第三章矿物的晶体化学
《矿物岩石学》课程笔记
《矿物岩石学》课程笔记第一章：绪论第一节概念一、矿物岩石学的定义矿物岩石学是地球科学的一个重要分支，它涉及对地球物质的研究，特别是对构成地壳的矿物和岩石的组成、结构、性质、成因以及它们在地质历史中的演化过程的研究。
二、矿物的基本概念1. 矿物的定义：矿物是自然界中具有一定化学成分和晶体结构的均匀固体。
2. 矿物的特征：包括颜色、硬度、光泽、解理、比重等。
三、岩石的基本概念1. 岩石的定义：岩石是由一种或多种矿物组成的自然集合体。
2. 岩石的分类：根据成因，岩石可分为三大类——岩浆岩、沉积岩和变质岩。
第二节矿物岩石学的研究方法一、宏观研究方法1. 地质调查：通过野外实地考察，收集岩石和矿物的露头信息，进行地质填图和剖面测量。
2. 遥感技术：利用卫星或航空摄影获取地球表面的图像，分析岩石和矿物的分布特征。
3. 地球物理勘探：通过重力、磁法、电法等方法探测地下岩石和矿物的分布情况。
二、微观研究方法1. 显微镜观察：使用光学显微镜和电子显微镜观察矿物的形态、结构等特征。
2. X射线衍射分析：通过X射线衍射技术确定矿物的晶体结构。
3. 化学分析：采用原子吸收光谱、电感耦合等离子体质谱等方法分析矿物的化学成分。
4. 同位素分析：利用质谱仪等设备测定矿物的同位素组成，以研究矿物的来源和形成时代。
第三节矿物岩石学的发展简史一、古代矿物岩石学1. 古希腊和古罗马时期：人们对矿物和岩石有了初步的认识，如泰勒斯的水成论和普林尼的《自然史》。
2. 我国古代：古籍如《山海经》和《本草纲目》记载了丰富的矿物岩石知识。
二、近代矿物岩石学1. 17世纪：显微镜的发明使矿物学进入微观领域，矿物学家开始研究矿物的内部结构。
2. 18世纪：矿物分类学得到发展，如德国矿物学家亚伯拉罕·维尔纳提出的矿物分类体系。
3. 19世纪：地质学三大理论的建立，为矿物岩石学的发展提供了理论基础。
三、现代矿物岩石学1. 20世纪：矿物岩石学各分支学科的形成，如矿物物理学、岩石学、地球化学等。
矿物晶体化学式计算方法汇总
------------------------------------------------------------精品文档-------------------------------------------------------- 成岩成矿矿物学––矿物晶体化学式计算方法矿物晶体化学式计算方法一、有关晶体化学式的几个基本问题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。
晶体化学式(crystal-chemical formula)是指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。
举例：(1)钾长石的化学通式为：KAlSiO或KO?AlO?6SiO，而其晶体化学式则282332必须表示为K[AlSiO]；83(2)磁铁矿的化学式可以写为：FeO，但其晶体化学式为：FeO?FeO。
3432(3)具AlSiO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52体化学式：2. 矿物中的水自然界中的矿物很多是含水的，这些水在矿物中可以三种不同的形式存在：吸附水、结晶水和结构水。
吸附水：吸附水以机械吸附方式成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，可以是薄膜水、毛细管水、胶体水等。
当温度高于110?C 时则逸散，它可以呈气态、液态和固态存在于矿物中。
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。
结晶水的数量与矿物的其它组份呈简单比例。
如石膏：Ca[SO] ?2HO。
24++-+等离子形式参加H、OHH(或称化合水)：常以OO表示，结构水呈H、结构水32-+离子少见，O最常见。
H矿物晶格。
占据一定构造位置，具有一定比例。
通常以OH3+++与HO + HO。
结构水如沸石水、层间水等。
第三章晶体化学原理知识分享
正方型堆积
体心立方晶胞
由密堆积方式产生的结构----六方密堆积 和立方密堆积结构
在三维空间中，两个密堆积层, 使其接触 的最有效方式是把一层中的每个球放在另一 层中三个球之间的凹陷处，例如放在图中的 B或C处。
A
A
A
A
B
B
B
C
C
C
C
A
A
A
A
A
B
B
B
B
C
C
C
A
A
A
A
第二层中的原子可以占据B或C位置， 但两者不能都被占，也不能被混合占据。 假定B位置被占，则如下图：
A
A
A
A
A
B
B
B
B
C
C
C
A
A
A
A
六方密堆积的第二层
B
B
B
C
C
C
C
BCBCBCB
ABABABABAB… Or
ACACACACAC...
