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1、矿物的组成 形态和物理性质,目 录,1、矿物的化学组成 2、矿物的化学式 3、矿物的形态 4、矿物的物理性质,第一节 矿物的化学组成教学目标,1、重点掌握矿物中的“水” 水的含量、水的类型、与结构的关系、脱水温度高低、脱水后结构是否变化。 2、熟练掌握晶体化学式的特点,返回目录,第一节 矿物的化学组成 1、化学组成基本固定的矿物金刚石、石盐。 2 、化学组成不固定的矿物固溶体、胶体、含层间水矿物。 3 、不符合化合比的矿物方铁矿（Fe1-x O）(缺陷存在) 4、复化合物 两种或两种以上的阳离子与阴离子或络阴离子组成的化合物，如白云石MgCaCO32。,1.1 矿物成分中的“水” 根据水在矿物
2、中的存在形式和它与晶体结构的关系，将矿物中的水分为： 吸附水、结晶水、结构水、层间水、沸石水。,吸附水 由表面能吸附存在于矿物表面或裂隙中的普通水，中性水，它不参与晶体的结构。 其含量是不定的，随温度和湿度而异。在常压下，加热到100110 时可全部逃逸出来。 矿物中吸附水全部失去不破坏晶格。,注意： 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：SiO2nH2O。 胶体水的失水温度一般100250。,以中性水分子存在于矿物的晶格之中，其数量与其他组分之间成简单的比例关系。 结晶水受到晶格的束缚，结合较牢固，其脱失的温度较高，可达200500oC ，失
3、水后，其结晶结构要发生相应的变化，成为新的矿物。 可利用脱水温度鉴定矿物。,结 晶 水,CaSO42H2O石膏晶体结构,1）结晶水出现于大半径络阴离子 的含氧盐矿物中。 2）结晶水的作用： 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： CaSO42H2O 。,石膏脱水特点 石膏Ca(H2O)2SO4，从80开始脱水，到120时，脱去原结晶水的3/4，形成具有成分为Ca(H2O)1/2SO4的半水石膏，当温度继续升高至130时，半水石膏中的水全部脱去成为硬石膏CaSO4。,结 构 水 也称化合水，以（
4、OH）离子的形式存在于晶格之中，结构水在晶格中占据严格的位置并有确定的含量比，与其他离子的联系相当牢固。 脱水温度为6001000oC 可利用此值鉴定矿物（差热分析）。,1）结构水以(OH)最常见，主要存在于 氢氧化物和层状硅酸盐等矿物中。如： 水镁石 Mg(OH)2、 Al(OH)3 高岭石 Al4Si4O10(OH)8 水云母 (K,H3O)Al2AlSi3O10(OH)2等 2）结构水的失水温度一般约在 6001000。失水后结构完全被破坏。,三水铝石晶体结构Al(OH)3,氢氧离子成六方最紧密堆积，铝离子填充于邻接的两层氢氧离子之间的23八面体空隙；组成配位八面体的结构层。,粘土类矿物
5、晶体结构,高岭石Al4Si4O10(OH)8的失水温度为580。 滑石Mg3Si4O10(OH)2，则为950。 高岭石的失水对于日用陶瓷的烧成有重要的意义。,层 间 水 以中性水分子形式存在于某些层状硅酸盐矿物中，它分布于层与层之间，并参与矿物晶格的构成，但数量可变。,1）层状硅酸盐结构层表面存在过剩的负电荷，可吸附其他金属阳离子，后者再吸附H2O，从而在相邻结构层之间形成水分子层，即层间水。 其含量随所吸附的阳离子的种类、环境的温度和湿度而异，可在相当大的范围内变化，并可有确定的上限值。 如多水高岭石Al4Si4O10(OH)84H2O等。,多水高岭石晶体结构中 层间水的排列及其邻层的关系
