结晶矿物学15.PPT

1,15卤素化合物,概述氟化物矿物萤石冰晶石氯化物矿物石盐复习思考题,结晶学与矿物学,,2,15-1概述,卤素化合物为金属阳离子与卤族（氟、氯、溴、碘）阴离子相化合的化合物。卤素化合物矿物的种数约在100种左右。其中主要是氟化物和氯化物，而溴化物和碘化物则极少见。化学成分组成卤素化合物的阳离子主要是属于惰性气体型离子的钾、钠、钙、镁、铝等元素。此外，还有部分属于铜型离子的银、铜、铅、汞等元素。晶体化学特征阴离子F-、Cl-、Br-、I-，在周期表上同性VIIA族，性质相似。但这些阴离子的半径大小不同,显著影响着化合物形成时对阳离子的选择。阳离子性质也影响结构中的键性。由惰性气体型离子组成的卤素化合物中，表现离子键性；而由铜型离子组成的卤素化合物中，由表现共价键性。物理性质一般为透明无色，呈玻璃光泽，比重不大，导电性差；而由铜型离子所组成的卤素化合物，一般显浅色，呈金刚光泽，透明度降低，比重增大，导电性增强，并具延展性。,结晶学与矿物学,,3,15-2氟化物矿物1,需要掌握的矿物萤石,石盐,冰晶石学习要点化学组成结构特点晶体形态物理性质鉴定特征,结晶学与矿物学,,4,15-2氟化物矿物2,萤石化学组成CaF2，Ca可以部分地被稀土元素所置换，含量可达TRCa16。结构特点等轴晶系；对称型m3m。空间群Fm3m；a05.452；Z4。萤石的晶体结构相当于钙离子成立方最紧密堆积，而氟离子位于所有四面体空隙位置上。阴阳离子的配位数分别为4和8。以配位立方体形式表示，则氟离子位于立方体的每一角顶，钙离子位于立方体的中心。晶体形态萤石呈立方体、八面体或菱形十二面体及它们的聚形。物理性质常见紫色、蓝色或绿色萤石。玻璃光泽；硬度4；性脆；解理平行{111}完全。比重3.18。显萤光性。鉴定特征晶形、八面体完全解理和硬度。,结晶学与矿物学,,5,15-2氟化物矿物3,冰晶石化学组成Na3AlF6结构特点单斜晶系；对称型2/m。空间群P21/n；a05.46，b05.60，c07.80，β9011′；Z2。当温度达560℃时转变为等轴晶系。晶体形态当底轴面{110}发育近于相等时，呈假立方体形外貌。物理性质无色或白色；玻璃至油指光泽。折射率为1.338。硬度23；无解理；参差状断口。比重2.97。鉴定特征假立方体晶形，硬度低，无解理。,结晶学与矿物学,,6,15-3氯化物矿物,石盐化学组成NaCl结构特点等轴晶系；对称型m3m。空间群Fm3m；a05.628；Z4。晶体结构表现为阴离子按立方最紧密堆积，阳离子充填全部八面体空隙。阴阳离子的配位数均匀为6。晶体形态单晶体呈立方体形。盐湖中形成的晶体，在{100}面常有漏斗状阶梯凹陷，特称漏斗晶体hoppercrystal。物理性质纯净者透明无色，玻璃光泽，风化面现油指光泽。硬度2；性脆；解理平等{100}完全；比重2.12.2。易溶于水，味咸。鉴定特征立方体完全解理，易溶于水，味咸。,结晶学与矿物学,,7,16氧化物和氢氧化物矿物,需要掌握的矿物刚玉,赤铁矿,金红石,锡石,石英钛铁矿,钙钛矿,尖晶石,磁铁矿,黑钨矿水镁石,三水铝石,针铁矿,硬锰矿简单氧化物矿物复杂氧化物矿物氢氧化物矿物复习思考题,结晶学与矿物学,,8,16-1简单氧化物矿物1,概述氧化物矿物和氢氧化物是一系列金属阳离子与O2-与OH-相化合的化合物。这类矿物的种数约在200种左右。它们占地壳总重量的17左右，其中石英族矿物就占了12.6，而铁的氧化物和氢氧化物占了3.9。化学成分阳离子主要是惰性气体型离子如Si、Al等和过渡型离子如Fe、Mn、Ti、Cr等,及少量铜型离子如Cu、Sb、Bi等。此外，在少数氧化物中还含有水分子。晶体化学特征氧化物中以离子键为主，随着离子电价的增加，共价键的成分趋向增多。另方面,随着从惰性气体型、过渡型离子向铜型离子改变时，共价键性则趋向增强。氢氧化物的晶体结构主要是层状或链状，除离子键外，还往往存在氢键。