六方密堆积的第三层
B
B
B
C
C
C
C
B
B
B
B
C
C
C
ABABABABAB… Or
ACACACACAC...
➢在密堆积结构中每个球与12个其它球接触
，每个球的配位数=12。
问题：在下列正方形中能放进多少球？
1
7
7
问题：在下列正方形中能放进多少球？ 答案:方式A=52+8/2球 方式B=49球
结论：六角形的堆积方式更有效。
在二维空间有两种堆积球的方式： ➢方式A(密堆积方式)：每个球X,被6个球 Y包围,每个球的配位数=6,形成密堆积层 。 ➢方式B(正方型堆积方式)：每个球X，被 4个球Y包围，配位数=4，不是密堆积层 。
第3章 硫化物矿物
硫化物矿物
第三章 硫化物矿物
第一节 四面体硫化物
闪锌矿(sphalerite) 【晶体化学】 理论组成(wB%):Zn 67. 10, S 32. 90。 【结构与形态】
【物理性质】 闪锌矿颜色由无色到浅黄、棕褐至黑色，随铁含量增高而变深;亦有绿、红、黄等色，系由微 量元素引起。条痕白至褐色。金刚光泽至半金属光泽。透明至半透明。具{110}六组完全解理。 硬度3. 5 ~ 4。相对密度3. 9 ~4. 2。不导电。
第三章 硫化物矿物
第二节 八面体硫化物
磁黄铁矿(pyrrhotite)
【晶体化学】理论组成：Fe 63. 53，S 36. 47。 【结构与形态】 【物理性质】 暗青铜黄色，带褐色情色。条痕亮灰黑色。金属光泽。解理/// {1010}不完全。{0001}裂开发 育。性脆。硬度3. 5~}4. 5。相对密度4. 60~4. 70。具弱磁性。 【产状与组合】 广泛产于内生矿床中。在与基性、超基性岩有关的硫化物矿床中为主要矿物。在Cu-Ni i硫化 物矿床中，常与镍黄铁矿、黄铜矿密切共生。接触变质矿床中，为夕卡岩晚阶段的产物，与黄 铜矿、黄铁矿、磁铁矿、闪锌矿、毒砂等共生。热液矿床中，常与黑钨矿、辉秘矿、毒砂、方 铅矿、闪锌矿、黄铜矿、石英等共生。 【鉴定特征】 暗青铜黄色，硬度小，弱磁性。火焰烧之熔成具强磁性的黑色块体。 【工业应用】 主要用于提取硫，生产硫酸等。
第一节 四面体硫化物
黄铜矿(chalcopyrite) 【鉴定特征】 其致密块体有时与黄铁矿相似，可以其较深的黄铜黄色及较低的硬度相区别。以其脆性与自然 金(强延展性)区别。 【工业应用】 最重要的铜矿石矿物。
第三章 硫化物矿物
第一节 四面体硫化物
斑铜矿(bornite) 【晶体化学】 理论组成： Cu 63. 33，Fe 11. 12，S 25. 55。 【结构与形态】
矿物晶体化学
海泡石晶体结构
第二章 原子结构
2－1 玻尔原子模型 2－2 现代的量子力学原子模型 2－3 原子轨道 2－4 原子轨道能级图 2－5 核外电子排布 2－6 元素周期表 2－7 原子性质的周期性
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2－1 玻尔原子模型
连续光谱 线状光谱 原子光谱 玻尔氢原子模型
玻尔氢原子模型
海泡石属于海泡石一坡缕石粘土矿物族， 是一种无毒无害的镁质粘土矿物，理想 晶体的化学式为 {Mg8[Si12O30](OH)4(OH2)4}·8H2O。
海泡石晶体结构
海泡石晶体化学
海泡石的结构，由两层硅氧四面体片之间 夹一层金属阳离子，组成八面体片构成， 为2∶1型,两层硅氧四面体片各有六个硅氧 四面体，其顶端的氧原子朝向八面体片， 并与八面体片Mg 2+相连接，组成结构单位 层, 层的厚度为0.645nm，宽度相当于六个 硅氧四面体的宽度。
案例二、菱铁矿的晶体化学
案例二、菱铁矿的晶体化学
菱铁矿化学式FeCO3 （FeO 62.01 CO2 37.99） 常有 Mg、 Mn及Ca等类质同象混入物。 三方晶系 相对密度3.7—4.0， 硬度4。
[CO3]2-
[CO3]2-的半径为0.255nm？ Vp=(4+0+2)/2=3 中心分子价层为sp2杂化轨道伸展方向为正三角形
海泡石的特点
由于海泡石有着这种独特的结构，具有 开阔的层间孔道和较大的比表面积，因 而具有吸附离子和一些有机物的能力并 且吸附能力大于任何粘土。
讨论什么是矿物晶体化学 的内涵和外延？
《矿物晶体化学》研究内容到底是什么？
矿物晶体化学
第一章 矿物晶体化学的内涵和外延 第二章 化学基础之一——原子结构 第三章 化学基础之二——分子结构 第四章 化学基础之三——晶体结构 第五章化学基础之四——
《矿物岩石学》[教材]
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《矿物岩石学》综合复习资料答案第一章结晶学基础一、名词解释1、晶体：具有格子构造的固体。
