:破裂成不太平整的面,但在较小的范围内隐 约可见平面,如白钨矿; 4)不完全解理:基本上见不到解理面,但隐约可见断断续 续的面,如磷灰石; 5)极不完全解理:无解理面,如石英。
(2.1~2.2)和石膏(2.3)等。 (2) 中级:相对密度在2.5~4之间。大多数非金属矿物属
此级别。如石英(2.65),萤石(3.18)和金刚石(3.52)等。 (3) 重级:相对密度大于4。硫化物及自然金属元素矿物。
如黄铁矿(4.9~5.2),自然金(1.56~1.93) 等。
矿物的的密度:
Fra Baidu bibliotek
(三)矿物的电学性质:导电性
导电性:指矿物对电流的传导能力,它主要取决于 化学键类型及内部能带结构特征。
对不完全解理和极不完全解理,肉眼见不到解理面,以 后都以解理不发育或无解理描述。
白云母的极完全解理 方解石的完全解理



















石英的极不完全解理
解理、裂开、断口:
关于解理面的观察,要注意以下几点:
解理面的观察一定要在单晶体内部观察,对集合体,要首 先划出单颗粒范围,再观察;对隐晶集合体无解理可言。
1 滑石
2 石膏
3 方解石
4 萤石
5 磷灰石
6 正长石
7 石英
8 黄玉
9 刚玉
10 金刚石
矿物的硬度:
在野外工作,还可利用指甲(2—2.5)、小钢刀(5—5.5) 等来代替硬度计。
据此,可以把矿物硬度粗略分成软(硬度小于指甲)、中(硬度大于指 甲,小于小刀)、硬(硬度大于小刀)三等。有少数矿物用石英也刻划 不动,可称为极硬,但这样的矿物比较少。
a0=0.246nm
C
解理、裂开、断口:
解理的表示方法:用单形符号可以表示出解理 的方向性与组数(同一方向的解理为一组解理), 还可以反映出解理面夹角。
例如:石盐、方铅矿有 {100}解理,在已知是等轴晶 系的前提下,可知:解理面垂直 3个晶轴,有3组解理,解理面 夹角为90度;
闪锌矿有{110}解理,在 已知是等轴晶系的前提下,可知: 解理面在两晶轴之间,有6组解 理,解理面夹角120度和90度;
解理、裂开、断口:
断口:矿物晶体受力后将沿任意方向破裂而形成 各种不平整的断面。
矿物的解理与断口产生的难易程度是互为消长的。晶 格内各个方向 的化学键强度近于相等的矿物晶体,受力后 ,形成一定形状的断口,而很难产生解理。
与解理不同的是,断口也针对隐晶集合体,如土状断 口是土状集合体矿物表现出来的一种断口形状。
解理、裂开、断口:
裂开也可以用单形符号表示,如:磁铁矿常见{111} 裂开,这是因为原来的固溶体钛磁铁矿在温度下降 后将钛铁矿出溶出来,而钛铁矿的{0001}面网与 磁铁矿的{111}面网相似,因此附着在磁铁矿的 {111}面网定向排列,导致磁铁矿沿{111}裂开。
磁铁矿的{111}裂开,从现象上还是与解理有些区别: 没有解理面密集。
测定硬度时必须选择新鲜矿物的光滑面试验,才能获得可靠的 结果。
同时要注意刻痕和粉痕(以硬刻软,留下刻痕;以软刻硬,留 下粉痕)不要混淆。
对于粒状、纤维状矿物,不宜直接刻划,而应将矿物捣碎,在 已知硬度的矿物面上摩擦,视其有否擦痕来比较硬度的大小。
矿物的硬度:
影响矿物硬度的主要因素:
(1)化学键的类型及强度: 一般地,典型原子晶格>离子晶格> 金属晶格>分子晶格>氢键为主的矿物。
对于惰性气体型离子和铜型离子来讲,具有饱和的外电 子构型,因而不显磁性;而过渡型离子具有未充满的d电子, 因而多具有磁性。但并非所有的过渡型离子都具有磁性。
离子进入不同的晶体场,采用不同的自旋状态,其磁性不同
Fe2+
八面体场
高自旋 具有磁性 Fe1-xS 低自旋 无磁性 FeS2
四面体场 高自旋 弱磁性 (Zn,Fe)S
金刚石结构中{111}面网 间距大,产生解理
NaCl结构中{100}是电性 中和面,产生解理
解理、裂开、断口:
3)沿同号离子相邻的面网裂开(主要针对离子晶格)。 4)对于多键型晶格,一般沿分子键裂开; 5)对于金属键晶格,一般无解理,因为金属键各向键性均匀。
[0001]
c0 =0.680nm
(0001)
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