矿物学学习笔记

矿物学学习笔记第1章矿物及矿物学矿物学：以矿物晶体为研究对象，研究各具体矿物晶体的形态、成分、结构、物性、成因。

研究的是具体矿物晶体的个性及归纳分类。

特点：经验性、感性、具体性、归纳分类性、个性。

与前面学过的结晶学的：空间性、抽象性、逻辑性、共性完全不同。

矿物的概念地质作用或宇宙作用形成的，（强调非人工合成）具有一定化学成分与内部晶体结构，且在一定物理化学条件下相对稳定的化合物或单质，(由此可区分不同矿物种)岩石和矿石的基本组成单位。

（最基本的物相）例如：石英（SiO2), 黄铁矿（FeS2），钠长石（Na[AlSiO4]）此外还有：宇宙矿物、人工矿物（合成矿物）等；准矿物（强调非晶态）：因为非晶态的物质不具有稳定的结构，不符合上述第二条，所以不能算是矿物。

准矿物有自发转变为矿物的趋势，所以自然界准矿物是很少的。

矿物学的概念以矿物为研究对象，研究矿物的成分、结构、形态、物性、成因、产状、用途，以其它们的内在联系，研究矿物的成分、结构、形态、物性等的演化规律，（矿物的成分、结构在一定条件范围内是可变的）研究矿物的空间分布规律与时间演化规律。

矿物学发展简况更早于结晶学，始于远古的石器时代。

人类早期对天然矿物晶体的描述、应用（器具、装饰、药用）是矿物学发展的初期。

即：对天然晶体形态的理论研究发展成结晶学（如面角守恒定律）；对天然矿物晶体的实际应用发展成矿物学。

19世纪后，光学显微镜、X射线、各种光谱学、电子探针、透射电镜……，深入研究矿物的化学成分、内部晶体结构……，并且向微区、微量、精细方向发展。

矿物学与其他科学的关系第2章矿物的化学成分地壳中化学元素丰度对矿物化学成分的影响一、地壳中化学元素的丰度1元素在地壳中的平均含量的百分数，叫克拉克值（美国学者克拉克（F. W. Clark）最先提出），可分为：质量克拉克值，原子克拉克值。

2地壳中元素丰度极不均匀，最多的氧（O）与最少的氡（Rn）含量相差1018倍。

3地壳中最常见的元素为：O,Si,Al,Fe,Ca,Na,K,Mg 这8种，占地壳总质量的99％。

常见8种元素的克拉克值可以形象地比喻：整个地壳是由O离子作最紧密堆积，阳离子充填在空隙中。

克拉克值对矿物化学成分的影响:克拉克值高的元素组成的矿物种含量也高，地壳上的矿物种主要是由前述8种元素组成的硅酸盐（占地壳总质量的3/4）和氧化物（占地壳总质量的1/5）；但是，地壳上的矿物种除了受克拉克值影响外，还要受到元素的地球化学性质的影响，有的元素含量低，但它能够形成独立矿物种，而有的元素尽管含量多，却不能够形成独立矿物种。

这就涉及元素是趋于“聚集”或“分散”的地球化学性质。

聚集元素：Au、Ag、Bi、Sb等，尽管克拉克值很低，但它们的地球化学性质是趋于聚集的，所以能够形成独立的矿物种，甚至富集成矿；分散元素：Ru、Cs、Ga、In等，尽管克拉克值较高，但它们的地球化学性质是趋于分散的，所以不能够形成独立的矿物种，往往以微量元素混入物（如类质同象形式）赋存于其他矿物种中。

二、元素的离子类型与矿物种类的关系惰性气体型离子：外层电子8或2铜型离子：外层电子18或18＋2过渡型离子：外层电子9～17，有未满的d电子。

外层电子构型直接影响到离子的化学键性质。

惰性气体型离子：易失去电子，与氧形成离子键，形成氧化物、含氧盐矿物，故称为亲氧元素或亲石元素；铜型离子：电离势高，不易失去电子，与硫形成共价键，形成硫化物，故称为亲硫元素或亲铜元素；过渡型离子：性质介于上述两类离子之间，可形成氧化物、含氧盐，也可形成硫化物，取决于元素在周期表中的位置(靠近惰性气体型离子还是靠近铜型离子)，也取决于外部氧化－还原条件。