6、,2）失水温度一般100250。 通常加热至几十度即开始脱水， 常压下至110则大量失水。 3）失水后，晶格并不被破坏， 仅结构层之间距离缩短，晶胞参数 C0减小，矿物的比重和折射率增大； 且在潮湿的环境中又可重新吸水。,如蒙脱石 (Na,Ca)0.33(Al,Mg)2(Si,Al)4O10(OH)2nH2O 具明显的吸水膨胀的特性； 而蛭石(Mg,Ca)0.5(Mg,Fe+,Al)3(Si,Al)4O10(OH)24H2O 则表示出显著的热膨胀性。,沸 石 水 以中性水分子存在于沸石族矿物晶格之中，其性质与层间水类似，水分子存在于晶格的通道之中，水的含量在一定的范围内变化，失水温度80400
7、oC,失水后，晶格不发生变化，只是一些物理性质发生变化，但失水后沸石能重新吸水，恢复原来的物理性质。 含有层间水、沸石水的矿物，大多具有吸附阳离子，这类矿物即具有阳离子交换性。 钠沸石 Na2(Al2Si3O102H2O,丝光沸石结构,方沸石结构中的通道,矿物中“水”在实际中的应用,在陶瓷工艺或陶瓷磨具工艺中均涉及矿物中的“水”。 如矿物原料高岭石、滑石、叶腊石、石膏中均含有不同特点的水，要根据“水”的特点对原料进行预处理或在加热过程中在合适的温度进行合适的处理。,2 矿物的化学式 2.1概念 矿物的化学式： 以组成矿物的 化学元素符号按一定原则表示矿物的化学成分。是以单矿物的化学全分析所得的
8、相对质量百分含量为基础而计算出来的。,返回目录,2.2表示方法 1）实验式： 仅表示矿物中各组分的种类及其数量比。 如白云母 H2KAl3Si3O12 或 K2O3Al2O36SiO22H2O,2）结构式： 即晶体化学式。既能表明矿物中各组分的种类及其数量比，又能反映出它们在晶格中的相互关系及其存在形式。 如白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2,白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2,1、硅酸盐，而且是铝硅酸盐。 2、层状硅酸盐。 3、铝有两种配位形式，即四次配位和六 次配位。 H2KAl3Si3O12,矿物晶体结构式的书写原则： 基本原则是阳离子在前，阴离子或络阴离子在后。
9、络阴离子需用方括号括起来。如石英SiO2，方解石CaCO3。 对复化合物，阳离子按碱性由强弱、价态从低高排列。如 白云石 CaMgCO32， 磁铁矿 FeFe2O4 （即Fe2+Fe3+2O4）, 附加阴离子通常写在阴离子 或络阴离子之后，如 白云母 KAl2(Si3Al)O10(OH)2, 矿物中的水分子写在化学式的最末尾，并用圆点将其与其他组分隔开。 若含水量不定，则常用nH2O表示，如 石膏 CaSO42H2O， 蛋白石 SiO2nH2O。, 成类质同像替代关系的离子,用小括号括起来，并按含量由多少排列，中间用逗号分开。 铁闪锌矿 (Zn, Fe)S ， 黄玉 Al2SiO4(F,OH)
10、2 。,晶体化学式的应用,未来在专业课功能陶瓷中会经常出现类质同像替代关系。 如： (Pb,La)(Zr,Ti)O3,第 三节 矿物的形态,教学目标： 主要掌握影响晶体形态的结构因素,返回目录,矿物的形态包括：单体、集合体形态。 矿物单体的形态： 每一种晶体在外形的表现上，有两种表现： 不可能超越理想几何形态的范畴（石盐） 每个晶体都有自己的特殊性（方解石）,结晶习性 在相同的生长条件下，一定成分的同种矿物，总是有它自己的习见形态。矿物晶体的这种性质，称为矿物的结晶习性。 一向延长：晶体沿一个方向特别发育，柱状、 针状等 二向延展：晶体沿两个方向特别发育，板状、片状等 三向等长：晶体沿三个方向
11、大致相等发育，等轴状、粒状等,钙沸石,绿碧玉晶体,橄榄石,石榴石,多色碧玉晶体,石榴子石,黄铁矿,银,云母,刚玉,金刚石,矿物的标型性：,不同温度条件下形成的方解石晶体的形态,矿物晶体的结晶习性，主要是由它的内部结构和形成条件决定的。 即：晶体的内部结构决定着在晶体上可能出现的或出现几率最大的单形种类； 形成条件则十分具体确定了在可能出现的单形种类中实际形成的单形应是那些。,具体规律,化学成分简单，结构对称程度高的晶体，一般呈等轴状。如金刚石、石盐。 晶体常沿其内部结构中化学键强的方向发育，如具链状结构的矿物呈柱状、针状晶习，如角闪石、金红石等。而层状结构的矿物则呈片、鳞片状习性，如石墨、云母
12、等。,晶体上发育的晶面是对应于晶格中面网密度较大的面网。如金刚石。 外部因素是通过直接或间接地改变不同晶面间的相对生长速度而影响晶体习性的。,石英 电气石 黄铁矿,矿物集合体的形态 同种矿物的许多个体聚集在一起的群体叫矿物集合体。 显晶集合体 用肉眼或放大镜可分辨出矿物颗粒界限的集合体叫显晶集合体。描述时，应注意矿物单体的形状、大小、集合方式。 粒状集合体：由各方向发育大致相等的颗粒组成。 块状集合体：致密块状、土状块状、肉冻状块状。 板状、片状、鳞片状集合体：矿物两向延伸。 柱状、针状集合体：单体一向延伸。 隐晶及胶态集合体 隐晶质集合体可以由溶液直接凝结而成；也可由胶体矿物老化而成。,石英
13、晶簇,方解石和沸石的杏仁体,鲕状赤铁矿的鲕状集合体,黄铁矿结核,葡萄石的葡萄状集合体,肾状赤铁矿的肾状集合体,钟乳石的钟乳状集合体,辰砂晶簇,辰砂晶簇,蓝铜矿晶簇,蓝铜矿晶簇,葡萄状集合体,雄黄晶簇,萤石晶簇,石英晶簇,孔雀石石钟乳,光线石放射状集合体,孔雀石,褐铁矿,重晶石,肾铁矿,铁花文石,铜,银,第四节 矿物的物理性质 包括：力、热、电、光、磁等性质。 教学目标: 1、影响矿物硬度的因素 2、解理产生的结晶学因素,返回目录,4.1 矿物的光学性质,矿物对光的反射、折射和吸收等所表现出来的各种性质. 包括颜色、条痕、光泽、透明度。,颜色：矿物呈色机理有四种情况 电子内部跃迁（过渡、镧系、锕
14、系） 离子间的电子转移（两种以上价态共存） 带隙跃迁（硫化物、砷化物） 色心（一种缺陷）,色素离子： 能使矿物呈色的过渡型离子，主要有Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni离子；次有W、Mo、U、Cu 和稀土元素等的离子. 惰性气体型离子所构成的矿物,对可见光不吸收，故呈无色或白色,光泽 指矿物表面对可见光的反射能力。主要决定于矿物所具有化学键的性质，是鉴定矿物的重要依据。分为： （1） 金属光泽：金属磨光面的光泽； （2） 半金属光泽：未经磨光的金属表面光泽 （3） 金刚光泽：钻石表面的光泽； （4） 玻璃光泽：普通玻璃的光泽；,1）具金属键的矿物一般呈金属光泽或半金属光泽； 2）具共价键的
15、矿物一般呈金刚光泽或玻璃光泽； 3）具离子键或分子键的矿物，对光 的吸收程度小，反光很弱，光泽即弱，一般为玻璃光泽。,透明度: 指矿物允许可见光透过的程度。 可分为： （1）透明：隔着薄片可以清晰看到另一侧 的轮廓细节； （2）半透明：隔着薄片可以看到另一侧的物体，但不能分辨其轮廓； （3）不透明：基本上不允许可见光的透过。,矿物颜色、条痕、光泽、透明度的相互关系,颜色,颜色,光泽,透明度,条痕,条痕:指矿物在素瓷板上擦划后留下的痕迹的颜色。,4.2 矿物的力学性质 是指矿物在外力的作用下，表现出来的各种物理性质。 解理、裂理、断口 （1）解理：矿物晶体在外力作用下，沿着一定的结晶学方向破裂成
16、一系列光滑平面的性质。,解理分级,极完全解理：解理面大而平坦，极光滑，解理片极薄； 完全解理：常裂成规则的解理块，解理面大，光滑而平坦； 中等解理：解理面不大，平坦和光滑程度也较差； 不完全解理：解理面小且不光滑平坦，碎块上主要是断口； 极不完全解理：仅在显微镜下偶尔见到零星的解理面。,极完全解理,完全解理,中等解理,无解理,解理产生的基础 只有结晶质矿物才具有解理。它反应了晶体结构中不同方向上面网间结合力的差异性（解理发生在结合力较弱的位置）。 实际的解理，是由一种或几种因素控制的。 解理是结晶质矿物的一种稳定的物理性质。解理是鉴定矿物的重要依据。,解理发生的位置,在面网密度大的面网之间；
