礦物學(xué)理論講課：30課時(shí)試驗(yàn)課：14課時(shí)本課程難點(diǎn)和重點(diǎn)1、

基本定義、基本判定方法、常見礦物物理性質(zhì)2、

一些經(jīng)典礦物晶體結(jié)構(gòu)11/27第一章緒論1什么是礦物學(xué)：是以礦物為研究對(duì)象一門基礎(chǔ)地質(zhì)學(xué)科，它是研究地殼成份學(xué)科之一。它研究內(nèi)容對(duì)象為：礦物成份、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、性質(zhì)、成因、產(chǎn)狀、后期各種改變、用途、礦物時(shí)空分布及其它們相互內(nèi)在關(guān)系。它是地質(zhì)學(xué)其它分支基礎(chǔ)，也是材料學(xué)等學(xué)科基礎(chǔ)。22/272礦物定義：是在各種地質(zhì)作用中形成天然單質(zhì)或化合物；含有一定化學(xué)成份和內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而有一定形態(tài)、物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)；它們?cè)谝欢ǖ刭|(zhì)和物理化學(xué)條件下穩(wěn)定存在；是巖石和礦石基本組成單位。33/273了解礦物定義幾個(gè)關(guān)鍵：①是在各種地質(zhì)作用下形成而非人工合成或天外來客；②含有一定化學(xué)成份，這些化學(xué)成份是以一定內(nèi)部結(jié)構(gòu)規(guī)律排列，而非雜亂無章混合；

③每種礦物穩(wěn)定存在都是有一定物理化學(xué)條件范圍，在超出其穩(wěn)定存在物理化學(xué)條件，則會(huì)發(fā)生各種物理化學(xué)改變。④礦物必為晶質(zhì)固態(tài)物，所以非晶質(zhì)或液體或天然氣等則不是屬于礦物范圍，但通常把像蛋白石、水鋯石等極少數(shù)天然形成、含有一定化學(xué)成份非晶質(zhì)單質(zhì)和化合物也列入到礦物范圍中來，稱之為準(zhǔn)礦物；⑤是巖石和礦石基本組成單元，各種巖石和礦石都是由礦物組成；44/274礦物學(xué)發(fā)展幾個(gè)階段：伴伴隨科學(xué)技術(shù)發(fā)展而發(fā)展，萌芽時(shí)期為純?nèi)庋酆徒柚糯箸R觀察、測(cè)量及描述，以后每一次大飛躍都是與科技發(fā)展密不可分：偏光顯微鏡應(yīng)用；X射線衍射儀；物理化學(xué)理論和熱力學(xué)相平衡理論；60年以來，引入了一系列當(dāng)代測(cè)試技術(shù)出現(xiàn)、高溫超高壓試驗(yàn)技術(shù)、量熱試驗(yàn)及計(jì)算機(jī)使用、固體物理、量子化學(xué)、結(jié)晶化學(xué)和物理化學(xué)理論。55/27JXA-8100

電子探針微量分析儀

ElectoronProbeMicroanalyzers66/2777/27多功效X射線衍射儀（XRD）88/27MSALXD2粉末X射線衍射儀99/275礦物與其它學(xué)科關(guān)系礦物學(xué)與其它學(xué)科有著千絲萬縷聯(lián)絡(luò)。礦物學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科：物理學(xué)、物理化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理學(xué)、化學(xué)、礦物材料學(xué)、冶金學(xué)、化工學(xué)等。礦物學(xué)并行學(xué)科：結(jié)晶學(xué)礦物學(xué)應(yīng)用學(xué)科：地學(xué)各分支，材料學(xué)各分支，測(cè)試技術(shù)基礎(chǔ)理論方面。

1010/27第二章

礦物化學(xué)成份（1課時(shí)）

一

地殼化學(xué)成份1豐度：地質(zhì)體中化學(xué)元素含量即為豐度。2克拉克值：地殼中化學(xué)元素含量即為克拉克值。3地殼中分布最廣八種元素:詳見后一頁表格，前八種元素總量占99%，所以能夠說地殼主要是由這八種元素所組成。但人們常要開采主要礦產(chǎn)資源如：銅、鉛、鋅、金、銀、鈾、鎢等礦產(chǎn)資源都不在此八元素之列。

1111/27元素質(zhì)量克拉克值/(%)元素質(zhì)量克拉克值/(%)O46.60Ca3.63Si27.72Na2.83Al8.13K2.59Fe5.00Mg2.09地殼中含量最多前八種元素1212/274聚集元素：有一些元素即使豐度值低，但它們趨于集中，易形成獨(dú)立礦物，甚至富集成礦床，這些元素即為聚集元素，如：Sb、Bi、Hg、Ag、Au等。5分散元素：有一些元素即使豐度值高，但它們趨于分散，極少形成獨(dú)立礦物，經(jīng)常作為微量混入物賦存于其它礦物中，這些元素即為分散元素，如：Rb、Cs、GA、In、Sc等。這些元素多為堿金屬、堿土金屬元素等。6小結(jié)：地殼中礦物形成不但與元素豐度值相關(guān)，還與元素地球化學(xué)性質(zhì)相關(guān)。

