介绍
矿物,天然均匀固体一个明确的化学成分和高度有序的原子安排;它通常是由无机过程。有几千种已知矿物物种,其中约100构成的主要矿物成分岩石;这些都是所谓的矿物。
定义
矿物,根据定义必须通过自然过程形成,明显不同于在实验室产生的合成等价物。人工版本的矿物质,包括绿宝石,蓝宝石,钻石和其他有价值的宝石,经常在工业生产和科研设施和往往是几乎相同的自然同行。
通过其定义作为一个均质固体,矿物是由一个单一的固体物质的统一构成不能身体分为简单化合物。同质性决定相对于定义的规模。标本肉眼均匀出现,例如,可能会揭示一些矿物组件下显微镜或在接触x射线衍射技术。大多数岩石是由几个不同的矿物质;例如,花岗岩由长石,石英,云母,角闪石。此外,气体和液体被排除在外的严格解释上述矿物的定义。冰的固体水(H2O),被认为是一种矿物,但液态水不是;液体汞虽然有时发现汞矿床,也不是归类为矿物。这样的物质像矿物化学和发生被称为准矿物,包括在一般的领域矿物学。
由于矿物有一个明确的成分,它可以表示一个特定的化学公式。石英(二氧化硅),例如,像SiO呈现2,因为元素硅(Si)和氧气(O)是它唯一的选民,他们总是出现在1:2比率。大多数矿物的化学组成也不是定义为石英,这是一个纯物质。菱铁矿例如,并不总是发生在纯铁摘要碳酸盐岩3);镁(毫克),锰(Mn),在一定程度上,钙(Ca)有时可能会代替铁。自从更换的数量可能不同,菱铁矿的构成不是固定和范围之间的某些限制,尽管的比值金属阳离子到阴离子集团仍然固定在1:1。其化学成份可能表达的一般公式(铁、锰、镁、钙)有限公司3,它反映了变化的金属内容。
矿物显示一个高度有序的内部原子结构有一个常规的几何形式。因为这个特性,矿物质被归类为结晶固体。在有利的条件下,晶体材料可能表达他们下令内部框架由一个发达的外部形式,通常被称为水晶形式或形态。固体,展览不称为无定形这样有序的内部安排。许多非晶自然固体,如玻璃,分为准矿物。
传统上,矿物质被描述为产生的专门从无机流程;然而,当前的矿物学实践通常包括矿物质那些有机化合物但满足所有其他矿产的需求。霰石(CaCO3)的一个例子及形成的矿物,也有一个有机生产,然而,否则相同,对应;shell(以及珍珠,如果它存在的话)牡蛎在很大程度上由有机形成霰石。人体产生的矿物也:羟基磷灰石(Ca5(PO4)3(OH)的主要组件骨头和牙齿中发现的矿物质,结石的具体的东西泌尿系统。
命名法
在矿物分类根据其主要以逻辑的方式阴离子(带负电)化学成分等组织氧化物,硅酸盐,硝酸盐,他们是不科学或一致的方式命名。名称可能是分配给反映物理或化学属性,如颜色,或者他们可能来源于不同的受试者认为适当,例如,例如,一个地方,公众人物或矿物学家。矿物名称及其派生的一些示例:钠长石(NaAlSi3O8)从拉丁词(阿不思·),“白”指它的颜色;针铁矿(FeO说∙哦)的荣誉歌德德国诗人;亚锰酸盐(MnO∙哦)反映了矿物的成分;锌铁尖晶石(ZnFe2O4)是富兰克林的名字命名,新泽西,美国,的site of its occurrence as the dominant ore mineral for锌(锌);和硅线石(艾尔2SiO4)是为纪念美国化学家右下方。自1960年以来新矿物委员会国际矿物学和矿物名称协会审查新矿物的描述和建议的新矿物名称和试图消除不一致。任何新矿物名称必须由这个委员会批准,和材料类型通常是存储在一个博物馆或大学收集。
发生和形成
矿物质在所有地质环境,从而形成广泛的化学和物理条件下,如不同温度和压力。矿物形成的四个主要类别有:(1)火成岩或岩浆,矿物结晶融化,(2)沉积,在这种矿物质的结果沉积,这一过程从其他原材料的颗粒岩石已经经历了风化或侵蚀,(3)变质为代价,在这种新的矿物形式的早些时候由于changing-usually的影响提高温度或压力或两者在一些现有的岩石类型,和(4)热液,其中矿物质化学沉淀从热解决方案在地球。前三个过程通常导致岩石品种不同的矿物颗粒紧密intergrown联锁织物。热液的解决方案,甚至解决方案在非常低的温度下(如地下水),往往遵循骨折区岩石中,可以提供开放空间的矿物质的化学沉淀的解决方案。正是从这样的开放空间,部分由矿物质沉积的解决方案,最壮观的矿物标本的收集。如果矿物质,在成长的过程中(由于降水)是允许开发在一个自由的空间,它通常会表现出成熟的晶体形式,增加了标本的美感。同样的,晶洞玉石圆形,通常存在于空心,或部分中空尸体石灰岩,可能包含格式良好的晶体衬中央腔。晶洞玉石形成的矿物沉积等解决方案地下水。
矿物的性质
形态
几乎所有矿产的内部有序排列原子和离子这是定义的特征水晶固体。在有利的条件下,矿物可能会是格式良好的晶体,其特点是表面光滑的平面和常规的几何形式。发展的良好的外部形状的增长很大程度上是偶然的结果和不影响晶体的基本性质。因此,这个词水晶由材料科学家是最常用来指代任何固体内部安排有序,不考虑外部面临的存在与否。
对称元素
的外部形状,或形态、晶体被认为是其审美,及其几何反映了内部原子排列。格式良好的晶体的外部形状表达一系列的存在与否对称元素。这样的对称元素包括转动轴,rotoinversion轴,中心对称,镜子的飞机。
旋转轴是一个假想线通过一个水晶在它可以旋转和重复出现,二,三,四,六次或在一个完整的旋转。(例如,6倍旋转水晶重演时每60°——也就是说,6次在360°旋转。)
rotoinversion轴旋转一个旋转轴与反演结合的产物。Rotoinversion轴是象征,,,,,在那里相当于一个中心对称(或反转),相当于一面镜子,然后呢相当于3倍旋转轴加上一个中心对称。当晶体的轴是垂直的,特点是用相同的两大脸脸翻了个底朝天。相当于三倍与镜像平面垂直于旋转轴轴。
的中心对称性存在于晶体如果一个假想线可以扩展从表面上任意一点到中心和一个相似点是等距线的中心。这相当于或反转。有一个相对简单的过程认识的中心对称的一个格式良好的晶体。水晶铺在任何桌面的脸,一脸的存在平等的大小和形状,但倒置,在水平位置上方的水晶证明了中心对称的存在。一个虚构的镜子平面(或对称平面)也可以用来单独晶体成两半。完全开发水晶,半是彼此的镜像。
形态、晶体可以分为32个水晶类代表了32可能的对称元素及其组合。反过来,这些水晶类被分为六种水晶系统。减少订单整体对称的内容,开始与系统最高的、最复杂的晶体对称,等角(或立方),六角,正方,斜方晶系的,单斜晶体的,三斜晶系的。(许多来源列表7除以六角晶系晶体系统分成两部分三方晶系的和六角)。
描述的系统可能的晶体轴用于参考。的c轴通常是垂直轴。的等轴晶系展览三个互相垂直的轴的长度(一个1,一个2,一个3)。的斜方晶系的和正方系统也包含三个互相垂直的轴;在前系统所有轴的不同长度(一个,b,c),并在后者系统两个轴长度相等(一个1和一个2),而第三个(垂直)要么是长还是短轴(c)。的六方晶系包含四个轴:三个等长轴(一个1,一个2,一个3)彼此相交120°,躺在一个平面垂直于第四(垂直)轴的长度不同。不同长度的三个轴(一个,b,c)在单斜和存在三斜晶系的系统。在单斜晶系,两个轴相交彼此在一个斜角度和躺在一个平面垂直于第三轴;三斜晶系的系统中,所有轴相交于斜角度。
双晶
如果两个或两个以上的晶体形成对称的共生,他们被称为成双成对的晶体。一个新的对称操作(称为双元素),这是缺乏一个untwinned水晶,单个晶体在成双成对的位置有关。有三双元素可能与晶体的双胞胎:(1)由镜子反射面(双平面),(2)对晶体方向旋转常见两种(两轴)通常角旋转180°,和(3)反演(双中心)。的一个实例双晶由双重法律定义指定了一个平面的存在,一个轴或中心的孪生。如果一个双胞胎有三个或更多的部分,它被称为一个多个或重复,双胞胎。
内部结构
研究晶体结构
