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第三章 矿物

第一节 矿物通论 一、矿物的概念

矿物是地壳中的化学元素，在地质作用下形成的单质或化合物，具相对稳定的化学成分结构，是组成的岩石基本单位。

解释：1、必须是天然产出的，即是在地质作用下形成的。如果是自然界存在的矿物，是人工在实验合成其成分和性质同天然相同则称人造矿物或合成矿物。如果自然界不存在的矿物，人工合成的不能称为矿物。即一般化合物。

如： 天然矿物 合成矿物

金刚石 C 人造金刚石 C 水晶 SiO2 人造水晶 SiO2

2、矿物具相对稳定的化学成分，有单质矿物和化合矿物。 单质矿物：是由同种元素化合而成 如：金刚石 C 自然金 Au

化合物矿物：由两种以上元素化合而的矿物。 如：水晶 Sio2 黄铁砂 FeS 刚玉 Al2O3 赤铁砂 Fe2O3

。 3、矿物大多具有一定的内部结构和外表形态、颜色等特征，是我们鉴定矿物的依据。

二、晶体与非晶质体的概念 1． 晶体的概念

晶体是内部质点（化学成分决定）在三维空间呈周期性重复排到的固体物质，或晶体是具有内部格子构造的固体（微观世界），晶体的内部质点在三维空间呈周期排列的规律称晶体构造。（见p23图）

凡是晶体 ，不论外形是否规则，它们的内部质点在三维空间呈规则的排列而具格子状构造，这是一切晶体的共同特性，也是晶体与其它状态的物体之间的根本区别。

如：水晶和玻璃的区别，成分均为SiO2，玻璃则为非晶质体。

不同的晶体，它们的内部质点不同，其排列方式不同，和晶隔大小（重复周期）不同，从而形成几千种矿物之多。

不同的晶体其质点种类不同，质点的排列方式不同和重复周期不同，因而具有不同的晶体结构。 2．非晶质体

非晶质体。通常指内部质点既不成规则排列，也无几何多面体外形的固体。 内部质点呈不规则排列，不构成格子状构造。、

如：SiO2·nH2O 蛋白石，还有从火山口中喷发出来的岩浆由于冷凝速度快，而来不及结晶，为非晶体质体，称为火山玻璃质岩石。 非晶体可向质体转化。 三．矿物的化学成分与化学式