由于氢键的存在，以及OH-的电价较O2-为低而导致阳离子与阴离子间键力的减弱，因此与相应的氧化物比较，其比重和硬度都趋向减小，,结晶学与矿物学,,,,9,16-1简单氧化物矿物2,刚玉化学组成CorundumAl2O3。有时含微量Fe、Ti或Cr等。结构特点三方晶系；对称型3m。空间群R3c；a04.75，c012.97；Z6。晶体结构中，O2-成立方最紧密堆积；而Al3则在两氧离子层之间，充填三分之二的八面体空隙，组成共面的Al-O6。晶体形态一般呈近似腰鼓状晶形，常依菱面体-1011，较少依（0001）成聚片双晶。物理性质蓝灰、黄灰色，含铁者呈黑色；含铬而呈红色者，称红宝石ruby；含钛而呈蓝色者称蓝宝石sapphire；玻璃光泽。硬度9；无解理；常因聚片双晶或细微包体产生0001或10-11裂理。比重3.954.10。鉴定特征以其晶形，双晶条纹和高硬度作为鉴定特征。,结晶学与矿物学,,,,,10,16-1简单氧化物矿物3,赤铁矿化学组成HematiteFe2O3。有时含TiO2、SiO2、Al2O3等混入物。结构特点三方晶系；对称型3m。空间群R3c；a05.029，c013.73；Z6。晶体结构属刚玉型。晶体形态单晶体常呈板状，主要由板面与菱面体等所形成之聚形。物理性质显晶质的赤铁矿呈铁黑至钢灰色。硬度5.56，土状者显著降低；性脆；无解理。比重5.05.3。鉴定特征樱红色条痕是鉴定赤铁矿的最主要特征。,结晶学与矿物学,,,,,11,16-1简单氧化物矿物4,金红石本族化合物属AX2型，主要包括金红石、锡石和软锰矿。它们的晶体结构均属金红石型。另外还包括TiO2的其余两个同质多象变体锐钛矿和板钛矿。化学组成TiO2,常含Fe、Nb、Ta、Cr、Sn等。结构特点四方晶系；对称型4/mmm。空间群P42/mnm。晶体结构表现为氧离子近似成六方紧密堆积，而钛离子位于变形八面体空隙中，构成Ti-O6八面体配位。钛离子配位数为6，氧离子配位数为3。Ti-O6配位八面体沿c轴成链状排列链间由配位八面体共顶相连。晶体形态单晶体呈短柱状、长柱状或针状物理性质通常褐红色；条痕浅褐色；金刚光泽；微透明。硬度6；性脆；解理平等{110}中等。比重4.24.3。鉴定特征以其四方柱形、双晶、颜色为特征。,结晶学与矿物学,,,,,12,16-1简单氧化物矿物5,锡石化学组成CassiteriteSnO2。常含Fe、Ti、Nb、Ta等元素。结构特点四方晶系；对称型4/mmm。空间群P42/mnm；a04.72，c03.17；Z2。晶体结构属金红石型。晶体形态单晶体常呈由四方双锥和四方柱所组成的双锥柱状聚形；以101为双晶面之肘状双晶常见。物理性质纯净的无色，一般为黄棕色至深褐色；条痕白色至淡黄色；金刚光泽，断口油脂光泽。硬度67；性脆；解理平等{110}不完全；贝壳状断口。比重6.87.0。鉴定特征锡石的晶形和颜色很相似于金红石、磷钇矿和锆石，但其比重远较后三者为大。,结晶学与矿物学,,,13,16-1简单氧化物矿物6,石英族本族矿物包括同一SiO2成分的一系列同质多象变体；α-石英、β-石英、α-鳞石英、β1-鳞石英、β2-鳞石英、α-方石英、β-方石英、柯石英、斯石英等。此外，把含H2O的SiO2矿物蛋白色合并在内。化学组成QuartzSiO2,为α-石英和β-石英的总称。两者相转变温度在570℃。常含不同数量的气态、液态和固态物质的机械混入物。结构特点α-石英属三方晶系，对称型32。空间群P312或P322；a04.91，c05.40；Z3。晶体结构典型.β-石英属六方晶系。对称型622。空间群P642或P622；a05.01，c05.47；Z3。晶体形态α-石英的单晶体通常呈六方柱{10-10}和菱面体{10-11}等单形所成之聚形。柱面上常具横纹。有时还出现三方双锥{1121}或{2111}和三方偏方面体{5161}或{6151}单形的小面。β-石英的单晶体常呈完好的六方双锥。最常见的双晶是由两个六方双锥依（30-32）而成接触双晶。,结晶学与矿物学,,,14,16-1简单氧化物矿物7,石英族隐晶质的石英称石髓玉髓chalcedony,具有不同颜色条带的或花纹相间分布的石髓称为玛瑙agate。