矿物的晶体化学分类.ppt

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1、第十七章 矿物的分类和命名,矿物的晶体化学分类：以晶体的结构与成分作为分类依据。 分为：大类类（亚类）族（亚族）种（亚种、变种）,族,矿物的晶体化学分类：,种：具有确定的晶体结构和相对稳定的化学成分。 同质多像变体：虽然成分相同，但结构不同，物理性质也不同，属不同矿物种。如：金刚石与石墨。 多型变体：成分相同，且结构差异不大，物理性质也相近，属同一矿物种。如：2H石墨与3R石墨。,矿物的晶体化学分类：,完全类质同像系列：两个端员为两个独立的矿物种，并以中间二分法将整个系列分为两个矿物种，端员之间的成分可作亚种。如： MgCO3-FeCO3 菱镁矿 菱铁矿 （种） （种） 含铁菱镁矿 （亚种）

2、同一矿物，因化学成分或物理性质、形态上出现较明显差异的，称为该矿物的变种或异种。如：铁闪锌矿（Zn,Fe）S是闪锌矿ZnS的变种，紫水晶是石英的变种，镜铁矿是呈片状的赤铁矿的变种。,矿物的晶体化学分类（仅列出大类）,第一大类 自然元素矿物 第二大类 硫化物及其类似化合物矿物 第三大类 氧化物和氢氧化物矿物 第四大类 含氧盐矿物 第五大类 卤化物矿物 在以后的章节里，我们将按以上分类对各大类、类、族、种矿物进行分门别类地介绍。,矿物的命名：,按成分：自然金、钛铁矿； 按物理性质：橄榄石、方解石、重晶石； 按形态：石榴子石、十字石； 按物理性质化学成分：方铅矿、黄铜矿、磁铁矿； 按物理性质形态：绿

3、柱石、红柱石； 按地名：高岭石、香花石、包头矿； 按人名：张衡矿,矿物的命名：,“矿”金属矿物：方铅矿、黄铜矿 “石”非金属矿物：方解石、石榴子石 “晶”透明矿物：水晶 “玉”宝石类矿物：黄玉、刚玉 “砂”细小颗粒产出矿物：辰砂 “华”地表次生的松散状矿物：钴华、钼华 “矾”溶于水的矿物：胆矾,第十八章 自然元素大类 概述,呈单质状态产出的矿物；也可以是多种金属元素形成的金属互化物、合金。 单质如：自然金Au、金刚石C； 金属互化物如：Fe0.83Si2（相当于化合物，含量比列固定） 合金如：Au-Ag（类质同像系列，含量连续变化） 在有些情况下，金属互化物与合金不好区分。,第十八章 自然元素

4、大类 概述,化学组成：只有某些元素能形成自然元素矿物（表181） 晶体结构：自然金属元素矿物主要为铜型结构（立方最紧密堆积）、锇型结构（六方最紧密堆积），半金属元素矿物为砷型结构（NaCl结构沿L3变形，L33L23PC）；自然非金属元素矿物结构各异。 物理性质：自然金属元素矿物金属键的特点（有哪些特点？）；自然非金属元素矿物非金属键的特点，物性各异，与化学键有关。,第十八章 自然元素大类 分类,自然金属元素类：铜族（Cu、Au、Ag） 铂族（Pt、Ir、Ru 、Os等） 自然非金属元素类：C: 金刚石、石墨、C60 S: 自然硫 自然半金属元素类：As、 Sb、Bi,主要矿物简介自然金：,化

5、学成分：Au，与Ag呈完全类质同像，形成金银矿、银金矿等： 晶体结构：铜型结构（立方最紧密堆积）（图片）； 思考：晶系？对称型？ 形态：不规则粒状集合体，树枝状等 （图片）；,主要矿物简介自然金：,物理性质： （请同学们自己说出）； 成因：热液型，砂金（沉积砂矿），变质型。 用途：“硬通货”，装饰，精密仪器，耐高温、腐蚀材料等。 关于黄金的纯度：成色Au的含量，用千分数表示： 首饰用“K”表示纯度：24K金表示100纯度的金，18K则表示18/24纯度的金。,主要矿物简介金刚石：,化学组成：C，但通常还含N、B，并且根据含N、B的多少对金刚石进行分类。 晶体结构：为一典型结构（图片），单晶胞内