2、科塞尔理论：在理想的情况下，晶体的生长将是长完了一个行列再长相邻的另一个行列，长满了一层面网再长另一层新的面网，晶体（最外层面网）是平行向外推移的,这就是科塞尔理论。
3、布拉维法则：在晶体生长过程中，面网密度的小的晶面将逐渐缩小以至消失，面网密度大的晶面则相对增大成为实际晶面，因此，实际晶体往往倍面网密度大的晶面所包围，称之为布拉维法则。
二、填空1、空间格子的要素包括结点、行列、面网、平行六面体。
2、格子构造决定了晶体和非晶体的本质区别，因而晶体具有一些共同性质：自限性均一性和异向性、对称性、一定的熔点、最小内能和稳定性。
3、晶体的形成过程就是由一种相态转变成晶质固相的过程，其形成方式主要有由气相转变为晶体、由液相转变为晶体、由固相转变为晶体。
第二章晶体的几何特征及表征一、名词解释1、单形：由同形等大的晶面组成的晶体。
2、双晶：是指同种晶体的规则连生，相邻的两个单晶体间互成镜像关系，或其中一个单晶体旋转1800后与另一个重合或平行。
二、填空1、晶体的对称要素有L1 、 L2 、L3、L4、Li4、L6、Li6、P、C。
某晶体存在以下对称要素：C、6L2、4L3、9P、3L4，该晶体的对称型为3L44L36L29PC，属于高级晶族,等轴晶系。
2、双晶的形成方式主要有生长双晶、转变双晶、机械双晶。
三、问答题1、三个晶族、七个晶系的划分原则是什么？答：依据晶体的对称型可将晶体分为32个晶类，进而根据高次对称轴的有无和高次轴的数量，将32个晶类划分为高级、中级和低级三个晶族。
再根据晶族中各晶类的对称要素特点，把三个晶族划分为7个晶系。
低级晶族的对称特点是没有高次对称轴，这里包括三斜、单斜和斜方三个晶系。
中级晶族的对称特点是有一个高次对称轴，按高次轴的轴次划分为三方、四方和六方三个晶系。
高级晶族以具多个高次对称轴为其对称特点，晶系名称是等轴晶系。
矿物分类及特征
3.4
含氧盐大类分类 硅酸盐类 硼酸盐类 磷酸盐、坤酸盐（钒酸盐）类 碳酸盐类 硫酸盐类
硝酸盐类
硅酸盐（长石）
硼酸盐（硼砂）
磷酸盐（磷灰石）
碳酸盐（冰州石）
硫酸盐（天青石）
硝酸盐（钠硝石）
3.5
形态与物理性质
3.5.1 形态
硅酸盐矿物的形态，主要取决于硅氧四面体骨干的 形成，团外阳离子配位多面体，特别是[AlO6]八面 体的联接特点对形态也有重要影响。晶体的延伸方 向往往是化学键强相对最大的方向，一般为硅氧 四 面体骨干的伸展方向。 具[SiO4]弧立四面体的硅酸盐，形态上常表现为三 向等长的习性。当有附加阴离子O2－等存在时，结 构中则可以出现[AlO6]四面体链晶体多呈一向延长 之柱状、针状形态。 具环状硅氧四面体骨干的硅酸盐矿物，晶体常呈柱 状，柱的延长方向与“环柱”方向一致。
黄铜矿
石榴子石
黄玉
辰砂
钨华
胆矾
3.2
化学成分 1、络阴离子团 2、团外阳离子
3、附加阴离子
4、类质同象 5、化学式 3.3 化学键和结晶结构 1、化学键
——共价键和离子键及氢键或分子键
2、结晶结构 基本结构单元是中心阴离子的氧原子配位多面体。其 多面体的形态大多数为四面体，亦有三角形者。
亚种：把属于同一个种的矿物，因在次要成分上或者在晶形、 物理性质等到方面，表现出比较显著的差异者，划分 为某一矿物的亚种。 1.2 对矿物的具体分类如下： 第一大类：自然元素矿物
第二大类：硫化物及其类似化合物矿物
第三大类：卤化物矿物 第四大类：氧化物及氢氧化物矿物 第五大类：含氧盐矿物
2
矿物的命名
具链状硅氧四面体骨干的硅酸盐晶体 常呈柱状或针状，晶体延长方向平行链的延伸方向。
矿物的晶体化学及晶体结构特征
矿物的晶体化学及晶体结构特征英文回答：Crystal Chemistry and Crystal Structure Characteristics of Minerals.Crystal chemistry is the study of the chemical composition and structural arrangement of crystals. It is a branch of materials science and engineering that deals with the relationships between the chemical bonding, atomic structure, and physical properties of crystalline materials.Crystals are solid materials that have a regular and repeating arrangement of atoms, molecules, or ions. This