宝石的矿物学基础.ppt

宝石的矿物学基础 一、矿物学基础 1．矿物：矿物是指地质作用形成的天然单质或化合物，它们具有相对固定的化学组成，固态者还具有确定的内部构造；它们在一定的物理化学条件内稳定，是组成岩石和矿石的基本单元。 说明： 1）矿物系地球、月球及其他天体中天然形成的产物。 2） 矿物具有一定的成分、结构、形态和性质，藉此可鉴别矿物种。 但是，由于形成环境的复杂性，矿物的这些特征可在一定范围内变化，故这些特征常可作为反映矿物成因的标志。 3） 任何一种矿物均只是在一定的物理化学条件下相对稳定，得以保存。 当外界条件改变至超出矿物的稳定范围时，矿物即会变成在新的条件下稳定的其他矿物。 4）矿物的集合体，即可组成岩石或矿石。 2．矿物的分类： 矿物的分类方法很多，其中晶体化学分类是目前被广泛采用的一种分类方法。 矿物的晶体化学分类是以矿物的化学组成和晶体结构作为分类的依据（既考虑化学成分又考虑晶体结构的分类），因为成分和晶体结构决定了矿物的性质，并与一定的生成条件相关联，在一定程度上也反映了自然界化学元素结合的规律，该分类比较合理，目前被广泛采用。 矿物的晶体化学分类： (1)自然元素大类：金刚石C，自然金Au等 (2)硫化物及类似化合物大类：辰砂HgS，黄铁矿FeS2等 (3)氧化物和氢氧化合物大类： 氧化物类： 红、蓝宝石 Al2O3 石英族 SiO2 赤铁矿 Fe2O3 锡石 SnO2 尖晶石 MgAl2O4 金绿宝石 BeAl2O4 金红石 TiO2 (4)卤化物大类：萤石 CaF2 (5)含氧盐大类： 硅酸盐类：锆石、橄榄石……约占宝石的50% 碳酸盐类：孔雀石、菱锰矿、冰洲石 磷酸盐类：磷灰石、绿松石、磷铝锂石等 硫酸盐类：重晶石、天青石 硼酸盐类：硼砂等 3．矿物的化学成分 目前已知的矿物约有3000种左右，绝大多数是固态无机物。液态的（如自然汞）、气态的（如氮）以及有机物（如琥珀），仅占数十种。 在固态矿物中，绝大部分都属于晶质矿物，只有极少数（如水铝英石、蛋白石）属于非晶质矿物。 (1)矿物的化学成分 a.化学组成基本固定 这类矿物的化学成分基本上是固定不变的，或者说其成分上变异范围非常小，以致在通常情况下可以忽略不计，它们遵守化学上的定比定律或倍比定律。 如：金刚石C 红宝石Al2O3等 b.化学组成不固定 如固溶体，含沸石水和层间水的矿物、胶体等 SiO2·nH2O欧泊 c.不符合化学比 如方铁矿Fe1-x 0是由于晶体结构中存在某种缺陷所造成的。 水钙铝榴石Ca3Al2[SiO4]3 – x(OH)4x 主要成分：1-100% 次要成分：1%-1/万 微量成分：1/万 （2）类质同象和同质多象 类质同象： 晶体结构中某种质点（原子、离子或分子）为他种类似的质点所代替，仅使晶格常数（格子要素）发生不大的变化，而结构类型保持不变，这种现象称为类质同象。 橄榄石 (Mg, Fe)2[SiO4] Mg2+ Fe2+ ①红宝石和蓝宝石 Al2O3 Al3+ Cr3+ Fe2+ + Ti4+ ②祖母绿和海蓝宝石 Cr3+ Fe3+ ③红碧玺和绿碧玺 类质同象可根据代换量的多少分为两种类型： 完全类质同象：代换量不受限制如橄榄石 不完全类质同象：代换量不能超过一定限度，如红宝石 此外类质同象还可分为： 等价类质同象：等价离子替换 异价类质同象：不等价离子替换 类质同象可以影响矿物的颜色、折射率、密度等，例如橄榄石，随着Fe2+的增加，颜色变深，折射率、密度等均增大。 同质多象： 同种化学成分的物质，在不同物理化学条件下（温度、压力、介质）形成不同结构晶体的现象，称为同质多象。 碳（C）的同质多象变体： 金刚石 等轴晶系 石墨 六方晶系 六方金刚石 六方晶系（陨石撞击地表 时所形成） SiO2的同质多象变体 β石英（高温石英）六方晶系 -- 573℃（常压）以上 α石英（低温石英）三方晶系 -- 573℃以下 石英（SiO2）与欧泊（SiO2·nH2O） 不是同质多象！！ Al2SiO5: