晶体化学式计算
矿物晶体化学式计算方法
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：KAlSi3O8或K2O⋅Al2O3⋅6SiO2，而其晶体化学式则必须表示为K[AlSi3O8]；(2)磁铁矿的化学式可以写为：Fe3O4，但其晶体化学式为：FeO⋅Fe2O3。
(3)具Al2SiO5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。
层间水等。
由于H3O+与K+大小相近，白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2在风化过程中K+易被H3O+置换形成水云母(K, H3O+)Al2[AlSi3O10](OH)2。
由于结晶水和结构水要占据一定的矿物晶格位置，所以在计算矿物晶体化学式要考虑它们的数量。
3. 定比原理定比是指组成矿物化学成分中的原子、离子、分子之间的重量百分比是整数比，即恒定值。
举例：(1) 某产地的磁铁矿的化学分析结果为：FeO=31.25%，Fe2O3=68.75%，已知它们的分子量分别为：71.85和159.70。
因此，FeO和Fe2O3的分子比为：FeO:Fe2O3=(31.25/71.85):68.75/159.70)=1.01:1因此，磁铁矿的化学式可写为：FeO Fe2O3或Fe3O4。
(2) 某金绿宝石的化学成分为BeO=19.8%，Al2O3=80.2%，它们的分子量分别为25和102，因此两者之间的分子比为：BeO:Al2O3=(19.8/25) 80.2/102)=1:1金绿宝石的化学式可简写为BeO Al2O3或BeAl2O4。
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。
知识总结—— 晶体结构
第七章 晶体结构第一节 晶体的基本概念一、晶体概述固态物质按其组成粒子(分子、原子或离子等)在空间排列是否长程有序分成晶体（Crystal ）和非晶体（又称为无定形体、玻璃体等）两类。
所谓长程有序，是指组成固态物质的粒子在三维空间按一定方式周期性的重复排列，从而使晶体成为长程有序结构。
长程有序体现了平移对称性等晶体的性质。
与晶体相反，非晶体（Non-crystal ）内部的粒子(分子、原子或离子等)在空间排列不是长程有序的，而是杂乱无章的排列。
例如橡胶、玻璃等都是非晶体。
晶体内部各部分的宏观性质相同，称为晶体性质的均匀性。
非晶体也有均匀性，尽管起因与晶体不同。
晶体特有的性质是异向性、自范性、对称性、确定的熔点、X 光衍射效应、晶体的缺陷等。
对于长程有序的晶体结构来说，若了解了其周期性重复单位的结构及排列方式，就了解了整个晶体的结构。
可见，周期性重复单位对认识晶体结构非常重要。
在长程有序的晶体结构中，周期性重复的单位（一般是平行六面体）有多种不同的选取方法。
按照对称性高、体积尽量小的原则选择的周期性重复单位（平面上的重复单位是平行四边形，空间中的重复单位是平行六面体），就是正当晶胞，一般称为晶胞（Crystal cell ）。
二、晶胞及以晶胞为基础的计算1. 晶胞的两个要素晶胞是代表晶体结构的最小单元，它有两个要素：一是晶胞的大小、型式，晶胞的大小可由晶胞参数确定，晶胞的型式是指素晶胞或复晶胞。
二是晶胞的内容，是指晶胞中原子的种类和位置，表示原子位置要用分数坐标。
晶体可由三个不相平行的矢量a , b , c 划分成晶胞，适量a , b , c 的长度a , b , c 及其相互之间的夹角α, β, γ称为晶胞参数，其中α是矢量b 和c 之间的交角，β是矢量a 和c 之间的交角，γ是矢量a 和b 之间的交角。
素晶胞是指只包含一个重复单位的晶胞，复晶胞是指只包含一个以上重复单位的晶胞。