矿物的外部形态的基本内部架构的表达水晶substance-i.e。,我ts crystal structure. The水晶结构是三维的,定期(或命令)安排的化学单位(原子,离子,阴离子在无机材料;分子在有机物质);这些化学单位(称这里为主题)是由各种平移和对称重复操作(见下文)。晶体的形态,我们用肉眼就可以研究在大型成熟的晶体和历史上相当详细地研究了光学测量较小的格式良好的晶体通过使用光学测角仪测量晶面之间的角度(仪器)。然而,晶体材料的内部结构是显示的结合x射线、中子和电子衍射技术,辅以各种光谱方法,包括红外光学,穆斯堡尔和共振技术。这些方法,单独使用或结合在一起,提供一个定量的位置的三维重建原子(或离子),化学键类型和他们的位置,整个内部结构的对称性。重复的距离在大多数无机结构和许多原子和离子图案大小在1到10的顺序埃(一个;1等于10−8厘米或3.94×10−9英寸)或10到100纳米(纳米;1纳米相当于10−7厘米或10)。
空间组织
对称元素的外部形态的晶体,如旋转和rotoinversion轴,镜子飞机,和一个中心对称,也存在于其内部原子结构。除了这些对称元素,有翻译和对称操作与翻译相结合。(翻译是图案是重复的操作在一个线性模式间隔等于翻译距离(通常在1到10级))。平移对称元素的两个例子是螺旋轴(结合旋转和翻译)和滑翔飞机(结合镜像和翻译)。内部翻译距离非常小,可以直接看到只有非常高倍率电子束技术,用于传输电子显微镜在放大的大约600000×。
当所有可能的组合转化元素兼容32水晶(也称为类点组)被认为是一个到达230种可能的方式翻译,平移对称元素(螺旋轴和滑翔飞机),和translation-free对称元素(旋转和rotoinversion轴和镜面)可以合并。这些翻译和对称分组被称为230年空间组织,代表着各种方式图案可以安排在一个有序三维数组。空间组织密切相关的符号表征Hermann-Mauguin符号的点组。详细讨论的空间组织,他们的推导,符号已经超出了本文的范围。更具体的信息,请咨询的书矿物学中提到的参考书目。
说明晶体结构
外部形态的三维晶体结构的安排可能在一个二维的页面或在一个计算机模拟。另一个常见的方法说明涉及晶体结构投射到平面的表面。耐高温的硅二氧化碳(SiO2)被称为鳞石英可能代表这种方式;然而,SiO结构性主题单元在这种情况下4四面体组成的硅原子被4所包围氧气原子。进一步援助的可视化物理世界中的复杂的晶体结构,三维物理模型这样的结构可以构建或商业上获得的。这种复制模型内部的原子排列在一个巨大的放大比例尺(例如,一个埃可能由1厘米)。
多态性
多态性是一个特定的化学成分的能力超过一种形式的结晶。这通常发生在响应的变化温度或压力或两者兼而有之。不同结构的这种化学物质被称为多态形式,或多晶型物。例如,元素碳(C)在自然界发生在两个不同的多态形式,取决于外部条件(压力和温度)。这些形式是石墨,一个六角形结构,钻石,等距结构。菲斯组成2最常见的是发生黄铁矿,等距的结构,但它也发现白铁矿有一个斜方晶系的内部安排。这篇作文SiO2在大量的多晶型物,其中石英,鳞石英,方石英,柯石英,超石英。稳定域(条件下矿物是稳定的)这些SiO2多晶型物稳定性图可以表示,随着温度和压力的外部参数的两个轴。一般石英,还有额外的多态性导致高石英的符号和较低的石英,每个表单有一个稍微不同的内部结构。方石英和鳞石英高温的SiO形式吗2,事实上这些SiO2多晶型物发生在高温熔岩流。高压的SiO形式2是柯石英和超石英,这些可以在陨石坑,形成了quartz-rich高爆炸压力的结果砂岩,在非常根深蒂固的岩层,来自地球的上层地幔或非常深俯冲带。
化学成分
一种矿物的化学成分是基本的重要的,因为它的属性极大地依赖于它。这样的属性,然而,不仅由化学成分,还取决于组成原子和离子的几何形状和电的本质力量结合。因此,对于一个完整的理解的矿物质,其内部结构,化学,和债券类型必须考虑。
各种分析技术可以用来获得化学矿物的成分。定量化学分析主要使用所谓的湿分析方法(例如,溶解在酸中,火焰测试,和其他经典技术的长椅上化学依赖观察),矿物样本首先是溶解。各种各样的化合物然后从溶液中沉淀,重获得吗重量分析。介绍了许多分析方法提供更快,但不太准确的结果。大多数分析用仪器方法如光学发射x射线荧光、原子吸收光谱学和电子探针分析。相对完善的误差范围已经记录了这些方法,和样品必须做好准备以特定的方式为每一个技巧。湿分析方法的明显的优势是,他们可以确定定量氧化状态的原子带正电,调用阳离子(如铁2 +与菲3 +),并确定的数量水在含水矿物质。更难与仪器技术提供这种类型的信息。
为了确保准确化学分析所选样本,其中可能包括一些矿物质,经常被制成薄片(一段岩石小于1毫米厚了透明玻璃板块之间的研究)。减少杂质的影响,仪器技术,如电子探针分析,通常采用。在这种方法中,定量分析上可以进行原位的矿物颗粒只有1微米(10−4厘米)直径。
矿物的公式
元素可能存在于本地(自由的)状态,在这种情况下他们吗公式只是他们的化学符号:黄金(非盟)碳(C)在其多态的形式钻石,硫(S)是常见的例子。然而,大多数矿物发生在两个或两个以上的元素组成的化合物;他们的公式得到定量化学分析和指出构成要素的相对比例。的公式闪锌矿硫化锌,反映了一对一的原子之间的比率锌和硫。在斑铜矿(铜5菲斯4),有5个原子铜(铜),一个原子铁(Fe)和四个硫原子。存在与常数组成矿物相对较少;著名的例子包括石英(SiO2),蓝晶石(艾尔2SiO5)。这类矿物称为纯物质。大多数矿物离子显示相当大的变化,占领特定的原子在其网站结构。例如,铁的含量菱锰矿(MnCO3)在大范围可能不同。二价铁(Fe2 +)替代品锰阳离子(Mn2 +在菱锰矿结构、矿物的公式可能在更一般的terms-namely,(锰、铁)有限公司3。锰和铁的数量是可变的,但比阳离子的带负电荷的阴离子组仍然固定在一个锰2 +或铁2 +原子一有限公司3组。
成分变化
如上所述,大多数矿物在化学成分呈现出一个相当大的范围。这种变化的结果替换一个离子或离子组由另一个在一个特定的结构。这种现象称为离子置换,或坚实的解决方案。三种类型的固溶体是可能的,这些可能被描述的相应mechanisms-namely,置换,间质和遗漏。
置换固溶体是最常见的品种。例如,如上所述,在碳酸盐矿物菱锰矿(MnCO3)、铁2 +可以代替锰2 +在其原子结构。
取代度可能会受到各种因素的影响,与的大小离子是最重要的。两个不同元素的离子可以自由替换另一个只有他们的离子半径相差大约15%或更少。有限的替换可能发生如果半径相差15 - 30%,和30%以上的差异使替换不太可能。这些限制,从经验数据计算,只是近似的。
晶体生长的温度也是一个重要的角色在决定离子替代的程度。温度越高,热疾病的更广泛水晶结构和严格的空间需求越少。因此,离子置换,不可能发生在晶体生长在低温下可能出现在那些在更高的增长。高温的KAlSi形式3O8(透长石),例如,可以容纳更多钠(Na)代替钾比可以(K)微斜长石,它的低温。
的维护是影响离子替换一个额外的因素之间的平衡结构中的积极和消极的指控。更换一个单价离子(例如,Na+,一个钠阳离子)由二价离子(例如,Ca2 +,一个钙阳离子)需要进一步保持电中性结构替换。
简单的阳离子或阴离子替换是最基本类型的置换固溶体。一个简单的阳离子代换可以表示为一个复合的一般形式Ag)ydF4y2Ba+X−的阳离子B+替换部分或全部阳离子Ag)ydF4y2Ba+。阳离子在这个例子都是一样的价(+ 1),如K的替换+(钾离子)Na+氯化钠(钠离子)(氯化钠)结构。同样,替换阴离子X−通过Y−在一个Ag)ydF4y2Ba+X−化合物代表了一种简单的阴离子替代;这就是以Cl的替代−(氯与溴离子)−(溴结构的离子)氯化钾(氯化钾)。完整的固溶体系列包括替换一个或多个原子网站的另一个元素在所有可能的成分范围,定义两个包。例如,两包橄榄石[(毫克、铁)2SiO4),镁橄榄石(毫克2SiO4)和正硅酸铁(Fe2SiO4),定义一个完整的固溶体系列(称为forsterite-fayalite系列)中,镁阳离子(毫克2 +)由铁取代部分或完全2 +。