1313/27二

元素離子類型0引言：元素在礦物中存在形式取決于元素本身性質(zhì)、原子和離子化學(xué)行為、礦物所處地質(zhì)環(huán)境即物理化學(xué)條件。因?yàn)樽匀唤缰挟a(chǎn)出礦物多為化合物，都是以陰陽離子形式存在，所以，各種元素離子類型顯得尤為主要。1414/271惰性氣體型離子：即外層電子為2或8電子離子，外層電子構(gòu)型為1S2或nS2nP6，與惰性氣體原子外層電子構(gòu)型相同，故稱為惰性氣體型離子。主要有堿金屬、堿土金屬、一些非金屬離子。堿金屬和堿土金屬元素電離勢(shì)較低、離子半徑大，易與氧及鹵素元素以離子鍵結(jié)合，形成含氧鹽、氧化物和鹵化物。這類元素離子半徑大，極化能力低，與氧或鹵素元素形成離子鍵為主化合物。所以這類元素也被稱為造巖元素、親石元素、親氧元素。1515/272銅型離子：即外層電子為18個(gè)電子或18+2個(gè)離子，外層電子構(gòu)型為nS2nP6nd10或nS2nP6nd10（n+1）S2，與銅離子相同，故稱為銅型離子。本類離子半徑小、外層電子多，極化能力很強(qiáng)，易與半徑大、又易被極化S2-結(jié)合生成共價(jià)鍵為主化合物，主要形成金屬礦物，所以這類元素也被稱為造礦元素、親硫元素、或親銅元素。1616/273過渡型離子：即外層電子為9~17離子，外層電子構(gòu)型為nS2nP6nd1~9。各種特征介于前二者之間。1717/27三

礦物化學(xué)成份改變1化學(xué)計(jì)量礦物：在自然界中只有極少礦物其化學(xué)成份是相當(dāng)固定，其化學(xué)組成遵照定比定律和倍比定律，這一類在各晶格位置上化學(xué)組分遵照定比定律，含有嚴(yán)格化合比礦物稱為化學(xué)計(jì)量礦物。如水晶，其化學(xué)成份為純SiO2。有礦物即使化學(xué)成份是改變但遵照定比定律，如橄欖石（Mg，F(xiàn)e）2SiO42非化學(xué)計(jì)量礦物：自然界中許多礦物，尤其是一些含有變價(jià)元素礦物，其礦物成份偏離理想化合比，這是因?yàn)樵诓灰粯友趸€原條件下，價(jià)態(tài)會(huì)發(fā)生改變，為了電價(jià)平衡，礦物內(nèi)部出現(xiàn)某種晶格缺點(diǎn)，

從而使其化學(xué)組成偏離化學(xué)計(jì)量定比定律，如磁黃鐵礦Fe（1-x）S，x改變于0~0.125。這類礦物就是非化學(xué)計(jì)量礦物。1818/27四

膠體礦物成份膠體礦物是以水為分散媒，以固相為分散相水膠凝體而形成非晶質(zhì)或超顯微隱晶質(zhì)礦物，前者如蛋白石（SiO2.nH2O），后者如大多數(shù)粘土礦物。嚴(yán)格地講，膠體礦物只是含吸附水準(zhǔn)礦物。因?yàn)槟z體微粒非常小，含有極大比表面積和很高表面能，含有吸附其它物質(zhì)和自發(fā)地轉(zhuǎn)化為能量更低結(jié)晶質(zhì)趨勢(shì)。另外，因?yàn)槟z體表面電荷未到達(dá)平衡，要吸附帶電離子，以到達(dá)電荷平衡。因?yàn)檫@兩方面作用，膠體礦物伴隨時(shí)間推移，膠粒逐步長大，變成隱晶質(zhì)，最終變成顯晶質(zhì)礦物。這種膠體礦物老化形成隱晶質(zhì)和顯晶質(zhì)礦物稱為變膠體礦物。由此，膠體礦物化學(xué)組成是可變性和復(fù)雜性。這種化學(xué)成份復(fù)雜性，表現(xiàn)在含水量可變性和被吸附離子數(shù)量可變性。1919/27五

