矿物学复习笔记.pdf

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1、矿 物 学 复 习 要 点 一、 主要 概念 1 、 矿物 （ mi n e ra l ） ： 是由 地 质作 用或 宇 宙作 用 所形 成的 、 具有 一 定的 化 学成 分和 内部 结构 、 在一 定的 物理 化学 条件 下相 对稳 定的 天然 结晶 态的 单质 或化 合物 ， 它们 是岩 石和 矿石 的基 本组 成单 位。 2. 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 的 矿物 。 如水 晶（ Si O 2 ） 。如 橄榄 石 (M g, Fe ) 2 SiO4 等。 闪锌 矿 3. 非 化学 计 量矿 物： 某 些含 变 价

2、元 素的 矿物 ，因 形成 过程 中 常处 于 不同 的氧 化 还原 条 件 下 ， 其 价态 会发 生变 化 。 由 于受 化合 物电 中性 的制 约 ， 其 内部 必然 存在 某种 晶格 缺陷 ， 致 使其 化学 组成 偏离 理想 化合 比， 不再 遵循 定比 定律 。磁 黄铁 矿。 4. 晶 体习 性 （ cr y s t al ha b i t ， 也称 结 晶习 性 或晶 习） 是 指矿 物 晶体 在 一定 的 外界 条件 下 ， 常 常趋 向于 形成 某种 特定 的习 见形 态 。 其 含义 主要 强调 矿物 总体 外貌 特征 ， 即 主要 考虑 晶体 在三 维空 间相 对发 育的

3、 情况 和形 态； 有时 也具 体指 该晶 体常 见的 单形 的种 类。 5. 自 色 （ id i o ch roma tic co l or ） ： 由 矿物 本身 固有 的化 学成 分和 内部 结构 所决 定 的颜 色 ， 是由 于组 成矿 物的 原子 或离 子在 可见 光的 激发 下， 发生 电子 跃迁 或转 移所 造成 的。 6. 他 色（ al l o ch r om atic co lor ） ： 矿物 因 含外 来 带色 的 杂质 、 气液 包 裹体 等 所引 起的 颜色 。 7. 假 色（ ps e u do c hr omat ic co l o r ） ： 由物 理 光学

4、 效 应所 引 起的 颜 色， 是 自然 光 照射 在 矿物 表面 或进 入到 矿物 内部 所产 生的 干涉 、衍 射、 散射 等而 引起 的颜 色。 8. 条 痕 ： 指 矿 物粉 末 的颜 色， 通 常是 以 矿物 在白 色 无釉 瓷 板上 擦划 所 留下 的粉 末的 颜 色 。 矿 物的 条痕 能消 除假 色 、 减 弱他 色 、 突 出自 色 ， 比 矿物 颗粒 的颜 色更 为稳 定 ， 更 有鉴 定 意 义。 9 . 解 理 （ cl e av ag e ） ： 矿 物晶 体 受应 力 作用 而 超过 弹性 限 度时 ， 沿一 定 结晶 学方 向破 裂成 一系 列光 滑平 面。 这些

5、 光滑 的平 面称 解理 面。10 裂 开 ： 指 某些 矿物 晶体 在应 力作 用 下 ， 有 时可 沿着 晶格 内一 定的 结 晶方 向破 裂成 平 面。 裂开 的平 面称 裂开 面。 11 . 矿 物 的 标 型 特 征 ： 能 反 映 矿 物 的 形 式 形 成 条 件 和 稳 定 条 件 的 矿 物 学 特 征 称 为 矿 物 的 标 型 特 征 （ ty p o mo rphi c fe a t ur es ） ， 通常 简 称为 矿 物 标 型 ， 具体 地 划分 为 化学 标型 、 结 构标 型、 形态 标型 和物 理性 质标 型。 12 . 标 型 矿 物 （ ty pomo

6、 rphi c mi n e r al ） 和 标 型 矿 物 共 生 组 合 （ ty pomo rphi c mi n e ra l as s em blag e ） ： 只在 某 种特 定的 地 质作 用 中形 成和 稳定 的矿 物和 特 定性 矿物 组 合。 它 们强 调 矿 物或 矿物 组 合的 单 成因 性， 其 本身 即是 成 因上 的 标志 。 （ 举例 ） 例 如斯 石英 专 属于 高 压冲 击 变质 成因 ， 产 于陨 石冲 击坑 ； 辰 砂 、 辉 锑矿 则为 低温 热液 矿床 的典 型矿 物 ； 含 金刚 石的 金 伯 利岩 的原 生矿 物组 合为 镁铁 橄榄 石 、

