【文章內容簡介】 。3）過渡型離子 最外層電子數為9～17的離子。其最外層電子構型為ns2np6nd1～9。主要包括周期表中ⅢB～ⅦB 副族和Ⅷ族元素的離子。其特點是具有未滿的6d電子亞層，結構不穩(wěn)定，易于變價，其性質介于惰性氣體型離子與銅型離子之間。?并舉例說明之。為什么當今愈來愈重視礦物非化學計量性的研究?答：在各晶格位置上的組分之間遵守定比定律、具嚴格化合比的礦物稱為化學計量性礦物。例如：水晶SiO2中的Si:O比值為1:2，鐵閃鋅礦(Zn,Fe)S中的(Zn+Fe):S比值為1:1等。 對于一些含變價離子礦物來說，當離子的價態(tài)發(fā)生變化后，為了使變價平衡，礦物晶體內部必然存在某種晶體缺陷（如空位、填隙離子等點缺陷），致使其化學組成偏離理想化合比，不再遵循定比定律，這些礦物稱為非化學計量性礦物。例如：FeS化合物可以在高溫下通過暴露在真空中或高硫蒸氣壓下，極容易改變其化學計量性而變?yōu)榇劈S鐵礦的成分（Fe1xS）。磁黃鐵礦中Fe:S比值為(1x):1（其中，），不遵循定比定律。 自然界有些礦物的非化學計量性可以作為標型特征，例如：含金硫化物的偏離化學計量的元素比值就具有標型性。 ?其主要特性有哪些?答：膠體礦物是指由以水為分散媒、以固相為分散相的水膠凝體而形成的非晶質或超顯微隱晶質礦物。從嚴格意義上說，膠體礦物只是含吸附水的準礦物。 由于膠體的特殊性質，決定了膠體礦物化學成分具有可變性和復雜性的特點。首先，膠體礦物分散相和分散媒的量比不固定。其次，膠體微粒的表面具有很強的吸附能力，而且吸附不必考慮被吸附離子的半徑大小、電價的高低等因素，被吸附離子的含量主要取決于該離子在介質中的濃度。從而導致了膠體礦物的化學成分不僅可變，而且相當復雜，其組成中含有在種類和數量上變化范圍均較大的被吸附的雜質離子。不同形式的水在晶體化學式中如何表示?答：根據礦物中水的存在形式及其在晶體結構中的作用，可將礦物中的水主要分為吸附水、結晶水和結構水3種基本類型，以及性質介于結晶水與吸附水之間的層間水和沸石水2種過渡類型?，F(xiàn)就其存在形式及其作用及晶體化學式中的表達列表如下： 類型存在形式作用晶體化學式舉例吸附水中性水分子（H2O）、不參加晶格的形成，不屬于化學成份機械吸附。特例：蛋白石——膠體礦物，水屬于化學成份。特例：SiO2nH2O由于水的含量不固定，因此在H2O前標上n。結晶水中性水分子（H2O）形式存在于礦物晶格的一定位置上。不改變陽離子電價的前提下，環(huán)繞在小半徑陽離子的周圍，增大陽離子的體積。石膏，Ca[SO4]2H2O結構水以OH、H+、H3O+離子的形式存在于礦物晶格中的一定配位位置上。與其它離子牢固地結合水鎂石Mg(OH)2水云母(K,H3O+)Al2[AlSi3O10](OH)2層間水中性水分子（H2O）形式存在于層狀結構硅酸鹽結構層之間與層間陽離子結合形成水合離子蒙脫石(Na,Ca)(Al,Mg)2[(Si,Al)4O10] (OH)2nH2O中，后面的nH2O沸石水存在于沸石族礦物晶格中寬大的空腔和通道中的中性水分子與其中的陽離子結合形成水合離子鈉沸石Na2[Al2Si3O10]2H2O?答：類質同像替代和非化學計量性是引起礦物成分在一定范圍內變化的主要原因。引起礦物成分變化的其他因素有：陽離子的可交換性、膠體的吸附作用、礦物中含水量的變化及顯微包裹體形式存在的機械混入物。 ：①鈣鈦礦CaTiO3與鉬鈣礦Ca［MoO4］；②白云石CaMg［CO3］2與鎂方解石(Ca,Mg)［CO3］；③白云母K｛Al2［(Si3Al)O10］(OH) 2｝與多硅白云母K｛(Al2xMgx)［(Si3+xAl1x)O10］(OH) 2｝；④硬玉NaAl［Si2O6］與霞石Na［AlSiO4］；⑤藍晶石AlⅥ［SiO4］O，紅柱石AlⅥAlⅤ［SiO4］O與夕線石AlⅥ［AlⅣSiO5］(注：式中羅馬數字為晶格中Al的配位數)。答：晶體化學式不僅提供了化合物元素之間比值關系，而且提供了一定晶體結構的信息，不同的化學式能夠反映出晶體結構間的差異： ①鈣鈦礦CaTiO3中，Ca2+和Ti4+均作為普通陽離子與O2配位，是一種復化合物；鉬鈣礦Ca［MoO4］中Mo6+與O2結合形成絡陰離子團，然后與Ca2+相結合形成絡合物；②白云石CaMg［CO3］2中的Ca2+和Mg2+是復化合物中的兩種陽離子，它們占據特定的晶體結構；鎂方解石(Ca,Mg)［CO3］中的Ca2+和Mg2+呈現(xiàn)的是類質同像替代的關系；③白云母K｛Al2［(Si3Al)O10］(OH) 2｝中Al3+既以普通陽離子的形式存在于硅氧骨干之外，又替代1/4的Si進入到硅氧骨干內形成[AlO4]四面體，中括號內代表硅氧骨干，大括號內代表結構單元層；而與白云母相比較，多硅白云母K｛(Al2xMgx)［(Si3+xAl1x)O10］(OH) 2｝中Al3+的作用不變，只是兩種位置的Al3+相應地發(fā)生了類質同像變化：骨干內Al3+→Si4+少了，但骨干外產生了Mg2+→Al3+；④硬玉NaAl［Si2O6］與霞石Na［AlSiO4］這兩種礦物均屬于硅酸鹽類，它們中Al3+的作用不同，硬玉NaAl［Si2O6］中的Al3+在硅氧骨干外，起普通陽離子的作用，故硬玉是鋁的硅酸鹽；霞石Na［AlSiO4］中的Al3+替代部分Si4+進入到硅氧骨干內，故霞石是鋁硅酸鹽。⑤藍晶石AlⅥ［SiO4］O，紅柱石AlⅥAlⅤ［SiO4］O與夕線石AlⅥ［AlⅣSiO5］這三種礦物是同質多像關系。它們均是硅酸鹽，但Al3+的配位有差異。藍晶石中Al在硅氧骨干之外，配位數為6；紅柱石中的Al也在硅氧骨干之外，但一半的配位數是6，另一半的配位數為5；夕線石中的Al有一半在硅氧骨干外，配位數是6，另一半進入硅氧骨干，配位數是4。(wB%)：SiO2 , TiO2 , Al2O3 , Fe2O3 , FeO, MnO ，MgO , CaO , Na2O , K2O ，試計算其晶體化學式(注：硬玉的理想化學式為NaAl［Si2O6］)。答：按照課本P191，表124和表125的計算步驟和方法，以氧原子法為例，將計算過程列于下表： 組分質量分數wB%相對分子質量物質的量氧原子數陽離子數以O f. u.=6為基準的陽離子數（i f. u.）SiO2Al2O3TiO2Fe2O3FeOMnOMgOCaONa2OK2O94含量%=換算系數=O f. u. / =6/= 陽離子之和= 正電荷之和=去除H2O晶體化學式：()(++)[()]第十三章 習題 ?并舉例說明其主要影響因素。答：礦物晶體在一定的外界條件下，常常趨向于形成某種特定的習見形態(tài)，稱為該礦物的晶體習性，也稱結晶習性。晶體習性是晶體的化學成分和內部結構以及生長環(huán)境的物理化學條件和空間條件的綜合體現(xiàn)?