在某些情况下,阳离子B3 +可能会取代一些Ag)ydF4y2Ba2 +复合Ag)ydF4y2Ba2 +X2−。复合会保持中立,等量的Ag)ydF4y2Ba2 +同时必须被第三个阳离子取代,C+。这是2中给出方程形式Ag)ydF4y2Ba2 +←→B3 ++C+;正电荷两边是一样的。这样的替换是称为耦合的替换。的斜长石长石系列展示完整的固溶体,耦合形式的替换,在两个包之间,钠长石(NaAlSi3O8),钙长石(CaAl2如果2O8)。Na的每一个原子替换+通过Ca2 +伴随着的替代吗硅阳离子(Si4 +)由一个铝阳离子(Al3 +),从而保持电中性:Na++如果4 +←→Ca2 ++基地3 +。
第二个主要类型的离子置换间隙固溶体,或间质替换。它发生在原子、离子或分子填补间隙(空洞)发现之间的原子,离子或离子晶体结构的组织。间隙可能采取通道像蛀牙的形式在特定的晶体,如硅酸环水苍玉(3艾尔2如果6O18)。钾,铷(Rb),铯(Cs),水,以及氦(他),是一些大型离子和气体发现的管状孔隙水苍玉。
最常见的一种固溶体遗漏固溶体,晶体包含一个或多个原子的网站不是完全填满。最著名的例子所展示的磁黄铁矿(铁1−x。在这种矿物,每个铁原子周围是六个邻近的硫原子。如果每个铁在磁黄铁矿被亚铁占领,其公式将菲斯。然而,在铁网站不同百分比的空缺,所以给出的公式是铁6年代7通过铁11年代12纯菲斯,后者非常接近。磁黄铁矿的公式通常写成铁1−x年代,随着x从0到0.2。它的矿物称为缺陷结构,因为它有一个结构性的网站,不是完全占领。
化学成键
负责电气力量化学成键原子、离子和离子组构成结晶固体。矿物的理化性质在很大程度上归因于这些绑定的类型和优势力量;硬度,乳沟熔性,电气和热导电率和系数热膨胀这种属性的示例。总的来说,一个水晶的硬度和熔点与联结强度的增加比例,而其热膨胀系数下降。极强的力量,链接金刚石的碳原子,例如,负责其不同的硬度。方镁石(分别)岩盐(氯化钠)也有类似的结构;然而,方镁石的熔点为2800°C (5072°F)而岩盐融化在801°C (1474°F)。这种差异反映了不同的粘结强度两种矿物质:自从原子方镁石的加入了更强的电力量,更大的数量热需要分开。
电力量,称为化学键,可分为五种类型:离子,共价,金属,范德瓦耳斯,氢键。分类以这种方式在很大程度上是一个权宜之计;化学键在给定的矿物可能拥有不止一种类型的债券的特征。例如,链接的力量硅和氧气原子石英展览近相等数量的特征离子和共价键。如上所述,电晶体的原子之间的相互作用决定其物理和化学性质。因此,矿物分类根据其电场力将导致这些物种有相似属性组合在一起。这个事实证明按照债券类型分类。
离子键
原子倾向于获得或失去电子,其外轨道成为稳定;这通常是通过这些轨道是充满了最大允许的数量价电子。金属钠,例如,有一个在其外层价电子轨道;它成为电离,容易失去这个电子和存在阳离子Na+。相反,氯收益完成其外层电子轨道,从而形成阴离子Cl−。在矿石岩盐,氯化钠(常见,或岩石,盐),拥有Na的化学键+和Cl−离子在一起是两个相反电荷之间的吸引力。这种结合机制被称为离子或电价的(另请参阅离子键)。
具有离子结合晶体通常显示中等硬度和比重,而高熔点和热导电性差。离子的静电电荷均匀分布在表面,所以阳离子往往成为包围与阴离子的最大数量,可以安排。由于离子键是没有方向的,晶体保税通常以这种方式显示高对称。
共价键
在离子键的讨论,指出氯容易获得一个电子达到稳定的电子构型。一个不完整的外轨道的地方一个氯原子处于高活性状态,所以它试图结合几乎任何原子的距离。因为最亲密的邻居通常是另一个氯原子,这两个可能债券在一起共用一对电子。由于这种极强的债券,每个氯原子进入稳定状态。
电子共享,或共价债券是最强烈的化学键类型。矿物质保税以这种方式显示一般不溶性,稳定性,和高熔点。共价键的矿物的晶体对称往往表现出低于离子同行因为共价键高度方向,附近的局部共享电子。
的Cl2分子连接两个邻近的氯原子形成的稳定,不与其他分子的结合。某些元素的原子,然而,有一个以上的电子外层轨道,从而可能债券几个邻近的原子组成的团体,这反过来可能联合起来在较大的组合。碳的多态形式钻石,是一个很好的例子,这种类型的共价键。碳原子有四个价电子,所以每个原子债券与其他四人在一个稳定的四面体构型。一个连续的网络是由每一个碳原子以这种方式的联系。刚性钻石结构的结果强有力的本地化的键能附近的共享电子;这使得钻石最坚硬的天然物质。钻石不进行电,因为所有共享其组成原子的价电子形成债券,因此不移动。
金属债券
结合金属是在他们的区别盐之间的显著差异,反映在两组的属性。与盐、金属显示高塑性,韧性、延展性、导电性。许多具有熔点和沸点较低的硬度和较高比,例如,共价键的材料。所有这些属性的结果金属结合剂机制,可以设想为一个带正电的离子集合价电子的沉浸在一片云。阳离子之间的吸引力和电子拥有水晶在一起。电子不绑定到任何特定的阳离子,因此整个结构的自由移动。事实上,在金属钠,铯,和钾铷光的辐射能可以使电子从表面完全删除。(这个结果被称为光电效应)。电子迁移率负责金属行为的能力热和电。原生金属是唯一矿产展示纯金属键。
范德瓦耳斯键
中性分子可能由弱电力称为范德瓦耳斯键。结果的失真分子这样一个小正电荷发展一端和一个相应的负电荷的发展。类似的效应是诱发邻近的分子,这种偶极子效应传播在整个结构。然后吸引力之间形成电荷相反的偶极子。范德瓦耳斯键是很常见的气体和有机液体和固体,但它是稀有矿产。其在矿物定义弱区域具有良好的乳沟,硬度低。在石墨、碳原子位于共价键的表与层间范德华力。
氢键
除了上述四个主要债券类型,有一个互动氢键。这发生在一个氢原子,连着一个电负性原子等氧气,氟,或氮,也是吸引邻近分子的负端。产生强烈的偶极-偶极相互作用,形成两个分子之间的键。氢键是常见的氢氧化物和许多层硅酸盐例如,云母和粘土矿物。
物理性质
矿物的物理性质的直接结果是矿物的结构和化学特征。一些属性可以确定检查手标本或在这样一个相对简单的测试标本。其他人,例如那些由光学和决定x射线衍射技术,通常需要特殊和复杂的设备和可能涉及复杂的样品制备。在接下来的讨论,强调这些属性,可以最容易评估只有简单的测试。
晶体习性和晶体聚合
发达的外部形状(习惯)晶体可以直观地研究和分类根据各种水晶系统跨32水晶类。大多数晶体出现,然而,不是格式良好的单晶的一部分,但发现晶体在总量增长。给出了一些描述性术语等聚合的例子:粒状,共生的矿物颗粒大约相同的大小;层片状、平面、层状的个人安排;刃的,细长的水晶像刀片一样被夷为平地;纤维状,纤细的纤维的聚合,平行或辐射;针状,纤细,针状的晶体;辐射,个人形成星形的或圆形的团体;球状,辐射个人形成小球形或半球形组;树突,细长的不同分支,有点似植物的; mammillary, large smoothly rounded, masses resembling mammae, formed by radiating crystals; botryoidal, globular forms resembling a bunch of grapes; colloform, spherical forms composed of radiating individuals without regard to size (this includes botryoidal, reniform, and mammillary forms); stalactitic, pendant cylinders or cones resembling icicles; concentric, roughly spherical layers arranged about a common centre, as in agate and in晶洞玉石;晶洞部分填充岩腔,道路两旁矿物材料(晶洞玉石可能连续带状如玛瑙由于口供材料,和内表面常覆盖预测晶体);和鲕状,一个集合组成的小球体。
乳沟和断裂
这两个属性代表一种矿物的反应到外部力量。乳沟沿平面表面破损,平行于可能的外部面临的晶体。结果从一些矿物分离的趋势在特定方向的结构比别人弱。一些晶体表现出成熟的乳沟,所看到的平面解理云母;这种完美的解理特征是光滑,闪亮的表面。在其他矿物,如石英解理是缺席。质量和方向一般用来描述解理特征。表示为完美,质量好,公平,等等;晶体解理方向的符合其整体对称。