6、除了立方面心上有C原子外，晶胞内还有4个C原子。化学键：每个C原子外的1个s轨道与3个p轨道形成4个sp3杂化轨道，与周围4个C原子形成共价键，所以，C都是四面体配位。 思考： C原子是最紧密堆积吗？,Sp3杂化轨道,主要矿物简介金刚石：,形态：呈单晶体产出，八面体、菱形十二面体等。（图片） 物理性质：（请同学们自己说说）。 成因：高温高压产物，只能形成于地下深处岩浆作用，主要产于超基性的金伯利岩（一种形成于地幔或下地壳的，但被迅速带至地面浅处的岩石）中；砂岩。 世界上产金刚石的主要为南非，我国山东、辽宁也产。 世界上最大的金刚石产于南非，重3000多克拉，我国最大的 金刚石“常林钻石”158

7、克拉，发现于山东临沭县常林村。 用途：宝石之王，极硬材料，半导体等。 1克拉0.2克,主要矿物简介石墨：,化学组成：C 晶体结构：为一典型层状结构（图片），层内：每个C原子外的1个s轨道与2个p轨道形成3个sp2杂化轨道，与周围3个C原子形成共价键，所以，C都是三角形配位；还有一个p轨道没有参加杂化，这个p轨道垂直层面，相互重叠形成大键（金属键）。层与层之间还有分子键。,Sp2杂化轨道,未参加杂化的p轨道,主要矿物简介石墨：,形态、物理性质：同学们自己说说。 成因：高温变质。 用途：耐高温材料，润滑剂，导电材料。,主要矿物简介富勒烯（C60）与纳米碳管：,化学组成：C，是在合成过程中新发现的C

8、元素的物相。 晶体结构： C60：60个C原子形成一个像足球一样的大分子； 纳米碳管：类似于石墨层卷曲成管。 它们结构新颖，物理性质特别，具有超导性、量子效应等，引起人们的关注。,主要矿物简介自然硫：,化学组成：S，一般不纯。 晶体结构：分子型结构，S8分子： 分子内为共价键，分子间为分子键。 形态：块状、粒状、土状。 物理性质： 黄色，晶面金刚光泽， 断口油脂光泽，无解理，硬度小， 轻，性脆。 成因：生物化学沉积，火山喷气。 用途：制造硫酸。,续,铜型结构,返回,返回,金刚石结构,与铜型结构对比,返回,返回,石墨结构（2H多型），与金刚石结构对比 思考： 2H多型是什么意思？ （返回）,石墨

9、层状结构,金刚石结构,思考题：,1、自然金属元素矿物的共性？ 2、自然金的成因类型？ 3、金刚石、石墨的结构特点？化学键特点？从它们的结构、化学键特点解释它们各自的物性特点。 4、金刚石的成因特点？ 5、天然金刚石是否含N、B？含什么杂质的金刚石是半导体？,第十九章 硫化物及其 类似化合物大类 概述,化学组成：阴离子为S，以及少量Se、Te、As、Sb，阳离子为铜型离子（Cu、Pb、Zn、Ag）以及靠近铜型离子一边的过渡型离子（Fe、Co、Ni）。另外，常含一些稀有元素Ge、Ga、Re、Tl等可综合利用。该大类矿物是工业上有色金属和稀有分散元素矿产的重要来源。 晶体化学特点：S作最紧密堆积，阳

10、离子充填空隙。但具体结构有变异。化学键以共价键为主（铜型离子极化力强，S易被极化，两者电负性差小）,第十九章 硫化物及其 类似化合物大类 概述,物理性质：大多表现为金属矿物、半金属矿物的特点。 成因：热液成因为主（铅锌硫化矿床），也有基性岩浆成因的（铜镍硫化矿床），还有接触交代的。 但在地表条件下不稳定，易被氧化。 硫化矿床次生富集带：,氧化带,次生富集带,原生硫化矿床,第十九章 硫化物及其 类似化合物大类 分类,简单硫化物类：阴离子为S2-： 方铅矿PbS、闪锌矿ZnS、黄铜矿CuFeS2、磁黄铁矿Fe1xS、辉钼矿MoS2、辉铜矿Cu2S、辉锑矿Sb2S3、雌黄 As2S3、雄黄As4S4

