第十六讲氧化物与氢氧化物案例.ppt

地 球 科 学 学 院 地 质 学 系;第四部分 矿物学各论;第十六讲 矿物学各论三、氧化物和氢氧化物大类;（一）概述 氧化物和氢氧化物矿物是一系列金属阳离子与O2-或OH-相结合的化合物。这类矿物的种数约在200种左右。它们占地壳总重量的17%左右，其中石英族矿物就占了12.6%，而铁的氧化物和氢氧化物占了3.9%。 由于氧是地壳中分布量最多的元素，因而与氧直接有关的氧化物和氢氧化物，特别是石英、磁铁矿、钛铁矿等氧化物在地壳中广泛产出。它们中有些是主要造岩矿物，如最常见的石英；有的是工业上提取特种金属和稀有金属的主要矿物原料；有些矿物的晶体可直接为工业所利用，如因硬度高而作仪表轴承或研磨材料的刚玉，以及因具压电性而用于无线电工业的石英晶体—水晶。 ;（二）化学成分特点 阳离子主要是惰性气体型离子(如Si、Al等)和靠近惰性气体型离子一边的过渡型离子(如Fe、Mn、Ti、Cr等), 及少量铜型离子(如Cu、Sb、Bi、Sn等) 。此外，在少数氧化物中还含有水分子。 本大类按阴离子可分为两类：氧化物类和氢氧化物类； 本大类矿物成分中的类质同象替代现象比较广泛，在成分复杂的铌钽氧化物中类质同象尤为发育，化学性质相近的元素经常成组出现于同一矿物中。这一特点，对稀有、放射性元素的综合利用具有重大意义。;;O2-和(OH)-离子不仅半径较大，其电负性与其它阴离子相比也是较大的(3.5)，而阳离子的电负性与其它阳离子相比又是较低的，半径也是较小的； O2-和(OH)-离子的变形性并不大，而阴阳离子间的电负性差值和半径差值多数是较大的，少数矿物的差值较小，这些因素直接影响矿物的物性。 在氧化物类中，可根据阳离子种类的多少分为简单氧化物和复杂氧化物。只有一种金属阳离子，则为简单氧化物；若含有两种及以上则为复杂氧化物，如磁铁矿和铬铁矿（不包含类质同象，两种阳离子，各自占据晶格）;（三）晶体化学特征及其与物性的关系 阳离子，特别是惰性气体型离子的电负性很低，因而两者的差值较大，一般在2左右，且O2-的变形性不大，所以具惰性气体型阳离子的氧化物以离子键为主，形成具离子晶格特征的玻璃光泽、透明、条痕白色或无色的矿物，如Al2O3和SiO2；但若阳离子的离子电位很高时，化学键则又可具有向共价键过渡的性质； 对于过渡型离子，特别是Fe和Mn，由于具有一定的极化能力和相当的金属性以及呈色能力，决定了其与O-2结合的键性以金属键为主，矿物呈现一定的颜色，金属光泽，条痕黑色或深彩色，不透明； 由于Ti4+的电子层结构属惰性气体型离子，因而其性质更加靠近惰性气体型离子，因而其氧化物TiO2（金红石）的键性明显地向共价键过渡，矿物具红褐色调，金刚光泽，条痕浅黄褐色，半透明； 对于铜型离子，如Sn4+，它具有较强的极化力，且与O-2的电负性差值在1以上，离子电位也较高，因此，SnO2以离子键为主，具有向共价键过渡的性质； ; 由于O-2的半径（1.32A）远大于和它相结合的阳离子，因此绝大多数氧化物的晶体构造是O2-作等大球体最紧密堆积(立方或六方)，阳离子则位于O2-形成的八面体或四面体空隙中，配位数分别为6和4，因此构造都比较紧密；其次，多数氧化物，尤其是惰性气体型阳离子氧化物离子电位都比较高，各向联结力都很强。因此，氧化物类矿物的硬度均大于或近于小刀，比重也普遍偏大，多数在4以上，解理也普遍不发育;阳离子的配位数; 对于氢氧化物类，由于阴离子主要为OH和O，此外还常含中性水分子，因而它的键力比氧要弱得多，而OH-离子比O2-更大，使OH-相邻阳离子的距离增大，从而使本类中较多的矿物具有氢键和氢氧键，结构中质点堆积的紧密程度下降，主要形成层状和链状结构。层状结构的构造是由两层OH-或O2-离子，中间夹一层阳离子形成 比较牢固的所谓“三叠层”层内属离子键， 而三重层间则以微弱的分子键相联系， 如氢氧镁石Mg(OH)2，或以较弱的氢键 相联系，如一水软铝石，其中以三水铝 石Al(OH)3构造比较典型（如图）：; 这些晶体化学特征决定了该类矿物的形态多为片状或针状，力学性质上表现为硬度和比重明显降低，硬度均小于小4，比重一般小于4，理解普遍发育，完全—极完全，个别中等； 氢氧化物类矿物的光学性质仍决定于阳离子的类型。 由于氢氧化物类矿物主要是由含金属阳离子的硫化物和氧化物经氧化、分解、水化成氢氧化物水溶胶就地或异地凝聚而成，因而它们的晶体都非常细小，很少以单矿物形成存在，而多以某阳离子为主的多种矿物的细分散集合体形式出现，形态