chap6矿物的化学成分和内部结构名师编辑PPT课件.ppt

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1、第六章 矿物的化学成分和内部结构 一、十四种空间格子 二、紧密堆积原理 三、配位数和配位多面体 四、晶格类型 五、同质多像的概念 六、类质同像的概念 鼠 苑 过 且 赋 戍 祥 施 狙 洗 素 厘 恫 修 誓 稚 诵 绿 呐 复 篷 但 居 喝 沤 杀 讨 花 卤 长 而 绎 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 一、十四种空间格子（十四种布拉维格子） 1平行六面体的选择 对于每一种晶体结构而言，其结点(相当点) 的分布是客观存在的，但平行六面体的选择是 人为的。 痔 郭 搔 耶 缺 晓 顿 蓖

2、晃 雹 莲 帮 禽 廉 摘 阅 肤 晋 波 滤 对 咨 炭 掏 志 庶 肯 攫 疗 君 蠕 感 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 平行六面体的选择原则如下： 1）所选取的平行六面体应能反映结点分 布整体所固有的对称性； 2）在上述前提下，所选取的平行六面体 中棱与棱之间的直角关系力求最多； 3）在满足以上二条件的基础上，所选取 的平行六面体的体积力求最小。 浩 谢 憨 来 必 氧 粗 倒 喳 粉 六 邹 盼 霓 掏 烟 较 方 氖 格 邮 针 伤 万 韩 策 淖 部 垃 烷 氰 谜 c h a

3、 p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 下面两个平面点阵图案中，请同学们画出其空间格子 ： 4mm mm2 闻 栖 款 臀 卫 汀 撞 报 屋 口 腊 臻 硫 悠 耸 画 张 惫 元 檬 咀 圆 谣 酱 策 谤 爵 蒂 陵 费 樟 暇 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 4mm 操 操 蛾 愤 碟 癸 鸿 耘 裴 迹 亮 桅 股 蝎 札 模 腺 锤 揍 奔 昧 仙 删 结 翼 锥 伴 愉 瑶 炬 枝 伟 c h

4、 a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 mm2 引出一个问题：空间格子可以有带心的格子； 恋 鞭 蛇 侩 桑 浓 瓶 厉 抄 供 坠 啊 唐 馈 窘 缴 芹 浊 横 泊 啦 叁 轨 堆 鞘 暑 朽 矾 袱 辗 号 亮 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 上述画格子的条件实质上与前面所讲的晶体 定向的原则是一致的（回忆晶体定向原则？ ），也就是说，我们在宏观晶体上选出的晶 轴就是内部晶体结构中空间格子三个方向

5、的 行列。 汲 铱 瑰 潦 隙 糖 尿 躁 牢 孤 铰 兜 虑 倍 蹿 丹 试 黔 惦 累 境 樊 檬 赫 阔 瑟 萎 禁 鞭 翼 说 奖 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 2各晶系平行六面体的形状和大小 平行六面体的形状和大小用它的三根棱长（ 轴长）a、b、c及棱间的夹角（轴角）、 表征。这组参数（a、b、c；、）即为晶 胞参数. 在晶体宏观形态我们可以得到各晶系的晶体 常数特点，是根据晶轴对称特点得出的. 宏观 上的晶体常数与微观的晶胞参数是对应的,但 微观的晶体结构中我们可以得到晶胞参数

6、的具 体数值。 霜 螟 烬 逝 长 熟 省 熙 辊 厉 尚 洒 溜 付 晚 郑 喂 籍 挤 坟 虾 完 茁 么 互 奥 中 滩 米 孟 仙 晒 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 各晶系平行六面体的形状 翅 忘 魂 售 糙 赚 盯 汀 滴 玄 证 谎 港 赐 再 债 尧 彪 碳 很 垄 碑 洞 稀 择 顺 懒 阀 蓝 无 瞬 烫 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 3平行六面体中结点的分布（即格子

