矿物的化学成分学习教案.pptx

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1、会计学1矿物矿物(kungw)的化学成分的化学成分第一页，共23页。矿物的化学成分是确定一个矿物的基本依据之一，矿物的化学成分是确定一个矿物的基本依据之一，化学元素是形成矿物的物质基础。地壳中化学元素化学元素是形成矿物的物质基础。地壳中化学元素的丰度的丰度(fn d)(fn d)与矿物的化学组成有着密切的关与矿物的化学组成有着密切的关系。系。第第1页页/共共23页页第二页，共23页。元元 素素质量克拉克值（质量克拉克值（%） 原子克拉克值原子克拉克值 （%）体积百分比体积百分比 （%）O46.6062.5593.77Si27.7221.220.86Al8.136.470.47Fe5.001.9

2、20.43Ca3.631.941.03Na2.832.641.32K2.591.421.83Mg2.091.840.29可以可以(ky)形象地比喻：整个地壳是由形象地比喻：整个地壳是由O离子作最紧密堆积，离子作最紧密堆积，阳离子充填在空隙中。阳离子充填在空隙中。第第2页页/共共23页页第三页，共23页。第第3页页/共共23页页第四页，共23页。第第4页页/共共23页页第五页，共23页。天然矿物，除少数天然矿物，除少数(约约30种种)元素以单质存在元素以单质存在(cnzi)外，绝大外，绝大多数是由两种或两种以上化学元素组成的化合物。在化合物中，阴、多数是由两种或两种以上化学元素组成的化合物。在化

3、合物中，阴、阳离子间的结合，主要受其外层电子的构型所制约。通常根据离子的阳离子间的结合，主要受其外层电子的构型所制约。通常根据离子的外层电子的构型，将其分为三种类型：外层电子的构型，将其分为三种类型：第第5页页/共共23页页第六页，共23页。注意：元素注意：元素(yun s)的离子类型与矿物种的关系不是绝对的，在极端的离子类型与矿物种的关系不是绝对的，在极端外部条件下，也可改变，如：外部条件下，也可改变，如：Cu+在氧化环境下也可形成氧化物：赤在氧化环境下也可形成氧化物：赤铜矿铜矿Cu2O第第6页页/共共23页页第七页，共23页。自然界中，只有少数矿物自然界中，只有少数矿物(kungw)的化学

4、成分是相当固定的化学成分是相当固定的，其化学组成遵守物理化学分配定律的，其化学组成遵守物理化学分配定律定比定律和倍比定律，定比定律和倍比定律，各组分间具严格的化合比，如水晶，即几乎由纯各组分间具严格的化合比，如水晶，即几乎由纯SiO2组成。组成。（1）化学计量矿物）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。的矿物。 例：水晶例：水晶SiO2、铁闪锌矿、铁闪锌矿(Zn,Fe)S、橄榄石、橄榄石(Mg,Fe)2SiO4。 （2）非化学计量矿物）非化学计量矿物化学组成偏离理想化合比，不再化学组成偏离理想化合比，不再(b z

5、i)遵循定比定律的矿遵循定比定律的矿物。物。 矿物标型矿物标型 例：磁黄铁矿例：磁黄铁矿 Fe1-xS（有部分（有部分Fe3+存在）。存在）。 天然矿物并非理想化学纯的物质。由于外界环境的复天然矿物并非理想化学纯的物质。由于外界环境的复杂性，致使其化学组成在一定范围内变化杂性，致使其化学组成在一定范围内变化第第7页页/共共23页页第八页，共23页。含金石英含金石英(shyng)脉中黄铁矿脉中黄铁矿(FeS2)，Fe/(S+As)0.500，形成深度小；形成深度小；Fe/(S+As)0.500，成矿深度大。成矿深度大。非化学非化学(huxu)计量计量成分标型：成分标型：判断剥蚀判断剥蚀(bsh)

6、程程度度质同像替代质同像替代和和非化学计量性非化学计量性是引起矿物成分在一是引起矿物成分在一定范围内变化的定范围内变化的主要原因主要原因，其他因素还有阳离子的可交，其他因素还有阳离子的可交换性、胶体的吸附作用、矿物中含水量的变化，及以显微换性、胶体的吸附作用、矿物中含水量的变化，及以显微包裹体形式存在的机械混入物等包裹体形式存在的机械混入物等第第8页页/共共23页页第九页，共23页。四、胶体四、胶体(jio t)矿物的化学成分特点矿物的化学成分特点1、胶体与胶体矿物、胶体与胶体矿物(kungw) 一种或多种粒径介于一种或多种粒径介于1100nm之间的物质微粒（分散相或分散质之间的物质微粒（分散

7、相或分散质）分散在另一种物质（分散媒或分散剂）中形成的不均匀细分散）分散在另一种物质（分散媒或分散剂）中形成的不均匀细分散体系，称为胶体。体系，称为胶体。分散相和分散媒均可以是固体、液体或气体分散相和分散媒均可以是固体、液体或气体胶溶体：分散媒多于分散相的胶体。胶溶体：分散媒多于分散相的胶体。胶凝体：反之分散媒少于分散相的胶体。胶凝体：反之分散媒少于分散相的胶体。胶体矿物胶体矿物(kungw)：一般是以水为分散媒、以固相为分散相的水：一般是以水为分散媒、以固相为分散相的水胶凝体，属非晶质或隐晶质矿物胶凝体，属非晶质或隐晶质矿物(kungw)。如蛋白石（。如蛋白石（SiO2 . nH2O）。）。

8、2、胶体矿物的特殊性质、胶体矿物的特殊性质（1）胶体微粒非常小，具有极大的比表面积和很高的表面能，因此胶）胶体微粒非常小，具有极大的比表面积和很高的表面能，因此胶体矿物不稳定，具有吸附其他物质和自发地转化为结晶质的趋势体矿物不稳定，具有吸附其他物质和自发地转化为结晶质的趋势(qsh)，从而降低其表面能，达到稳定状态，从而降低其表面能，达到稳定状态第第9页页/共共23页页第十页，共23页。（2）胶粒表面的电荷未达到饱和，带电的胶体）胶粒表面的电荷未达到饱和，带电的胶体(jio t)微粒能够选择性微粒能够选择性的吸附周围介质中与胶体的吸附周围介质中与胶体(jio t)所带电荷相反的其他离子，此所带

9、电荷相反的其他离子，此即胶体即胶体(jio t)的吸附性。的吸附性。胶体的特殊性质决定了胶体矿物的化学成分具有可变性和复胶体的特殊性质决定了胶体矿物的化学成分具有可变性和复杂性的特杂性的特 点。（点。（1）胶体矿物的分散相与分散媒的量比不固定，即）胶体矿物的分散相与分散媒的量比不固定，即其含水量是可变的。（其含水量是可变的。（2）胶体微粒表面）胶体微粒表面(biomin)具有很强的吸具有很强的吸附性，致使胶体矿物可吸附介质中的其他成分而改变成分，其吸附附性，致使胶体矿物可吸附介质中的其他成分而改变成分，其吸附量有时相当可观，甚至可富集形成有工业价值的矿床。量有时相当可观，甚至可富集形成有工业价

10、值的矿床。（3）胶体矿物随着时间的推移）胶体矿物随着时间的推移(tuy)或热力学因素的改变，胶或热力学因素的改变，胶粒会自发地凝聚，并发生脱水，颗粒逐渐增大而成为隐粒会自发地凝聚，并发生脱水，颗粒逐渐增大而成为隐晶质，最终可转变为显晶质矿物，这一过程称为胶体的晶质，最终可转变为显晶质矿物，这一过程称为胶体的老化或陈化。由胶体矿物老化形成的隐晶质或显晶质矿老化或陈化。由胶体矿物老化形成的隐晶质或显晶质矿物称为变胶体矿物物称为变胶体矿物第第10页页/共共23页页第十一页，共23页。胶粒堆积形成胶粒堆积形成(xngchng)胶体胶体矿物示意图矿物示意图第第11页页/共共23页页第十二页，共23页。(

11、1)吸附水：呈中性水分子状态，不直接参与组成矿物的晶体结吸附水：呈中性水分子状态，不直接参与组成矿物的晶体结构，只是机械构，只是机械(jxi)地被吸附于矿物的表面上或裂隙中。地被吸附于矿物的表面上或裂隙中。吸附水不属于矿物的化学成分，不写入化学式。它在矿物中的吸附水不属于矿物的化学成分，不写入化学式。它在矿物中的含量不固定。在常压下，当温度上升至含量不固定。在常压下，当温度上升至110时，吸附水会全部时，吸附水会全部逸出，但并不破坏晶格。逸出，但并不破坏晶格。薄膜水和毛细管水都属于吸附水。水胶凝体中的胶体水是吸附薄膜水和毛细管水都属于吸附水。水胶凝体中的胶体水是吸附水的一种特殊类型，它是胶体矿