但是，元素的离子类型与矿物种的关系不是绝对的，在极端外部条件下，也可改变，如：Cu+在氧化环境下也可形成氧化物：赤铜矿Cu2O.三、矿物化学成分变化的影响因素类质同象：引起矿物化学成分变化的主要因素。

特点：离子之间取代，占据晶格位置，可引起结构、物性等规律性的变化；胶体吸附与脱水：引起胶体矿物（非晶态，准矿物）和含水矿物化学成分变化的主要因素。

非化学计量性：某些含变价元素的矿物，由于离子价态变化而引起部分离子缺席造成矿物化学成分变化。

如：Fe1-X S，其中x=0~0.125；机械混入：包裹体等。

矿物化学成分的变化可以反映矿物形成时的物理化学条件，因而可作为标型特征。

关于胶体矿物：胶体的概念：细分散体系，含分散相（胶粒，一般小于100 nm）和分散媒（相当于溶剂，一般是水），与真溶液是不同的。

当胶粒含量小于分散媒时，形成的是胶溶体，反之，形成的是胶凝体（固态）。

胶粒的特点：比表面积极大，带电荷，具有选择性吸附。

胶体矿物：以水为分散媒的胶凝体，特点：非晶质或超显微隐晶质，具有选择吸附性，水含量不固定。

这就导致了胶体矿物的化学成分极不稳定。

例如：蛋白石，由许多许多的非常细的SiO2胶粒及水组成。

单个SiO2胶粒可能有晶体结构，但太小了；许多胶粒组合是杂乱的，因此，整体不显晶态特征而是非晶态或超显微隐晶态。

胶粒堆积形成胶体矿物示意图但是，胶体矿物不稳定，随着时间的推移，会慢慢转化为晶态，这就是胶体的晶化作用，也称胶体老化。

为什么？胶体晶化后形成的一般是纤维状的细小晶体集合体，不可能形成一个大单晶。

为什么？四、矿物中的水水是矿物中的一种特殊的化学成分。

分3种基本类型及2种过渡类型：吸附水：H2O，被吸附在矿物微粒（胶粒）表面、裂隙中等，不参加晶格，含量不固定，易脱水（100~125°C），如：蛋白石SiO2nH2O结晶水：H2O，参加晶格，一般在晶体结构中的大空隙中，含量固定，较不易脱水（200－500°C），脱水后结构改变，如：石膏Ca[SO4] 2H2O。

结构水：OH-，H+，H3O+，以离子的形式存在于晶体结构中，位置、含量固定，非常稳定，极不易脱水（600～1000°C ），脱水后结构完全改变，如：高岭石Al4[Si4O10](OH)8另外还有两种过渡型水：层间水：H2O，存在于层状结构矿物中的层间大空隙中，与层状结构有一定的键合作用（分子键），但很微弱，脱水后层状结构基本不改变。

稳定性介于吸附水与结晶水之间。

沸石水：H2O，存在于沸石族矿物晶体结构中的大空隙或通道中，脱水后结构基本不改变。

稳定性介于吸附水与结晶水之间。

五、矿物的化学式及其计算实验式：白云母：K2O 3Al2O3 6SiO2 2H2O 或：H2KAl3Si3O12仅仅表示各组分的含量比。

晶体化学式(※)：白云母：K{Al2[(Si3Al)O10](OH)2}络阴离子团结构单元层不仅表示各组分的含量比，同时还表达了晶体结构信息。

晶体化学式的书写原则：1）阳离子在前，阴离子在后；2）多个阳离子时，按碱性强→弱排序，按价态低→高排序；互为类质同象关系的阳离子用圆括号括起来，按含量多少排序；3）络阴离子团用方括号括起来，更大一级的结构单元用花括号括起来；一般附加阴离子写在所有阴离子的最后，中性水分子写在整个化学式最后，并用“•”分开。

例如：白云母K{Al2[(Si3Al)O10](OH)2}白云石CaMg[CO3]2镁方解石（Ca，Mg）[CO3]铁闪锌矿(Zn,Fe)S蛋白石SiO2•n H2O请读懂上述晶体化学式的含义。