7、类型 ） 1）原始格子（P）：结点分布于平行六面体的八个角顶 上。 2）底心格子（C、A、B）：结点分布于平行六面体的角 顶及某一对面的中心。 3）体心格子（I）：结点分布于平行六面体的角顶和体 中心。 4）面心格子（F）：结点分布于平行六面体的角顶和三 对面的中心。 齿 鼻 疼 渠 田 得 物 鸳 浸 这 匈 哺 片 舒 袜 新 任 寺 建 霓 隆 森 纠 擂 嗜 蛾 鸣 廖 请 炎 逐 氦 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 其中底心、体心、面心格子称带心的 格子，我们在前面画格子的例子中已

8、经知 道有带心格子的存在，这是因为有些晶体 结构在符合其对称的前提下不能画出原始 格子，只能画出带心的格子。 瓣 突 嫡 凸 眉 鬼 主 佣 獭 晨 扭 亦 钡 斡 棍 粟 拓 醋 钱 莫 唆 徊 誊 倪 咱 欲 硒 凝 鸳 棍 铣 敝 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 4十四种布拉维格子 七个晶系-七套晶体常数七种平行六面体种 形状。 每种形状有四种类型，那么就有74=28种空间 格子？ 但在这28种中，某些类型的格子彼此重复并可 转换，还有一些不符合某晶系的对称特点而不 能在该晶系中存在，

9、因此,只有14种空间格子 ，也叫14种布拉维格子。（A.Bravais于1848 年最先推导出来的） 署 喊 柱 拣 覆 披 碍 峻 血 痞 枣 托 旋 客 内 止 贾 媒 哲 饼 骑 状 蟹 不 议 兄 赊 砒 撮 烬 祁 假 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 例1：四方底心格子 四方原始格子 所以，在14种布拉维格子中，四方底心格子不需要保留。 购 适 师 泊 仓 末 我 酥 元 如 吓 赊 霸 钒 互 铃 哪 仔 芹 伸 腾 魔 短 纷 查 菜 钢 叙 伞 阔 音 闸 c h a p 6

10、 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 例2：立方底心格子不符合等轴晶系对称。 所以，在14种布拉维格子中，立方底心格子不存在。 那么请思考：立方底心格子符合什么晶系的对称？ 甸 悄 暖 谆 马 辈 又 恼 沮 承 坐 涅 钱 又 敢 枕 宋 阅 屿 谗 翔 制 内 吱 鸟 透 仙 卑 很 吓 喝 锄 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 还应指出的是：对于三、六方晶系的四轴定 向也可转换成三轴定向，变为菱面体格子。 我

11、们一般都用四轴定向。四轴定向的格子形 状为菱形柱. 另外，六方原始格子为六方柱的顶底面加心 ，不要误认为六方底心格子。 十四种空间格子见表7-1。 佣 钠 涩 酥 票 潭 艾 傈 讽 擦 厢 案 凌 捶 斑 擅 剩 募 痴 聊 繁 僳 天 懂 割 杆 剧 冻 腹 煮 笆 契 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 晶 系 原始格子（ P） 底心格子（ C） 体心格子（I ） 面心格子（ F） 三 斜 C=II=FF=P 单 斜 I=F F=C 斜 方 擒 材 薪 烧 谬 奢 吾 制 酞 哨 卞 秧

12、抄 室 迂 幌 忆 千 飘 亿 捉 玛 简 苟 仇 糕 迫 膨 细 秽 色 术 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 四 方 C=PF=I 三 方 与本晶系对 称不符 I=FF=P 六 方 与本晶系对 称不符 与空间格子 的条件不符 与空间格子 的条件不符 等 轴 与本晶系对 称不符 谁 悉 出 阎 梗 射 骇 牡 允 隶 举 帐 蜂 痪 冶 最 手 嘲 吵 挡 稗 掠 享 蠕 艇 伪 粟 浓 噶 衙 纫 苔 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6

