矿物学全册配套完整教学课件

第二章 矿物的化学成分（1学时）
一 地壳的化学成分 1 丰度：地质体中的化学元素含量即为丰度。 2 克拉克值：地壳中化学元素的含量即为克
拉克值。 3 地壳中分布最广的八种元素:详见后一页
的表格，前八种元素总量占99%，因此可以 说地壳主要是由这八种元素所组成。但人们 常要开采的重要矿产资源如：铜、铅、锌、 金、银、铀、钨等矿产资源都不在此八元素 之列。
3 过渡型离子：
即外层电子为9~17的离子，外层电子构 型为nS2nP6 nd1~9。各种特性介于前两者 之间。
三 矿物化学成分的变化
1 化学计量矿物：在自然界中只有很少的矿物其化 学成分是相当固定的，其化学组成遵照定比定律和 倍比定律，这一类在各晶格位置上的化学组分遵循 定比定律，具有严格化合比的矿物称为化学计量矿 物。如水晶，其化学成分为纯SiO2。有的矿物虽然化 学成分是变化的但遵循定比定律，如橄榄石（Mg， Fe）2SiO4
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矿物学
理论讲课：30学时 实验课：14学时
本课程的难点和重点 1、 基本定义、基本鉴定方法、常见矿物的物理性质
2、 一些典型矿物的晶体结构
第一章 绪论
1 什么是矿物学：是以矿物为研究对象 的一门基础地质学科，它是研究地壳成 分的学科之一。它的研究内容对象为： 矿物的成分、结构、形态、性质、成因、 产状、后期的各种变化、用途、矿物的 时空分布及其它们相互的内在关系。它 是地质学其它分支的基础，也是材料学 等学科的基础。
2 矿物的定义：
是在各种地质作用中形成的天然单质或 化合物；具有一定的化学成分和内部结 构，从而有一定的形态、物理性质和化 学性质；它们在一定的地质和物理化学 条件下稳定存在；是岩石和矿石的基本 组成单位。
3 理解矿物定义的几个关键：
①是在各种地质作用下形成的而非人工合成或天外来客；
②具有一定的化学成分，这些化学成分是以一定的内部 结构规律排列，而非杂乱无章的混合；
③每种矿物的稳定存在都是有一定的物理化学条件范围 的，在超过其稳定存在的物理化学条件，则会发生各种 物理化学变化。
④矿物必为晶质固态物，所以非晶质的或液体或天然气 等则不是属于矿物的范畴，但通常把像蛋白石、水锆石 等极少数天然形成的、具有一定的化学成分的非晶质单 质和化合物也列入到矿物的范畴中来，称之为准矿物；
5 分散元素：有一些元素虽然丰度值高，但它们 趋于分散，很少形成独立的矿物，常常作为微量 的混入物赋存于其它矿物中，这些元素即为分散 元素，如：Rb、Cs、GA、In、Sc等。这些元素多 为碱金属、碱土金属元素等。
6 小结：地壳中矿物形成不仅与元素的丰度值有 关，还与元素的地球化学性质有关。
二 元素的离子类型
JXA-8100 电子探针微量分析仪
Electoron Probe Microanalyzers
多功能X射线衍射仪（XRD）
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
MSAL XD2粉末X射线衍射仪
5 矿物与其它学科的关系
矿物学与其它学科有着千丝万缕的联系。 矿物学的基础学科：物理学、物理化学、
计算机科学、数学、物理学、化学、矿 物材料学、冶金学、化工学等。 矿物学的并行学科：结晶学 矿物学的应用学科：地学各分支，材料 学各分支，测试技术的基础理论方面。
2 铜型离子：
即外层电子为18个电子或18+2个的离 子，外层电子构型为nS2nP6 nd10或 nS2nP6 nd10（n+1）S2，与铜离子相 似，故称为铜型离子。本类离子的半 径小、外层电子多，极化能力很强， 易与半径大、又易被极化的S2-结合生 成共价键为主的化合物，主要形成金 属矿物，因此这类元素也被称为造矿 元素、亲硫元素、或亲铜元素。
地壳中含量最多的前八种元素
元素
质量克拉克值/(%)
元素
质量克拉克值/(%)
O
46.60
Ca
3.63
Si
27.72
Na
2.83
Al
8.13
K
2.59
Fe
5.00
Mg
2.09
4 聚集元素：有一些元素虽然丰度值低，但它们 趋于集中，易形成独立的矿物，甚至富集成矿床， 这些元素即为聚集元素，如：Sb、Bi、Hg、Ag、 Au等。
2 非化学计量矿物：自然界中许多矿物，特别是某 些含有变价元素的矿物，其矿物成分偏离理想的化 合比，这是由于在不同的氧化还原条件下，价态会 发生变化，为了电价平衡，矿物内部出现某种晶格 缺陷， 从而使其化学组成偏离化学计量的定比定律， 如就是磁非黄化铁学矿计Fe量（矿1-x）物S。，x变化于0~0.125。这类矿物
四 胶体矿物的成分
胶体矿物是以水为分散媒，以固相为分散相的水胶凝 体而形成的非晶质或超显微隐晶质的矿物，前者如蛋 白石（SiO2.nH2O），后者如大多数粘土矿物。严格 地讲，胶体矿物只是含吸附水的准矿物。
由于胶体微粒非常小，具有极大的比表面积和很高的 表面能，具有吸附其他物质和自发地转化为能量更低 的结晶质的趋势。另外，由于胶体表面电荷未达到平 衡，要吸附带电离子，以达到电荷平衡。由于这两方 面作用，胶体矿物随着时间的推移，胶粒逐步长大， 变成隐晶质，最终变成显晶质矿物。这种胶体矿物老 化形成的隐晶质和显晶质矿物称为变胶体矿物。
⑤是岩石和矿石的基本组成单元，各种岩石和矿石都是 由矿物组成；
4 矿物学发展的几个阶段：
伴随着科学技术的发展而发展，萌芽时期为纯 肉眼和借助放大镜观察、测量及描述，后来的 每一次大飞跃都是与科技发展密不可分：
偏光显微镜的应用；
X射线衍射仪； 物理化学理论和热力学相平衡理论；
60年以来，引入了一系列的现代测试技术的出 现、高温超高压实验技术、量热实验及计算机 的使用、固体物理、量子化学、结晶化学和物 理化学理论。
0 引言：元素在矿物中的存在形式取决于 元素本身的性质、原子和离子的化学行为、 矿物所处的地质环境即物理化学条件。由 于自然界中产出的矿物多为化合物，都是 以阴阳离子形式存在，因此，各种元素的 离子类型显得尤为重要。
1 惰性气体型离子：
即外层电子为2或8电子的离子，外层电子构型 为1S2或nS2 nP6，与惰性气体原子的外层电子 构型相同，故称为惰性气体型离子。主要有碱 金属、碱土金属、一些非金属离子。碱金属和 碱土金属元素的电离势较低、离子半径大，易 与氧及卤素元素以离子键结合，形成含氧盐、 氧化物和卤化物。这类元素离子半径大，极化 能力低，与氧或卤素元素形成离子键为主的化 合物。因此这类元素也被称为造岩元素、亲石 元素、亲氧元素。