；瘜W成分簡單、晶體對稱程度高的晶體，一般呈等軸狀，例如：自然金和石鹽等。實際晶體往往沿其內部結構中化學鍵強的方向發(fā)育，例如：金紅石、輝石和角閃石等鏈狀結構的礦物呈現(xiàn)柱狀、針狀晶體習性。近年來的研究成果表明，等軸晶系的礦物，例如：金剛石、螢石、黃鐵礦等，隨著形成時溫度的升高，其晶體形態(tài)具有從{100}發(fā)育向{111}發(fā)育的變化趨勢。 ，而中級晶族晶體則往往沿c軸方向延伸或垂直于c軸延展?答：晶體習性受其結構內部質點的排布和強鍵的分布方向影響。等軸晶系的晶體內部強鍵的方向分布較為均勻，形成的形態(tài)一般為三向等長型。而中級晶軸的晶體內部強鍵的方向符合晶體的對稱，不可能在各個方向上都很均勻，一般情況下是強鍵沿c軸方向分布或垂直于c軸方向上分布。因此中級晶族晶體則往往沿c軸方向延伸或垂直于c軸延展。 。答：等軸晶系的礦物晶體，隨著溫度的升高，其晶形具有從立方體{100}發(fā)育向八面體{111}發(fā)育的變化趨勢。例如：隨著溫度由低變高，熱液體系的黃鐵礦晶形的演化趨勢為：{100} → {hk0}+{100} → {hk0}+{111} → {111}+{hk0} → {111}。 ?答：自然界礦物晶體形成過程中，由于受復雜的外界條件及空間的影響，往往長成偏離理想形態(tài)的歪晶。而且，實際晶體的晶面上，常具某些規(guī)則的花紋，例如：晶面條紋 像和生長丘等。 ?聚形條紋與聚片雙晶紋有何區(qū)別?答：晶面花紋是在晶體生長或溶解過程中產生的。常見的晶面花紋有晶面條紋、生長臺階、蝕像和生長丘。聚形條紋也稱生長條紋、晶面條紋，它是多個單形的晶面交替生長而成。因此，這些條紋只出現(xiàn)在晶體的表面。如果晶面破碎，在晶體破裂面上我們觀察不到這些條紋。 聚片雙晶紋是聚片雙晶中，由一系列相互平行的結合面在晶面或解理面上的雙晶縫合線所構成的直線條紋。因此，聚片雙晶紋不僅可以在晶體的表面上看到，在晶體新鮮的解理面上更容易觀察。?答：礦物集合體形態(tài)的描繪分為兩類——顯晶集合體和隱晶集合體?，F(xiàn)分別描述如下： 根據單體的晶體習性及集合方式，顯晶集合體的形態(tài)一般描述為：柱狀、針狀、板狀、片狀、鱗片狀、葉片狀和粒狀等集合體形態(tài)。還常見纖維狀集合體、放射狀集合體和晶簇等特殊形態(tài)的集合體。另外，還有束狀、毛發(fā)狀、和樹枝狀集合體。 按照集合體的形成方式和外貌特征，隱晶集合體形態(tài)通常描述為：分泌體、結核、鮞狀及豆狀集合體、鐘乳狀集合體。另外還有塊狀集合體、土狀集合體、粉末狀集合體、被膜狀集合體等。?答：分泌體和結核最大的區(qū)別在于它們的形成方式不同：分泌體是在球狀或不規(guī)則狀的巖石空洞中，由膠體或晶質物質自洞壁逐漸向中心層層沉積充填而成。結核是由隱晶質或膠凝物質圍繞某一中心（如砂粒、生物碎片或氣泡等）自內向外逐漸生長而成。 ?為什么? 答：鮞狀集合體不能稱為粒狀集合體。因為粒狀集合體是顯晶集合體形態(tài)的一種描述方法，組成粒狀集合體的顆粒是單個礦物晶體。而鮞狀集合體是隱晶集合體形態(tài)的一種描述方法，組成鮞狀集合體的鮞粒并不是單個礦物顆粒，而是由許多膠體物質凝聚而成。因此，不能將鮞狀集合體稱為粒狀集合體。 第十四章 習題 。具紅色、藍色的寶石級剛玉的呈色原因何在? 