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1、晶体化学与晶体结构,金属及金属互化物 氧化物 氢氧化物 晶体化学与晶体结构,1 矿物学和矿物材料 矿物及矿物学（1）在各种地质作用中所形成的天然单质或化合物；3000多种矿物。（2）具有一定的化学成分和内部结构,有一定的形态、物理性质和化学性质。（3）在一定的地质条件和物理化学条件下是稳定的。（4）岩石和矿石的基本单位。（5）地质学基础科学。矿物材料 材料科学研究的重要内容。,2 矿物的化学成分 地壳的化学成分(见表)(1)质量克拉克值:地壳中化学元素的平均含量的质量百分数。(2)原子克拉克值:用各元素的原子数在地壳中所有元素的总原子数中所占的百分数。(3)体积百分比。(4)氧（O）的质量克拉
2、克质为46.60,原子克拉克质为62.55,氧离子的半径为0.140nm，体积百分比93.77。,3 矿物分类及命名(1)自然元素:金属元素、半金属元素、非金属元素(2)硫化物及类似化合物:简单硫化物、复硫化物、硫盐(3)氧化物和氢氧化物(4)硅酸盐类矿物(5)硼酸盐、磷酸盐、硫酸盐、碳酸盐、氟化物4 矿物成因 岩浆成因(酸性、中性、基性、超基性、碱性、热液型、伟晶型)沉积成因变质成因。5 矿物物性 形态、光学、电学、磁学、力学、放射性等,6 自然元素矿物 等大球紧密堆积 金属互化物的晶体结构 在晶体结构中，质点之间尽可能相互靠近，占有最小空间，相互作用力达到平衡，内能达到最小，晶体为最稳定。
3、在离子晶格中和金属晶格中离子键、金属键无方向性和饱和性。晶体结构可看成大的质点（大的原子、阴离子和少数分子）作球体最紧密堆积，小的质点（小的原子、小阳离子）充填大质点堆积的空洞。,等大球体最紧堆积 位置有三种用ABC表示。立方最紧密堆积表示为 ABCABCABCABC，ACBACBACBACB；六方最紧密堆积表示为 ABABABAB，ACACACAC。还有立方六方混合堆积。ABCACBABCACB 在n个等大球体作最紧密堆积中会有n个八面体空洞(六次配位)，2n个四面体空洞(四次配位)。*在金属晶格为主的自然金属元素矿物中，自然金（Au）的晶体结构，可看成Au原子作立方最紧密堆积而成；自然锇（
4、Os）的晶体结构，可看成Os原子作六方最紧密堆积而成。,金属元素、半金属元素、非金属元素 概述 等大球最紧密堆积立方、六方n个八面体空洞、2n个四面体空洞A、B、C三种堆积方式。自然金Au 金属元素，等轴晶系，立方最紧密堆积，Fm3m，a0.4078nm,Z4 自然铜Cu 自然银Ag 自然铂Pt金属元素，等轴晶系，立方最紧密堆积，Fm3m，a0.3913nm,Z4,自然钯Pd、自然铱Ir；自然Os 六方最紧密堆积，P63/mmc，a0.27341nm、c0.43197nm，Z2。自然铋Bi 半金属元素，R-3m 自然硫 S 非金属元素 金刚石C石墨C富勒烯C60,7 氧化物和氢氧化物 等大、非
5、等大球最紧密堆积问题，成分问题*在离子晶格为主的氧化物矿物中，晶体结构可看成质点（氧原子、离子）作球体最紧密堆积，阳离子规律充填一些八面体、四面体空洞。（1）氧最紧密堆积、小阳离子充填有关空洞。如刚玉Al2O3中，氧沿3次轴作六方最紧密堆积，Al充填23的八面体空隙。（2）由氧和大阳离子最紧堆积，小阳离子充填有关空洞，例如钙钛矿CaTiO3。（3）氧最紧密堆积、中等阳离子充填有关空洞，结构发生变形，如Nb、Ta、W等氧化物。（4）共价键为主的矿物结构，如石英SiO2等。,复杂氧化物的晶体结构与晶体化学,图 彭志忠石6H结构模型尼日利亚石：（Fe，Zn，Al）4（Sn，Fe）2Al10O22（O
6、H）2黑铝镁铁矿：（Mg，Zn，Fe，Al）4Al8O16彭志忠石：Mg2（Fe，Zn，Al）2（Sn，Fe）2Al10O22（OH）2,尼日利亚石属三方晶系，空间群P-3m1,P,m1,8 硅酸盐的晶体化学与晶体结构 硅酸盐的基本特征（1）成分（2）硅氧骨干：岛、环、链(单、双)、层、架、过渡型（3）铝的作用（4）类质同像（5）附加阴离子（6）化学键（7）硅酸盐中的“水”，（OH）、H2O。,硅酸盐的晶体化学分类(1)岛状(2)环状(3)链状(4)层状(5)架状(6)过渡状,岛状硅酸盐（1）锆石 ZrSiO4 I41/amd,a=0.662nm、b=0.602nm，Z=4（2）橄榄石(Mg,
7、Fe)2SiO4,Mg2SiO4-Fe2SiO4 Pbnm,a=0.4754nm、b=1.0197nm，Z=4,环状硅酸盐(1)电气石 Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6Si6O18BO33(OH,F)4 R3m,a=1.584-1.603nm,c=0.709-0.722nm,Z=3(2)绿柱石 Be3Al2Si6O18 P63/mmc，a=0.9188nm、c=0.9189，Z=2链状（1）辉石（单链）透辉石 CaMgSi2O6CaFeSi2O6 C2/c，a=0.9746-0.9845nm、b=0.8899-0.9024、c=0.5251-0.5245nm（2）角闪石（双链）透闪
8、石 Ca2Mg5Si4O112(OH)2 C2/m，a=0.984、b=1.805nm、c=0.528nm,层状硅酸盐（1）滑石 Mg3Si4O10(OH)2 C2/c，a=0.527、b=0.912、c=1.855nm,=100,Z=4（2）叶腊石 Al2Si4O10(OH)2 C2/c，a=0.515、b=0.892、c=1.895nm，=99.55,Z=2（3）白云母 KAl2AlSi3O10(OH)2 C2/c，a=0.519、b=0.900、c=2.010nm，=95.11,Z=4（4）高岭石 Al4Si4O10(OH)8 P1，a=0.514、b=0.893、c=0.737nm，=
9、91.8、=104.7、=90,Z=1,架状硅酸盐(1)正长石 KAlSi3O8 C2/m，a=0.8562、b=1.2996、c=0.7193nm，=116.09,Z=4(2)斜长石 NaAlSi3O8CaAl2Si2O8 1）NaAlSi3O8 a=0.8135、b=1.2788、c=0.7154nm，=94.13、=116.31、=87.42,Z=4 2）CaAl2Si2O8 a=0.8177、b=1.2877、c=1.4169nm，=93.10、=115.51、=91.13,Z=8,图1 岛型型硅氧骨干的不同类型的（a）孤立硅氧四面体；（b）双硅氧四面体；（c）三硅氧四面体；（d）中心
10、为铝氧四面体，其他硅氧四面体,1 岛状基型硅酸盐矿物,图2 单层环硅氧骨干及斧石环硅氧骨干的不同类型（a）三方环；（b）四方环；（c）六方环；（d）三环和九环共存；（e）斧石环；（带耳的六环）,2 环状基型硅酸盐矿物,图3 三种类型的双层环硅氧骨干（a）双三环；（b）双四环；（c）双六环,（a）辉石Si2O6链；（b）高温Ba2Si2O6链（合成）；（c）硅灰石Si3O9链；（d）水硅钡石Si4O8（OH）4链；（e）硅钒锶石Si4O12链（归入层状基型；,3 链状基型硅酸盐矿物,（f）蔷微辉石Si5O15链；（g）硅钙锡石矿Si7O21链；（h）三斜锰辉石Si2O6链；（i）铁辉石Si9O2
11、7链（合成）；（j）铅辉石Si12O36链；,（k）铝钛硅石链（归入架状基型）；（l）钛铁钠石链；（m）星叶石链。（l）和（m）也可归入层状基型图4 单链类型的硅氧骨干,图5 双链的类型（a）夕线石链；（b）闪石Si4O11链；（c）Li4SiGe3O10链（合成）；（d）硬硅钙石Si6O17链；（e）板晶石Si6O15链；（f）紫钠铝硅石Si12O30链,图6 似管链（a）硅铁钠钛钾石Si8O20链；（b）短柱石Si8O20链，可归入架状基型,图7 阳离子配位多面体与链的类型之间的制约关系（a）辉石键；（b）硅灰石键；（c）高温Ba2Si2O6链,4 层状基型硅酸盐矿物,图8 不同类型的六方
12、网层（a）硅钡石六方网层；（b）云母网层；（c）叶蛇纹石网层（d）；海泡石网层；（e）坡缕石网层,图9 具六方网层的层状基型硅酸盐矿物的晶体结构断面单位图（a）云母；（b）蒙脱石；（c）绿泥石；（d）高岭石或蛇纹石；（e）多水高岭石；（f）尚未发现，可能存在的结构,图10 具单层六方网层的层状基型硅酸盐矿物的晶体结构断面图（长方空框示阳离子层）(a)高岭石；（b）蛇纹石；（c）叶蛇纹石；（d）皂石；（e）坡缕石；,图11 鱼眼石网层,图12 片硅碱钙石双层网层 图13 碱硅钙石双层网层,图14 水硅钙石网层,图15 黄长石网层,图16 钡铁钛石网层,图17 星叶石网层,图18 葡萄石网层,图19 菱钾铁石网层,5 架状基型硅酸盐矿物,图20 透长石晶体结构（在c轴方向呈现四环链）,图21 方柱石晶体结构（a）方柱石晶体结构在（001）面上的投影；（b）在（010）面上的投影,图5.22 钠沸石晶体结构（a）钠混石晶体结构的一部分在（001）面上的投影；（b）、（c）钠混石（b）和杆沸石（c）的晶体结构中SiO4和AlO4（阴影部分）所占的位置,9 硼酸盐 磷酸盐 硫酸盐 碳酸盐 氟化物等10 矿物的分选、提纯、深加工11 矿物的开发利用,请您欣赏分形,请 您 欣 赏 分 形,请您欣赏分形,欢迎多提意见！,返回,
