第二讲-晶体化学式计算

钙铁辉石的近似矿物化学式：CaOFeO2SiO2
2. 氧原子计算法
(1) 已知氧原子数的一般计算法
(2) 含(OH)– 矿物化学式的计算法
(3) 含F、Cl矿物化学式的计算法
(4) 含水矿物的计算法
(5) 阳离子总数固定计算法
(6) 理想化学配比计算法
(1) 已知氧原子数的一般计算法
以固定的氧原子数为计算基础
X=26/ =10.042
Ca2+
F
10.01
1.968
Al
萤石 Wt%
A2
分子量
A3
A1/A2
A4
阳离子 系数 氧原子 系数 阳离子 数
CaO F
71.93 48.55
56.08 19
1.283 2.555
1.283
1.283 2.555
Ca2+ F
1.004 2
Total
-F=O Total
2. 矿物中的水
吸附水：吸附水以机械吸附方式呈中性水分
子状态存在于矿物表面或其内部。吸附水不参加矿
物晶格，吸附水不写入矿物分子式。
结晶水：结晶是成中性水分子参加矿物晶格 并占据一定构造位置。常作为配位体围绕某一离子 形成络阴离子。结晶水写入矿物分子式。石膏： CaSO42H2O
绿柱石中常含有一定量的隧道H2O, OH绿柱石的晶体化学式中通常不写入：微量 Be3Al2(Si6O18)
A2
分子量
A3
A1/A2
A4
阳离子 系数 氧原子 系数 阳离子 数
CuO ZnO CO2
71.31 0.45 19.78
79.55 81.34 44
0.896 0.006 0.450
Cu 34.64 63.54 0.545 1
Fe S
30.42 34.91
55.85 32.07
0.545 1.090
1 2
黄铜矿的矿物化学式：CuFeS2
例2： 钙铁辉石
Al(wt%) A2分子量 A3=A1/A2 A4=A3/0.396 CaO FeO SiO2 22.2 29.4 48.4 56.08 71.80 60.09 0.396 0.409 0.805 1 1.03 2.03
A1/A2
A4
阳离子 系数 氧原子 系数 阳离子 数
Al2O3 Al2O3 Cr2O3 Cr2O3 FeO FeO MgO MgO Total Total
57.89 57.89 9.72 9.72 12.56 12.56 19.32 19.32 99.46 99.46
101.96 101.96 152 152 71.80 71.80 40.31 40.31
120.48
20.49 99.99
(4) 含水矿物的计算法
有些含水矿物，由于无法测得精确的化学
成分，或由于测试精度问题，因此在计算晶体
化学时不可能以全氧计算。为此，在计算时不
是根据矿物通式中的全部氧原子数，而是根据
与其他阳离子结合的那部分氧的原子数计算。
孔雀石：Cu2(CO3)(OH)2
Al
孔雀石 Wt%
Si4+ Al3+ Na+ K+ Ca2+
3.002 1.003 0.967 0.005 0.005
3.046
X=8/ =2.626
钠长石的晶体化学式 (Na0.967K0.005Ca0.005)0.977(Al1.003Si3.002)4.005O8
(2) 含(OH)– 矿物化学式的计算法
成岩成矿矿物学
第二讲 矿物晶体化学式计算
一、几个基本问题 二、矿物化学式的计算方法
三、矿物端员组分计算
四、矿物晶体化学式在研究中的应用
一、几个基本问题
1. 化学通式与晶体化学式 2. 矿物中的水
3. 定比原理
4. 矿物化学式的书写
1. 化学通式与晶体化学式
化学通式(chemical formula)是指简单意义上的、
用以表达矿物化学成分的分子式，又可简单地称
为矿物化学式、矿物分子式。 钾长石的化学通式为：
KAlSi3O8 或 K2OAl2O36SiO2
晶体化学式(crystal-chemical formula)：
能够反映矿物中各元素结构位置的化学分子
式，即能反映矿物的晶体化学特征
镁橄榄石Mg2SiO4
Olivine (100) view blue = M1 yellow = M2
0.036
0.258 0.018 0.217 0.003 0.327 0.013
0.072