一些晶体通常不会在任何特定的方向,反映在整个晶体结构大致相等的键的强度。在这样的矿物称为破损骨折。这个词贝壳状的用于描述断裂与光滑、弯曲的表面类似的内部海贝;一般是在石英和观察玻璃。破片的断裂破碎成细长的碎片的碎片木沿着凹凸不平表面,粗糙的断裂破损。
光泽
这个词光泽指的是一般的外表反映了矿物表面的光。主要类型的光泽,金属和非金属,是杰出的容易被人眼经过一些练习,但它们之间的差异无法量化,难以描述。金属指的是一个失去了光泽的金属表面的光泽如黄金、银、铜、或钢。这些材料是不透明的光;没有经过即使在薄的边缘。黄铁矿(菲斯2),黄铜矿(中央财经2),方铅矿(PbS)是常见的矿物质,有金属光泽。非金属光泽由浅色矿物,通常表现出传输光线,通过厚或至少部分通过他们的边缘。以下术语是用来区分非金属矿物的光泽:玻璃,有一块碎玻璃的光泽(这是常见的石英和其他非金属矿物);树脂的,有光泽的一块树脂(这是常见的闪锌矿(硫化锌));光泽的珍珠,珍珠母(即。,一个n我ridescent pearl-like lustre characteristic of mineral surfaces that are parallel to well-developed cleavage planes; the cleavage surface of滑石(毫克3如果4O10(哦)2]可能显示珍珠光泽);油腻的,外表覆盖着一层薄薄的石油(光泽的结果由显微镜下粗糙表面散射的光;一些霞石[AlSiO(钠,钾)4)和乳石英可能表现出这个);柔滑,光泽的描述性的绞丝绸或者一块缎和特点的矿物纤维在纤维总量(示例石膏(卡索4∙2 h2O),称为纤维石膏,温石棉的(毫克3如果2O5(哦)4]);金刚,钻石的灿烂的光泽,表现出高的矿物质折射率类似于钻石,折射光后者(例子是一样强烈白铅矿[PbCO3),硫酸铅矿[PbSO4])。
颜色
矿物质发生在各种各样的颜色。因为颜色的变化不仅从一个矿物到另一个也在相同的矿物(或矿物集团),观察者必须学会在这种矿物,它是一个常量属性,因此可以依靠作为区分标准。大多数矿物有金属光泽变化小的颜色,但非金属矿物质可以证明宽方差。虽然新鲜的颜色破碎的金属矿物表面往往是高度诊断,这种矿物随时间可能会受损。这种损害可能沉闷的矿物质等方铅矿铅灰色(PbS),它有一个明亮的蓝色颜色新鲜表面但可能变得迟钝在长期暴露在空气中。斑铜矿(铜5菲斯4),在一个新破裂面有一个褐色的青铜色,可能是一位年长的表面高度受损,显示组合成的紫色和蓝色;因此,它被称为孔雀矿石。换句话说,矿物识别的金属光泽,重要的是观察者有一个刚破了表面颜色的准确测定。
几个与非金属矿物光泽显示一个恒定的颜色,可以作为一个真正的诊断财产。例子是孔雀石,是绿色的;蓝铜矿,这是蓝色的;蔷薇辉石,它是粉红色的;绿松石给它的名字颜色绿松石,青蓝色的蓝绿色;和硫,是黄色的。许多非金属矿物相对狭窄范围的颜色,虽然有些异常广泛。的成员斜长石长石系列范围从钠长石几乎纯白色到浅灰色,深灰色的钙长石包体。最常见的石榴石不同深浅的红色红棕色到棕色。单斜的成员辉石集团从几乎纯白色透辉石亮绿色在包含少量的透辉石铁作为一种替代品镁在结构通过深绿色钙铁辉石几乎在许多黑人辉石。的成员斜方辉石类系列(顽辉石orthoferrosilite)从浅肤色暗棕色。另一方面,电气石可能显示多种颜色(红色,蓝色,绿色,棕色和黑色)以及不同的颜色分带,从无色到粉红色,绿色,在单个晶体。同样,许多宝石矿物等刚玉、绿宝石和石英发生在许多颜色;的宝石从他们给出品种名称。简而言之,在各种非金属矿物,颜色是有帮助的,但不是一个真正的诊断(因此独特),属性。
硬度
硬度(H)是一种矿物的抗挠。是财产的矿物质可能描述相对于标准10矿物称为规模摩氏硬度规模。硬度是由观察比较容易或困难哪一种矿物是由另一个挠或钢工具。矿物的硬度测量,几种常见的对象可用于挠是有帮助的,比如指甲,一个铜币,钢铁随身小折刀,玻璃板或窗口玻璃,钢的针,划线平板(未上釉的黑色或白色瓷器的表面)。
因为有一种普遍的硬度和化学成分之间的联系,这些可以归纳:
1。多数含水矿物相对较软(H < 5)。
2。卤化物,碳酸盐,硫酸盐,磷酸盐也相对较软(H < 5.5)。
3所示。大多数硫化物相对较软(H < 5),白铁矿和黄铁矿例外的例子(H < 6到6.5)。
因为硬度是一个高度在矿物识别诊断地产,大多数使用相对硬度作为排序参数限定的表。
韧性
几种矿物性质取决于之间的凝聚力原子(和离子在矿物结构分组下的韧性。矿物的韧性可以被描述为以下方面:可塑的,能够被夷为平地的打击下锤成薄片而不破坏或破碎成碎片(大多数本土元素显示不同程度的延展性,特别是金、银、铜);可切的,能够被顺利切刀切断(铜、银和金是可切的);韧性,能够被卷入的形式线(黄金,银,铜展览这个属性);灵活,容易弯曲,弯曲的压力后删除(滑石是灵活的);脆,很少或根本没有抗破损,因此分离成碎片的打击下锤子或者当减少刀(大多数硅酸盐矿物脆);和弹性,能够弯曲或变形但是松了一口气时,回到最初的形式(云母是弹性)。
比重
比重(G)被定义为一种物质的重量的比值和同等体积的水的重量在4°C (39°F)。因此一种矿物的比重2重同样体积的两倍水。因为它是一个比率,比重没有单位。
矿物的比重取决于原子质量的组成元素和原子(离子)的方式打包在一起。矿物系列的物种本质上相同的结构,这些组成元素原子量较高的有更高的具体特点。如果两个矿物(如碳的两个多晶型物,即石墨和钻石)有相同的化学成分,比重的差异反映了变化的内部包装的原子或离子(钻石,G为3.51,比石墨结构更密集,G (2.23)。
测量的比重矿物标本需要使用一个特殊的装置。估计的价值,但是,可以通过简单的测试标本多重感觉。大多数人来说,从日常经验,开发出了一种相对权重甚至非金属和金属矿物等对象。例如,硼砂(G = 1.7)似乎光非金属矿物,而硫酸铅矿(G = 6.4)感觉沉重。平均比重反映了一个给定大小的非金属或金属矿物应该权衡。非金属矿物的平均比重介于2.65和2.75,这是在值的范围为石英(G = 2.65),长石(G = 2.60 - 2.75),和方解石(G = 2.72)。对金属矿产、石墨(G = 2.23)感觉轻,而银(G = 10.5)似乎沉重。金属矿物的平均比重大约是5.0,黄铁矿的值。使用样本已知的比重与实践,一个人可以开发能够区分矿物质,有相对较小的比重差异仅仅是取消他们。
虽然可以获得近似评估比重的举起一只手标本的具体的单矿物,准确测量只能通过使用特定的重力平衡。这种仪器的一个例子快乐的平衡,它提供了数值小矿物标本(或片段)在空气和水。这样的精确测量是高诊断和可以极大地帮助一个未知矿物样本的识别。
磁性
只有两个矿物展览容易观察到磁性:磁铁矿(铁3O4),这是强烈吸引磁铁,和磁黄铁矿(铁1−x),通常显示了弱磁反应。铁磁是一个术语,指的是材料,表现出很强的磁性吸引力受到什么时候磁场。材料,只显示一个弱磁响应在一个强磁场被称为应用顺。这些材料所排斥的一个应用磁力被称为抗磁性。因为矿物显示广泛的稍微不同的磁性,他们可以彼此分离电磁铁。这样的磁选是一种常见的过程在实验室和以商业规模。
荧光
有些矿物,暴露的时候出现紫外线时,会发出可见光照射;这就是所谓的荧光。有些矿物质只在短波紫外线发出荧光,只有在长波紫外线在两种情况下,还有别人。颜色和发射光强度变化显著的波长的紫外线。由于荧光的不可预测性,一些矿物标本的清单,而其他看似相似的标本,从同一地理区域,即使是那些没有。一些矿物质,可能表现出荧光萤石,白钨矿,方解石,方柱石,硅锌矿,钙铀云母。标本的硅锌矿和方解石在美国新泽西富兰克林区可能显示的荧光颜色。
盐酸中溶解度
积极的识别碳酸盐矿物大大帮助了,因为公司的碳氧键3组碳酸盐变得不稳定和分解的存在氢离子(H+)中可用酸。这是表达的反应2 h++有限公司2−/3→H2O +有限公司2,这就是所谓的基础与稀释饮料测试盐酸(HCl)。方解石,霰石,碳酸钡矿,菱锶矿,以及铜碳酸盐,显示冒泡,或者泡沫,当一滴稀释盐酸是放置在矿物。这种“饮料”的释放二氧化碳(有限公司2)。等碳酸盐白云石,菱锰矿,菱镁矿,菱铁矿将显示缓慢的泡沫酸应用于矿物粉或温和的泡沫只有在炎热的盐酸。