矿物的化学成分和晶体结构，是决定矿物一切性质的两个最基本因素。

矿物具有相对稳定的化学成分，可用化学式表达。可根据化学式知道矿物是由哪些元素组成的。

（一） 元素的离子类型

元素在矿物中一般呈三种状态存在，矿物中的元素一般多为离子状态，部分为原子，

少数呈部分呈分子状态，其结合方式首先取决于它们的电子层结构，根据离子的外电子层结构，将离子分为三种类型。

〔补充：1、元素：同种原子组成的物质叫元素，元素是由原子组成的，原子由原子核和核外电子组成，原子核内包含有质子和中子，同种原子组成的物质叫元素。

电子围绕原子核按一定规律成层排列。每层电子的容量是固定的。最外层电子数为8个的原子，化学性质稳定。不足8个者，易于失去电子或夺取电子，以达到8个之稳定状态。

失去或夺取电子的原子称为离子，凡丢失电子者称为阳离子，夺取电子者称为阴离子。

一般来说，金属元素的原子最外层电子少于4，较易失去电子，形成阳离子，非金属元素的原子最外层多于4个，趋向于夺取电子，形成阴离子。

例如：钠Na ：共有11个电子，分布为1S2 2S2 2P6 3S1，所以钠原子最易失去最外层一个电子，形成Na+。

氯Cl ：共有17个电子，分布为 1S2 2S2 2P6 3S2 3P5，最外层电子数为7个，所以氯原子最易夺取电子，形成Clˉ。

2、同位素

每个原子具有固定的原子序数。在元素周期表中，分别占有固定的位置，但同

种元素的原子其中子数可以不同，因而具有不同的原子量。

同种元素具有不同的原子量，在元素周期表中占据同一位置，称为同位素。 元素周期表中有108种元素，其在自然界中发现的92种，已知元素从21种元

素外，其余都是由两种或两种以上的同位素的混合物。

有的同位素其原子核不稳定，会自行放射出能量，即放射性，称放射性同位素，

不具有放射性的同位素称为稳定同位素，由放射性同位素组成的矿物称为放射性矿物。 放射性同位素是不稳定的。它们不停地、自发地放射出射线而衰变成另一种元

素，最终稳定下来，放射衰变的速度是恒定的，基本上不受外界的干扰，随着衰变的进行，原来元素（母体元素）的含量不断减少。新元素（子体元素）的含量不断增加，由于衰变的速率恒定，因此，可以根据岩石和矿物中母体元素与子体元素含量之比，计算岩石和矿物的实际年龄。目前测定同位素年龄惯犯采用的方法有： ①铀—钍—铅法：U238→Pb6→8He Th232→Pb208→6He U235→Pb207→7He ②钾—氩（K40→Ar40） ③铷—锶（Rb87→SR87） ④碳—氮（C14→N14）〕

元素的离子类型

1、 惰性气体型离子（P24表）

失去或夺取电子后，最外层电子数为8或2的离子，与惰性气体原子最外层电子结构相同。

主要有周期表 ⅠA、ⅡA（表左），表右侧靠近惰性气体原子的位置。

该类离子的电子层结构很稳定，在自然条件下，一般不变价，在地质作用中往往与O2ˉ结合形成氧化物，如SiO2或含氧盐，特别是硫酸盐矿物，形成大部分造岩矿物，如石英、长石等，故又称造岩元素（亲氧元素、亲石元素）

具该类离子的元素。大多数原子序数较小，因此，由它们组成的矿物一般比重较小，

（含钡矿物除外），因他们不变价，所以极化性较弱，所形成的矿物对光波的选择性吸收不明显，一般呈无色至白色的浅色，化学稳定性较强。 2、 铜型离子

最外层电子数为18或18+2的离子，主要有：（见P24表） 周 期 4 5 6 Ca Ag Au Zn Cd Hg Ga In Tl Ge Sn Pb As Sb Bi Se Te PO 族 IB ⅡB ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA 这类离子的电子层结构的稳定性仅次于惰性气体型离子，在自然条件下，少数元素可变价，具有相当强的极化性。

2- 在地质作用中，主要与S 结合形成硫化物矿物，如黄铜矿CuFes2，方铅矿Pbs等，并常聚集成矿，故又成造矿（亲硫元素、亲铜元素）。

大多数具这类离子的元素，原子序数较大，原子量较大，因此，由他们组成的矿物，

2-一般比重较大，由于和S 结合时，有电子云的重合（亦可有板化现象）。对光波有选择性的吸收。固而矿物呈一定的颜色，光泽较弱。 2． 过度型离子

指数外层电子数为8-18的离子，其外层电子数介于惰性气体型离子与铜型离子之间的过渡位置，主要有：（如P24表） 族 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB Ⅷ 周 期 4 5 6 7 Sc21 Y39 TR57-71 Ti22 Zr40 Hf72 V23 Nb41 Ta73 Cr24 Mo42 W74 Mn25 Tc43 Re75 Fe26 Ru44 Os76 Co27 Rh45 Os77 Ni28 Pb46 Pt78 AC89-103 亲 氧 亲 铁 亲 硫 凡外层电子数愈近于8者，如Ti、V等，亲氧性越强 凡外层电子数愈近于18者，如Co、Ni等，亲硫性越强

居中的如Mo、Fe、Mn等，与氧和硫均能结合，又称亲铁元素。

2+、 3+

由于此类元素电子层结构的稳定性差，在自然条件下，容易变价，如FeFe,Mn(Mn2+3+4+

,Mn,Mn),因外电子层不满，对光波的选择性吸收明显，故多为色素离子，构成矿物常具特殊的颜色。

镧素和锕系元素在自然界很少形成独立矿物。多以类质同象取代或以杂质形成赋存于其它矿物中。

（二） 引起矿物化学成分变化的因素

矿物具有相对稳定的化学成分，可用化学式表达，但只在一定的范围内稳定。即在一定范围内化学成分有变异，引起矿物化学成分变化的因素主要有三种情况：

①．类质同象