12、物本身固有特征，故应作为重水的一种特殊类型，它是胶体矿物本身固有特征，故应作为重要组分列入矿物的化学式，但其含量不固定，如蛋白石的化学要组分列入矿物的化学式，但其含量不固定，如蛋白石的化学式是式是SiO2.nH2O。第第12页页/共共23页页第十三页，共23页。(2)结晶水：以中性水分子的形式存在，它在矿物晶体结构结晶水：以中性水分子的形式存在，它在矿物晶体结构中占有固定的位置，并且水分子的数量也是固定的。中占有固定的位置，并且水分子的数量也是固定的。结晶水多出现在具有大半径结晶水多出现在具有大半径(bnjng)络阴离子的含氧盐矿物络阴离子的含氧盐矿物中，能够与小半径中，能够与小半径(bnjn

13、g)的阳离子形成体积较大的水化阳的阳离子形成体积较大的水化阳离子，从而与大的络阴离子组成稳定化合物，例如石膏离子，从而与大的络阴离子组成稳定化合物，例如石膏CaSO42H2O。结晶水受晶格的束缚，结构比较牢固。要使结晶水从矿物中结晶水受晶格的束缚，结构比较牢固。要使结晶水从矿物中脱出，通常需要较高温度，一般均在脱出，通常需要较高温度，一般均在200500。当矿物脱。当矿物脱出结晶水后，晶体的结构被破坏，进而重建为新的晶格，出结晶水后，晶体的结构被破坏，进而重建为新的晶格，含结晶水的矿物含结晶水的矿物(kungw)的失水温度是一定的，据此可以的失水温度是一定的，据此可以作为鉴定矿物作为鉴定矿物(

14、kungw)的一项标志的一项标志石膏中的结晶水石膏中的结晶水与脱水与脱水(tu (tu shu)shu)后形成的后形成的硬石膏硬石膏第第13页页/共共23页页第十四页，共23页。(3)结构水（也称化合水）：呈结构水（也称化合水）：呈H+、(OH)-或或(H3O)+等离子状态，在晶格等离子状态，在晶格(jn )中占有固定的位置，在含量上有确定的比。例如在高岭石中占有固定的位置，在含量上有确定的比。例如在高岭石Al4Si4O10(H2O)8和水云母和水云母(K,H3O)Al2AlSi3O10(OH)2中都含有结构中都含有结构水。水。结构水在晶格结构水在晶格(jn )中靠较强的键力联系着，因此结构牢

15、固，要在高中靠较强的键力联系着，因此结构牢固，要在高温温(约约6001000)作用下，晶格作用下，晶格(jn )遭到破坏时水才会逸出。遭到破坏时水才会逸出。高岭石中高岭石中的结构的结构(jigu)(jigu)水水第第14页页/共共23页页第十五页，共23页。如在蒙脱石中，其结构层表面有过剩负电如在蒙脱石中，其结构层表面有过剩负电荷，它要吸附金属荷，它要吸附金属(jnsh)(jnsh)阳离子及水分阳离子及水分子，从而在相邻的结构层中间形成水分子子，从而在相邻的结构层中间形成水分子层。加热至层。加热至110110时，水大量逸出，而在时，水大量逸出，而在潮湿环境又可重新吸水。潮湿环境又可重新吸水。第

16、第15页页/共共23页页第十六页，共23页。 (5)沸石水：存在于沸石族矿物晶格中的大空腔或通道中的沸石水：存在于沸石族矿物晶格中的大空腔或通道中的中性水分子，与其中的阳离子结合成水合离子，其性质介于中性水分子，与其中的阳离子结合成水合离子，其性质介于结晶水与吸附水之间。结晶水与吸附水之间。沸石水的逸出温度为沸石水的逸出温度为80400，脱水后不引起晶格的破坏，脱水后不引起晶格的破坏，只是某些物理性质只是某些物理性质(wl xngzh)发生变化。失水后的沸石又发生变化。失水后的沸石又可重新吸水。可重新吸水。第第16页页/共共23页页第十七页，共23页。（1）矿物）矿物(kungw)化学式的表达