13、矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 在我们研究过晶体内部结构的对称性，是 将晶体内的所有质点按几何点来考虑的。 本章要将晶体内部质点作为原子、离子来 考虑了。 二 、最紧密堆积原理 将晶体内的质点作为球体来考虑。 因为在离子键和金属键的晶体结构中 ，离子键和金属键是没有方向性的，核外 电子云的分布是球形，可以作为球形来考 虑。所以对于离子键和金属键的晶体结构 ，可以用球体最紧密堆积原理来研究。 辫 测 至 点 几 变 蹬 誓 凑 顷 漓 筏 雹 宙 捐 仆 掌 模 王 闻 乍 沂 祈 枕 颂 骇 狰 识 疲 竖 颗 皆 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结

14、 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 二、 球体紧密堆积原理 在晶体结构中，质点 间趋向于尽可能地相 互靠近，形成最紧密 堆积，以达到内能最 小，而使晶体处于最 稳定状态。 二维平面内等大球体 的最紧密堆积 注意两种不同 方向的空隙 A BC 1、堆积过程与基本形式：(CAI课件演示) 付 够 汲 躯 贾 曙 良 扣 涨 戳 碗 汰 鼓 拙 及 壁 准 迎 稽 戳 踢 噎 铀 杀 纤 宠 幸 成 毛 缠 父 十 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 两层等大球体

15、的最紧密堆积 注意：一种空隙被第二层球体全部盖上，而另一 种空隙没有被盖上，用“ ” 表示。 A BC 纽 循 栏 近 婚 扫 肇 龟 晚 篷 不 贤 杆 杀 圆 低 颁 蕊 认 卧 船 陇 印 闽 液 菲 屉 哺 耗 扎 券 搏 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 三层等大球体的最紧密堆积 注意：“ ”空隙穿过了3层 。 A BC 莎 车 啄 犯 猖 往 戌 拼 咒 驾 租 蔚 陕 贫 庆 整 擦 跨 栈 酝 厨 戒 爆 裂 秀 尊 仪 傣 狂 栖 漾 矢 c h a p 6 矿 物 的 化

16、学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 第一种方式是第三层球的位置重复第一 层球的位置；即按ABAB或ACAC等 两层重复一次的规律重复堆积，此时球体在 空间的分布恰好与空间格子中的六方格子一 致，故这种方式的堆积称之为六方最紧密堆 积。 2、堆积结构的对称性： (CAI课件演示) 亩 奋 枝 澡 唯 衡 告 涵 妈 揍 篙 芝 坤 彬 唉 颜 槽 惫 贩 湾 焙 节 面 吏 弛 侯 案 万 寒 给 堡 吴 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部

17、结 构 第二种则是第三层球堆积在既不重复 第一层也不重复第二层球的位置上。即按 ABCABC或ACBACB等三层重复 一次的规律重复堆积。则球体在空间的分 布与空间格子中的立方面心格子一致。此 种方式的堆积称之为立方最紧密堆积。 立方最紧密堆积： ABCABC 广 蓉 恕 斩 惫 所 宦 培 券 锨 希 彭 颖 抓 办 獭 霓 筷 达 法 剩 乡 脐 契 窃 简 毫 哟 俄 诵 棒 付 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 四面体空隙 八面体空隙 N个等大球体作最紧密堆积时，产生N个八面体空 隙和

18、2N个四面体空隙。 空隙类型： 搽 姨 绢 秽 酗 脓 郡 兑 咋 莉 校 催 刮 晶 碳 僧 憨 使 蝴 饵 量 尝 谣 帕 衰 剃 澎 沥 舜 贵 麓 中 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 不等大的球体进行堆积时，其中较大的 球做最紧密堆积，而较小的球则依自身体积 的大小填入其中的八面体空隙或四面体空隙 中，形成不等大球体的紧密堆积。 HaliteHalite ClCl ClCl ClCl ClCl NaNa 石盐 菲 屑 况 蝴 允 廖 诈 喜 症 窟 邱 人 邵 扦 秃 牡 矩 型 苟

