结晶学与矿物学-5第五讲： 自然元素类

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四、石墨
• （1）化学成分：含有其他一些杂质成分， 甚至可达10~20%，主要有二氧化硅、氧化 铝、氧化亚铁、氧化镁、氧化钙、五氧化 二磷、氧化铜等，此外还有一些水、沥青 、粘土。
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（2）晶体结构：
• 六 c=0方.6晶80系nm，，DZ46=h4—。P为63典/m型m的c ，层a状=结0.2构46，n每m ，层 由碳原子排列成六方环状网，上层面网的碳 原子对着下层面网六方环的中心。层间为分 子键，层内是共价键-金属键。
• 自然金中的金含量是以成色来表示的，即金的重量 占整个重量的千分率，表示为
• 金的成色=Au/（Au+Ag+Cu+········）*1000
• 金的成色常与成因有关，即成色是标型 特征之一
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（2）晶体结构：
• 等 原子轴呈晶立系方，最O5紧h-密Fm堆3m积，,形Z成=4立，方a=面0心.40格7子8n的m铜， 型结构。
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• 3）矿物的形态：八面体、菱形十二面体 及其聚形
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（4）物理性质
• 无色透明，通常略带深浅不同的黄色色调，也有乳白色、 线绿色、天蓝色、粉红色、紫色、褐色、棕色或黑色(合石 墨包裹体)。湖南砂矿中的金刚石呈黄色或强黄绿色、浅绿 色、少量温棕黄、线灰色。它是由两种色心引起，即氮原 子中心和放射性辐射损伤中心。具有一定弧氮中心的金刚 石，对能量高于2.2ev(波长小于560nm)的入射光有明显的 吸收而呈黄色；辐射损伤中心使C的电子结构发生变化，产 生晶格缺陷，形成一系列新的吸收，使金刚石着色。典型 的金刚光泽，具有高的折射率和强的色散，一经琢磨得法 就显出闪烁光芒。解理{111}中等、{110}不完全。硬度10， 为金刚石独有的特性。相对密度3．47—3．56，一般3． 52左右。抗磨性强。具发光性，日光下团圆后，夜间(或置 于暗室)则发谈青蓝色的磷光，放有“夜明珠”之称。在紫 外线照射下发绿色、天蓝或紫色磷光(有区域性)，但也有不 发光的。
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三、金刚石
• （1）化学成分：少含一些N和B，这些元素 的含量直接影响着金刚石的各种物理性质， 成为金刚石的分级的依据。
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• （2）晶体结构：等轴晶系，O7h—Fd3m， a=0.35595nm，Z=8，等轴晶系的面心格子 ，把整个立方体分为八个小立方体，两两错 开的小立方体中各放入一个原子。
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典型矿物介绍： 一、自然金
• （1）化学成分：主要是金，其次含有Ag、Cu、 Pd、Pt、Bi等。金与银是完全的类质同象系列，分 为自然金（含银小于5%）、含银自然金（含银 5~15%）、银金矿（含银15~50%）、金银矿（含 银50~85%）、含金自然银（含银85~95%）、自 然银（含银大于95%）。
• 少数为六方最紧密堆积，具六方格子，像自然锇等 。此类矿物在成分上类质同像的现象较为广泛，在 形态上具等轴粒状和六方板状特点。
• 在物性上，具典型的金属特性，如不透明，金属光 泽，硬度低，相对密度大，延展性强，为热和电的 良导体等。
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• 半金属元素：即As、Sb、Bi。它们构成的矿 物具有歪曲了的NaCl型晶胞，形成略显层状 的菱面体晶格.ຫໍສະໝຸດ 2020/5/1919
• （5）成因：必须在高温条件形成，主要是 变质条件下，多产于受强烈区域 变质 或接 触变质作用下形成的。
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第五讲：第一大类：自然元素（1学时）