放射性
矿物质含有铀(U)和钍(Th)不断进行放射性衰变反应同位素铀和钍形式的各种元素和女儿还在的形式释放能量α和β粒子和伽马辐射。的辐射生产可以测量在实验室或在野外使用盖革计数器或闪烁计数器。辐射计数器因此有助于确定铀-和thorium-containing矿物质,如沥青铀矿,沥青铀矿,方钍石,钙铀云母。一些矿物含有放射性元素,允许后经过时间的确定放射性物质被纳入矿物(另请参阅约会:同位素测定的原则)。
矿物的分类
自19世纪中叶以来,矿产被分类的基础上,他们的化学成分。根据这个计划,他们根据他们的主要分为类阴离子或阴离子组(例如,卤化物,氧化物,硫化物)。几个原因证明使用这一标准作为区分因素在矿物分类的最高水平。首先,矿物质的相似性质相同的阴离子组更明显比相同的主导阳离子。例如,碳酸盐具有较强的相似性比铜矿石。其次,矿物质,有相同的主要阴离子可能会发现在相同或相似的地质环境。因此,硫化物多发生在静脉或更换存款,而silicate-bearing岩石构成的地球的地壳。第三,当前的化学实践采用命名和分类方案无机化合物基于相似的原则。
不过,调查人员发现,化学成分是对矿物进行分类的不足。确定的内部结构,通过使用来实现的X射线,允许一个更完整的升值矿物的性质。化学成分和内部结构共同构成一种矿物的本质和确定它的物理性质;因此,分类应该依赖两种。Crystallochemical principles-i.e。,those relating to both chemical composition and水晶结构由英国物理学家首先应用w·劳伦斯布喇格和挪威矿物学家维克多·莫里茨Goldschmidt在的研究硅酸盐矿物。硅酸盐组细分部分的基础上组成但主要根据内部结构。基于SiO的拓扑4四面体,子类包括框架、链和硅酸盐,等等。这种矿物分类是合乎逻辑的和明确的。
最广泛的分歧在目前使用的分类讨论(1)本土元素,(2)硫化物,(3)sulfosalts(4)氧化物和氢氧化物(5)卤化物(6)碳酸盐(7)硝酸盐(8)硼酸盐(9)硫酸盐(10)磷酸盐,(11)硅酸盐。
本土元素
除了免费的气体在地球大气,20元素发生在一个纯粹的自然(即。,uncombined) or nearly pure form. Known as the native elements, they are partitioned into three families:金属半金属,非金属矿物。最常见的原生金属,它的特点是简单的晶体结构,组成三组:黄金集团组成的黄金,银,铜,铅;的铂族组成的,铂,钯,铱,锇;和铁包含铁和集团镍铁。汞,钽,锡,锌其他金属被发现在原生状态。本机半金属分为两个同构的群(那些成员共享一个共同的结构类型):(1)锑,砷,铋在自然界中,后两个是更常见的,和(2),而少见硒和碲。碳的形式钻石和石墨,硫是最重要的非金属矿物。
金属
黄金,银,铜是同一组的成员(列)元素周期表因此有相似的化学性质。在自由的国家,他们的原子是加入了相当薄弱金属结合剂。这些矿物质共享一个共同的结构类型,他们的原子定位在一个简单立方closest-packed安排。金银两原子半径为1.44埃(一)或1.44×10- 7毫米,使完全固溶体发生在他们之间。铜的半径是小得多(1.28),因此铜的替代品在金银只在有限的程度上。同样,本机只含有微量的铜金银的结构。
因为他们的晶体结构相似,黄金集团的成员显示相似的物理性质。都是相当软,韧性(卷入的能力线)、韧性(能够被一个形状锤或辊),可切的(能够顺利通过刀或其他工具);金、银和铜作为优秀的指挥家电金属和热并展示光泽和粗糙的断裂(断裂特点是锋利的锯齿状表面的一种)。这些属性是归因于他们的金属键。集团矿物立方晶系结晶,有很高的密度结果立方最亲近的包装。
除了上面列出的元素,铂族还包括稀有矿物合金等铱锇矿。这一组的成员比金属的黄金组和也更高熔点。
铁族金属等距和有一个简单立方结构。其成员包括纯铁,很少发现在地球的表面,和两种镍(铁镍合金和taenite),已被确认为常见的成分陨石。本机铁被发现玄武岩格陵兰迪斯科岛,格陵兰岛和镍在约瑟芬和杰克逊县,俄勒冈州。铁和镍的原子半径都是大约1.24,所以经常代替镍铁。地球的核心组成很大程度上被认为是这样的铁镍合金。
半金属
半金属的锑,砷,铋具有结构类型不同的simple-packed球体的金属。在这些半金属,每个原子定位接近比其他三个邻近的原子。锑和砷的结构组成的球体,相交平面圆形区域。
的共价字符的债券加入最近的四个原子有关的电负性半金属性质,反映在元素周期表中的位置。这一组的成员是相当脆弱的,他们没有行为热和电力近以及原生金属。债券类型提出了这些属性是介于金属和共价;因此更强大和更定向比纯金属结合剂,导致晶体的低对称。
非金属矿物
本机非金属钻石,富勒烯、石墨和硫结构不同于金属和半金属。硫的结构(原子半径= 1.04),通常在形式,斜方晶系的可能包含有限固溶体硒(原子半径= 1.16)。
的多晶型物碳石墨、富勒烯和diamond-display不同结构,导致他们之间的分歧硬度和比重。在钻石,每个碳原子成键共价四面体排列,产生强烈保税极其紧密的但不是closest-packed结构。石墨的碳原子,然而,被安排在六元环中每个原子包围三个附近的邻居位于一个等边三角形的顶点。五环相连,形成表,调用石墨烯,由一个直径超过一个原子的距离。范德瓦尔斯力垂直于表,提供弱键,,结合宽间距,导致完美的基底乳沟沿着床单和容易滑动。富勒烯被发现在meta -无烟煤,在电筒,在粘土从白垩纪—第三纪边界在新西兰、西班牙和土库曼斯坦以及富含有机物层在萨德伯里附近镍我的加拿大。
硫化物
常见的硫化物,sulfarsenides, sulfosalts
这个重要的类包含的大部分矿石矿物质。类似但少见sulfarsenides分组。硫化矿物包含一个或更多的金属结合硫;sulfarsenides含有砷取代的硫。
硫化物通常是不透明的,表现出区分颜色和条纹。(条纹是一种矿物的颜色粉。)nonopaque品种(如朱砂,雄黄,三硫化二砷)具有高折射率、光传输只有薄边缘的标本。
一些宽泛的概括可以对硫化物的结构,尽管这些矿物质可以分为较小的团体根据相似的结构。离子和共价键被发现在许多硫化物,金属键是明显的在其他金属特性就是明证。最简单、最对称的硫化物结构基于的架构氯化钠结构。一种常见的硫化矿物,这种方式是结晶矿石矿物的铅,方铅矿。其高度对称的形式由立方体修改八面体脸角落。的结构常见的硫化黄铁矿(菲斯2)也仿照氯化钠类型;位于二硫化分组与六个周围的二价铁原子的位置协调。这种结构的高对称性反映在黄铁矿的外部形态。在另一个硫醚结构,闪锌矿锌矿),每个锌原子周围是四个硫原子在一个四面体协调安排。在这个结构类型的衍生品,黄铜矿(中央财经2)结构、铜和铁离子可以被认为是定期在锌代替原始闪锌矿原子的位置安排。
砷黄铁矿(FeAsS)是一种常见的sulfarsenide发生在许多矿床。砷元素的主要来源。
Sulfosalts
大约有100个物种构成相当大的和非常多样化sulfosalt类的矿物质。sulfosalts不同尤其是硫化物和sulfarsenides的角色半金属,如()和锑砷(某人),在他们的结构。sulfarsenides,半金属代替部分硫的结构,而在sulfosalts他们发现的金属。例如,在sulfarsenide毒砂(FeAsS)、白铁矿中的砷取代硫(菲斯2-)型结构。相比之下,sulfosalt按照现代(铜3屁股4)包含砷在金属位置,协调四个硫原子。sulfosalt如铜3屁股4也可以被认为是一个双硫化,3铜2年代∙2年代5。
氧化物和氢氧化物
这些类是由含氧矿物;的氧化物结合氧气与一个或多个金属,而氢氧化物特点是羟基(OH)- - - - - -组。
