第十三章矿物的化学成分案例.ppt

第十三章 矿物的化学成分 　 前言 任何矿物均具有一定的化学组成。它不但是区别不同矿物的重要标志，而且也是人们利用矿物作为工业原料的一个重要方面。 此外，由于矿物是岩石的构成单位，其物理化学性质决定了矿石及其岩石的物理化学性质。 因此，矿物的化学成分和化学性质理论和实践上都是矿物学研究的重要课题之一。;重点讲解内容 1.地壳化学元素丰度 2.元素的离子类型 3.矿物化学式的书写和计算 4.胶体矿物化学组成特征 5.矿物中水的类型划分;; 1．地壳中化学元素的丰度 周期表中的绝大多数元素在地壳中都可以找到，但是各种元素在地壳中的含量却有很大的差异。 美国学者克拉克(F．W．clark)从1882年起，对地壳中主要的、分布最广的元素进行了系统的计算。 他与华盛顿(H．S．washington)于1924年最先提出了地壳中50余种化学元素的平均含量表。 ; 随后许多研究者根据自己的研究成果对其作了进一步的补充和更正，或者另行编制了地球化学元素丰度表。但就地壳中分布最广泛、丰度较大的元素来说，其相对差别是不大的。 克拉克值: 为了纪念克拉克的功绩，苏联学者费尔斯曼提议，把地壳中化学元素平均含量的质量百分数称为“克拉克值”，或称“质量克拉克值”。;原子克拉克值 由于各元素的原子量不同，质量克拉克值的概念还不能如实反映地壳中元素的相对多少，而元素参加化学反应时，原子数目起着决定性的作用。 1911年前苏联科学家学院院士、地球化学家、矿物学家 A．E．费尔斯曼进行了元素的原子克拉克值的换算。 将每一元素的质量克拉克值除以该元素的原子量得出元素的原子因数，然后将各种元素的原子因数化为百分数即为该元素的原子克拉克值。 ;注解： 各种元素在地壳中的丰度相差很大，丰度最大的元素(O＝46.6％)和已知丰度最小的元素(Rn＝7×l0-16％)在质量上相差达1017倍之多。 O、Si 、A1、Fe、Ca、Na、K、Mg八种元素占了地壳总质量的98.59％，其中O 几乎占了地壳质量的一半（46.6％），Si占了四分之一多（26.7％）。 将质量百分比换算为原子百分比，考虑到元素离子半径的差异，再换算为体积百分比时，还可看到更有意义的特征。见下表。;注解： 从原子堆积的角度来看，地壳基本上是由O的阴离子堆积而成，其它离子(主要是Si、Al、K、Na、Ca，Mg等)充填在其空隙之中。; 2、地壳中元素丰度高低不同的原因分析 造成地壳中元素丰度高低不同的根本原因在于各元素原子核的结构和稳定性不同。 随着原子序数(z)的增大，核内质子间的斥力的增加大于核力的增加，核内的结合能降低，原子核趋于不稳定，元素的丰度也降低。 因此丰度高的元素分布于周期表的开端部分，自Co(z＝27)以后，元素丰度有显著降低。 ;3．研究地壳中化学元素丰度的矿物学意义 地壳中元素的丰度反映的是地壳的平均化学成分，决定着地壳中各种地质作用过程总的物质背景。 元素的丰度大小在一定程度上影响着元素在成岩、成矿作用中的浓度，从而支配着新矿物种的生成。 ; 在实验室里可以，合成的化合物数以十万计，而地质作用中生成的化合物(矿物)数目却很有限，除因与矿物的形成和稳定条件以及与元素在地壳中只出现有限的原子价态有关外，也与地质作用中各元素的浓度受丰度的很大限制有关。 实例： Na、K、Rb、Cs具有相似的化学性质，由于Na和K在许多地质作用中都可以有较大的浓度，可以形成许多独立的矿物;而Rb和Cs的丰度值低，总是难于达到饱和浓度，很难形成自己的独立矿物。;从已知矿物种的数目来看，丰度值高的元素形成的矿物种也多。 由前所列的八种元素是地壳中丰度最大的元素，它们构成的矿物种数占已知矿物种数的绝大部分。 这些矿物的数量最多，分布也最广，是构成地壳各类岩石的主要矿物成分。 ;4、聚集元素与分散元素 1）聚集元素概念 矿物的形成不仅与元素在地壳中的相对数量有关，还决定于元素的地球化学性质。有些元素的丰度虽然很低，但趋向于集中，可以形成独立的矿物种，并可以富集成矿床，这些元素称为聚集元素（Ag和Au ）。 2）分散元素概念 有些元素的丰度虽然较高，但趋向于分散，不易聚集成矿床，甚至很少能形成独立的矿物种，而是常常作为微量混入物赋存在主要由其它元素组成的矿物中，称为分散元素。如Rb、Cs、Ga、In等。;5、矿物化学成分变化的原因 矿物的化学成分可以分为两种类型： 单质和化合物。 无论是单质或化合物，其化学成分都不是绝对固定不变的，通常都是在一定的范围内有所变化，引起矿物化学成分变化的原因主