第3章 矿物的化学成分

第3章矿物的化学成分

内容提要：本章介绍矿物化学成分的类型、胶体矿物、矿物中的水及矿物的化学式等。

学习目标：了解矿物的化学成分类型，熟悉引起矿物化学成分变化的主要影响因素；掌握矿物中水的存在形式和矿物结构式的含义。

学习建议：

1、本章中介绍的矿物中的水和胶体吸附都是影响矿物化学成分

变化的因素，但胶体吸附不改变矿物化学式的写法，注意二者

的区别。

2、类质同象虽然放在上一章讲，但它是影响矿物化学成分变化的

另一重要因素。

3、本章建议学时：3-4学时

§3-1 矿物的化学成分类型

自然界的矿物，就其化学组成来说，可以分为单质和化合物两大类。

1 单质

由同种元素的原子自相结合组成的矿物，称为单质矿物，即自然元素矿物，如自然金Au、自然铜Cu、金刚石C等。

2 化合物

由两种或两种以上不同元素的离子或络阴离子等组成的矿物，称为化合物矿物，化合物按其组成特点又分为：

(1)简单化合物

(2)络合物

(3)复化合物胶体矿物

3 胶体矿物的概念

1.1 胶体

胶体是一种物质的微粒(粒径100-l0000μm)分散于另一种物质之中所形成的均匀的细分散系。前种物质称为分散相(或分散质)，后种物质称为分散媒(或分散介质)。

在胶体分散体系中，当分散媒远多于分散相时，称为胶溶体，而当分散相远多于分散媒时，称为胶凝体。

胶体矿物一般分为水胶凝体和结晶胶溶体两类，矿物学中通常所说的胶体矿物是指前者。

水胶凝体－由水胶溶体凝结而成，其分散媒是水，分散相是固态的微粒，如蛋白石(SiO2·nH2O)，当它进一步失水（称晶化或老化）则变为隐晶质石髓(SiO2)。

1.2 胶体矿物

胶体矿物中微粒的排列和分布是不规则和不均匀的，外形上不能自发地形成规则的几何多面体。

4 胶体的吸附作用

2.1 胶体的双电层结构

2.2 胶体吸附的特点

胶体的选择吸附，是指胶粒在不同溶液中仅能吸附某些与胶粒电荷相反的离子，而对其他物质吸附很少或完全不吸附。

负胶体吸附介质中的阳离子，如MnO2负胶体可以吸附Cu+、Pb2+、Zn2+、Co2+、Ni2+、K+、Li+等40余种阳离子。

正胶体吸附介质中的阴离子，如Fe(OH)3正胶体能吸附V、P、As、Cr等元素的络阴离子。

胶体对离子吸附的选择性，还表现在对一些离子吸附的难易程度不同，进而表现为被吸附离子之间的交换。金属阳离子置换能力按下列顺序递减(其中H+是例外的)：

H+>Al3+>Ba2+>Sr2+>Ca2+>Mg2+>NH4+>K+>Na+>Li+

5 胶体矿物的形成

自然界中，胶体矿物除少数形成于热液作用及火山作用外，绝大部分形成于表生作用中，经历两个阶段：

形成胶体溶液；胶体溶液的凝聚。

§3-2 矿物中的水

1 吸附水

吸附水以中性水分子(H2O)存在，不参与组成矿物的晶体结构，其含量变化很大，如蛋白石SiO2·nH2O(n表示水分子含量不固定)。

2 结晶水

结晶水以中性水分子存在于矿物中，结晶水分子的数量与矿物中其他组分的含量成简单的比例关系。

如石膏CaSO4·2H2O、胆矾CuSO4·5H2O等。

由于受到晶格的束缚，要使它从晶格中释放出来，就需要有较高的温度，但一般不超过600℃，通常为100-200℃。

3 结构水

结构水也称化合水。是以(OH)-、H+或(H3O)+离子的形式参加矿物晶格的水。如滑石(Mg3[Si4O10](OH)2)、高岭石(Al4[Si4O10](OH)3)。

结构水在晶格中占有固定的位置，具有确定的含量比。需要较高的温度(大约在600-1000℃之间)才能溢出。

4 沸石水

沸石水是存在于沸石族矿物中的中性水分子。

沸石族矿物，当加热至80-400℃范围内，水即大量溢出，失水后原矿物的晶格不发生变化，失水后的沸石仍能重新吸水，恢复原有的物理性质。

5 层间水

层间水是存在于某些层状结构硅酸盐的结构层之间的中性水分子。它参与矿物晶格的构成，但数量可在相当大的范围内变动，具有一定的吸附水性质。

研究水在矿物中存在形式的最好方法是差热分析法。同时，也可用红外吸收光谱、X射线衍射等配合进行。

§3-3 矿物的化学式

将矿物的化学成分用元素符号按一定原则表示出来，就构成了矿物的化学式。它是以单矿物的化学全分析所得各组分的相对石分含量为基础计算出来的。其表示方法有两种，即实验式和结构式(晶体化学式)。

1 实验式

只表示矿物化学成分中各组分数量比的化学式，称为实验式。

实验式不能反映出矿物中各组分之间的相互结合关系。

2 结构式(或称晶体化学式)

是一种既能表明矿物中各组分的种类及其数量比，又能表明各组分在晶体结构中的相互关系的化学式。

3 结构式计算

结构式计算最常用的是以氧原子数为基准的氧原子计算法。如下表举例：