7、金 云母 、 铬 镁铝 榴石 、 铬 透辉 石 、 顽 火辉 石 、 镁 钛铁 矿、 铬尖 晶石 、金 刚石 、金 红石 及含 铌、 钽的 锐钛 矿。 13 、 假 像 ： 当 交代 强烈 时 ， 原 矿物 可全 部为 新形 成的 矿物 所替 代 ， 但 仍保 持原 矿物 的晶 形， 这种 晶形 称为 假像 （ ps e u do morp h ） 。如 褐铁 矿呈 现黄 铁矿 假像 ，称 假像 褐铁 矿。 14 、 副 像 ： 矿 物发 生同 质多 像相 变时 ， 其 晶体 结构 及物 理性 质均 发生 明显 的变 化 ， 但 原 变 体的 晶 形却 为新 变 体所 继 承下 来， 此 种晶

8、 形 称为 副 像 （ p ar am or ph ） 。 例如 ， 常见 - 石 英 呈 现石 英的 六方 双锥 晶形 。 石 英的 副像 : 高 温石 英 （ - 石 英 ） 在 低于 57 3 时 自动 迅速 转换 成低 温石 英（ - 石英 ） ，但 仍保 留 - 石英 六方 双锥 的外 形。 15 矿 物种 ：指 具有 确定 的晶 体结 构和 相对 固定 的化 学成 分的 矿物 。 16 亚 种： 类质 同像 系列 的中 间成 分者 可作 为矿 物种 之下 的亚 种。 17 变 种或 异种 ： 同 一矿 物种 中 ， 由 于矿 物在 次要 化学 成分 或物 理性 质 、 形 态上 呈

9、现 出 较明 显的 差异 ，故 往往 称之 为变 种或 异种 。 1 8 四 面体 片 (T ) ： 每 个 S i O 4 4- 均 以 3 个 角顶 分 别与 相 邻的 3 个 S i O 4 4- 相 联结 而 成 的二 维延 展的 网层 ( 最常 见六 边形 网 ), 称四 面体 片， 以字 母 T 表示 。 在四 面体 片中 ， 每一 个四 面体 有一 个只 与一 个 Si 相联 结的 O 称为 活性 氧 ， 活性 O 常指 向同 一方 向， 从而 形成 一个 也按 六方 网格 排列 的顶 O 平面 ，羟 基 OH 位于 六方 网格 中心 ，与 顶 O 处于 同一 平面 上。 19

10、. 八面 体片 (O ) ： 上下 四面 体片 以顶 O 相对 ， 并以 最紧 密堆 积的 位置 错开 叠置 ， 在其 中 形成 了八 面体 孔隙 ， 其中 被 Mg 2+ 、 Fe 2+ 、 Al 3+ 、 Fe 3+ 、 Li + 、 Cr 3+ 等阳 离子 充填 ， CN = 6 ， 配位八 面体 共棱 联结 形成 了八 面体 片 ， 以字 母 O 表示 。 有时 八面 体片 系由 四面 体片 的活 性 O （ 及 OH ）与 另一 层 OH 组成 2 0 . 结构 单元 层： 由 八面 体片 和硅 氧 四面 体片 通过 共用 活性 氧相 互连 结而 组成 的 层状 硅 酸盐 矿物 中的

11、 最小 重复 单位 。 结构 单元 层 彼此 堆垛 相连 构成 矿物 的晶 体结 构。 2 1 . 粘土 矿物 ： 产于 粘土 和粘 土岩 中的 、 结晶 极细 （一 般 2 m ）的 、以 Al 、 Mg 、 Fe 等 为主 的 含水 层状 结构 硅酸 盐 矿物 。 具良 好的 吸附 性 、 可塑 性 、 膨胀 性及 离子 交换 等特 殊性 能 ， 广泛 用作 陶瓷 、 耐火 材料 ， 应用 于石 油 、 建筑 、 纺织 、 造纸 、 油漆 等工 业 。 一 、 矿 物 中 水的 类 型 并 注意 书 中 举 出的 相应 例 子 1) 吸 附 水 （ hy d r os co pi c w