物理性质纯净的α-石英无色透明，因含微量色素离子或细分散包裹体，或存在色心而呈各种颜色，并使透明度降低；玻璃光泽，断口呈油脂光泽。硬度7；无解理；贝壳状断口。比重2.65。具压电性。β-石英通常呈灰白色、乳白色；玻璃光泽，断口油脂光泽。比重2.53。在常温常压下均已转变为α-石英，此时其比重增大至2.65。鉴定特征α-石英以其晶形、无解理、贝壳状断口、硬度为其特征。如由β-石英转变而成，则仍保持六方双锥的假象。,结晶学与矿物学,,,15,16-2复杂氧化物矿物1,钛铁矿化学组成IlmeniteFeTiO3。常含类质同象混入物Mg和Mn。常含有细鳞片状赤铁矿包体。结构特点三方晶系；对称型3。空间群R3；a05.083，c014.04；Z6。晶体结构属刚玉型。与刚玉不同之处在于铝的位置相间地被铁和钛所代替。晶体形态单晶体少见，偶有呈厚板状，通常成不规则细粒。物理性质钢灰至黑色；条痕黑色，含赤铁矿者带褐色；半金属光泽；不透明。硬度56；无解理，次贝壳状断口。比重4.72。微具磁性。鉴定特征钛铁矿可依其晶形、条痕和弱磁性与其相似的赤铁矿、磁铁矿相区别。,结晶学与矿物学,,16,16-2复杂氧化物矿物2,钙钛矿本族化合物属ABX3型。A代表大阳离子,B代表小阳离子,类质同象十分发育.在地幔矿物学和材料学领域有很重要的意义。化学组成PerovskiteCaTiO3结构特点高温变体为等轴晶系，点群m3m。空间群Pm3m；a03.85，Z1。低温变体为正交晶系，对称型mmm；空间群Pbnm。在高温变体结构中，钙离子位于立方晶胞的中心，为12个氧离子包围成配位立方-八面体，配位数为12；钛离子位于立方晶胞的角顶，为6个氧离子包围成配位八面体，配位数为2。晶体形态单晶体少见，呈立方体晶形。物理性质褐至灰黑色；条痕白至灰黄色；金刚光泽。硬度5.56；解理不完全；参数状断口。比重3.974.04,结晶学与矿物学,,17,16-2复杂氧化物矿物3,尖晶石本族化合物属AB2X4型。A代表二价的镁、铁、锌、锰；B代表三价的铁、铝、铬。广泛发育着完全和不完全的类质同象置换。化学组成SpinelMgAl2O4。常含Fe、Zn、Mn、Cr等组份。结构特点等轴晶系；对称型m3m。空间群Fd3m；a08.09Ǻ;Z8。晶体结构属正常尖晶石型，氧离子近于成立方密堆积，二价阳离子充填1/8的四面体空隙，三价阳离子充填1/2的八面体空隙。配位四面体和配位八面体共有角顶的连接。晶体形态单晶体常呈八面体形，有时八面体与菱形十二面体组成聚形。双晶依尖晶石律111成接触双晶。物理性质无色者少见，通常呈红色含Cr、绿色含Fe3或褐黑色含Fe2和Fe3;玻璃光泽。硬度8；无解理；偶有平行111裂理。比重3.55。,结晶学与矿物学,,18,16-2复杂氧化物矿物4,磁铁矿化学组成MagnetiteFeFe2O4,常含Mg、Mn、Ti、V、Cr等元素。结构特点等轴晶系；点群m3m。空间群Fd3m；a08.40；Z8。晶体结构属倒置尖晶石型。即在它的结构中半数的三价阳离子充填1/8的四面体空隙，另外半数的三价阳离子和二价阳离子一起充填1/2的八面体空隙。晶体形态单晶体常呈八面体，较少呈变形十二面体。物理性质铁黑色；条痕黑色；半金属光泽；不透明。硬度6；无解理；有时具111裂理；性脆。比重5.20。具强磁性。鉴定特征以其晶形，黑色条痕和可磁性可与其相似的矿物如赤铁矿、铬铁矿等相区别。,结晶学与矿物学,,19,16-2复杂氧化物矿物5,黑钨矿（钨锰铁矿）化学组成WolframiteFe,MnWO4,一般FeO4.818.9之间，MnO介于4.718.7之间。常含Mg、Ca、Nb、Ta、Sn、Zn等。结构特点晶体结构中,六个O2-围绕Mn2Fe2构成MnFe-O6配位八面体，它们以棱相连接平行C轴方向成锯齿形的链体分布；W6同样与其周围六个O2-连接而形成W-O6配位八面体，它们亦构成链体,并位于MnFe-O6配位八面体所成的链体之间，以其四个角顶与上下链体相连接。