4矿物的化学成分

3）聚集元素和分散元素
矿物的形成，取决于：
① 元素的丰度； ② 元素的地球化学性质
聚集元素(aggregated element)：
丰度很低，但趋于集中，形成 独立的矿物种，甚至富集成矿床。 如Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。
分散元素(dispersed element)：
丰度远比聚集元素为高，但趋于
表示：
① 质量百分数（weight percent）
—— 质量克拉克值
② 原子百分数（atom percent）
—— 原子克拉克值
二、地壳中化学元素的分布特征
1）元素分布的极不均匀性 丰度最大者： O —— 46.6%
丰度最小者： Rn —— 7×10-16 %
2）地壳的主要化学组成为O、Si、
元 素 质量克拉克值 原子克拉克值
（%） （%）
体积百分比
（%）
O Si Al Fe Ca Na K Mg
46.60 27.72 8.13 5.00 3.63 2.83 2.59 2.09
62.55 21.22 6.47 1.92 1.94 2.64 1.42 1.84
93.77 0.86 0.47 0.43 1.03 1.32 1.83 0.29
二、矿物的化学计量性与非化学计量性
1．概念 1）矿物的化学计量性（stoichiometry）
少数矿物的化学成分相当固定， 其化学组成遵守物理化学分配定律 ——定比定律和倍比定律，各组分间
具严格的化合比，其化学组成可由理想
化学式表示。如 水晶（SiO2）。
天然矿物并非理想化学纯的物质。 由于环境的复杂性，大多数矿物 因类质同像替代致使其化学组成在 一定范围内变化，但各晶格位置上 成类质同像关系的各组分数量总和 之间仍遵循定比定律。如 橄榄石 (Mg,Fe)2[SiO4]等。
Ca[SO4]· 2O 。 2H
3）结晶水的失水温度一般均在
200～500℃，个别可高达600℃。
4）失水后，矿物晶格即完全被
破坏、改造而成新的结构。
3．结构水（化合水）
以(OH)－、H+或(H3O)+离子形式 存在于矿物晶格中一定位置上、 并有确定的含量比的“水”。
注意：
1）尤以(OH)－最常见，主要存在于 氢氧化物和层状硅酸盐等矿物中。如： 水镁石水镁石 Mg(OH)2， 高岭石高岭石Al4[Si4O10](OH)8， 天然碱 Na3H[CO3]· 2O， 2H 水云母 (K,H3O)Al2[AlSi3O10](OH)2等。 2）结构水的失水温度一般约在
显示其标型特征。如含金硫化物的
偏离化学计量的元素比即具标型性。
二、矿物化学成分变化的原因
1．主要原因 1）类质同像替代
2）非化学计量性
2．其他因素 1）阳离子的可交换性
2）胶体的吸附作用
3）矿物中含水量的变化（含
沸石水或层间水） 4）以显微包裹体形式存在的 机械混入物等
§3 胶体矿物及其化学成分特点
一、胶体矿物的概念
1．胶体 一种或多种物质的微粒（粒径一般 1～100nm ）分散在另一种物质之中 而形成的不均匀的细分散系。前者称
分散相(分散质)，后者称分散媒(分散剂)。
注意：
1）胶体系两相或多相物质的混合物。 2）分散相和分散媒均可是固体、
液体或气体。
3）胶体： ① 胶溶体：分散媒远多于分散相 ② 胶凝体：分散媒远少于分散相
Chap.2
矿物的化学成分
研究意义：
① 矿物的化学成分是区别不同矿物
的重要依据；
② 矿物化学成分的变化特点常作为
反映矿物形成条件的标志； ③ 矿物化学成分是人类利用矿物 资源的一个重要方面。
§1 地壳中化学元素的丰度
一、元素克拉克值
克拉克值（clarke）：
各种化学元素在地壳中的平均含量 (即元素在地壳中的丰度(abundance)) 之百分数。
§4 矿物中的水
一、水的存在形式
H2O、(OH)－、H+和(H3O)+
二、“水” 的类型
据“水”在矿物中的存在形式
及 其在晶体结构中的作用，主要分为 吸附水、结晶水和结构水三种基本 类型，以及层间水和沸石水两种 过渡类型。
水在矿物中的作用
水的主要类型
不参加 晶格
矿物和矿物集合体中 水的种类
汽态水 湿存水 液态水 （ 薄膜水 毛细管水 ） 胶体水 固态水 结晶水化物的水 沸石水 层间水
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
矿物晶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SiO2，方解石Ca[CO3]。 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 CaMg[CO3]2，磁铁矿 FeFe2O4 （即Fe2+Fe3+2O4）