氧化物进一步分为两种主要类型:简单的和多个。简单氧化物包含一个金属结合氧的几种可能:氧气比率(X: O): XO, X2O X2O3等。冰,H2啊,是一个简单的氧化物的X2O型包含氢作为阳离子。尽管SiO2(石英和其多晶型物)是最常见的氧化,这是下面讨论硅酸盐中,因为它的结构更像其他硅氧化合物。两个非等值的金属网站(X, Y)描述多个氧化物,XY形式2O4。
与硫化物类的矿物离子,共价和金属结合剂,氧化矿物质通常显示强的离子键。他们相对较硬,密度和耐火材料。
氧化物通常发生在少量火成岩和变质岩和既存的谷物沉积岩。几种氧化物有很大的经济价值,其中包括的主要矿石铁(赤铁矿和磁铁矿),铬(铬铁矿),锰(软锰矿,以及氢氧化物,亚锰酸盐和钡硬锰矿),锡(锡石),铀(沥青铀矿)。
赤铁矿小组的成员的X2O3包装类型和结构基于六角亲密的氧原子与八面体的协调(原子包围,连着六)阳离子。刚玉和赤铁矿共享一个共同的六角结构。在钛铁矿结构、铁和钛占领交替Fe-O和Ti-O层。
XO2类型氧化物分为两组。第一个结构类型,以金红石,包含与氧八面体阳离子的协调。第二个相似萤石(CaF2);氧气连着四个阳离子位于一个正四面体的角落,和每个阳离子位于一个立方体在角落的八个氧原子。后者结构表现出的铀,钍,铈氧化物,其相当大的重要性源于他们的角色在核化学。
spinel-group矿物质XY型2O4和含有氧原子近似立方最亲密的包装。氧框架内的阳离子位于八面体的(6倍)和四面体地(四)与氧相协调。
(哦)- - - - - -群氢氧化物通常导致结构较低的债券的优势比氧化矿物质。氢氧化矿物质密度小于氧化物的,也不是那么难。所有的氢氧化物形成在低温和主要发现风化例如,产品,从变更热液脉。一些常见的氢氧化物水镁石[毫克(哦)2),亚锰酸盐(MnO∙哦),水铝石[α-AlO∙哦),针铁矿(α-FeO∙哦)。的矿石铝,铝土矿由传播体的混合物,勃姆石水铝石(γ-AlO∙哦变形),和三水铝矿Al (OH)3),加上铁氧化物。针铁矿是一种常见的蚀变产物,富含铁的出现,在一些地方是一个铁矿石。
卤化物
由大型这个类的成员是有区别的阴离子的卤素氯,溴,碘,氟。离子携带一个电荷- 1和容易扭曲的强烈带电体的存在。与相当大时,弱极化阳离子低收费,比如那些的碱金属阴离子和阳离子的形式几乎完美的球体。这些组成的结构球体表现出最高的对称。
纯等距卤化物离子键是最好例证,为每一个球离子分发其脆弱的整个表面静电电荷。这些相对较低的硬度和moderate-to-high卤化物清单熔点。在固态热差和电导体,但当熔融行为电好。
卤素离子也可以结合更小、更强烈极化比碱金属阳离子的离子。更低的对称性和更高程度的共价键打赢这些结构。水和羟基离子可以进入该结构氯铜矿(铜2Cl(哦)3]。
卤化物包含大约80化学相关的矿物与多样的结构和广泛多样的起源。最常见的是岩盐(氯化钠),钾盐(氯化钾),角银矿(AgCl),冰晶石(Na3阿尔夫6)、萤石(CaF2),氯铜矿。没有分子安排中存在的离子在岩盐,一种天然的氯化钠。每个阳离子和阴离子在八面体配合六最亲密的邻国。氯化钠结构的晶体中发现许多XZ-type卤化物,包括钾盐(氯化钾)和角银矿(AgCl)。一些XZ类型的硫化物和氧化物结晶结构类型作为好例子,方铅矿(PbS),硫锰矿(MnS)方镁石(分别)。
几个XZ2卤化物有相同的结构萤石(CaF2)。在萤石,钙阳离子的角落和脸中心定位在立方单元细胞。(一个单元是最小的细胞群原子,离子或分子的整个晶体结构可以由其生成重复。)每一个氟与四个钙离子,阴离子在四面体协调每个钙离子在8倍协调与八氟离子,形成一个立方体的角落。沥青铀矿(UO2),方钍石(ThO2)是两个例子的一些氧化物fluorite-type结构。
碳酸盐
的碳酸盐矿物含有阴离子复杂(有限公司3)2 -,这是在其coordination-i.e三角形。,with a carbon atom at the centre and an oxygen atom at each of the corners of an equilateral triangle. These anionic groups are strongly bonded individual units and do not share oxygen atoms with one another. The triangular carbonate groups are the basic building units of all carbonate minerals and are largely responsible for the properties particular to the class.
碳酸盐经常使用冒泡试验确定酸。反应结果的特色饮料,2 h++有限公司2/3→H2O +有限公司2,利用碳-氧键的有限公司3组织不太像中相应的碳氧键的二氧化碳。
常见的无水(水)碳酸盐分为三组不同结构类型:方解石,霰石,白云石。铜碳酸盐蓝铜矿和孔雀石是唯一显著的含水的品种。
方解石组的成员共享一个通用的结构类型。它可以被认为是一个衍生的氯化钠结构碳酸盐岩(有限公司3)组织代替氯离子和阳离子取代钙钠阳离子。由于公司的三角形3组织结构是菱形的代替等角如氯化钠。的有限公司3组c-axis飞机垂直于三倍,钙离子占据替代飞机和连着六个氧原子的有限公司3组。
方解石小组的成员表现出完美的菱形的乳沟。CaCO组成3最常发生在两个不同的多晶型物:菱形的方解石与钙六最亲密的氧原子和包围斜方晶系的霰石和钙九最亲密的氧原子包围。
当有限公司3团体结合大型二价阳离子(通常与离子半径大于1.0),斜方晶系的结构的结果。这被称为霰石结构类型。这一组的成员包括那些有大量阳离子:BaCO3,SrCO3,PbCO3。每个阳离子周围九个最亲密的氧原子。
霰石组显示更加有限坚实的解决方案比方解石。阳离子的类型存在于霰石矿物主要是负责物理性质的差异的成员组。比重例如,大致成正比原子量的金属离子。
白云石[CaMg(有限公司3)2),铁锰云石[CaMn(有限公司3)2),和铁白云石(咖啡馆(CO3)2)三个同构的白云集团的成员。白云石结构可以看作一种calcite-type结构中镁和钙金属阳离子占据网站交替层。的钙(Ca2 +)和镁(毫克2 +)离子不同大小的33%,这会产生阳离子订购两个阳离子占据特定的和独立的水平结构。白云石calcium-to-magnesium比约为1:1,这给了它一篇作文CaCO之间的中间3和MgCO3。
硝酸盐
的硝酸盐特点是三角形(没有3)- - - - - -组相似(有限公司3)2 -组碳酸盐,使两个矿物类相似的结构。氮阳离子(N5 +)具有很高的电荷并强烈偏振像碳阳离子(C4 +)有限公司3组。紧密复杂三角形是由三个氮氧的债券3集团;这些债券比其他所有的晶体。因为氮氧键强度大于相应的碳酸盐的碳氧键,硝酸盐分解不容易酸的存在。
硝酸方解石集团的结构类似于那些在没有结果3结合在一个1:1比例与单价阳离子的半径可以容纳六个最亲密的氧气的邻居。例如,钠硝石(纳米3),也称为钠硝石,方解石表现出相同的结构、结晶学和乳沟。这两种矿物的区别在于钠硝石柔和,融化在较低温度下由于其较小的电荷;此外,钠原子重量低于钙,导致钠硝石的比重较低。同样,硝石(先3),也被称为硝石是一个模拟的霰石。这是两个只有7个已知的天然硝酸盐的例子。
硼酸盐
含有矿物质的硼酸类硼。氧气组可以联系在一起,这一现象被称为聚合,形成链、床单和孤立的多个组。硅氧(SiO4四面体的硅酸盐聚合的方式类似于(BO3)3 -硼酸盐的三角集团。(有关这种结构的进一步信息,见下文硅酸盐)。一个氧原子之间共享两个硼阳离子(B3 +),从而将BO3组到扩展单位如双三角形,三戒指,表和链。氧原子能够容纳两个硼原子因为小硼阳离子有一个氧键的强度,就是一半债券能源的氧离子。