12、at er ） ： 被 机 械 地 吸 附 于 矿 物 颗 粒 的 表 面 和 裂 隙 中 ， 或 渗 入 矿 物 集 合 体 中 的 中 性 水 分 子 （ H 2 O ） 。它 不参 加晶 格， 不属 于矿 物的 化学 组成 。 注 意 ： (1 ) 吸 附 水 含 量 不 定 ， 随 温 度 和 湿 度 而 异 。 常 压 下 ， 温 度 增 至 10 0 11 0 时 ， 矿 物 中 吸附 水即 全部 失去 而不 破坏 晶格 。 (2 ) 吸附 水的 一种 特殊 类型 胶体 水 ， 是胶 体矿 物本 身的 固有 特征 ， 应列 入矿 物的 化 学式 ， 如 蛋 白 石： S iO 2

13、n H 2 O 。 胶 体 水的 失 水 温 度 一般 1 00 2 50 。 2) 结 晶 水 （ c ry st al li za t io n wa t e r ） 以 H 2 O 的 形成 存在 于矿 物晶 格中 一定 位置 上的 水， 是矿 物固 有组 分之 一， 水含 量一 定 ， 其数 目与 其他 组分 的含 量成 简单 的比 例关 系。 注 意 ： (1 ) 结晶 水出 现于 大半 径络 阴离 子的 含氧 盐矿 物中 。 (2 ) 结晶 水的 作用 ： 通过 以一 定的 配位 形式 环绕 小半 径的 阳离 子形 成水 化阳 离子 ； 以增 大 阳 离 子 的 体 积 而 不 改

14、 变 其 电 价 ， 从 而 与 大 的 络 阴 离 子 组 成 稳 定 的 化 合 物 ， 如 石 膏 ： Ca SO 4 2 H 2 O ， 胆 矾 C u S O4 . 5H 2 O 。 3 ) 结 构 水 （ c on s ti tu ti o n w at er ） 、 化 合 水 （ c om b in ed wa t er ） 以 (O H) 、 H + 或 (H 3 O) + 离 子 形 式 存 在 于 矿 物 晶 格 中 一 定 位 置 上 ， 并 有 确 定 的 含 量 比 的 “ 水 ” 。 注 意 ： (1 ) 尤 以 (O H) 最 常见 ， 主 要存 在于 氢氧 化

15、 物和 层状 硅酸 盐 等矿 物中 。 如 ： 水 镁石 M g( O H) 2 ， 高 岭 石 A l 4 Si 4 O 1 0 (O H) 8 ， 天 然 碱 N a 3 H C O 3 2 H 2 O ， 水 云 母 ( K, H 3 O )A l 2 Al Si 3 O 10 (O H ) 2 等 。 (2 ) 结构 水的 失水 温度 一般 约在 60 0 10 0 0 。失 水后 结构 完全 被破 坏。 4) 层 间 水 （ in t e rl ay er wa t e r ） 存 在于 某些 层状 结构 硅酸 盐 （ 如 粘土 矿物 ） 晶 格中 结构 层之 间的 H 2 O ，

16、其 主要 与层 阳离 子结 合成 水合 离子 。 注 意 ： (1 ) 结 构 层 表 面 存 在 过 剩 的 负 电 荷 ， 可 吸 附其 他 金属 阳 离子 ， 后者 再 吸 附 H 2 O ， 从 而 在 相 邻结 构层 之间 形成 水分 子层 ， 即 层间 水 。 其 含量 随所 吸附 的阳 离子 的种 类 、 环 境的 温度 和 湿度 而异 ， 可在 相当 大的 范围 内变 化 ， 并可 有确 定的 上限 值 。 如 多 水 高岭 石 A l 4 S i 4 O 1 0 4 H 2 O 等 。 (2 ) 失 水温 度 一般 10 0 25 0 。 通常 加 热至 几 十度 即开 始

17、脱水 ， 常压 下 至 11 0 则 大量 失水 。 (3 ) 失水 后 ， 晶格 并不 被破 坏 ， 仅结 构层 之间 距离 缩短 ， 晶胞 参数 Co 减小 ， 矿物 的比 重 和折 射率 增大 ；且 在潮 湿的 环境 中又 可重 新吸 水。 如 蒙 脱 石 (N a ,C a) 0 .3 3 (A l ,M g) 2 (S i ,A l) 4 O 1 0 (O H) 2 nH 2 O 具明 显的 吸水 膨胀 的特 性； 而 蛭 石 ( Mg ,C a) 0. 5 (M g , Fe + , Al ) 3 (S i, Al ) 4 O 10 (O H ) 2 4H 2 O 则表 示出 显著