分数坐标是指原子在晶胞中的坐标参数(x , y , z )，坐标参数(x , y , z )是由晶胞原点指向原子的矢量r 用单位矢量a , b , c 表达，即r = x a + y b + z c如图所示晶体，小球和大球的分数坐标分别为 小球：)21,21,21( ),21,0,0( ),0,21,0( ),0,0,21( 大球：)21,21,0( ),21,0,21( ),0,21,21( ),0,0,0( 2. 以晶胞为基础的计算(1)根据晶体的化学式计算密度：D =ZM/N A V ，M 是晶体化学式的相对式量，Z 是一个晶胞中包含化学式的个数，V 是晶胞的体积，N A 是阿佛加德罗常数。
高三化学高考备考专题复习有关晶体的各类计算
位置 的原子数 例1、铝单质为面心立方晶体，其晶胞参数a＝0．405nm，列式表示铝单质的密度
g·cm－3(不径必计的算关出结系果)
②若合金的密度为d g/cm3，晶胞参数a=________nm。
*（2）分数坐标：（0,0,0）-顶点
（1/2,1/2,0）
3、边长（晶胞参数）和半径关系
空间利用率
3 Po 顶10点0%
球半径r 与晶胞边长 a 的关系：
3、边长（晶胞参数）和半径关系
（1）球数：8×1/8 + 6×1/2 = 4
1 、 晶 体 中 的 微 粒 数 、 化 学 式 其中，密度公式中共有四个未知量：密度，微粒摩尔质量，晶 胞体积，NA，知道3个可求另一个，因此可能围绕密度出现4种题型。
在面心立方基础上，再插入4个球，分别占据8个小立 方体中4个互不相邻的体心，
S a a sin 60 3 a2 2
V晶胞 3 a2 2 6 a
2
3
2a3 8 2r3
V球球)
V球 V晶胞 100% 74.05%
7、空间利用率
（4）金刚石空间利用率：球体积占晶胞体积的百分比
8 4 πr 3 8 4 πr 3
3
3 100% 34%
实例
NaCl 型
AB CsCl 型
Na+：6 Na+：6 Cl-： 6 Cl-： 6
Cs+：8 Cs+：8 Cl-： 8 Cl-： 8
Na+：4 Cl-： 4 Cs+：1 Cl-：1
KBr AgCl、 MgO、CaS、 BaSe
CsCl、CsBr、 CsI、TlCl
ZnS型
Zn2+：4 Zn2+：4 Zn2+：4 ZnS、AgI、 S2-： 4 S2-： 4 S2-：4 BeO
晶体结构的分析与计算
(3)GaAs的熔点为1 238 ℃，密度为ρ g·cm－3，其晶胞结构如图所示。该 晶体的类型为__原__子__晶__体__，Ga与As以_共__价___键结合。Ga和As的摩尔质量 分别为MGa g·mol－1和MAs g·mol－1，原子半径分别为rGa pm和rAs pm，阿 伏加德罗常数值为NA，则GaAs晶胞中原子的体积占晶胞体积的百分率为 _4_π_×__13_0(_－M_30G_Na_＋A_ρ_M(_r_A3G_sa)＋__r_3A_s)_×__1_0_0_%___。
123456
3.(2020·四川武胜烈面中学高 二期中)有四种不同堆积方式 的金属晶体的晶胞如图所示， 下列有关说法正确的是 A.①为简单立方堆积，②为六方最密堆积，③为体心立方堆积，④为面
心立方最密堆积
√B.每个晶胞都是规则排列的
C.晶胞中原子的配位数分别为：①6，②8，③8，④12 D.空间利用率的大小关系为：①＜②＜③＜④
4.(2020·哈尔滨第六中学高二期中)以NA表示阿伏加德罗常数的值，下列 说法错误的是
A.18 g冰(图1)中含O—H键数目为2NA B.28 g晶体硅(图2)中含有Si—Si键数目为2NA
√C.44 g干冰(图3)中含有NA个晶胞结构单元
D.石墨烯(图4)是碳原子单层片状新材料，12 g石墨烯中含C—C键数目为1.5NA
