矿物的化学组成和分类

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：矿物的化学成分相当固定，化学组 成遵守定比定律和倍比定律，各组分间具严格的化合比，化学 组成可由理想化学式表示。 如 水晶（SiO2）。
注意： 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。
某些矿物，特别是在高温条件下，相对地容许存在大量空
位。 FeS化合物—高—温 （Fe1-xS）磁黄铁矿——（x = 0～0.125，
其阳离子空位随机分布）
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）结晶水的失水温度一般均在200～500℃，个别可高达600℃。 4）失水后，矿物晶格即完全被破坏、改造而成新的结构。
。 3．结构水（化合水）
以(OH)－、H+或(H3O)+离子形式存在于矿物晶格中一定位 置上、并有确定的含量比的“水”
注意： 1）尤以(OH)－最常见，主要存在于氢氧化物和层状硅酸盐
不写
沸石
层间水
Interlayer water
H2O
层间域
110℃
层间域缩 小 可再
吸附
胶体水为特殊的吸附水，需写入化学式。
写入
蛭石 （Mg,Ca ）0.3-
4.5(H2O)n
{Mg3(SiO1
0)(OH)2}
5 矿物的化学式及其计算
实验式——仅表示矿物中各组分的种类及其数量比 如: 白云母K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O。
• 1）阴离子法 • 2）阳离子法
6 矿物的命名及分类
一、 矿物的命名 1）命名的依据 矿物本身的特征，如化学成分（金）、形态（十字石）、 物理性质（黄铜矿）等，有的是以发现该矿物的地点（香花 石）或人或者研究学者的名字而命名（张衡矿）。
2）某些矿物命名的习惯 呈金属光泽或主要用于提炼金属的矿物称为××矿，如方
第十四章 矿物的化学组成和分类
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。
一、地壳元素丰度
1、丰度及克拉克值 丰度——元素在地壳中的平均含量。 克拉克值——地壳中化学元素平均含量之百分数。 质量克拉克值——质量百分数 原子克拉克值——原子百分数
等。
二、 矿物的分类
（1）把同一化合物类型，并具有相同的化学键类型的矿物划归同一 大类； （2）同一大类中，具有不同阴离子（或络阴离子）的矿物分属不 同的类；同一大类中，如果络阴离子的结构不同，可以进一步划分 亚类；
（3）同一类中，根据阳离子，或晶体结构型，进一步划分 族；同一类中，如果仅阳离子不同，而晶体结构型相同，划 分亚族； （4）化学组成和晶体结构均确定者，为一个种。基本类型。 亚种：完全类质同像之间，端员组分的差异，进一步划分亚 种。异种、变种：晶体结构、组分或物性稍异者，进一步划 分异种或变种。
等矿物中。 2）结构水的失水温度一般约在600～1000℃。失水后结构
完全被破坏。
4．层间水 存在于某些层状结构硅酸盐（如粘土矿物）晶格中结构
层之间结构的H2O，其主要与层间阳离子结合成水合离子。
•
1）失水温度一般100～250℃±。通常加热至几十度即开始 脱水，常压下至110℃±则大量失水。
2）失水后，晶格并不被破坏，仅结构层之间距离缩短
2、地壳中化学元素的分布特征
O、Si、Al、Fe、Ca、Na、K、Mg占地壳总质量的99％，是地 壳中各类岩石的基本成分。
元 素 质量克拉克值（%）
原子克拉克值 （%）
体积百分比 （%）
O
46.60
Si
27.72
Al
8.13
Fe
5.00
Ca
3.63
Na
2.83
K
2.59
Mg
2.09
62.55 21.22 6.47 1.92 1.94 2.64 1.42 1.84
晶体化学分类体系
第一大类 第二大类 第三大类 第四大类 第五矿物颗粒的表面和裂隙中，或渗入矿物 集合体中的中性水分子(H2O)。它不参加晶格，不属于矿物的 化学组成。
注意：
1）吸附水含量不定，随温度和湿度而异。常压下，温度 增至100～110℃时，矿物中吸附水即全部失去而不破坏晶格。
2）吸附水的一种特殊类型——胶体水，是胶体矿物本身 的固有特征，应列入矿物的化学式，如蛋白石：SiO2·nH2O， 胶体水的失水温度一般100～250℃。
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
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。
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。
沸石水 zeolitic water
带电性
H2O
H2O
(OH)— H+ (H3O)
H2O
晶格占位
逸出温度
逸出结果
化学式表 达
举例
占
100-200℃
晶体破坏 新物相
占
6001000℃
晶体破坏 新物相
自由出入 但有限
80-400℃
不破坏 可 再吸附
写入 写入
石膏 Ca[SO4]·2 H2O
云母 K{Al2[AlSi 3O10](OH) 2}
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。
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。
2．结晶水
以H2O的形成存在于矿物晶格中一定位置上的水，是矿物 固有组分之一，水含量一定，其数目与其他组分的含量成简单 的比例关系。
注意： 1）结晶水出现于大半径络阴离子的含氧盐矿物中。 2）结晶水通过以一定的配位形式环绕小半径的阳离子形成
水化阳离子，以增大阳离子的体积而不改变其电价，从而与大 的络阴离子组成稳定的化合物，如石膏Ca[SO4]·2H2O 。
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。
铅矿、菱铁矿等； 具非金属光泽者称为××石，如方解石、孔雀石等； 宝玉石类矿物常称为×玉，如刚玉、黄玉、硬玉等； 成透明晶体者称×晶，如水晶、黄晶等； 常以细小颗粒产出的矿物称×砂，如辰砂、毒砂等； 地表次生的并呈松散状的矿物称×华，如钴华、钼华等； 易溶于水的硫酸盐矿物常称之为×矾，如胆矾、黄钾铁矾
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
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。
如：蒙脱具明显的吸水膨胀的特性；而蛭石具明显的热膨胀性。
5．沸石水 主要存在于沸石族矿物晶格中宽大的空腔和通道中的H2O，
与其中的阳离子结合成水合离子。
丝 光 沸 石 结 构 照 相
注意： 1）水的含量随温度和湿度而异，上限值与其他组分含量
具简单比例关系。 2）失水一般从80℃开始，至400℃时沸石水可全部失去。
3 胶体矿物及其化学成分特点
一、胶体矿物的概念 1．胶体 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：
二、矿物晶体化学式的计算
• 1．成分较简单的矿物化学式计算
• 步骤：
• ① 检查矿物化学分析结果是否符合精度要求。 • ② 组的 分 摩尔组 数 组的 分 的 分 质 原量 子 或 百 分 量(分 ω 子 B含 )%量量 • ③ 将各组分的摩尔数化为简单的整数。
• ④ 写出矿物的化学式。
某黄铜矿的化学式计算
分散元素； 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，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（铷）、Cs（铯）、Ga（镓）、 In（铟）等。
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。
93.77 0.86 0.47 0.43 1.03 1.32 1.83 0.29
•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；