18、 的热 膨胀 性 。 5 ) 沸 石 水 （ ze olit ic wa t e r ） 主 要存 在于 沸石 族矿 物晶 格中 宽大 的空 腔和 通道 中的 H 2 O ， 与 其中 的阳 离子 结合 成水 合 离子 。 注 意 ： (1 ) 水的 含量 随温 度和 湿度 而异 ，上 限值 与其 他组 分含 量具 简单 比例 关系 。 (2 ) 失水 一般 从 80 开始 ，至 40 0 时沸 石水 可全 部失 去。 (3 ) 沸石 水易 失去 也易 复得 ，其 得失 不会 破坏 晶格 ，只 是矿 物的 晶格 常数 和某 些物 理性 质稍 有变 化 。 失水 后的 沸石 可重 新吸 水 ，

19、并恢 复到 原来 的含 水限 度 ， 再现 其原 来的 物理 性质 。 如 钠 沸 石 N a 2 ( A l 2 S i 3 O 1 0 ) 2H 2 O 。 三 、 解 理产 生 的 原 因 解理 严格 受晶 体结 构因 素 晶 格 类 型 及 化 学 键 类型 、 强 度 和 分布 的控 制， 解理 面常 沿面 网间 化学 键力 最弱 的面 网产 生。 1 ） 在 原 子 晶 格中 ， 各方 向的 化 学键 力 均等 ，解 理 面一 般 平行 于面 网 密度 最 大的 面网 。 因 为从 几何 角度 来看 ， 面 网密 度在 ， 面 网间 距也 大 ， 面 网间 的引 力就 小 ， 故

20、解理 容易 沿此 方 向产 生。 如 金刚 石中 面网 密度 最大 的为 方 向的 面网 ， 相 邻原 子层 的 间距 在 面 网方 向为 1. 54 ， .5 1 ； 为 1. 2 6 ； 为 0. 89 。因 此， 金刚 石沿 方 向发 育中 等解 理。 2 ） 在 离 子 晶 格中 ， 因静 电作 用 ，解 理 沿由 异号 离 子组 成 的、 且网 面 密度 大 的电 性中 和 面网 产生 ； 如 方铅 矿的 晶体 对构 中 ， 是 由 Pb + 和 s - 组 成 ， 且 数量 相等 而达 到电 性中 和 ， 故 方 铅矿 沿 产 生完 全解 理 。 或 者解 理面 平行 于相 邻两

21、层为 同号 离子 的面 网 。 因 同号 离 子相 斥， 使 相邻 面 网间 连系 力 弱。 如萤 石 沿 方 向有 组 成的 两个 相 邻面 网 ， 其完 全解 理平 行 面产 生。 3 ） 对 多 键 型晶 格 ，解 理面 平行 于化 学键 力最 强的 方向 。 如石 墨为 层状 结构 ， 层内 键 具共 价键 和金 属键 ， 层间 以分 子键 结合 ， 层内 键力 强 ， 其解 理沿 层方 向产 生。 又如 具链 状结 构的 角闪 石， 链内 Si 与 以强 的共 价键 结合 ，链 间主 要以 离子 键相 结合 ，因 而角 闪石 具有 两组 平行 于链 延伸 方向 的完 全解 理。 4

22、） 至 于 金 属 晶格 ， 由于 失去 了 价电 子 的金 属阳 离 子为 弥 漫于 整个 晶 格内 的 自由 电子 所 联系 ， 当晶 体受 力时 很容 易发 生晶 格滑 移而 不致 引起 键的 断裂 ， 故金 属晶 格晶 体具 强延 展性 而无 解理 。 四 、 矿 物的 晶 体 化 学分 类体 系 晶 体 化 学分 类 ： 依 据矿 物的 化 学 成 分和 晶 体 结 构 级序 划分 依据 举例 大 类 化合 物类 型 含氧 盐大 类 类 阴离 子或 络阴 离子 种类 硅酸 盐类 （亚 类） 络阴 离子 结构 链状 硅酸 盐亚 类 族 晶体 结构 型和 阳离 子性 质 辉石 族 （亚 族） 阳离 子种 类 单斜 辉石 亚族种 一定 的晶 体结 构和 化学 成分 普通 辉石 （亚 种） 在完 全类 质同 像中 根据 其所 含端 元组 分的 比例 划分 （变 种或 异种 ） 晶体 结构 相同 ，成 分或 物性 、形 态稍 异 钛质 普通 辉石 （钛 辉石 ）