因而晶体结构可以看为平行于c轴的链状结构。晶体形态单晶体少见，常见板状，短柱状。物理性质红褐色至黑色；条痕黄褐色至黑色。硬度44.5；解理平行{010}完全，比重7.127.2。微具磁性。鉴定特征黑钨矿以其板状形态，褐黑色，{010}完全解理和比重较大为其鉴定特征。,结晶学与矿物学,,20,16-3氢氧化物矿物1,水镁石化学组成BruciteMgOH2结构特点三方晶系，点群3m。空间群R3m；a03.125,c04.72;Z1。晶体结构具有层状特点,羟离子成六方最紧密堆积，镁离子充镇于每两层相邻的羟离子之间的全部八面空隙；组成配位八面体的结构层。结构层内属离子键，结构层间以氢键相维系。晶体形态单晶体呈厚板状，常见片状集合体和纤维状集合体。物理性质白至淡绿色，含有锰或铁者呈红褐色；玻璃珍珠光泽。硬度2.5；解理平行{0001}极完全；薄片具挠性。比重2.35。鉴定特征以其形态、低硬度和{0001}极完全解理为鉴定特征。,结晶学与矿物学,,21,16-3氢氧化物矿物2,三水铝石化学组成GibbsiteAlOH3。常有少量的铁和镓可以置换铝。结构特点单斜晶系；对称型2/m。空间群P21/n；a08.64,b05.07,c09.72,β9434′；Z8。晶体结构属层状类似水镁石结构,但铝离子充填于每两层相邻的羟离子之间的2/3八面体空隙；组成配位八面体的结构层。结构层内属离子键，结构层间以氢键相维系。晶体形态单晶体少见。物理性质白色，常带灰、绿和褐色；玻璃珍珠光泽。硬度2.53；解理平行{001}极完全。比重2.35。鉴定特征以其极完全解理、低硬度、小比重为鉴定特征。通常所谓的铝土矿bauxite，实际上并不是一个矿物种，而是以极细的三水铝石、一水硬铝石或一水软铝石为主要组份，并包含数量不等的高岭石、蛋白石、赤铁矿、针铁矿等而成的混合物。,结晶学与矿物学,,22,16-3氢氧化物矿物3,针铁矿化学组成Goethitea-FeOOH。混入物组份与针铁矿成因有关。结构特点正交晶系；点群mmm。空间群Pbnm；a04.64,b010.0,c03.03；Z4。晶体形态单晶体少见，呈针状或鳞片状。常成肾状、钟乳状、结核状或土状集合体。物理性质褐黄至褐红色；条痕褐黄色；半金属光泽；硬度55.5；解理平行{010}完全；参差状断口；性脆。比重4.28。鉴定特征以其胶体形态和褐黄色条痕为特征。通常所谓的褐铁矿Limonite，实际上并不是一个矿物种，而是以针铁矿或水针铁矿为主要组份，并包含数量不等的纤铁矿、含水氧化硅、粘土等而居的混合物。,结晶学与矿物学,,23,16-3氢氧化物矿物4,硬锰矿化学组成PsilomelaneBaMn2Mn49O203H2O,成分变化很大。其中所含的水，类似于沸石水的性质，在500℃以前可以逐步放出。其化学式尚未能最后确定。结构特点单斜晶系；点群2/m。空间群C2/m；a09.56,b02.88,c013.85,β9230′；Z1。或正交晶系，点群222；空间群P222；a09.15.,b013.90,c05.75,Z2。晶体结构是由Mn-O6配位八面体组成的双链和三链相连接，围成中空的通道。链和通道平行于b轴延伸。Ba2和H2O分子位于通道之中。晶体形态通常成葡萄状、钟乳状、树枝状或土状集合体。单晶体极为罕见。物理性质灰黑至黑色；条痕褐黑至黑色；半金属光泽至暗淡。硬度56；性脆。比重4.71。鉴定特征以胶体形态，黑色条痕和硬度较高为鉴定特征。,结晶学与矿物学,,24,16-4复习思考题,结晶学与矿物学,,说明萤石和石盐分别具有{111}和{100}解理的原因简单氧化物和复杂氧化物的区别何在氧化物常见有砂矿,而硫化物则没有,为什么以金红石,尖晶石和水镁石为例,说明它们各自的结构与形态和物理性质之间的关系同属于刚玉型结构的刚玉和赤铁矿,为何两者在物理性质上差异如此明显水镁石和辉钼矿同属于片状矿物,其晶体结构之间有何不同三水铝石与刚玉的晶体结构之间有什么区别如何区别金红石和锡石,钛铁矿,铬铁矿和磁铁矿钙钛矿的晶体结构特点,其地质意义何在,