虽然通常是发现在三角配合三氧硼,它也发生在四面体的四倍的协调组织。此外,硼等可能存在的复杂阴离子集团(B3O3(哦)3]2 -一个三角形组成的,和两个四面体。复杂的无限链四面体和三角形结构的发现硬硼钙石(出租车3O4(哦)3∙H2O];一个复杂的离子组成的两个四面体和两个三角形,[B4O5(哦)4]2 -是存在于硼砂(Na2B4O5(哦)4∙8 h2O)。
硫酸盐
这门课是由大量的矿物质,但相对较少是常见的。都含有阴离子(4)2 -组织结构。这些阴离子复合物形成紧密结合的一个中心6 +四个相邻的氧离子硫原子在四面体排列。这紧密针织集团是无法分享的氧原子与其他4组织;因此,四面体作为单独发生,分离的组织硫酸盐矿物结构。
重晶石小组的成员是最重要和常见的无水硫酸盐。他们有斜方晶系的对称性与大型二价阳离子连着硫酸盐离子。在重晶石(贝索4),每个钡离子周围是12最亲密的氧离子属于七个截然不同4组。无水石膏(卡索4)展品结构非常不同于重晶石自Ca的离子半径2 +远小于英航吗2 +。每个钙阳离子只能适合八个氧原子周围邻国4组。石膏(卡索4∙2 h2O)是最重要的和丰富的含水硫酸盐。
磷酸盐
虽然这矿物类是大(几乎700种已知物种),其大部分成员都是相当罕见的。磷灰石(Ca5(PO4)3(F, Cl,哦),然而,是一个最重要的和丰富的磷酸盐。这一组的成员具有四面体阴离子(PO4)3 -复合物,类似于(这样4)2 -硫酸盐的团体。磷离子,与积极的五价,只是比硫离子,正的六个电荷。砷酸和钒酸盐类类似于磷酸盐。
硅酸盐
的硅酸盐地球上,由于他们的丰富,构成了最重要的矿物类。大约25%的所有已知的矿物和40%的最常见的硅酸盐;的火成岩构成地壳的90%以上是由几乎所有硅酸盐组成。
的基本单位是硅氧(SiO硅酸盐结构4)4 -四面体。它由一个中央阳离子硅(Si4 +连着四个氧原子,位于一个正四面体的角落。陆地地壳是由强大的硅氧四面体的债券。约50%的离子和50%的共价债券发展相对吸引力的带电离子,以及分享他们的电子。
每一个硅的正电荷(+ 4)阳离子是氧原子满意的四个键。每一个氧离子(O2 -),然而,只有一半的总键能有助于硅氧键,所以它还可以结合到硅另一个四面体的阳离子。SiO4四面体从而成为联系在一起共享氧原子;这是被称为聚合。聚合的程度和方式不同的基地在硅酸盐结构。
硅酸盐可以分为组根据结构配置,它起源于共享一个,两个,三个,或全部四面体的氧离子。岛状硅酸盐有孤立的SiO组吗4,而俦硅酸盐包含对SiO4四面体连接到硅2O7组。环硅酸盐,也被称为环硅酸盐关闭,环状的硅酸盐;6倍品种组成Si6O18。硅酸盐是由无限的四面体称为链链硅酸盐;单一链SiO单元组成3或如果2O6,而双链含有硅氧比四11。层状硅酸盐、硅酸盐板时形成三个氧原子与相邻四面体共享。由此产生的无限平面表组成Si单位2O5。在四面体分享他们所有的氧离子的结构,一个无限SiO创建三维网络2单元组成。这种类型的矿物称为硅酸盐或框架网硅酸盐。
地壳的主要组成部分,铝之前只氧气和硅的重要性。铝、半径略大于硅,谎言接近上限允许四倍协调在晶体。因此,铝可以用四个氧原子包围四面体地安排,但是它也可以发生在6倍协调与氧气。能够维持两个角色在铝硅酸盐结构使得这些矿物的一个独特的成分。四面体的氧化铝4组SiO大小大致相等4组织,因此可以成为纳入硅酸聚合方案。铝在5 6倍协调与SiO形成离子键4四面体。因此,铝可能占领四面体网站代替硅和八面体网站在固体解决方案铁与镁和铁等元素。
几种离子可能出现在硅酸盐结构与氧八面体协调:毫克2 +、铁2 +、铁3 +、锰2 +,艾尔。3 +和钛4 +。所有阳离子有大约相同的维数,因此在等效原子站点,尽管他们的指控从积极的两个积极的四个。坚实的解决方案涉及离子不同的电荷通过耦合的替换,从而保持中立的结构。
岛状硅酸盐
岛状硅酸盐的硅氧四面体不是聚合;他们都与另一个只有通过离子键的间质阳离子。由于四面体的隔离组,这些矿物质通常的水晶习惯等维度的著名的解理方向不存在。间隙的大小和电荷的阳离子很大程度上决定岛状硅酸盐的结构形式。相对较高的比重和硬度这个群体的特点源于内的原子结构的致密堆积。替换的铝硅通常是相当低。
俦硅酸盐
这些矿物包含两个SiO集4氧四面体加入了一个共享的顶端。silicon-to-oxygen比率2:7因此出现在他们的结构。70多属于俦硅酸盐矿物质集团,尽管大多数是罕见的。唯一的成员绿帘石集团和符山石是常见的。独立(SiO4)4 -和双(Si2O7)6 -组织纳入绿帘石结构,反映在它的公式:Ca2(铝、铁)2O (SiO4)(如果2O7)(哦)。
环硅酸盐
环硅酸盐的硅氧四面体都链接到环结构,具有一个整体Si: O 1:3的比例。有三个封闭循环配置以下公式:Si3O9,如果4O12,如果6O18。罕见的titanosilicate硅酸钡钛矿(BaTiSi3O9)是唯一的矿物,建立简单的Si3O9戒指。斧石[(钙、铁、锰)3艾尔2(博3)(如果4O12)(OH)]包含Si4O12戒指,加上薄熙来3三角形和哦组。两种常见的和重要的环硅酸盐,水苍玉(3艾尔2如果6O18),电气石(有一个极其复杂的公式),是基于Si6O18戒指。
链硅酸盐
这门课的特点是它的一维链和乐队由SiO的链接4四面体。单一链可能是由两个氧原子的分享每一个四面体,导致结构与Si: O 1:3的比例。两个链与备用四面体共享一致的一个额外的氧原子形成的双链。这些结构有一个如果:O四11的比率。pyroxenoids有大量的硅酸盐矿物,它有一个类似的Si: O比辉石,但不相同的链的结构硅四面体不要无限重复。两个重要形成岩石矿物家庭显示这些结构类型:单链辉石和双链角闪石。
角闪石和辉石共享相同的阳离子有许多类似的晶体,化学和物理性质:类似的物种的颜色、光泽和硬度是一样的。两组之间的区分因素,角闪石的氢氧自由基的存在,通常为双链成员特定的重力和折射率低于他们的单链类似物。水晶习惯也不同:角闪石展览针叶或纤维状晶体,而辉石粗短的形式棱镜。此外,两组的不同链结构导致不同的乳沟角度。
辉石发生在高温火成岩和变质岩。他们比他们的角闪石结晶温度升高时。辉石在冷却初期形成的火成岩融化或变质流体可能后结合水在较低的温度下形成角闪石。
层状硅酸盐
这些矿物质显示二维无限张SiO框架4四面体。Si: O比2:5的结果分享每个四面体的三个氧原子。6倍对称是在不失真。硅酸盐板框架层状硅酸盐的主要负责以下属性:板状或片状的习惯,单明显的乳沟,比重低,柔软,和可能的乳沟的灵活性和弹性层。大多数矿物的这组包含氢氧根定位环的四面体中间的6倍。
许多土壤成分,通过岩石风化,拥有一张结构。层状硅酸盐属性作出巨大贡献的能力土壤释放和保留植物食物,储备水湿干燥季节,以适应生物和大气气体。
网硅酸盐
几乎75%的地壳是由网硅酸盐矿物与三维框架。SiO氧原子4四面体的这个类的成员与附近的四面体,创建一个强烈约束结构与Si: O 1:2的比例。以外的其他沸石集团可以容纳水由于其结构的开放性,表中列出所有成员无水。
矿产协会和相平衡
前面的部分概述了主要矿物群,但没有治疗矿物组合的一部分岩石类型也不讨论矿物和岩石发生的实验研究。岩石学岩石的科学研究,主要关注识别单个矿物岩石,连同他们的富足,晶粒尺寸,和纹理,因为岩石通常由多种矿物质。这些信息是至关重要的任何岩石的历史的理解。
岩石学研究需要非常了解的矿物学和矿物识别的原则,彻底熟悉摇滚的起源的理论和实验研究。本节关注阶段平衡,在这之间的联系的研究矿物和岩石的研究很大程度上是基础。
一个阶段是一种均匀的物质有一个固定的成分和统一的化学和物理性质。只有一种矿物显示没有坚实的解决方案可能会因此被认为是一个阶段。石英(SiO2),例如,是一个在Si-O低温阶段2(SiO2)系统,和蓝晶石(Al2SiO5)是一个高压阶段2O3-SiO2(艾尔2SiO5)系统。这个词阶段地区时使用一种矿物成分变化,如之间的固溶体系列镁橄榄石和铁橄榄石。一个阶段可能存在固体,液体,或气体:H2例如,O发生的形式冰(固体)、水(液体),蒸汽(气体)。
平衡指的是建立稳定的共存的两个或两个以上的阶段和相对于时间。如果两个阶段的混合水和冰无限期共存,这样每个的数量是固定的,据说他们正在处于平衡状态。一些岩石的矿物存在一起因为他们形成几百万年的时间,但一个人不能总是在平衡确定如果这些岩石成分或仍接受变化。
