矿物的化学成分.

§2 矿物的化学成分
一、矿物的化学成分类型 1．单质：
由同一种元素的原子自相结合 而成的矿物。如自然元素矿物。
2．化合物：
由两种或两种以上元素组成的
矿物。如含氧盐、氧化物和氢氧化物、
卤化物、硫化物及其类似化合物 矿物。
二、矿物的化学计量性与非化学计量性 1．概念
1）矿物的化学计量性（stoichiometry）
胶体矿物的特点：
① 多形成于表生作用中，少数为热液 或火山成因。
② 主要形成Fe、Mn、Al、Si、P质等 矿物。
③ 为隐晶质或非晶质体，故呈现鲕状、 肾状、钟乳状和葡萄状等特殊形态。 ④ 由于形成时胶体的吸附作用，故成 分变化大。 ⑤ 胶体矿物的化学成分具有不固定性 和复杂性。
二、胶体的老化
前8种元素丰度最高，占地壳总重量
的99%以上，是地壳中各类岩石的
基本成分。含氧盐和氧化物矿物分布 最广，其中硅酸盐矿物占矿物总种数 的24%，占地壳总重量的3/4；氧化物
矿物占矿物种总数的14%，占地壳 总重量的17%。
地壳中分布最广泛的八种元素
元素
质量克拉克值
（%）
原子克拉克值
（%）
O
46.60
胶体矿物不稳定，具有吸附其他物质
和自发地转变为结晶质的趋势。
胶体的老化：胶体矿物形成后，随着 时间的推移或热力学因素的改变，胶粒 会自发地凝聚，进一步发生脱水作用，
颗粒逐渐增大而成为隐晶质，最终 可转变为显晶质矿物。
变胶体矿物：
由胶体矿物老化形成的隐晶质 或显晶质矿物，往往可保留原胶体 矿物的外貌。如蛋白石经老化成为 玉髓。
化学计量矿物：
在各晶格位置上的组分之间 遵守定比定律、具严格化合比 的矿物。
2）矿物的非化学计量性
非化学计量矿物：
某些含变价元素的矿物，因形成过程 中 常处于不同的氧化还原条件下，其价态 会发生变化。由于受化合物电中性的制约， 其内部必然存在某种晶格缺陷，致使其化 学组成偏离理想化合比，不再遵循定比定 律。
Chap.2
矿物的化学成分
研究意义：
① 矿物的化学成分是区别不同矿物
的重要依据；
② 矿物化学成分的变化特点常作为
反映矿物形成条件的标志；
③ 矿物化学成分是人类利用矿物
资源的一个重要方面。
§1 地壳中化学元素的丰度
一、元素克拉克值
克拉克值（clarke）： 各种化学元素在地壳中的平均含量 (即元素在地壳中的丰度(abundance)) 之百分数。
汽态水 湿存水 液态水 （ 薄膜水 毛细管水 ） 胶体水 固态水
§4 矿物中的水
一、水的存在形式
H2O、(OH)－、H+和(H3O)+
二、“水” 的类型
据“水”在矿物中的存在形式 及
其在晶体结构中的作用，主要分为 吸附水、结晶水和结构水三种基本 类型，以及层间水和沸石水两种 过渡类型。
水在矿物中的作用
水的主要类型
不参加
吸附水
晶格 （中性的H2O分子）
矿物和矿物集合体中 水的种类
胶体微粒的性质：
① 分散相与分散媒的量比不固定；
② 具极大的比表面积和很高的 表面能；
③ 表面的电荷未达到饱和，故具 极强的吸附性。 （能吸附与其电荷相反的其他离子）
2．胶体矿物
由以水为分散媒、以固相为分散相 的水胶凝体而形成的非晶质或超显微 的隐晶质矿物。严格地说，它只是 含吸附水的准矿物。如蛋白石（ SiO2·nH2O）、大多数粘土矿物。
聚集元素(aggregated element)：
丰度很低，但趋于集中，形成 独立的矿物种，甚至富集成矿床。 如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。
分散元素(dispersed element)：
丰度远比聚集元素为高，但趋于
分散，很少能形成独立的矿物种， 而常常作为微量的类质同像混入物 赋存于主要由其他元素所组成的 矿物中。如Rb、Cs、Ga、In、Sc等。
表示： ① 质量百分数（weight percent） —— 质量克拉克值
② 原子百分数（atom percent） —— 原子克拉克值
二、地壳中化学元素的分布特征
1）元素分布的极不均匀性
丰度最大者： O —— 46.6%
丰度最小者： Rn —— 7×10-16 %
2）地壳的主要化学组成为O、Si、 Al、Fe、Ca、Na、K、Mg、H、Ti 等十种。
偏离化学计量的元素比即具标型性。
二、矿物化学成分变化的原因
1．主要原因
1）类质同像替代 2）非化学计量性
2．其他因素
1）阳离子的可交换性 2）胶体的吸附作用 3）矿物中含水量的变化（含 沸石水或层间水） 4）以显微包裹体形式存在的 机械混入物等
§3 胶体矿物及其化学成分特点
一、胶体矿物的概念
1．胶体
少数矿物的化学成分相当固定， 其化学组成遵守物理化学分配定律
——定比定律和倍比定律，各组分间
具严格的化合比，其化学组成可由理想
化学式表示。如 水晶（SiO2）。
天然矿物并非理想化学纯的物质。 由于环境的复杂性，大多数矿物 因类质同像替代致使其化学组成在 一定范围内变化，但各晶格位置上 成类质同像关系的各组分数量总和 之间仍遵循定比定律。如 橄榄石 (Mg,Fe)2[SiO4]等。
62.55
Si
27.72
21.22
Al
8.13
6.47
Fe
5.00
1.92
Ca
3.63
1.94
Na
2.83
2.64
K
2.59
1.42
Mg
2.09
Baidu Nhomakorabea
1.84
体积百分比
（%）
93.77 0.86 0.47 0.43 1.03 1.32 1.83 0.29
3）聚集元素和分散元素
矿物的形成，取决于： ① 元素的丰度； ② 元素的地球化学性质
一种或多种物质的微粒（粒径一般 1～100nm ）分散在另一种物质之中 而形成的不均匀的细分散系。前者称
分散相(分散质)，后者称分散媒(分散剂)。
注意：
1）胶体系两相或多相物质的混合物。
2）分散相和分散媒均可是固体、 液体或气体。
3）胶体：
① 胶溶体：分散媒远多于分散相 ② 胶凝体：分散媒远少于分散相
注意：
某些矿物，特别是在高温条件下， 相对地容许存在大量空位。如FeS
化合物，可以高温下通过暴露在真空
或高硫蒸气压下，极易改变其化学 计量性，而变为磁黄铁矿的成分（ Fe1-xS），高温下x = 0～0.125， 其阳离子空位随机分布（Putnis, A.,
1992）。
2．研究意义
矿物总是以成分非化学计量性 显示其标型特征。如含金硫化物的