矿物化学组成及性质
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矿物的定义引言矿物是地球上形成的天然晶体固体物质,是构成岩石的基本组成部分。
它们普遍存在于地壳中,是地球内部和外部地质活动的产物。
矿物具有独特的物理和化学特征,可以通过它们的晶体结构和组成进行识别和分类。
本文将深入探讨矿物的定义及其重要性。
什么是矿物矿物的基本特征1.天然形成:矿物是自然形成的,不包括人工合成的物质。
2.晶体固体:矿物通常以晶体形式存在,具有一定的结晶结构和有序的排列方式。
3.物理性质:矿物具有一系列的物理特性,如硬度、光泽、断口、比重等。
4.化学成分:矿物由一种或多种化学元素组成,不同的元素组合形成了不同的矿物。
矿物与岩石的关系矿物是构成岩石的基本单位,岩石是由矿物聚集在一起形成的。
岩石可以由单一的矿物组成,也可以由多种不同的矿物组成。
因此,矿物深刻影响了岩石的性质和特征。
矿物的分类矿物的分类主要依据其化学成分和晶体结构。
下面将介绍几种常见的矿物分类方法。
按主要元素的分类1.硅酸盐矿物:主要成分为硅氧化物,如石英、长石等。
2.氧化物:主要成分为氧化物,如赤铁矿、磁铁矿等。
3.硫化物:主要成分为硫化物,如黄铁矿、闪锌矿等。
4.硝酸盐矿物:主要成分为硝酸盐,如硝石、芒硝等。
按晶体结构的分类1.纤维状矿物:晶体呈纤维状,如石棉、透闪石等。
2.片状矿物:晶体呈片状,如云母、绿泥石等。
3.针状矿物:晶体呈针状,如针铅矿、针铁矿等。
4.粒状矿物:晶体呈粒状,如砂砾石、黏土等。
按成因的分类1.火成矿物:由岩浆冷却结晶形成,如石英、长石等。
2.沉积矿物:由沉积作用形成,如石膏、方解石等。
3.再生矿物:由热液活动形成,如黄铁矿、方铅矿等。
4.变质矿物:由岩石在高温高压下发生变质形成,如石榴子石、绿帘石等。
矿物的重要性矿物在人类社会的发展中起着重要的作用,具有以下重要性。
资源开发和利用许多矿物是重要的天然资源,如铁矿石、煤炭、石油等。
它们广泛用于工业生产,如建筑、能源、交通运输等领域。
矿物资源的开发和利用对经济发展和社会进步起到至关重要的作用。
有趣的矿物化学性质矿物是由自然界中100多个元素当中任何一个或二个以上的元素组成的。
因此矿物的化学性质就离不开这些元素的组合性质。
人们把化学元素分为亲气元素,亲石元素和亲生物元素等。
亲石元素与岩石圈关系密切又称为亲氧元系。
主要集中分布于地球的岩石圈中,是构成地壳岩石的主要元素。
包括锂、铍、硼、碳、氧、纳、镁、硅等,多达53种元素。
有趣的是,这些无素的离子最外层电子层多具有8个电子,呈惰性气体型的稳定结构,位于原子容积曲线的下降部分。
矿物的化学键是指矿物分子中原子间的化学结合力。
化学键主要分为三种类型:离子键、共价键、金属键。
当带正负电荷的阴阳离子由于静电吸引形成离子化合物时,阳离子和阴离子之间的结合力称离子键。
如石盐NA离子和Cl离子的结合即为离子键NA Cl。
当原子形成分子或分子化合物时,由于共用电子对所形成的原子之间的结合力称关价键。
如两个氧原子形成一个氧分子时,两者为共价键。
此外金属键也是一种特殊的金属原子间的结合力。
如陨石中特有的矿物铁纹石,是镍和碳两个原子的化学结合力。
同质多象是指化学成分相同的物质,在不同的物理化学条件下结晶成具有不同结构晶体的性质。
我们都知道金刚石是由碳原子组成的,而石墨也是由碳原子组成的,但由于结构晶体的性质不同,它们之间有极不相同的物理性质。
在硬度方面金刚石是物质中硬度最大的,而石墨却是最小的。
同象异质是指矿物的结构相同,而化学成分不同,如方解石是碳酸钙,而菱镁矿的化学成分是碳酸镁,可它们的结构是相同的,都为三方晶系。
由于矿物具有各种有趣的化学性质,使宇宙间存在几千种特性不同的矿物,而且人们还在逐年发现许多新的矿物。