11、、辰砂HgS、斑铜矿Cu5FeS4。 复硫化物类：阴离子为对硫离子S22、AsS2 ： 黄铁矿FeS2、毒砂FeAsS 硫盐类：阴离子团：AsS3、SbS3,主要矿物简介方铅矿：,化学组成：PbS，常类质同像混入Ag。 晶体结构：NaCl型结构。 思考：怎么从堆积的角度描述其结构？,主要矿物简介方铅矿：,形态：粒状、致密块状。 物理性质：铅灰色，强金属光泽，立方体解理（几组？符号？夹角？），硬度小于小刀，重。 成因：热液型，常与闪锌矿共生，形成铅锌硫化矿床。 用途：提炼Pb，Ag多时也可提炼Ag。,主要矿物简介闪锌矿：,化学组成：ZnS，常类质同像混入Fe，以及一些稀有元素。 晶体结构：闪锌矿

12、型结构。 思考：怎么从堆积的角度描述其结构？与金刚石结构对比？,闪锌矿结构,与金刚石结构对比,主要矿物简介闪锌矿：,形态：粒状、致密块状。 物理性质：棕褐色，含Fe多时可呈铁黑色，半金属光泽金刚光泽，110解理（几组？夹角？），硬度小于小刀，重。 成因：热液型，常与方铅矿共生，形成铅锌硫化矿床。含Fe多小（或颜色深浅）可指示温度：高温Fe多，色深。 用途：提炼Zn，还可综合利用其中的稀有元素。,主要矿物简介黄铜矿：,化学组成：CuFeS2，（这里S2不是对硫离子，是单离子） 晶体结构：闪锌矿型结构的衍生结构。 思考：高温无序黄铜矿结构与低温有序黄铜矿结构的演变关系？,黄铜矿结构,闪锌矿结构,主

13、要矿物简介黄铜矿：,形态：致密块状。 物理性质：铜黄色，金属光泽，无解理，硬度小于小刀，重。 成因：热液型，岩浆型（超基性岩浆岩），接触变质型。 用途：提炼Cu。,主要矿物简介磁黄铁矿：,化学组成：Fe1-xS，表明Fe离子有缺席，原因是Fe3+代替Fe2+ 晶体结构：红砷镍矿型结构（S做六方最紧密堆积，Fe充填所有的八面体空隙）。 注意：缺席位可以在晶体结构中有序或无序分布，这导致结构变化，有序排列可产生超晶胞。,主要矿物简介磁黄铁矿：,形态：致密块状。 物理性质：暗古铜黄色，褐色锖色，金属光泽，无解理，硬度小于小刀，重。 成因：岩浆型（超基性的铜镍硫化矿床），接触变质型，热液型。 用途：提

14、炼S。,主要矿物简介辉钼矿：,化学组成：MoS2，类质同像含Re，并且是Re最主要的存在形式。 晶体结构：层状结构：MoS6三方柱层与S组成的空八面体层相间堆积形成。,S组成的三方柱层，充填Mo,S组成的八面体层，不充填Mo,主要矿物简介辉钼矿：,形态：片状。 物理性质：铅灰色，金属光泽，0001极完全解理，解理片具挠性，硬度小。与石墨很像，但在上釉瓷板上条痕黄绿色。 成因：热液型。 用途：提炼Mo,Re。,主要矿物简介黄铁矿：,化学组成：FeS2，常类质同像混入Co，Ni，Au，Ag。 晶体结构：NaCl型结构的衍生结构。对称型降低为m3(3L24L33PC) 思考： NaCl型结构的对称型

15、是什么？为什么黄铁矿结构对称降低？,黄铁矿结构,主要矿物简介黄铁矿：,形态：常见晶体形态好，100 ，210，111 （各是什么单形？）。 物理性质：浅铜黄色，金属光泽，无解理，硬度大。 成因：热液型，岩浆型，接触交代型。 用途：提炼S，可综合利用其中的Co，Ni，Au，Ag。,主要矿物简介毒砂：,化学组成：FeAsS。 晶体结构：在黄铁矿结构的基础上将对硫离子S2换成AsS，对称型更降低了，为单斜晶系2/m。 注意： 毒砂为90的单斜晶系结构。 （即：确定晶体的对称不能仅仅看晶胞参数，主要还是看对称要素。）,主要矿物简介毒砂：,形态：常见柱状，120 ，110，101 （各是什么单形？）。 物理性质：锡白色，金属光泽，无解理，硬度大。 成因：热液型。 用途：提炼As，可综合利用其中的Co。,思考题：,1、从方铅矿、闪锌矿的结构解释其解理。 2、闪锌矿颜色变化的原因？可反映什么成因条件？ 3、方铅矿、闪锌矿的最主要的类质同像元素是什么？ 4、黄铜矿与闪锌矿的结构关系？ 5、低温热液的标型矿物有哪些？ 6、辉钼矿的成分、结构特点？ 7、复硫化物