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8第七章 矿物组成形态性质

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第七 矿物 组成 形态 性质
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1、 矿物的化学组成2、 矿物的化学式3、 矿物的形态4、 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、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( ) (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 。矿物成分中的“水”根据水在矿物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。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 100- 110 ℃ 时可全部逃逸出来。矿物中 吸附水全部失去不破坏晶格 。• 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 : 体水 的 失水温度 一 般 100~ 250℃ 。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 200- 500失水后,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 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 :2石膏 2O)2[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 2O)1/2[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 水也称 化合水 ,以( - 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 600- 1000可利用此值鉴定矿物(差热分析)。1)结构水以 ( 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 H)2、 H)3高岭石 水云母 (K,等• 2) 结构水 的 失水温度 一般约在600~ 1000℃ 。 失水后结构完全被破坏 。l(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 2/ 3八面体空隙;组成配位八面体的结构层。高岭石 的失水温度为580℃ 。• 滑石 ,则为 950℃ 。高岭石的失水对于日用陶瓷的烧成有重要的意义 。 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 。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 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 ·42) 失水温度 一般 100~ 250℃ ± 。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 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 。脱石(a)l,[(l)4·水膨胀 的特性 ;• 而 蛭石(a)g,[(l)4·4膨胀性 。 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 80- 400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 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。物的化学式• 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 相对质量百分含量 为基础而计算出来的 。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 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 10](10](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。体结构式 的 书写原则 :• ① 基本原则 是 阳离子在前 , 阴离子 或 络阴离子在后 。 络阴离子 需用 方括号 括起来 。如 石英 方解石 • ② 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 ,磁铁矿 即 O4)附加阴离子 通常写在 阴离子或 络阴离子之后 , 如白云母10](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 如石膏 2白石 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 ( ,黄玉 F, 。质同像替代 关系 。如:(a)(i) 节矿物的形态教学目标: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:①不可能超越理想几何形态的范畴(石盐)②每个晶体都有自己的特殊性(方解石)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 :晶体沿三个方向大致相等发育,等轴状、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。① 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。• ②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、云母等。③ 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。• ④ 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 。气石 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。②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。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、 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。 矿物 呈色机理有四种情况①电子内部跃迁(过渡、镧系、锕系)②离子间的电子转移(两种以上价态共存)③带隙跃迁(硫化物、砷化物)④色心(一种缺陷)•能使矿物呈色的 过渡型离子 , 主要有 、 次有 W、 、 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 , 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;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 。 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。)色深色金 属色条痕无色或白色无色或白色浅色或彩色深色或金属色光泽透明度玻璃 ———— 金刚 ——— 半金属 ———— 金属透明 —————— 半透明 —————— 不透明矿物颜色、条痕、光泽、指矿物在素瓷板上擦划后留下的痕迹的颜色。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一系列光滑平面的性质。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。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。① 在面网密度大的面网之间;• ②电性中和的面网之间;• ③两层同号离子相邻的面网之间;• ④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 C— 在{ 111}之间为 在{ 110}之间为 在{ 100}之间为 其中以 {111}面网间的距离最大,故金刚石之解理沿{ 网发生 。离子晶格因静电作用 , 解理沿由异号离子组成的 、 且 或者 , 解理面 ∥ 两层同号离子层相邻的面网 。 闪锌矿 (虽然在它的晶格中垂直 [111]方向上的面网间距最大(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( 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 [1向出现 {110}解理。多键型 的 分子晶格 , 解理面 ∥ 由 分子键联结 的 面网 。a = 0 . 2 4 6 n 0 0 1 )[0 0 0 1 ]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 强延展性 而 无解理 。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。•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。 ) 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。② 锯齿状断口呈尖锐锯齿状;③纤维状断口呈纤维丝状;④参差状断口呈参差不平的形状;⑤平坦状断口断面平坦。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)甲> 2;铜具= 3;小钢刀= 5- 片= 6- 6.5。通常采用的是维克的压入法测定的硬度值,称维氏硬度( 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。74- 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 。① 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 )• ② 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 。③ 金属晶格 矿物的 硬度 较低 (某些过渡 金属 除外 )。 ④ 分子晶格 因 分子间键力极微弱 ,其 硬度 最低 。 ⑤ 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 。 ① 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 。② 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 。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 4多数矿物的比重在 2- 矿物鉴定工作中,凭经验估量:G< 的矿物G=4 中等比重的矿物G> 4 重的矿物矿物的比重,主要取决于它的 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:① 比重瓶法② 重液法③ 属元素原子量阳离子半径( Å)比重方解石菱镁矿菱铁矿菱锌矿g〔 e 〔 n 〔 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。电性: 矿物在外部能量作用下,能激起矿物晶体表面荷电的性质。可分为:荷电性压电性: 晶体受到定向压力或张力能激起晶体表面荷电的性质。 α-石英。热电性: 某些晶体受热或冷作用时,能激起晶体表面荷电的现象。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 。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 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。定理解晶体 的 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。( 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。表现出来的各种特征。① 导热性矿物传热的能力。 用导热系数表征。卡 / 导热系数与晶体结构及温度有关。② 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。温度升高,原子间距变化膨胀性 膨胀系数表征 。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 1062 银 铜 1083 铂 1774 铋 271 铁橄榄石 1100 透辉石 1319 硅辉石 1540石 1800 钠长石 1100 钙长石 1554 刚玉 2050 锆石 3000 黄铜矿 500 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)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、 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、com
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