矿物学各论矿物学第一大类自然元素自然铜(Copper)【化学组成】 Cu 原生自然铜中往往含有少量的Au(可达2%~3%)、Ag(可达3%~4%)、Fe(可达2%~3%)等混入物。
而次生自然铜的化学成分则较纯净。
【晶体结构】等轴晶系;-Fm3m,具铜型结构;a0=0.361nm;Z=4。
【形态】通常呈不规则树枝状、片状或致密块状集合体。
以单晶出现时可见有立方体{100}、八面体{111}、菱形十二面体{110},亦可有四六面体{410}等单形。
但自然铜完好的晶体很少见。
可依(111)成双晶。
【物理性质】铜红色,表面常因氧化而出现棕黑色锖色;条痕铜红色;金属光泽,不透明。
无解理;断口呈锯齿状。
硬度2.5~3。
相对密度8.95(纯铜)。
具延展性。
熔点1083℃。
为热和电的良导体。
【成因及产状】自然铜常见于原生热液矿床、含铜硫化物矿床氧化带下部及砂岩铜矿床中,它是各种地质作用过程中还原条件下的产物。
自然铜在地表及氧化环境中不稳定,易氧化成氧化物和碳酸盐,如赤铜矿、孔雀石、蓝铜矿等矿物。
【鉴定特征】铜红色,表面氧化膜呈棕黑色,强延展性,相对密度大。
【主要用途】积聚量大时可作为铜矿石开采。
自然金(Gold)Au【化学组成】成分中常有Ag类质同像置换Au,两者可形成完全类质同像系列。
当成分中含Ag<5%时称自然金;含Ag在5%~15%时称含银自然金;15%~50%时称银金矿;50%~85%称金银矿;85%~95%时称含金自然银;>95%时称为自然银。
此外,自然金化学成分还有少量的B、Pt、Cu、Pd、Te、Se、Ir等元素。
【晶体结构】等轴晶系;-Fm3m,具铜型结构;a0=0.408 nm;Z=4。
【形态】通常呈不规则粒状集合体。
此外尚可见树枝状、鳞片状、薄片状、网状、纤维状,偶见较大的团块状集合体。
肉眼可辨的单晶体少见,显微镜下常可见自形 半自形晶体,常见的单形有:立方体{100}、八面体{111}、菱形十二面体{110}、四六面体{210}及四角三八面体{311}。
化学性质物理性质(与阳离子有关)成因类型自然元素大类在自然界以单质形式存在的矿物,化学组成主要包含:自然金属元素(铜族元素:Cu、Ag、Au;铂族元素:Ru、Rh、Pd、Os)自然半金属元素(As、Sb、Bi)自然非金属元素(C(金刚石族和石墨族)、S)。
具典型金属特性:金属色、金属光泽、不透明,多数硬度低,解理不发育,比重大,为电和热的良导体(原子晶格具脆性,不导电、硬度高)氧化面常呈锖色不同的矿物有不同的特点。
Au:多为热液成因;Cu、Ag:除热液成因外,多见于硫化物矿床的氧化带中金刚石:岩浆作用的产物,与超基性岩有关。
石墨、自然硫(自然非金属):成因类型多样硫化物及其类似化合物大类(简单硫化物类、复硫化物类)阳离子主要为铜型离子(Cu、Pb、Zn、Au、Hg)及靠近铜型离子一边的过渡型离子(Fe、Co、Ni),电负性中等,阴离子主要是S及少量的Se、Te、As、Sb)电负性相对氧较小,所以阴阳离子电负性差较小,导致其化学键既非典型离子键,又非典型共价键,而具有离子键、共价键和金属键过度的复杂性质。
形成硫化物分别为简单硫化物、复硫化物和硫盐,类质同象普遍且多样,当一些稀有分散元素呈类质同象混入物存在,可作为稀有金属矿床综合利用。
光性:大多呈金属色、深色条痕、金属光泽而不透明,极少数具金属光泽而半透明(雌黄、雄黄、辰砂、闪锌矿)硬度:岛状复硫化物硬度最大,层状和环状分子型最小。
解理:岛状复硫化物结构骨干杂乱,故解理不发育(黄铁矿、毒砂);环状分子型、链状的强健方向分布较规律,据完全解理;层状结构者发育平行结构层的一组极完全或完全解理。
相对密度:阳离子多具大原子量,阴离子多做紧密堆积,故相对密度较大。
熔点:多数形成于中低温,化学键性较弱,故熔点低,性脆电性:因含金属键成分,故多为电的半导体。
磁性:少数具磁性(雌黄铁矿)绝大部分矿物为热液作用的产物,但形成的温度范围很大,在地表氧化环境中很不稳定,易于被氧化氧化物和氢氧化物大类(石英属氧化物)阴离子主要是氧。