17、电性中和的面网之间； 两层同号离子相邻的面网之间； 键力较弱的面网之间。, 原子晶格，各方向的化学键力均等，解理面面网密度最大的面网。,金刚石的111解理，是由于在金刚石结构中，面网密度大的面网为111、110和100，这些面网之间CC的距离分别是： 在111之间为0.154nm与0.051nm； 在110之间为0.126nm； 在100之间为0.089nm。 其中以111面网间的距离最大，故金刚石之解理沿l11面网发生 。,金刚石中的解理, 离子晶格 因静电作用，解理沿由异号离子组成的、且 d大的电性中和面网产生；或者，解理面两层同号离子层相邻的面网。,闪锌矿(ZnS)，虽然在它的晶格中垂直
18、111方向上的面网间距最大（为0.236nm），但闪锌矿的解理不平行111，而却沿110发生。 这是因为在垂直111方向上锌离子的面网与硫离子的面网相间成层，相邻面网为异号离子，吸引力大。,而110面网间距虽较短（0.19nm），但每层面网内同时分布有锌、硫两种离子电性中和，面网之间连结力较弱，在这种情况下，几何因素退居次要地位，而静电因素则起主导作用，故垂直1l0方向出现110解理。,闪锌矿中的解理, 多键型的分子晶格，解理面由分子键联结的面网。, 金属晶格，由于失去了价电子 的金属阳离子为弥漫于整个晶格内 的自由电子所联系，晶体受力时 很易发生晶格滑移而不致引起键的 断裂。故金属晶格具强延
19、展性而无 解理。,晶格滑移示意图,解理的表示,由于解理总是平行于晶体结构中的面网发生的，所以，如果晶体中平行于某种面网有解理存在的话，那么，与该面网构成对称重复的其它方向的面网也应该同样存在性质相同的解理。 因此，晶体上的解理面，可以用单形符号来表示。,如方铅矿平行于100的解理，就代表平行于（100）、（010）和（001）三个方向上的解理，由对称关系可知，这三个方向上的解理性质是完全相同的，它们应属同一种解理。,(2) 裂理 矿物受外力作用，有时可沿一定的结晶学方向裂成平面的性质，称为裂理或裂开。 裂理主要发生在 （1）沿着双晶结合面； （2）沿着晶格中存在杂质夹层的面网间。 裂理对矿物的
20、鉴定有辅助意义。,(3) 断口 具极不完全解理的矿物，受外力打击后，发生无一定方向的破裂，其破裂面就是断口。 可作为鉴定矿物的辅助依据。 据其形状可分为：,贝壳状断口 呈椭圆形的光滑曲面，具同心圆纹，似贝壳状。,锯齿状断口 呈尖锐锯齿状； 纤维状断口 呈纤维丝状； 参差状断口 呈参差不平的形状； 平坦状断口 断面平坦。,石英的贝壳状断口,硬度 矿物抵抗刻划、压入或研磨能力的大小。 摩氏硬度(H) ，由十种矿物构成硬度等级的标准。 (1）滑石 （2)石膏 （3）方解石 4）萤石 （5）磷灰石 （6）正长石 （7）石英 8）黄玉 （9）刚玉 （10）金刚石,实际工作中： 指甲2；铜具3；小钢刀55
21、.5； 瓷片66.5。,2.5,3.5,5.5,6,7,绝对硬度：通常采用的是维克的压入法测定的硬度值，称维氏硬度（V.H.N）。 矿物的硬度，主要取决于晶体结构中联结质点间的键力强弱。 共价键的矿物，硬度最大。 分子键的矿物，硬度最低。 金属键的矿物，硬度也较低。 离子键的矿物，硬度取决于离子电价和离子间距。,硬度的影响因素,1）化学键的类型及强度： 矿物的硬度主要取决于其内部结构中质点间联结力的强弱。, 典型原子晶格的硬度很高；但具以配价键为主的原子晶格，因键力不太强，故硬度并不高。(大多数硫化物矿物) 离子晶格矿物的硬度通常较高，但随离子性质的不同而变化较大。, 金属晶格矿物的硬度较低(