晶体化学式计算：以矿物化学分析所得到的元素或氧化物质量％，换算成该矿物中各原子、离子系数比例，再结合晶体化学知识判断是否为类质同象关系、是否组成阴离子团等，写出晶体化学式。

具体做法是：元素或氧化物质量％→原子个数分子个数（换算成原子个数）→以某个原子在该矿物晶体化学式的原子个数为准，换算出其他原子在晶体化学式中的系数（即：要求已知该矿物的晶体化学通式）→结合晶体化学知识将各原子进行分配举例说明：已知单斜辉石晶体化学通式：XY[Z2O6]以上举例为阴离子法，即以氧原子数为准计算，（即：在辉石XY[Z2O6]中是以氧原子数=6来计算的）。

也可以以阳离子总数为准计算，称阳离子法，计算的思路是一样的。

（即：在辉石XY[Z2O6]中以Z=2，或者Y=1，X=1来计算。

）但是，不能以某个阳离子（如：Mg，Fe，Si）为准计算，为什么？某个阳离子数目不固定本章重点总结：克拉克值、元素地球化学性质、离子类型与矿物种类的关系；矿物化学成分变化因素（类质同象、胶体吸附、非化学计量）；矿物中水的5种形式及其特点；读懂晶体化学式并会计算。

（20节完）第3章矿物的形态矿物的形态分为三类：1.单晶体形态理想规则的单晶体形态－－单形与聚形在结晶学中学过了，这里涉及的是实际矿物单晶体形态的内容。

2. 显晶集合体形态理想规则的晶体集合形态－－平行连晶、双晶也在结晶学中学过了，这里涉及的是实际矿物非规则聚集体。

3. 隐晶及胶态集合体形态指非晶态的形态。

这类形态在结晶学中没有涉及。

单晶体形态：晶体形态：晶体生长形成的单形及其聚形。

歪晶：由于形成条件、环境等因素，实际晶体形态往往偏离理想形态而发育成“歪晶”。

“歪晶”中，同一单形的晶面不一定同形等大，这就给我们判断晶体形态上的单形名称与对称性造成困难。

但是，通过晶体测量与投影，在投影图中各晶面的投影点及其在空间的分布规律，以此可以分析实际晶体形态上单形名称与对称性等等。

晶体习性（晶习）：某种矿物晶体习惯性的、常见的形态特点。

描述晶体习性有两种方法：1）描述晶体形态大致轮廓（因为实际矿物晶体形态一般很少见单形），2）如果某种矿物晶体特别“顽固”地发育某个单形，也可以用这个单形来描述这个矿物的晶习。

大致轮廓的描述方法：一向延长：柱状、针状、纤维状；二向延展：板状、片状、鳞片状；三向等长：粒状或等轴状。

如果某晶体顽强发育某种单形，则用单形名称描述其晶习。

如：石榴子石的晶习为四角三八面体。

影响晶习的因素：主要受内部晶体结构与成分的影响：结构中键强分布均匀，成分简单，则发育为粒状；结构中有强键形成的链，则发育为柱状，有强键形成的层，则发育为片状。

晶体习性与晶胞参数还有一个简单的关系：沿短轴延伸成柱状，沿长轴压扁成片状。

思考：为什么？这是符合布拉维法则的。

外部形成条件对晶习的影响是次要的，外部条件能影响晶体的具体形态细节，但很少能影响一种晶体固定形态的大致轮廓（晶习），如：橄榄石、石榴子石总是粒状的，云母、石墨总是片状的，基本不因外部条件改变。

但也有例外，如：方解石、锆石的形态可在粒状和柱状、甚至片状之间变化。

这只能说明，这两种矿物的晶习非常不稳定。

或者说，这两种矿物的形态具有标型性。

晶体形态与晶体习性（晶习）这两个概念的区别：晶体习性是某种矿物晶体固有的、常见的形态特征，它可以作为鉴定矿物的一种形态特征，它往往与形成条件关系不大，例如：石榴子石基本上在任何条件下都是粒状的、都是四角三八面体或（和）菱形十二面体，所以，这就是它的晶习，与外部条件关系不大。