19、 蛛 湘 萤 钧 簇 捆 账 鸭 岳 下 设 蕉 观 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 三、 配位数和配位多面体(CAI课件演示) 在晶体结构中，原子或离子是按照一定方式与 周围的原子或离子相接触的，每个原子或离子周围 最邻近的原子或异号离子的数目称为该原子或离子 的配位数。以一个原子或离子为中心，将其周围与 之成配位关系的原子或离子的中心联接起来，所获 得的多面体称为配位多面体。 重要的是阳离子的配位数。 四面体，配位数：4八面体，配位数：6盏 戳 壕 斟 藏 羽 紫 翅 宁 揉 溅 卡 饰

20、 唆 谴 略 母 懂 诣 极 闯 栏 卡 竞 蝴 估 日 惑 眩 穗 圈 叼 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 对于离子键晶体，我们将半径较大的阴离 子视为等大球最紧密堆积，半径较小的阳离子 充填到空隙中，因此，在等大球最紧密堆积结 构中，阳离子的配位多面体为四面体或八面体 ，配位数为4或6。 对于金属键晶体，可视为同种金属原子的 等大球最紧密堆积，空隙中并不充填原子；因 此，原子的配位数为12，配位多面体为立方八 面体。 怕 讫 痊 亿 踞 囤 啄 泡 赛 安 敛 镑 揖 筹 日 炬 入 陈

21、 罕 农 召 尺 钦 疙 叹 氦 滥 吕 杰 到 饱 绊 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 四、化学键与晶格类型 化学键就是质点间的作用力。具有不同化学键 的晶体，在晶体结构、物理性质和化学性质上都有 很大的差异。 1. 离子晶格离子键（请看CAI课件鲍林法则的演示 ） 在离子晶格中，各种元素的原子相互结合时， 电子重新配置，电子从一个原子转移到另一个原子 ，从而形成相对稳定的阳离子和阴离子，它们之间 靠静电引力相互联系起来，从而形成离子键。 离子键使晶格具有最紧密堆积，有较高的配位 数；为了

22、保持电性中和，异号离子保持一定的数量 比例；质点间的电子密度很小，对光的吸收较小， 光子易通过，表现为透明或半透明、低折射率和反 射率、非金属光泽、不导电等；晶体的机械性能、 硬度、熔点较高。 咸 纵 山 江 梳 责 郊 酱 亏 衡 缎 鞭 稿 捌 垮 忆 贺 蝶 掌 络 亮 窍 稗 谐 著 利 义 思 懒 迈 圾 矽 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 2. 原子晶格共价键 在此晶格中，原子以共用电子对的方 式达到电子壳的稳定。二原子的电子云发 生重叠，因而使介于原子间的电子密度增 高，形成所

23、谓的负电桥，把带正电荷的原 子核联系起来，从而构成了牢固的共价键 。 共价键中共用电子对通常是由两个原 子供给的，但也可以由一个原子单独提供 ，形成所谓的配位键。 晶体结构的紧密程度比离子晶格低， 配位数也小；不导电；透明或半透明；非 金属光泽；一般具有较高的熔点和较大的 硬度。 胁 氰 的 积 滦 轨 哉 收 疹 了 减 岩 择 咆 灾 卵 禽 隧 播 藏 扇 拿 皿 狂 琐 痔 慕 撒 溅 壹 砚 搀 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 3. 金属晶格金属键 金属原子一般倾向于丢失电子，在金

24、 属晶格中，这些电子作为自由电子而弥散 于整个晶体中，失去了电子的金属阳离子 为自由电子所联系，从而形成金属键。在 晶体中有原子、阳离子和自由电子共存。 金属键不具有方向性和饱和性，晶格 做最紧密堆积，具有较高的配位数。 由于自由电子的存在，晶体为良导体 ，不透明，高反射率，金属光泽，有延展 性，硬度一般较小。 卞 腹 羽 皿 物 絮 客 雹 箩 浴 取 凹 拌 隆 疯 晰 拒 借 尸 嘴 扩 肃 缅 膨 帮 挟 膝 海 枉 宫 鞠 恕 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 4. 分子晶格分子键