22、某些过渡金属除外)。 分子晶格因分子间键力极微弱，其硬度最低。 以氢键为主的矿物的硬度很低。,离子半径、电价、配位数及结构的紧密程度，决定着键力的强弱，影响离子 晶格矿物的硬度。 当矿物结构类型相同(等型结构)， 若离子电价相同，则硬度随离子半径的 减小而增高；若离子半径相近，则硬度 随离子电价增高而增大。, 当结构类型不同，但其他因素类同时，矿物的硬度则随质点堆积的紧密程度的增高（即阳离子的配位数增高）而增大。,4.3 矿物的其他物理性质 比重（密度） 是指矿物（纯净的单矿物）的重量与4oC时同体积的水 重量之比G 比重在数值上与密度相同。大多数矿物的比重在23.5之间。在矿物鉴定工作中，凭
23、经验估量： G2.5 轻的矿物 G=2.54 中等比重的矿物 G4 重的矿物 矿物的比重，主要取决于它的晶体结构和化学组成,结构的影响 原子量和原子半径相同或相近时，晶体结构越紧密的矿物其比重越大。 成分的影响 在结构类型相同而化学组成不同时，矿物的比重 随所含元素的原子量的增大而增大。随原子半径的增大而减小。 测定方法主要有： 比重瓶法 重液法 体积法,结构相同时，比重与原子量和半径的关系,磁性 是指矿物可被外磁场吸引或排斥的性质。矿物的磁性，对于鉴定、分离、选矿、磁法找矿有意义。 导电性和荷电性 导电性：指矿物对电流的传导能力。,矿物的导电性主要取决于化学键的性质。 荷电性：矿物在外部能量
24、作用下，能激起矿物晶体表面荷电 的性质。 可分为：,1）压电性： 某些电介质的单晶体，当受到定向 压力或张力的作用时，能使晶体垂直于应力的两侧表面上分别带有等量的相反电荷 的性质。 若应力方向反转，则两侧表面上的电荷易号。,热电性,某些矿物晶体在加热或冷却时，晶体一定结晶方向的两端的表面会产生相反电荷的性质。 如：电气石晶体加热到一定温度时， 其Z轴的一端带正电，另一端则带负电；将已热的晶体冷却，两端电荷变号。,有助于正确地确定理解晶体的对称性,其他力学性质 （1）脆性 矿物受外力作用时，易破碎的性质。 （2）延展性 矿物在 锤击或拉伸下，易成为薄片或细丝的性质。 此为金属晶格矿物的一种特性。
25、 （3）弹性 矿物受到外力作用发生弯曲变形，外力解除后又恢复原状的性质。（内应力） （4）挠性 矿物受到外力作用发生弯曲变形，外力作用取消后不 能恢复原状的性质。,矿物的热学性质 矿物受热后，所表现出来的各种特征。 导热性 矿物传热的能力。用导热系数表征。卡/ cm2 ，导热系数与晶体结构及温度有关。 膨胀性,等轴晶系的矿物各方向的膨胀系数完全相同，其它晶系的矿物，则随结晶的方向而已。,熔点 矿物加热，达到一定温度会发生分解，由固态转变为液态，转变温度称熔点。熔点的高低与矿物的化学成分及内部结构有关。 以离子键为主的矿物，最高；金属键的矿物，次之；分子键的矿物，最低。 金 1062oC 银 9
26、60.5oC 铜 1083oC 铂 1774oC 铋 271oC 铁橄榄石 1100oC 透辉石 1319oC 硅辉石 1540oC 霞石 1800oC 钠长石 1100oC 钙长石 1554oC 刚玉 2050oC 锆石 3000oC 黄铜矿 500 oC,放射性 放射性元素，能自发地从原子核内部放射出粒子或射 线，同时释放能量。 可利用放射性，鉴定、利用性质、测绝对年龄。 其它性质 易燃性：加热后易燃烧的性质。（S、P、有机物） 挥发性：加热中，某些组分易挥发。（雄黄、雌黄） 吸水性：吸收空气中的水分。（高岭石） 嗅觉： 燃烧或锤击，发散出一定的气味。 味觉： 易溶矿物所特有的味。（石盐、明矾） 触觉： 手触摸之感觉。（石墨、滑石、硅藻土）,发光性：受到外界能量激发时，发出可见光的性质 因素：加热、摩擦、阴极射线、紫外线、X射线。 可分为： 萤光：矿物在外界能量激发时发光，激发源撤消， 发光立即停止。（金刚石、白钨矿） 磷光：矿物在外界能量激发时发光，激发源撤消 后仍能继续发光一段时间。（磷灰石） 发光性对矿物的鉴定、找矿、选矿有实际意义 附：晶体的键性、结构与物理性质的关系,