regular arrangement is called the crystal structure. The crystal structure determines the physical properties of the crystal, such as its hardness, density, and optical properties.The crystal chemistry of minerals is important becauseit can help us to understand the formation, occurrence, and properties of minerals. It can also help us to develop new materials with desired properties.Crystal Structure Characteristics of Minerals.The crystal structure of a mineral is determined by the following factors:The size and shape of the atoms, molecules, or ions that make up the crystal.The chemical bonding between the atoms, molecules, or ions.The temperature and pressure at which the crystal formed.The crystal structure of a mineral can be described by its unit cell. The unit cell is the smallest repeating unit of the crystal structure. It is a parallelepiped that contains all of the atoms, molecules, or ions that make upthe crystal.The unit cell of a mineral can be described by its lattice parameters. The lattice parameters are the lengths of the edges of the unit cell and the angles between the edges.The crystal structure of a mineral can also be described by its space group. The space group is a mathematical group that describes the symmetry of the crystal structure.The crystal structure of a mineral can be determined using a variety of techniques, including X-ray diffraction, neutron diffraction, and electron diffraction.中文回答：矿物的晶体化学及晶体结构特征。
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《矿石学》习题
Ⅰ矿物通论
第三章 矿物的晶体化学
一、基本概念
离子半径 配位多面体 晶格类型 类质同象 同质多象 多型
二、问答题
1、离子类型划分的依据是什么?三种离子类型的电子层结构有何特点？
2、完全类质同象系列的两端员矿物，它们的晶体结构为什么必定是等结构的?反之，两种等结构的化合物是否都能形成类质同象混晶?为什么?
3、为什么有些离子如Ca和Hg，Cu和Na半径相近，电价一样，但不能进行类质同象置换?
4、写出下列化学成分的同质多象矿物的名称及形成条件:
(1)C;
(2)Al
2
Si05
(3)KAlSi
3O
8
5、举例说明类质同象概念、条件及其研究意义。
6、已知镁橄榄石Mg
2[SiO
4
]晶体结构中，O2-近似六方最紧密堆积，Mg2+和Si4+分别
充填于八面体和四面体两种不同的空隙中。
试问:(1)两种阳离子应分别占据哪一种空隙?(2)它们各自占据相应空隙总数的几分之几?
7、为什么同一元素在不同结构，甚至在同一结构中可以出现不同的配位数?
8、为什么有些离子如Ca和Hg，Cu和Na半径相近，电价一样，但不能进行类质同象置换?。