第八章 晶体结构及变化2.ppt

下面要介绍的是晶体成分、结构发生变化的一些现象。 五、类质同像 1．类质同像的概念 在晶体结构中某离子被其它类似的离子代替，但不引起键性和晶体结构型式发生质变的现象。 例如镁橄榄石Mg2[SiO4]晶体，其晶格中Mg2+可以被Fe2+所替代占据，由此形成的橄榄石 (Mg, Fe)2[SiO4]晶体。 并且 Mg2+被Fe2+替代可以任意比例，形成一个系列： Mg2[SiO4]----------------------------------- Fe2[SiO4] 镁橄榄石 橄榄石混晶或固溶体 铁橄榄石 这种情况称完全类质同像系列。 但是，在闪锌矿ZnS中，部分的Zn2+可被Fe2+类质同象替代，其替代量最大只达到原子数的40% ，如果代替量大于40% ，闪锌矿的结构将被破坏。 ZnS-------- - - - - - FeS这种情况称不完全类质同像系列。 在类质同像系列的中间产物称类质同像混晶，它是一种固溶体. 所谓固溶体, 是指在固态状态下一种组分溶于另一组分中, 分两种： （1）填隙固溶体 （2）替位固溶体----类质同像混晶 下面两种情况不能称为类质同像： 1、例如，在白云石CaMg[CO3]，其Ca∶Mg的原子数之比必须是1:1，不能写为 （Ca，Mg）[CO3] 2、例如，金红石TiO2与锡石SnO2结构相同，但Ti与Sn之间并没有代替关系。 类质同象的类型： 完全类质同象系列 -----不完全类质同象系列 (前面已经介绍) 等价类质同象--------异价类质同象 例如：霓辉石（Na, Ca）(Fe3+,Fe2+)[Si2O6] 存在两种取代: Na+-----Ca2+ Fe3+------Fe2+ 取代后总电价平衡 2．影响类质同象的因素 (条件) 内因: 原子或离子的大小： 大小越接近, 越容易发生替代; (离子对角线法则) 离子的类型和键型： 类型和键型应相同; 电价平衡：替代前后电价应平衡, 这是先决条件; 如果发生异价替代, 则要求同时发生多个替代来达到总电价平衡。 异价替代时电价平衡是主要条件, 半径大小退居次要地位。 晶格能变小：替代后晶格能是变小的则容易发生。 外因: 温度：高温易发生,低温不易发生,而且还会发生固溶体离溶; 压力: 高压不易发生; 组份浓度：周围环境的某离子浓度越高越容易替代进入晶格。 3、类质同像混晶的分解（固溶体离溶或出溶） 原来均匀混在一起的两个或多个组分，当温度下降或压力提高等条件下，会发生分离，形成不同组分的多个物相。通常不同组分的多个物相会形成条带状相间定向排列。如条纹长石，是由碱性长石（钾、钠长石混晶）出溶成钾长石与钠长石条带定向排列形成的。 4、研究类质同像的意义： 1）矿物晶体成分变化的主要原因； 2）了解稀有元素的赋存状态； 3）反映矿物的形成条件。 六、同质多像 1、同质多像的概念 同质多像指：同种化学成分的物质，在不同的条件下形成不同结构的晶体的现象。这样一些物质成分相同而结构不同的晶体，则称为同质多像变体。 例如：金刚石与石墨，?-石英和?-石英 。 2．同质多像变体的转变 一种物质的各同质多像变体均有自己特定的形成条件和稳定范围。当外界条件（主要是温度和压力）改变到一定程度时，各变体之间会发生转变。 例如：?-石英 → ?-石英 , 是在573?C发生，并且是可逆的； 文石?方解石，是不可逆的。此外还有：位移型转变（?-石英 与 ?-石英） 、重建型转变（金刚石与石墨 ） 一种变体继承了另一种变体之晶形的现象，称为副象 。 例如: ?-石英(六方双锥) 转变为?-石英 后,依然保留六方双锥形状. 七、型变(晶变) 化学式相同的化合物中，化学成分规律变化而引起结构规律变化的现象称为型变（晶变）。 随着成分系列变化,晶体结构也相应发生系列变化,并从渐变(量变)到突变(质变)的整个过程. 结构渐变过程相当于类质同像,结构突变过程相当于同质多像. 例如碳酸盐矿物中： Mg—Fe—Mn—Ca—Sr—Pb—Ba 方解石型结构 文石型结构 八、多 型 1、多型的概念 一种单质或化合物，以两种或两种以上不同层状晶体结构存在的现象