矿物质的平衡状态的决定因素的存在(或缺乏)的反应,这是一个地区分离两个或两个以上的矿物质和组成的产品反应他们之间。矿物质之间没有任何过激的反应钢圈的身体触摸彼此表明他们在平衡时形成的岩石。额外的化学数据元素矿物之间的分布是必要的来验证这个假设。相比之下,megascopically或显微镜下可见的轮圈的存在表明,一些矿物质并没有处于平衡状态。石榴石例如,可能与黑云母共存反应产生一个绿泥石rim,揭示这两个矿物并不总是处于平衡状态。实验岩石学家必须分配一段时间之后,阶段之间没有进一步的更改将表明,平衡。时间是可变的,这取决于在一定程度上反应的速度和调查员的耐心;它可能从几个小时到数年。
组件所必需的最小数量的独立的化学物种描述成分存在于一个系统的所有阶段。的复合H2O通常是作为唯一的组件定义H2O系统,虽然H2和O2定义化学系统。考试的稳定MgSiO领域3(顽辉石),MgSiO3通常用作组件而不是三个元素,镁、硅、和O,或这两种氧化物,分别以和SiO吗2。这三个组件通常使用的辉石系统CaO-MgO-FeO-SiO2是卡西欧3-MgSiO3-FeSiO3。
组合和相律
在早期研究的一块岩石上,必须确定岩石的矿物成分。正长石,钠长石、石英和黑云母可能会发现火成岩花岗岩。通过检查花岗岩的纹理,你可以得出这样的结论:四个差不多同时矿物质结晶温度升高,orthoclase-albite-quartz-biotite矿产组合。组合这一术语经常被应用于所有矿物质包括在一个摇滚更适当应该用于那些在平衡的矿物质(更确切地说,被称为平衡组合)。上面讨论的花岗岩可能显示地表蛀牙排列的几种粘土矿物和褐铁矿(含水氧化铁)。最初的高温花岗岩是改变形成了低温粘土矿物和褐铁矿;因此有两种不同的组合出现在岩石:高温orthoclase-albite-quartz-biotite组合和低温组合的粘土矿物和褐铁矿。
变质岩也可能包含不同的组合。一个页岩,在低温下组成的丝云母- - - - - -高岭土- - - - - -白云石- - - - - -石英- - - - - -长石组合可以成为变质在较高温度下,产生一个石榴石硅线石-biotite-feldspar组合。
一个组合从而由矿物质相同或非常类似的条件下形成的压力和温度。在实践中,矿物质,彼此身体上的接触没有反应钢圈或改变产品组合中。很可能达到平衡的矿物质满足这些条件,但额外的化学测试通常必要定义平衡组合没有歧义。
系统由一个阶段相律,它定义了矿物质的数量可能共存的平衡:F = C−P + 2, F方差或数量的自由度,C是独立的组件的数量,P是阶段的数量。这条规则应用到三相、三分量系统F是2。这表明两个parameters-e.g。,压力和温度—may be varied independently of one another without altering the number of phases.
相图
阶段(或稳定)图是用来说明某些矿物的条件是稳定的。它们是图形显示的限制条件固体,液体,气体阶段的单一物质或物质的混合物而经历压力和温度变化或在其他一些变量的组合。以下是相图用于研究的例子火成岩,变质,沉积岩。
用在火成岩岩石学
在火成岩岩石学领域,研究者通常采用相平衡的方法来比较天然和合成岩石中矿物的发现。可以从学习融化火成岩和逆向的过程,从熔体的结晶矿物(液相)。液相图形表示的系统被称为液体的图。液相线的虚线轮廓图,等温线,代表一种矿物熔化温度。他们定义所谓的液体的表面。随着温度的降低,矿物结晶的方式定义的边界上的箭分离不同的矿物相。仔细研究水晶产品的冷却融化形成的特定成分允许火成岩岩石学家比较这些结果与自然火成岩矿物中观察到。
使用变质岩石学
由于(- t)应用相图研究变质岩产生的条件。他们说明了各种矿物相之间平衡关系的压力和温度。矿物分离的反应曲线可能存在在平衡条件下发生沿着线呈现在图。例如,铝的反应曲线2SiO5和俄国人的+石英←→钾长石+硅线石+ H2O在变质岩有显著的高氧化铝(Al2O3)内容与其他组件(例如,氧化钙(曹)氧化镁(分别)和氧化亚铁[FeO说])。页岩富含粘土矿物含有相当大量的氧化铝,在变质页岩矿物反应和再结晶的发生。表现为泥质页岩变质的形式,片岩,这些可能包括大量的硅线石、莫斯科和石英。这样一套片岩可能平衡在一定的压力和温度条件。
理论计算结合实验观察到相图。在实验室的实验三多晶型物的阿尔2SiO5、化学纯度高的最常用的原料,但极其纯净矿物质可能取代。样品的原材料蓝晶石不包含任何夹杂物可能反应在高温下形成硅线石。反应曲线的位置之间的蓝晶石和硅线石场是由从蓝晶石和硅线石形成的第一个实例的初始阶段相反的反应。x射线粉末衍射和光学显微技术是用来估计这些反应的条件开始,但实验方法受到一定程度的不确定性。因此,反应曲线,虽然通常被描绘成窄线,实际上可能代表广泛的反应区。同时,天然系统是更复杂的比在实验室设计的简化版本,所以困难当试图联系这两个。- t图主要是作为一种工具在评价变质的条件,如压力和温度。
在沉积岩石学
相图也可以有助于物理和化学条件的评估,在化学沉积的沉积序列。大气状况的特点是温度和压力较低,和在这种情况下稳定矿物领域通常可以方便地表达的是(氧化潜在的),pH值(负对数氢离子浓度(H+];鹿表明酸性,pH值的7 - 14显示碱度的pH值,和中立的解决方案的pH值7)。
稳定关系对于一些铁氧化物和铁硫化物通常在大气条件下,25°C (77°F)和一个标准大气压力。(一个标准大气压力等于760毫米或29.92英寸的汞)。高呃值对应于一个化合物在氧化条件下稳定,等赤铁矿,而低嗯值表示一种矿物发生在减少环境中,如磁铁矿。黄铁矿和磁黄铁矿,两个硫化矿物,发生在低嗯价值观和第4 - 9的pH值。行分离的领域eh ph图代表条件可能存在两种矿物处于平衡状态。赤铁矿和磁铁矿例如,通常发现在含铁沉淀物。eh ph图是有价值的在提供信息时存在的化学和物理环境大气风化和化学沉积成岩作用沉积物沉积的水的温度在25到100°C(77到212°F)和一个大约一个大气压的压力。Τhe共存的赤铁矿和磁铁矿在前寒武纪含铁岩石(从46亿年到5.41亿年前形成)可以使调查人员估计变量如嗯和pH值,在最初的古代沉积盆地。
Cornelis克莱因
更多的阅读
标准的作品包括矿物学的参考西澳鹿,R.A.豪伊,j . Zussman,矿物5卷,第二版。(2001);西澳鹿,介绍矿物(2013);Cornelis克莱因,矿物科学的人工(詹姆斯·d·达纳之后)23日。(2008);Annibale Mottana,Rodolfo Crespi,朱塞佩Liborio,西蒙和舒斯特尔的岩石和矿物的指南(1987);也发表了岩石和矿物的麦克唐纳的百科全书,1983);和马尔科姆·e·黑,弗莱舍矿物物种的术语表(2014)。有用的文献和专著包括哈维平板,罗伯特·j·特蕾西,布伦特·e·欧文斯,岩石学:火成岩、沉积岩和变质岩第三版。(2006);亚历山大·r·McBirney,火成岩岩石学第三版。(2007);Cornelis克莱因,矿物和岩石:练习在晶体学、矿物学、岩石学和手标本(1994);罗兰a雷蒙德,岩石学:研究火成岩、沉积岩和变质岩,第二版。(2007);和安德鲁Putnis,矿物科学概论(2008)。讨论的矿物质作为自然资源和工业商品中可以找到马里奥·e·罗西和克莱顿诉Deutsch,矿产资源评估(2016);和阿拉斯泰尔·j·辛克莱和Garston h·布莱克威尔,应用矿物库存估计(2006)。列表和描述各种矿物质中可以找到克里斯Pellant,史密森学会手册:岩石和矿物(2009);约翰Farndon,岩石和矿物的说明指南:如何发现、识别和收集世界上最迷人的标本(2012);和Ole约翰森,矿物质的世界(2007)。
Cornelis克莱因
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