123456
解析 在氯化钠晶体中，Na＋和Cl－的配位数都是6，则距离Na＋最近的 六个Cl－形成正八面体，A项正确； 分子晶体的构成微粒是分子，每个分子为一个整体，所以该分子的化学 式为E4F4或F4E4，B项正确； 锌采取六方最密堆积，配位数为12，C项错误； KO2晶体中每个K＋周围有6个紧邻的O－2 ，每个 O－2 周围有6个紧邻的K＋， D项正确。故选C。
矿物晶体化学式计算方法汇总
55.88 56.08 0.996 0.996 0.996 Ca2+ 10.01
3.72 19 0.196 0.196 0.196 F 1.968
101.66 2.672
1.57 -0.083
12.56 71.80 0.175 0.175 0.175 Fe2+ 0.201
19.32 40.31 0.479 0.479 0.479 Mg2+ 0.751
99.46
=1.569
A1 A2 A3 A4
重量百
(%) 氧化物分子量 分子数=A1/A2 阳离子系数Y’ 氧原子系数 阳离子数Y
已知通式中的氧原子数/(m氧化物重量百分比/氧化物分子量)
A1 A2 A3 A4
重量百
(%) 氧化物分子量 分子数=A1/A2 阳离子系数Y’ 氧原子系数 阳离子数Y
O3 57.89 101.96 0.568 1.136 1.704 Al3+ 1.782
O3 9.72 152 0.064 0.128 0.192 Cr3+ 0.200
Na[AlSi
O8]和Ca[Al2Si2O8]，虽然发生了Na+ +
4+ Ca2+ + Al3+的复杂替代，但它们的氧原子数总是8。
已知氧原子数的一般计算法
––矿物晶体化学式计算方法
X (Y为单位晶胞中的阳离子数；Y’为阳离子系数；X氧原子系数)
Y
Om为例，
氧化物重量百分比/氧化物分子量；
13.17 40.31 0.327 0.327 0.327 Mg2+ 2.913
晶体化学式计算范文
晶体化学式计算范文晶体化学是固体化学中的一个重要分支，研究晶体的结构、性质和合成方法。
晶体是一种高度有序的固体，具有明确而规则的晶格结构。
晶体化学式的计算是了解晶体结构和晶体性质的关键一步。
首先，晶体是由一个或多个晶体结构单元（晶胞）重复排列而成的。
晶体结构单元是晶体中最小的可重复单元，具有晶胞内各原子或离子的坐标位置和周围环境的信息。
晶胞的形状和大小由晶体的晶系决定，晶系包括立方晶系、四方晶系、正交晶系、六方晶系等。
晶体化学式的计算需要知道晶体中各种元素的相对位置和数量，以及晶体中离子或原子的配位方式。
在晶体化学中，主要采用X射线衍射、电子衍射和中子衍射等技术来确定晶体的结构。
这些技术可以通过测量晶体衍射角度和强度来确定晶体的晶胞参数和晶格类型。
晶胞参数包括晶胞的边长、夹角和原子位置。
晶体中的原子或离子是按照一定的配位方式排列的。
配位是指每个原子或离子周围有多少个邻近原子或离子与其相连。
常见的配位方式包括线性配位、方向配位和面心配位等。
根据配位方式可以确定晶胞中每个原子或离子的相对位置和周围环境。
晶体化学式计算的过程中还要考虑晶体的化学组成，即晶体中存在哪些元素以及元素的相对比例。
在晶体结构中，元素以化学式的形式表示，化学式包括元素符号和相对比例。
例如，在NaCl晶体中，化学式为NaCl，表示每个Na原子周围有一个Cl原子。
晶体化学式的计算除了实验技术外，还可以通过计算机模拟方法得到。
分子动力学模拟、量子力学计算和晶体结构数据库是常用的计算方法。
分子动力学模拟可以模拟晶体中原子或离子的运动轨迹和能量变化，通过优化计算可以得到晶体的稳定结构。
量子力学计算可以计算晶体中原子或离子的电子态和电子密度分布，从而确定晶体的化学成分和结构。
晶体结构数据库收集了大量已知晶体的结构信息，可以通过查询和比对来确定晶体化学式。