• 自然元素类矿物大致有40种左右，占整个 地壳的0.1%，分布极不均匀，最主要的有 自然铜、自然金、自然铂、自然硫、石墨 、金刚石等
• 这一大类矿物分为：自然金属元素、自 然 半金属元素、非金属元素
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• 金属元素：主要为铂族元素Ru、Rh、Pd、Os、Ir 、Pt和Cu、Ag、Au，而其它Fe、Co、Ni处于极次 要地位。这些元素所构成的矿物多为典型的金属键 ；大多数矿物的原子是最紧密堆积，故结构型较为 简单．对称性较高。其个多数为立方最紧密堆积， 具立方面心格子的铜型结构，如自然铜、自然金、 自然铂、自然把等。
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5）成因
• 金刚石在高温、高压条件下形成。产于与超基性 岩有关的金伯利岩(角砾云母橄揽岩、橄榄岩)和 钾镁煌斑岩小。它们通常呈岩管、岩墙和岩脉产 出，也可呈喷发状态产出。
• 在金伯利岩中橄榄石、金云母、富铬镁铝榴石 、铬透辉石、镁钛铁矿、镁铬铁矿、镁尖晶石、 钙钛矿和金刚石成组合。其中血红色的镁铝榴石 和镁钛铁矿是含矿金伯利岩的标型矿物。我国山 东、贵州、辽宁等先后发现金刚石的原生矿床。 世界闻名的金刚石产地是南非金伯利。
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（3）矿物的形态：
• 六 八 面 体 晶 类 ， 对 称 型 为 Oh 即 为 3L44L36L29PC，完好晶体少见，常见单形有 立方体、菱形十二面体、八面体、四六面体 、四角三八面体等。
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（4）物理性质：
• 颜色和条痕均为金黄色(随着含银量的增加色变浅 ，银金矿为淡黄至奶黄色；含铜时，色变深，呈 深黄色)。强金属光泽。无解理。硬度2—3。相对 密度15.6—18.3，纯金为19.3(在同重量的金属中 金的体积最小，1Kg黄金的体积仅相当于半径为 2.3cm的圆球或边长为3.71cm的立方体大小)。延 展性强，可抽成细丝或压成全箔(1g纯金可抽成直 径为0.00434mm，长3.5km的细丝)。具良好的导 电、导热性能。化学性质稳定，不溶于酸和碱， 只溶于王水。火烧后不变色。
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• （3）矿物的形态：为六方板状晶形，常见 的单形有：平行双面、六方双锥、六方柱 ，底面常具三角形条纹。完好晶体少见， 多为鳞片状、致密块状、土状等。
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• （4）物理性质：铁黑至钢灰色，条痕为光 亮黑色，金属光泽，隐晶质集合体呈土状 ，不透明，解理平行{0001}极完全，硬度低 ，性软，有滑感、易染手，比重软，良导 电性等。
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（5）成因：
• 成因极为复杂，可产于多种地质作用下。 各种成因的热液型金矿、风化壳、沉积型 金矿等。
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二、自然铋
• （1）化学成分：Bi • 成分较纯，有时含微量Fe、S、Te、As、
Sb等 元素。
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[物理性质]
• 新鲜断口呈微带浅带的银白色，在空气中 很快变成特有的浅红锖色；灰色条痕；强 金属光泽。解理平行{0001} 完全，硬度2— 2．5。相对密度9．70一9．83。延展性弱 。良逆磁性。导电性。
• 非金属元素；主要是C和S。
• C有两个同质多像变体，一为金刚石，一为石墨。前 者为纯共价键的典型实例，因而硬度特大，光泽强， 相对密度大，不导电，难导热。石墨为层状结构，层 内具共价链一金属键，层间为分子链．内于层间连接 力弱，故在物性上具明显的异向性，产生（0001)极 完全解理。
• S在自然界有三个同质多像变体，最常见的是自然硫 (α —硫)，它由8个S原子以共价键连接成S8环。环分 子间为分子键连结，所以它的硬度低，熔点低，导电 导热性也差。