答：礦物的顏色根據產生的原因可以分為自色、他色和假色。由于自色是礦物的晶體化學特征所決定的，是礦物的本色。此處只介紹自色的形成機理。它是由礦物本身固有的化學成分和內部結構所決定的顏色，是由于組成礦物的原子或離子在可見光的激發(fā)下，發(fā)生電子躍遷或轉移所造成的。其成色機理主要有以下4種： 1）離子內部電子躍遷 這是含過渡型離子的礦物呈色的主要方式。過渡金屬離子的d軌道發(fā)生能級分裂后，電子可在這些分裂后的軌道上發(fā)生躍遷而呈色。我們將能使礦物呈色的過渡性離子稱為色素離子。 2）離子間電荷轉移 在外加能量的激發(fā)下，礦物晶體結構中變價元素的相鄰離子之間可以發(fā)生電子躍遷使礦物呈色。3）能帶間電子躍遷 電子在整個晶體周期結構處于不同的能帶中，電子可在這些能帶中發(fā)生躍遷而呈色。許多自然金屬礦物和硫化物礦物的呈色，可以用能帶理論進行解釋。4）色心 它是一種能選擇性吸收可見光波的晶格缺陷。大部分堿金屬和堿土金屬化學物的呈色主要與色心有關。具有紅色、藍色的寶石級剛玉的呈色機理可以用第1種成色機理來解釋：剛玉的理想成分為Al2O3，純凈的剛玉為無色。如果Al3+與部分過渡型離子發(fā)生類質同像替代之后，剛玉顯示的是這些色素離子的顏色。含Cr呈紅色，稱為紅寶石；含Ti而呈現(xiàn)藍色，稱為藍寶石。，同時其他光學性質相應地也各有所不同，請解釋其原因所在。 答：這是由于閃鋅礦化學成分不同而導致的差異。在自然界中，閃鋅礦（ZnS）中的Zn2+比較容易被Fe2+替代，形成類質同像混晶。當替代程度較少時，Zn2+與S2以共價鍵連接。礦物顯示出原子晶格晶體的光學性質，例如：較淺的顏色，同時條痕也很淺，礦物透明，并且是金剛光澤。當替代程度較大時，F(xiàn)e2+與S2之間的化學鍵作用顯現(xiàn)，這兩種元素間的化學鍵向金屬鍵過渡，從而導致礦物顯示出一定金屬晶格晶體的光學性質，例如：顏色變深，條痕變深，半透明甚至不透明，半金屬光澤等。 、條痕、透明度和光澤之間的相互關系。 答：它們都是礦物的光學性質，相互之間有一定的聯(lián)系。下面以礦物的光澤為代表，列表展示它們之間的關系： 光澤顏色條痕透明度金屬光澤金屬色黑色或金屬色不透明半金屬光澤金屬色深彩色不透明至半透明金剛光澤淺色、白色或無色淺色、白色或無色半透明至透明玻璃光澤無色、白色或淺色無色或白色透明。應如何全面描述礦物的解理?如何理解解理的異向性和對稱性? 答：解理的產生嚴格受其晶體內部結構因素（晶格、化學鍵類型及其強度和分布）的控制，常沿面網間化學鍵力最弱的面網產生。下面按照晶格類型，將解理產生的原因分別描述如下： 1）在原子晶格中，各方向的化學鍵力均等，解理面∥面網密度最大的面網。 例如：金剛石晶體的解理沿{111}產生。 2）離子晶格，因靜電作用，解理沿由異號離子組成的、且面網間距大的電性中和面網產生，例如：石鹽的解理沿{100}產生；或者，解理面∥兩層同號離子層相鄰的面網，例如：螢石的解理沿{111}產生。 3）多鍵型的分子晶格，解理面∥由分子鍵聯(lián)結的面網，例如：石墨的解理沿{0001}產生。4）金屬晶格，由于失去了價電子的金屬陽離子為彌漫于整個晶格內的自由電子所聯(lián)系，晶體受力時很容易發(fā)生晶格滑移而不致引起鍵的斷裂。故金屬晶格具強延展性而無解理。全面描述礦物的解理一般包括兩個方面的內容—