吸附水
（中性的H2O分子）
结晶水
参加 晶格
（中性的H2O分子）
结构水
（OH-, H+, H3O+离子）
1．吸附水
被机械地吸附于矿物颗粒的表面 和裂隙中，或渗入矿物集合体中的 中性水分子(H2O)。它不参加晶格，
不属于矿物的化学组成。
注意：
1）吸附水含量不定，随温度和湿度而异。 常压下，温度增至100～110℃时，矿物中 吸附水即全部失去而不破坏晶格。 2）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：SiO2· 2O。 nH 胶体水的失水温度一般100～250℃。
化学计量矿物： 在各晶格位置上的组分之间 遵守定比定律、具严格化合比 的矿物。
2）矿物的非化学计量性
非化学计量矿物：
某些含变价元素的矿物，因形成过程 中 常处于不同的氧化还原条件下，其价态 会发生变化。由于受化合物电中性的制约， 其内部必然存在某种晶格缺陷，致使其化 学组成偏离理想化合比，不再遵循定比定 律。
分散，很少能形成独立的矿物种， 而常常作为微量的类质同像混入物 赋存于主要由其他元素所组成的 矿物中。如Rb、Cs、Ga、In、Sc等。
§2 矿物的化学成分
一、矿物的化学成分类型
1．单质：
由同一种元素的原子自相结合 而成的矿物。如自然元素矿物。
2．化合物：
由两种或两种以上元素组成的 矿物。如含氧盐、氧化物和氢氧化物、 卤化物、硫化物及其类似化合物 矿物。
丝 光 沸 石 结 构 照 相
注意：
1）水的含量随温度和湿度而异，
上限值与其他组分含量具简单比例 关系。
2）失水一般从80℃开始，至400℃时
沸石水可全部失去。
3）沸石水易失去也易复得，其得失
不会破坏晶格，只是矿物的晶格常数 和某些物理性质稍有变化。失水后的 沸石可重新吸水，并恢复到原来的
含水限度，再现其原来的物理性质。 如钠沸石 Na2[(Al2Si3O10]· 2O 。 2H
(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2[(Si,Al)4O10](OH)2· 2O nH
具明显的吸水膨胀的特性； 而蛭石蛭石
(Mg,Ca)0.5(Mg,Fe+,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2· 2O 4H
则表示出显著的热膨胀性。
5．沸石水
主要存在于沸石族矿物晶格中 宽大的空腔和通道中的H2O，与 其中的阳离子结合成水合离子。
如某单斜辉石
(Ca0.960Na0.040)1.000(Mg0.820Fe2+0.060Fe3+0.050Al0.030 Mn0.020Ti0.020)1.000[(Si1.920Al0.080)2.000O6]
③ 附加阴离子通常写在阴离子
或络阴离子之后，如 氟磷灰石 Ca5[PO4]3F ，白云母 KAl2[(Si3Al)O10](OH)2
④ 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 或aq表示，如 石膏 Ca[SO4]· 2O， 2H 蛋白石 SiO2· 2O或SiO2· 。 nH aq
胶体矿物不稳定，具有吸附其他物质
和自发地转变为结晶质的趋势。
胶体的老化：胶体矿物形成后，随着 时间的推移或热力学因素的改变，胶粒 会自发地凝聚，进一步发生脱水作用，
颗粒逐渐增大而成为隐晶质，最终 可转变为显晶质矿物。
变胶体矿物：
由胶体矿物老化形成的隐晶质 或显晶质矿物，往往可保留原胶体 矿物的外貌。如蛋白石经老化成为 玉髓。
⑤ 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。 如 铁闪锌矿 (Zn, Fe)S ， 黄玉 Al2[SiO4](F,OH)2 。
注意：
在计算出矿物中各元素的离子数之后， 书写晶体化学式时，习惯上，将其具体 数值分别写在各元素符号之右下角， 同时成类质同像替代关系的各元素之间 无需再加逗号，并在小括号之后下角 列出小括号内各元素离子数之总和。
§5 矿物的化学式及其计算
一、矿物的化学式
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
所得的相对质量百分含量为基础而 计算出来的。
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 K2O· 2O3· 3Al 6SiO2· 2O 2H
胶体微粒的性质：
① 分散相与分散媒的量比不固定； ② 具极大的比表面积和很高的
表面能；
③ 表面的电荷未达到饱和，故具
极强的吸附性。 （能吸附与其电荷相反的其他离子）