0.447 0.027 0.217 0.003 0.327 0.013
Ti4+
Al3+ Fe3+ Fe2+ Mn2+ Mg2+ Ca2+
0.321
2.298 0.160 1.933 0.027 2.913 0.116
Zoned hornblende
3. 定比原理
定比是指组成矿物化学成分中的原子、离子、分子 之间的重量百分比是整数比，即恒定值。 磁铁矿含FeO=31.25%，Fe2O3=68.75%（其 分子量分别为：71.85和159.70），其分子比为 FeO:Fe2O3=(31.25/71.85):68.75/159.70)=1.01:1
60.09 60.09 101.96 101.96 61.98 61.98 94.20 94.20 56.08 56.08
1.143 1.143 0.191 0.191 0.184 0.184 0.001 0.001 0.002 0.002
1.143 0.382 0.368 0.002 0.002
2.286 0.573 0.184 0.001 0.22
结构水 ( 或称化合水 )：常以 H2O+ 表示，结构 水呈H+、OH-、H3O+等离子形式参加矿物晶格。
占据一定构造位置，具有一定比例。通常以 OH最常见。结构水写入矿物分子式。 普通角闪石 (hornblende) (CaNa)2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH,F,Cl)2
O=Cl[16/(2 35.45]=0.23 Cl
同理，扣除氟的校正系数为： O=F[16/(219)]=0.42 F
Al
磷灰石 Wt%
A2
分子量
A3
A1/A2
A4
阳离子 系数 氧原子 系数 阳离子 数
P2O5 P2O5 Fe2O3 Fe2O3 MnO MnO MgO MgO CaO CaO F F Total Total -F=O -F=O Total Total
镁橄榄石Mg2[SiO4]：
2个八面体位置 ＋ 1个四面体位置 Fe2+可以任一比例占据八面体位置，形成介于镁橄榄 石和铁橄榄石之间的橄榄石成分
如果具体比例不确定，则晶体化学式：(Mg,Fe)2[SiO4]
若确定，则晶体化学式：(Mg1.5,Fe0.5)[SiO4]
Ca可以占据一个八面体位置(M2)，形成钙镁橄榄石 Monticellite (CaMg)[SiO4]
42.00 42.00 0.03 0.03 0.01 0.01 0.02 0.02 55.88 55.88 3.72 3.72 101.66 101.66 1.57 1.57 100.09 100.09
141.94 141.94 159.7 159.7 70.9 70.9 40.31 40.31 56.08 56.08 19 19
钠长石
Al
Wt%
A2
分子量
A3
A1/A2
A4
阳离子 系数 氧原子 系数 阳离子 数
SiO2 SiO2 Al2O3 Al2O3 Na2O Na2O K2O K2O CaO CaO Total Total
68.71 68.71 19.50 19.50 11.40 11.40 0.12 0.12 0.09 0.09 99.82 99.82
0.006
0.17 0.448
0.003
0.085 0.224 2.694
X=24/ =8.909
Na+
K+ OH-
0.053
1.514 3.991
(3) 已知F、Cl矿物化学式的计算法
如果矿物组成中含有 F 、 Cl ，这些阴离子替
代氧使矿物中的总的氧原子数实际过剩偏高。
因此，扣除氯的计算公式为：
0.296
0.592
1.48
P5+
5.945
0.000
0.000 0.000
0.000
0.000 0.000
0.000
0.000 0.000
Fe3+
Mn2+ Mg2+
0.000
0.000 0.000
0.996
0.196
0.996
0.196
0.996Baidu Nhomakorabea
0.196 2.672 -0.082 2.589