礦物中水

1依據(jù)礦物中水存在形式及在礦物結(jié)構(gòu)中作用，礦物中水分為吸附水和結(jié)合水。在常量元素分析結(jié)果中分別以H2O-

和H2O+。2結(jié)合水包含：結(jié)晶水和結(jié)構(gòu)水3含有雙重性質(zhì)水：沸石水和層間水4吸附水：是指被機(jī)械地吸附于礦物顆粒表面及裂隙中，或滲透到礦物集合體中中性水分子。其不參加晶格中，不屬于礦物化學(xué)組成。礦物中吸附水含量是不固定，是隨環(huán)境溫度和濕度而改變，常壓下，在溫度為100~110℃條件下，吸附水全部從礦物中逸出而不破壞礦物結(jié)構(gòu)。膠體水是一個(gè)特殊吸附水類型，它是礦物化學(xué)組成一部分，但又很不固定，膠體水脫水溫度較高普通在100~250℃。2020/275結(jié)晶水：是以中性水分子形式存在于礦物晶格中，它是礦物化學(xué)組成主要組成部分，水分子在礦物中是固定，與其它成份含量常成簡單百分比關(guān)系。 結(jié)晶水以一定配位形式圍繞小半徑陽離子，形成水化陽離子，使陽子體積增大，從而與其它大陰離子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 結(jié)晶水參加了晶體結(jié)構(gòu)，結(jié)合牢靠，脫水溫度很高，普通為200~500℃，個(gè)別礦物達(dá)600℃。因?yàn)榻Y(jié)晶水參加了礦物結(jié)構(gòu)，脫水后晶體結(jié)構(gòu)遭受破壞，從而形成新結(jié)構(gòu)或熔融。2121/276結(jié)構(gòu)水（亦稱化合水）：是指以(OH)-、H+、(H3O)+離子形式存在于晶格中一定配位位置上，并有確定含量比，其中以(OH)-最為常見，主要存在于氫氧化物和層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽等礦物中。如水鎂石Mg(OH)2、高嶺石Al4[Si4O10](OH)8等礦物中。

結(jié)構(gòu)水在晶格中與其它離子結(jié)合非常牢靠，常壓下脫結(jié)構(gòu)水溫度很高，可達(dá)600~1000℃，在高壓下甚至可達(dá)1200~1400℃。脫水后晶格遭受破壞，并有可能伴隨有熔融出現(xiàn)。

2222/277層間水：是存在于層狀結(jié)構(gòu)礦物硅酸鹽（如一些粘土礦物）晶體結(jié)構(gòu)中結(jié)構(gòu)層之間中性水，它們主要與層間陽離子結(jié)合成水合陽離子。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)層內(nèi)電價(jià)未平衡，層間吸附陽離子，這些小半徑陽離子與中性水配位成大離子半徑基團(tuán)，形成較為穩(wěn)定礦物結(jié)構(gòu)。層間水多少與層間陽離子數(shù)目、種類及溫度、濕度相關(guān)。層間水性質(zhì)介于吸附水和結(jié)構(gòu)水之間，當(dāng)層間水失去之后，晶體總體結(jié)構(gòu)并未被破壞，只是晶胞參數(shù)中C0值會(huì)變小。因?yàn)閷娱g水加入與脫出會(huì)引發(fā)C0值發(fā)生改變，所以當(dāng)快速加熱時(shí)可能會(huì)因爆炸而快速加大C0值，從而大大提升礦物膨脹率。這種特征已用在制造一些礦物材料工藝上。

2323/278沸石水：主要存在于沸石簇礦物晶格中寬大空腔和通道中中性水分子，與其中陽離子結(jié)合成水合陽離子，與層間水性質(zhì)相近，沸石水也兼有吸附水和結(jié)構(gòu)水性質(zhì)。

9研究礦物中水方法：熱分析方法及紅外吸收光譜、X射線衍射、電子衍射和中子衍射

2424/272525/27六

礦物化學(xué)式及其計(jì)算1礦物成份表示方法：礦物化學(xué)成份是以化學(xué)元素符號(hào)按一定標(biāo)準(zhǔn)書寫出來，是以單礦物化學(xué)成份分析所得出各種組分相對(duì)百分含量為基礎(chǔ)而計(jì)算出來。詳細(xì)有兩種表示方法：試驗(yàn)式和晶體化學(xué)式。試驗(yàn)式只表示礦物中各種氧化物種類及其百分比，不能反應(yīng)礦物中各組之間相互關(guān)系，如石膏CaO·SO3·2H2O；當(dāng)前用得最多是晶體化學(xué)式（即結(jié)構(gòu)式），它即能表明礦物中各種組分種類及其數(shù)量比，又能反應(yīng)它們?cè)诰Ц裰邢嗷リP(guān)系及其存在形式，如石膏結(jié)構(gòu)式為CaSO4·2H2O。2626/272晶體化學(xué)式書寫標(biāo)準(zhǔn)：晶體化學(xué)式是最慣用，晶體化學(xué)式書寫標(biāo)準(zhǔn)為：（1）陽離子在前，（絡(luò)）陰離子在后，絡(luò)陰離子用方括號(hào)，如石英SiO2、方解石Ca[CO3]（2）對(duì)復(fù)化合物，陽離子按其堿性由強(qiáng)到弱、價(jià)態(tài)由低到高排列，如白云石CaMg[CO3]2、磁鐵礦FeFe2O4（即Fe2+Fe3+2O4）。（3）附加陰離子寫在陰離子和絡(luò)陰離子之后，如白云母KAl2[（Si3Al）O10]（OH）2。（4）中性水分子寫在化學(xué)式最終，當(dāng)含水量不固定時(shí)，則用nH2O或aq表示，如石膏Ca