第九章晶体化学.ppt

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四、典型结构分析
许多晶体的结构是等型的,例如:石盐(NaCl)、方铅矿(PbS)、方镁石(MgO)….,它们具有相同的结构构型,只是改变了阴、阳离子。我们将这类结构称典型结构,并以其中之一的晶体名称来命名,即这种结构统称“NaCl型结构”。
此外,有些晶体结构是在典型结构的基础上稍加变形,这类结构就称为该典型结构的衍生结构,如黄铁矿(FeS2)的结构为NaCl型结构的衍生结构,因为结构形式是一样的,但用哑铃状的[S2]代替了Cl.
对于典型结构,我们要分析的内容有:
格子类型
堆积形式
配位数与配位多面体连接方式
“Z”数分析(即单位晶胞中所含的相当于化学式的”分子数”)
下次实****课我们具体做。
下面要介绍的是晶体成分、结构发生变化的一些现象。五、类质同像

在晶体结构中某离子被其它类似的离子代替,但不引起键性和晶体结构型式发生质变的现象。
例如镁橄榄石Mg2[SiO4]晶体,其晶格中Mg2+可以被Fe2+所替代占据,由此形成的橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]晶体。
并且Mg2+被Fe2+替代可以任意比例,形成一个系列:
Mg2[SiO4]-----------------------------------Fe2[SiO4]
镁橄榄石橄榄石混晶或固溶体铁橄榄石
这种情况称完全类质同像系列。
但是,在闪锌矿ZnS中,部分的Zn2+可被Fe2+类质同象替代,%,%,闪锌矿的结构将被破坏。ZnS-------------FeS这种情况称不完全类质同像系列。
在类质同像系列的中间产物称类质同像混晶,它是一种固溶体.
所谓固溶体,是指在固态状态下一种组分溶于另一组分中,分两种:
(1)填隙固溶体
(2)替位固溶体----类质同像混晶
下面两种情况不能称为类质同像:
1、例如,在白云石CaMg[CO3],其Ca∶Mg的原子数之比必须是1:1,不能写为(Ca,Mg)[CO3]
2、例如,金红石TiO2与锡石SnO2结构相同,但Ti与Sn之间并没有代替关系。
类质同象的类型:
完全类质同象系列-----不完全类质同象系列
(前面已经介绍)
等价类质同象--------异价类质同象
例如:霓辉石(Na,Ca)(Fe3+,Fe2+)[Si2O6]
存在两种取代:Na+-----Ca2+Fe3+------Fe2+
取代后总电价平衡
(条件)
内因:
原子或离子的大小:大小越接近,越容易发生替代;
离子的类型和键型:类型和键型应相同;
电价平衡:替代前后电价应平衡,这是先决条件;如果发生异价替代,则要求同时发生多个替代来达到总电价平衡.
异价替代时电价平衡是主要条件,半径大小退居次要地位.
外因:
温度:高温易发生,低温不易发生,而且还会发生固溶体离溶;
压力:高压不易发生;
组份浓度:周围环境的某离子浓度越高越容易替代进入晶格.
3、类质同像混晶的分解(固溶体离溶或出溶)
原来均匀混在一起的两个或多个组分,当温度下降或压力提高等条件下,会发生分离,形成不同组分的多个物相。通常不同组分的多个物相会形成条带状相间定向排列。如条纹长石,是由碱性长石(钾、钠长石混晶)出溶成钾长石与钠长石条带定向排列形成的。
4、研究类质同像的意义:
1)矿物晶体成分变化的主要原因;
2)了解稀有元素的赋存状态;
3)反映矿物的形成条件。
六、同质多像
1、同质多像的概念
同质多像指:同种化学成分的物质,在不同的条件下形成不同结构的晶体的现象。这样一些物质成分相同而结构不同的晶体,则称为同质多像变体。
例如:金刚石与石墨,-石英和-石英。

一种物质的各同质多像变体均有自己特定的形成条件和稳定范围。当外界条件(主要是温度和压力)改变到一定程度时,各变体之间会发生转变。
例如:-石英→-石英,是在573C发生,并且是可逆的;文石方解石,是不可逆的。此外还有:位移型转变(-石英与-石英)、重建型转变(金刚石与石墨)
一种变体继承了另一种变体之晶形的现象,称为副象。
例如:-石英(六方双锥)转变为-石英后,依然保留六方双锥形状.