25、在分子晶格中，存在着中性分子，在分 子内部通常为共价键结合，分子之间为相当 弱的分子间力所联系。这是由于分子电荷分 布不均匀而形成偶极，从而在分子间形成了 电性引力。 分子晶体的物性，既取决于分子键， 如低熔点、低硬度；也取决于分子内部的键 性，如不导电、透明、非金属光泽等。 柴 喷 祷 韭 苔 茄 伎 薪 官 桌 遮 督 揪 辩 域 螟 酷 溶 烽 替 猛 伶 络 唐 殆 予 牧 菜 谭 款 嘿 嘛 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 妻 弟 贪 刺 臃 姨 肚 掩 熔 声 奏 昆 券 争 旷

26、 敏 鬃 鹅 骚 塌 腥 雍 泌 患 狸 杠 仔 荫 龚 闭 贡 除 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 注意：在一些矿物中，只存在某种单一的键力，如 自然金的金属键，金刚石的共价键等。这样的晶体 被称为单键型晶体。对有过渡型键的晶体，两种键 性融合在一起不能明显分开的，从键本身来说仍然 只是单一的一种过渡型键，也属于单键型晶体。其 晶格的归属，依占主导地位的键为准。如金红石中 ，TiO间的键性是以离子键为主，向共价键过渡的 过渡型键，便归属于离子晶格。 还有一些晶体，如方解石的结构中，在CO之

27、 间存在着以共价键为主的键性，而CaO之间则为 离子键，这两种键性在结构中是明显分开的，这类 晶体属于多键型晶体。它们的晶格类型归属，以晶 体的主要性质取决于哪种键性为划分依据。 忘 抡 梗 籽 锗 粗 询 啤 逸 咆 黍 蕴 尉 圃 杯 剔 紧 男 靛 泵 嗅 私 阑 皑 模 速 上 剪 猖 嚣 律 撵 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 典型结构 许多晶体的结构是等型的，例如：石盐（NaCl）、方铅 矿(PbS)、方镁石 (MgO).，它们具有相同的结构构型 ，只是改变了阴、阳离子。我们将这

28、类结构称典型结构 ，并以其中之一的晶体名称来命名，即这种结构统称 “NaCl型结构”。 此外, 有些晶体结构是在典型结构的基础上稍加变形, 这类结构就称为该典型结构的衍生结构, 如黄铁矿 (FeS2)的结构为NaCl型结构的衍生结构, 因为结构形式 是一样的, 但用哑铃状的S2代替了Cl. 酥 湘 盂 傻 胁 牙 甄 碌 帛 滨 南 拧 秃 落 轨 籽 涂 牺 背 鸳 肖 鸿 晨 活 扑 臃 剿 辈 标 佰 而 住 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 五、同质多象 同种化学成分的物质，在不同的物

29、理化 学条件下，形成不同结构的晶体的现象，称 为同质多象。这样一些物质成分相同而结构 不同的晶体，则称为同质多像变体。 同质多象个变体之间的转变温度是较为固定 的，所以某种矿物变体的存在或转化过程，可以帮 助我们推测该矿物所存在的地质体的形成温度，因 此，称之为“地质温度计”。 下面要介绍的是晶体成分、结构发生变化的一些现象。 例如：金刚石与石墨， -石英和-石英 。 漆 垒 族 脐 肘 烷 闺 公 醛 峦 蔑 捅 伪 冉 滇 碴 兄 敷 诀 诊 仔 哉 拳 帜 曝 憎 伶 湾 辗 屿 蹈 屎 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的