总之，晶体化学式计算是了解晶体结构和性质的重要一步，需要采用实验技术和计算方法相结合的方式进行。
有关晶体的计算
Na +：4 Cl -： 4 Cs +：1 Cl -：1
KBr AgCl、 MgO、CaS、 BaSe
CsCl、CsBr、 CsI、TlCl
ZnS型
Zn 2+ ：4 Zn 2+ ：4 Zn 2+ ：4 ZnS、AgI、 S2- ： 4 S2- ： 4 S2- ：4 BeO
AB 2 CaF2 型
Ca 2+ ：8 Ca 2+ ：8 Ca 2+ ：4 F-： 4 F-： 4 F-： 8
相切
A
14
3、边长（晶胞参数）和半径关系 （8）氟化钙型晶胞参数a与离子半径的关
系： 实际上与金刚石型相同
3a ? 4(r? ? r? )
A
15
3、边长（晶胞参数）和半径关系
（9）CsCl的晶体结构及晶胞构示意图
---Cs+ ---Cl-
Cs+的配位数为：8
Cl-的配位数为：8
A
16
练习：2017全国三卷（5）MgO具有NaCl型结构（如图），其 中阴离子采用面心立方最密堆积方式，X射线衍射实验测得MgO
A
2
1、晶体中的微粒数、化学式 B
A
3
1、晶体中的微粒数、化学式 B
A
4
2、配位数
原子的 完全占有
边长的半 空间占有
晶胞类型 代表
配位数
位置 的原子数
径的关系 率
Po 顶点
1
简单立方
6
a=2r
Li Na 顶 点 、
2
8
A2体心立方 K Fe 体心
Cu Ag 顶 点 、
4
12
A1面心立方 Au Pt 面心
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2. 矿物中的水
吸附水：吸附水以机械吸附方式呈中性水分 子状态存在于矿物表面或其内部。吸附水不参加矿 物晶格，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。结晶水写入矿物分子式。石膏： CaSO42H2O
Muscovite白云母 二八面体层状硅酸盐矿物 K Al2 [Si3AlO10] (OH)2
具Al2SiO5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体化 学式：
红柱石：AlVAlVIOSiO4 蓝晶石：Al2VIOSiO4 矽线石：AlVISiAlIVO5
Z值：单位晶胞分子数 狭义的晶体化学式是最简化学式的Z倍
FeOFe2O3或Fe3O4。
4. 矿物晶体式的书写
(1) 单质元素的化学式只写元素符号；如石墨：C (2) 金属互化物的化学式按元素的电负性递增顺序从
左到右。呈类质同像替代的元素用圆括号包括， 按数量多少先后排列。
楚碲铋矿：BiTe
(3) 离子化合物的化学式的书写顺序为： 正离子排左，负离子排右，正离子电价由低到高； 附加的负阴离子放在主要的阴离子后面； 矿物中的结晶水分子写在化学式的最后。
0.545
1
Fe 30.42 55.85
0.545
1
S
34.91 32.07
1.090
2
黄铜矿的矿物化学式：CuFeS2
例2： 钙铁辉石
Al(wt%) A2分子量 A3=A1/A2 A4=A3/0.396
CaO 22.2
56.08
0.396
1
FeO 29.4
71.80
0.409
1.03
SiO2 48.4
镁橄榄石Mg2[SiO4]： 2个八面体位置 ＋ 1个四面体位置 Fe2+可以任一比例占据八面体位置，形成介于镁橄榄 石和铁橄榄石之间的橄榄石成分
如果具体比例不确定，则晶体化学式：(Mg,Fe)2[SiO4] 若确定，则晶体化学式：(Mg1.5,Fe0.5)[SiO4]
Ca可以占据一个八面体位置(M2)，形成钙镁橄榄石 Monticellite (CaMg)[SiO4]