17、方式化学式的表达方式表明白云母是一种具层状结构的铝的铝硅酸盐矿物，部分表明白云母是一种具层状结构的铝的铝硅酸盐矿物，部分Al进入四面进入四面体空隙替代体空隙替代1/4的的Si，另有部分，另有部分Al则以六次配位的形式存在于八面体空隙则以六次配位的形式存在于八面体空隙中，中，K为补偿由为补偿由Al3+替代替代Si4+所引起的层间电荷而进入结构层间，此外白云母的组成所引起的层间电荷而进入结构层间，此外白云母的组成中还有结构水中还有结构水第第17页页/共共23页页第十八页，共23页。晶体化学式的书写晶体化学式的书写(shxi)原则：原则：第第18页页/共共23页页第十九页，共23页。具体做法是：具体

18、做法是： 元素元素(yun s)或氧化或氧化物质量物质量原子个数、分子个数原子个数、分子个数（换算成原子个数）（换算成原子个数）以某个原子在以某个原子在该矿物晶体该矿物晶体化学式化学式的原子个数为准，换的原子个数为准，换算出其他原子在晶体化学式算出其他原子在晶体化学式中的系数中的系数结合晶体化学知识将结合晶体化学知识将各原子进行分配各原子进行分配即：要求已知该矿即：要求已知该矿物的晶体化学通式物的晶体化学通式 第第19页页/共共23页页第二十页，共23页。第第20页页/共共23页页第二十一页，共23页。(1)(1)首先检查首先检查(jinch)(jinch)矿物的化学分析结果是否符合精度要求。

19、表中单斜辉石的各组分的百分含量总和矿物的化学分析结果是否符合精度要求。表中单斜辉石的各组分的百分含量总和(wB%)(wB%)为为99.82%(99.82%(去除了吸附水去除了吸附水H2O-)H2O-)，符合化学式计算的精度要求。，符合化学式计算的精度要求。(2)(2)(2) (2) 查出各组分的分子量。查出各组分的分子量。(3)(3)(3) (3) 将各组分的质量百分数将各组分的质量百分数(wB%)(wB%)除以该组分的分子量，求出各组分的摩尔数。除以该组分的分子量，求出各组分的摩尔数。(4)(4)(4) (4) 用各组分的摩尔数乘以其各自的氧原子系数得到各组分的氧原子数。用各组分的摩尔数乘以

20、其各自的氧原子系数得到各组分的氧原子数。(5)(5)(5) (5) 将各组分的氧原子数加起来即得矿物中各组分的氧原子数总和将各组分的氧原子数加起来即得矿物中各组分的氧原子数总和OO。(6)(6)(6) (6) 以矿物单位分子中的氧原子数以矿物单位分子中的氧原子数Of.u.Of.u.( (如辉石的如辉石的Of.u.=6)Of.u.=6)除以氧原子数总和除以氧原子数总和OO，得到换算系数，得到换算系数( (即即Of.u./O)Of.u./O)。(7)(7)(7) (7) 用各组分的摩尔数乘以其相应的阳离子的系数，用各组分的摩尔数乘以其相应的阳离子的系数， 求得各组分的阳离子数。求得各组分的阳离子数

21、。(8)(8)(8) (8) 以各组分的阳离子数乘以换算系数即得出矿物单位分子中的阳离子数。以各组分的阳离子数乘以换算系数即得出矿物单位分子中的阳离子数。(9)(9)(9) (9) 依据晶体化学理论及晶体结构知识，按矿物的化学通式，将矿物中各阳离子尽可能合理地分配到晶格中相应的位置上。依据晶体化学理论及晶体结构知识，按矿物的化学通式，将矿物中各阳离子尽可能合理地分配到晶格中相应的位置上。(10)(10)(10) (10) 按矿物的化学通式，检验矿物单位分子中的阳离子总数按矿物的化学通式，检验矿物单位分子中的阳离子总数if.u.if.u.及正电荷总数及正电荷总数(+)(+)。(11)(11)(11) (11) 写出矿物的晶体化学式。写出矿物的晶体化学式。第第21页页/共共23页页第二十二页，共23页。作业作业(zuy)：课后习题第：课后习题第2、4、5题题第第22页页/共共23页页第二十三页，共23页。