30、化 学 成 分 和 内 部 结 构 SiO2同质多像变体相图 同种物质的同 质多象变体， 依它们的形成 温度从低到高 ，在其名称前 冠以、 、 。 甥 诌 让 歪 钝 铭 圆 欺 阜 陀 席 建 烟 宅 爆 随 榆 辙 方 尾 训 晤 宏 需 嘶 泅 墨 猛 润 循 鳞 胜 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 同质多象的转变分为可逆的和不可逆的两 种类型。 石英 石英 方解石 文石 一种变体继承了另一种变体之晶形的现 象，称为副象 。 例如: -石英(六方双锥) 转变为-石英 后,依然保留六方双

31、锥形状. 真 不 棍 刘 抡 苏 垦 啸 时 羚 抨 硅 堤 苯 密 味 其 友 桃 蔫 厌 六 励 唱 碴 霉 扶 寞 镁 惦 蝇 琉 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 六、 类质同象 1. 类质同象的概念 晶体结构中某种质点被它种类似的质点所代 替，仅使晶格常数发生不大的变化，而结构型式 不变，这种现象称为类质同象。 例如镁橄榄石Mg2SiO4晶体，其晶格中Mg2+可以 被Fe2+所替代占据，由此形成的橄榄石 (Mg, Fe)2SiO4晶体。 并且 Mg2+被Fe2+替代可以任意比例，形成

32、一个系 列： Mg2SiO4- Fe2SiO4 镁橄榄石 橄榄石混晶或固溶体 铁橄榄石 这种情况称完全类质同像系列。 盗 芥 绝 谚 市 漂 森 俗 等 融 脂 怔 只 碱 骋 忙 舱 处 污 岳 低 诗 赚 广 僵 食 劣 誉 滥 围 伞 水 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 但是，在闪锌矿ZnS中，部分的Zn2+可被Fe2+类 质同象替代，其替代量最大只达到原子数的 30.8% ，如果代替量大于30.8% ，闪锌矿的结构 将被破坏。 ZnS- - - - - - FeS 这种情况称不完全类

33、质同像系列。 在类质同像系列的中间产物称类质同像混晶 ，它是一种固溶体. 所谓固溶体, 是指在固态状态下一种组分溶于 另一组分中, 分两种： （1）填隙固溶体 （2）替位固溶体-类质同像混晶 芳 融 姿 敷 过 惩 归 匀 周 蛾 澡 负 恢 指 芳 吁 哺 齐 锑 楔 骸 奥 菊 蘸 易 视 纬 成 忱 缴 镍 锁 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 下面两种情况不能称为类质同像： 1、例如，在白云石CaMgCO32，其CaMg的原子数 之比必须是1:1，不能写为 （Ca，Mg）CO3 2 2

34、、例如，金红石TiO2与锡石SnO2结构相同，但Ti与 Sn之间并没有代替关系。 类质同象的类型： 完全类质同象系列 -不完全类质同象系列 (前面已经介绍) 等价类质同象-异价类质同象 例如：霓辉石（Na, Ca）(Fe3+,Fe2+)Si2O6 存在两种取代: Na+-Ca2+ Fe3+-Fe2+ 取代后总电价平衡 巢 例 脯 碳 效 坯 勿 藻 柔 口 陕 打 冬 四 脚 瓶 姬 翰 蝶 茬 衣 豌 拾 烁 临 酗 脓 绘 苍 些 揽 杖 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 2. 类质同象代

35、替的条件 1) 原子或离子半径 形成类质同象的容积条件。当两种质点的半 径差不超过较小质点的半径之15%时，就可以在晶 体结构中互相代替。 1015% 一般形成完全类质同象 2025% 在高温时形成完全类质同象，当温度 下降时，固熔体就发生离溶。 2540% 在高温下也只能形成不完全类质同 象，在低温时更不能形成类质同象。 跋 畅 败 研 暮 梦 嘛 逐 操 谬 壹 妊 爽 誓 茵 态 涎 承 碑 虽 喊 税 财 胖 厉 埃 赔 讳 幼 吏 咨 蔬 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 2) 离子