绿柱石中常含有一定量的隧道H2O, OH绿柱石的晶体化学式中通常不写入：微量
Be3Al2(Si6O18)
结构水(或称化合水)：常以H2O+表示，结构 水呈H+、OH-、H3O+等离子形式参加矿物晶格。 占据一定构造位置，具有一定比例。通常以OH最常见。结构水写入矿物分子式。
普通角闪石 (hornblende) (CaNa)2(Mg,Fe,Al)5(Si,Al)8O22(OH,F,Cl)2
钾长石的化学通式为： KAlSi3O8 或 K2OAl2O36SiO2
晶体化学式(crystal-chemical formula)： 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
镁橄榄石Mg2SiO4
Olivine (100) view blue = M1 yellow = M2
60.090.8052.03钙铁辉石的近似矿物化学式：CaOFeO2SiO2
2. 氧原子计算法
(1) 已知氧原子数的一般计算法 (2) 含(OH)– 矿物化学式的计算法 (3) 含F、Cl矿物化学式的计算法 (4) 含水矿物的计算法 (5) 阳离子总数固定计算法 (6) 理想化学配比计算法
(1) 已知氧原子数的一般计算法
FFeeOO MMggOO TToottaall
Al
Wt%
5577..8899 99..7722 1122..5566 1199..3322 9999..4466
尖晶石
A2
分子量
110011..9966 115522 7711..8800 4400..3311
A3
A1/A2
00..556688 00..006644 00..117755 00..447799
二、矿物化学式的计算方法
1. 原子–分子计算法 2. 氧原子计算法
1. 原子－分子计算法
直接把元素的重量百分含量换算 成原子或分子比，在计算硫化物、卤 素化合物或金属互化物时经常采用这 种方法。
例1：黄铜矿
Al(wt%) A2原子量 A3=A1/A2 A4=A3/0.545
Cu 34.64 63.54
Zoned hornblende
3. 定比原理
定比是指组成矿物化学成分中的原子、离子、分子 之间的重量百分比是整数比，即恒定值。
磁铁矿含FeO=31.25%，Fe2O3=68.75%（其 分子量分别为：71.85和159.70），其分子比为
FeO:Fe2O3=(31.25/71.85):68.75/159.70)=1.01:1 根据定比原理，磁铁矿的化学式可写为
莱河矿 laihunite (Fe2+Fe3+2)[SiO4]2
黑云母
钠长石 Na[AlSi3O8] 钙长石 Ca[Al2Si2O8]
钾长石
晶体化学式为：K[AlSi3O8]
Al、Si占据四面体位置
黑云母
晶体化学式为：
K(Mg,Fe)3[AlSi3O10](OH)2
黑云母为三八面体 层状硅酸盐矿物
以固定的氧原子数为计算基础
(based on fixed atoms of oxygen)
Y=Y’ X (Y为单位晶胞中的阳离子数；Y’为阳离子 系数；X氧原子系数)
以YnOm为例， Y’=n氧化物重量百分比/氧化物分子量； X=已知通式中的氧原子数/(m氧化物重量百分比/ 氧化物分子量)
AAll22OO33 CCrr22OO33
一、几个基本问题 二、矿物化学式的计算方法 三、矿物端员组分计算 四、矿物晶体化学式在研究中的应用
一、几个基本问题
1. 化学通式与晶体化学式 2. 矿物中的水 3. 定比原理 4. 矿物化学式的书写
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。
A4
阳离子 系数
1.136
氧原子 系数
1.704
Al3+
阳离子 数
1.782
0.128 0.192 Cr3+ 0.200