38.32 38.32 2.89 2.89 15.21 15.21 1.49 1.49 15.58 15.58 0.22 0.22 13.17 13.17 0.74 0.74 0.20 0.20 8.01 8.01 4.04 4.04 99.82 99.82
60.09 60.09 79.9 79.9 101.96 101.96 159.7 159.7 71.8 71.8 70.9 70.9 40.31 40.31 56.08 56.08 61.98 61.98 94.20 94.20 18 18
莱河矿 laihunite (Fe2+Fe3+2)[SiO4]2
黑云母
钠长石 Na[AlSi3O8] 钙长石 Ca[Al2Si2O8] 晶体化学式为：K[AlSi3O8]
Al、Si占据四面体位置
钾长石
黑云母
晶体化学式为： K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2
黑云母为三八面体 层状硅酸盐矿物
Muscovite白云母
二八面体层状硅酸盐矿物
K Al2 [Si3AlO10] (OH)2
具Al2SiO5化学式的三种同质多像矿物：
红柱石、蓝晶石和夕线石具有不同的晶体化
学式：
红柱石：AlVAlVIOSiO4
蓝晶石：Al2VIOSiO4 矽线石：AlVISiAlIVO5
Z值：单位晶胞分子数 狭义的晶体化学式是最简化学式的Z倍 金红石的Z=2，其晶体化学式应为：Ti2O4 锐钛矿的Z=4，其晶体化学式为：Ti4O8 板钛矿的Z=8，其晶体化学式为：Ti8O16
根据定比原理，磁铁矿的化学式可写为
FeOFe2O3或Fe3O4。
4. 矿物晶体式的书写
(1) 单质元素的化学式只写元素符号；如石墨：C
(2) 金属互化物的化学式按元素的电负性递增顺序从
左到右。呈类质同像替代的元素用圆括号包括，
按数量多少先后排列。
楚碲铋矿：BiTe
(3) 离子化合物的化学式的书写顺序为： 正离子排左，负离子排右，正离子电价由低到高； 附加的负阴离子放在主要的阴离子后面；
如果矿物结构中含有氢氧根，则根据下列 关系式换算： 2(OH)– = H2O + O2亦即每两个氢氧根相当于一个氧化物分子 和一个氧原子。
Al
白云母 Wt%
A2
分子量
A3
A1/A2
A4
阳离子 系数 氧原子 系数 阳离子 数
SiO2 SiO2 TiO2 TiO2 Al2O3 Al2O3 Fe2O3 Fe2O3 FeO FeO MnO MnO MgO MgO CaO CaO Na2O Na2O K2O K2O H2O+ H2O+ Total Total
0.638 0.638 0.036 0.036 0.149 0.149 0.009 0.009 0.217 0.217 0.003 0.003 0.327 0.327 0.013 0.013 0.003 0.003 0.085 0.085 0.224 0.224
0.638
1.276
Si4+
5.684
(based on fixed atoms of oxygen)
Y=Y’ X (Y为单位晶胞中的阳离子数；Y’为阳离子 系数；X氧原子系数)
以YnOm为例，
Y’=n氧化物重量百分比/氧化物分子量；
X=已知通式中的氧原子数/(m氧化物重量百分比/ 氧化物分子量)
尖晶石
Al
Wt%
A2
分子量
A3
矿物中的结晶水分子写在化学式的最后。
二、矿物化学式的计算方法
1. 原子–分子计算法 2. 氧原子计算法
1. 原子－分子计算法
直接把元素的重量百分含量换算 成原子或分子比，在计算硫化物、卤 素化合物或金属互化物时经常采用这
种方法。
例1：黄铜矿
Al(wt%) A2原子量 A3=A1/A2 A4=A3/0.545
0.568 0.568 0.064 0.064 0.175 0.175 0.479 0.479
1.136 0.128
1.704 0.192
Al3+ Cr3+
1.782 0.200
0.175
0.479
0.175
0.479 2.55
X=4/ =1.569
Fe2+
Mg2+
0.201
0.751
尖晶石的晶体化学式 (Mg0.751Fe2+0.201)0.952(Al1.782Cr3+0.200)1.982O4