36、类型与键性 离子类型：Ca2+、Hg2+半径分别为0.1nm和0.102nm 化学键：Al3+和Si4+均为惰性气体型离子，它们的 半径差值比很大（50%），但Al-O、Si-O的化学键 均为离子键与共价键之间的过渡型键，且Si-O 、 Al-O的间距分别为0.161nm和0.176nm，两者较为接 近。因此Al3+可以占据四面体配位位置取代Si4+ 3) 离子电价 对离子化合物来说，代替与被代替的离子电 价总和必须保持不变。异价替代时电价平衡是主要 条件, 半径大小退居次要地位。 坡 塌 退 绪 澡 题 人 禄 迁 著 厌 仟 改 人 添 挽 模 茹 套 腰 椽 磋 重 瓷 喘 货 匿 洋

37、呜 搪 衙 珐 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 外因: 温度：高温易发生,低温不易发生,而且还会发生 固溶体离溶; 压力: 高压不易发生; 组份浓度：周围环境的某离子浓度越高越容易替 代进入晶格. 摈 纷 诣 啤 过 绣 骑 窜 撼 截 娘 浑 峰 斋 椅 电 裕 庭 烙 泼 苹 室 荧 槛 漏 摧 辟 瞥 膳 楷 刑 佃 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 3、类质同像混晶的分解（固溶体离溶

38、或出溶） 原来均匀混在一起的两个或多个组分，当温度下 降或压力提高等条件下，会发生分离，形成不同组分 的多个物相。通常不同组分的多个物相会形成条带状 相间定向排列。如条纹长石，是由碱性长石（钾、钠 长石混晶）出溶成钾长石与钠长石条带定向排列形成 的。 忌 俺 疾 渴 柳 桂 戳 浇 澈 唇 焕 挤 界 佰 倍 宾 枪 蒋 脾 糜 燥 俏 蒂 哈 活 烽 浙 琵 撮 抑 疯 看 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 研究类质同像的意义： 1）矿物晶体成分变化的主要原因； 2）了解稀有元素的赋存状态；

39、 3）反映矿物的形成条件。 某 轻 倾 寝 奢 图 扇 贰 了 真 棋 细 弦 地 饵 荚 澜 诽 掐 输 鞍 个 浸 摧 眷 牲 砍 谊 览 应 渠 眠 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 思考题 离子类型划分的依据是什么？三中离子类型的电 子层结构各有何特点，试各举三中离子加以说明。 四种晶格类型中，哪些类型的结构中质点趋向于 紧密排列，哪些类型不作紧密排列？原因何在？ N个等大球体最紧密堆积会产生什么类型的空隙？ 各有多少个？哪种空隙大，哪种空隙较小？ 何谓配位数？当说某种阳离子位于立方体

40、、八面 体、四面体或正三角形配位多面体中，此阳离子的 配位数分别是多少？ 黄铁矿的晶形有时呈立方体，有时呈五角十二面 体，这是同质多象吗？何谓同质多象？ 学 性 厂 镐 塞 胺 惰 缨 溃 设 肯 探 掠 愧 凳 篇 钓 孙 昏 衅 夷 哀 强 膀 每 剃 信 苛 狙 痴 蚀 潜 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 类质同象的概念。类质同象分哪些类型？方铅 矿和石盐都能形成立方体，能叫类质同象吗？ 异价类质同象中相互代替的离子电价不同，如 何才能保持电荷平衡？ 影响类质同象的因素有哪些？分内因和外因分 别阐述。 在角闪石的晶体化学式中： (Ca,Na)23 (Mg,Fe,Al)5Si3(Si,Al)O112(OH,F)2， 阳离子是哪些？阴离子或络阴离子是哪些？能 判断出Mg、Fe和Al哪种离子多吗？ 厉 春 肠 限 父 誉 幂 汰 脑 捻 完 荤 睦 藐 斯 瓦 叙 蔬 歌 仙 匹 普 门 毅 销 豹 髓 淋 嚷 玩 渠 柞 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构 c h a p 6 矿 物 的 化 学 成 分 和 内 部 结 构