第五章 矿物化学组成及性质第五章 矿物化学组成及性质1 1 矿物的化学组成矿物的化学组成1.1 化学组成基本固定的矿物—金刚石、石盐、白云石

1.2 化学组成不固定的矿物—固溶体、胶体、含层间水矿物

1.3 不符合化合比的矿物—方铁矿（ Fe 1-x O ） ∵缺陷存在

2 2 同位素及放射性矿物同位素及放射性矿物2.1 同位素：原子核内质子数相同而中子数不同的化学元素

例 92U238

2.2 同位素分类：

稳定同位素—放射性同位素

2.3 放射性矿物：主要由放射性元素组成的矿物

3 3 矿物成分中的“水”矿物成分中的“水”根据水在矿物中的存在形式和它与晶体结构的关系，将矿物中的水分为：吸附水、结晶水、结构水三种基本类型，和性质介于吸附水与结晶水之间的层间水和沸石水两种过渡类型。

3.1 吸附水

由表面能吸附存在于矿物表面或裂隙中的普通水，它不参与晶体的结构。不计入化学成分，但对风化起重要作用。其含量是不定的，在常压下，加热到 100 － 110oC 时可全部逃逸出来。表示方法： H2O －（负水）

3.2 结晶水

以中性水分子存在于矿物的晶格之中，其数量与其他组分之间成简单的比例关系。结晶水受到晶格的束缚，结合较牢固，其脱失的温度较高，可达 200 － 250oC 失水后，其结晶结构要发生相应的变化，成为新的矿物。可利用脱水温度鉴定矿物。

3.3 结构水

也称化合水，以（ OH ）－、（ H2O ）＋ 离子的形式存在于晶格之中，结构水在晶格中占据严格的位置并有确定的含量比，与其他离子的联系相当牢固。脱水温度为 600 － 1000oC 可利用此值鉴定矿物。

3.4 层间水

以中性水分子形式存在于矿物中，它分布于层与层之间，并参与矿物晶格的构成，但数量可变。其脱水温度在 100 － 250oC 脱水后，使层间距离减小，比重和折射率增高。层间水在一定程度上，可被有机溶液置换。

3.5 沸石水

以中性水分子存在于沸石族矿物晶格之中，其性质与层间水类似，水分子存在于晶格的通道之中，水的含量在一定的范围内变化，失水温度 80 － 400oC 失水后，晶格不发生变化，只是一些物理性质发生变化，但失水后沸石能重新吸水，恢复原来的物理性质。

含有层间水、沸石水的矿物，大多具有吸附阳离子，这类矿物即具有阳离子交换性。

4 矿物的化学式矿物的化学式4.1 实验式

只表示矿物中各组分数量比的化学式。形式简单，书写方便。但不能反映组分间的组合关系，易引起误解。

4.2 结构式（晶体化学式）

既能表示矿物中各组分的种类和数量比，又能表面它们在晶体结构中的相互关系及存在形式的化学式。

书写规则：

（ 1 ） 阳离子写在最前边。两种以上阳离子，按碱性由强到 弱的顺序排列；

（ 2 ） 阴离子或络阴离子写在阳离子之后，络阴离子用方括号括起来；

（ 3 ） 附加阴离子写在主要阴离子的后面；

（ 4 ） 互为类质同象的离子用圆括号括起来，按含量由多到少的顺序排列；

（ 5 ）水按不同情况书写：

① 结构水写在最后；

② 结晶水用圆括号括起来写在与之相联的阳离子后面；

③ 沸石水写在化学式的最后，用圆点隔开；

④ 层间水也用圆括号括起来，写在可交换的阳离子后面

⑤ 吸附水不属于矿物本身的化学组成，在化学式中不表 示。但胶体水属于胶体矿物特有的，应予以表示。

5 5 矿物的化学性质矿物的化学性质5.1 矿物的可溶性

固体矿物与某种溶液相互作用时，矿物表面的质点，由于本身的振动和受溶剂分子的吸引，离开矿

物的 表面进入或扩散到溶液中去，此过程称矿物的溶解。

5.2 矿物的可氧化性

内因： 矿物的化学成分

外因： 大气中的氧和溶解有氧及二氧化碳的水。

5.3 矿物与酸碱的反应

矿物在一定的条件下可与酸碱反应，测定化学成分 是鉴定和研究矿物的重要方法。

—肉眼鉴定 —详细鉴定—提取有用组分

6 6 矿物的形态矿物的形态 矿物的形态包括：单体、集合体形态。

6.1 矿物单体的形态

每一种晶体在外形的表现上，有两种表现：

① 不可能超越理想几何形态的范畴（石盐）；

②每个晶体都有自己的特殊性（方解石）。

6.1.1 结晶习性

在相同的生长条件下，一定成分的同种矿物，总是有 它自己的习见形态。矿物晶体的这种性质，称为矿物 的结晶习性。

描述时，先说明基本类型；再叙述总体形状。

一向延长：晶体沿一个方向特别发育，柱状、针状等

二向延展：晶体沿两个方向特别发育，板状、片状等

三向等长：晶体沿三个方向大致相等发育，等轴状、粒状等

钙沸石钙沸石

绿碧玉晶体绿碧玉晶体

橄榄石橄榄石

石榴石石榴石

多色碧玉晶体多色碧玉晶体

石榴子石石榴子石

黄铁矿黄铁矿

银银

矿物晶体的结晶习性，主要是由它的内部结构和形成条件决定的。即：晶体的内部结构决定着在晶体上可能出现的或出现几率最大的单形种类；形成条件则十分具体确定了在可能出现的单形种类中实际形成的单形应是那些。

6.1.2 晶面特征

实际矿物晶体的晶面，都不是理想的平面，常常出现这样或那样的花纹，即晶面花纹（鉴定）。

⑴晶面条纹是指晶面上由一系列所谓的邻接面构成 的直线状条纹。

在同一个晶体上，同一单形的各晶面，只要有条纹出现，它的样式和分布状况总是相同的。

石英 电气石 黄铁矿石英 电气石 黄铁矿

⑵ 蚀象 是指晶面上因溶蚀而形成的具有一定形状的凹坑。受

质点排列方式的控制。

6.2 矿物集合体的形态

同种矿物的许多个体聚集在一起的群体叫矿物集合体。

①显晶集合体

用肉眼或放大镜可分辨出矿物颗粒界限的集合体叫显晶集合体。描述时，应注意矿物单体的形状、大小、 集合方式。

粒状集合体：由各方向发育大致相等的颗粒组成。 块状集合体：致密块状、土状块状、肉冻状块状。

板状、片状、鳞片状集合体：矿物两向延伸。

柱状、针状集合体：单体一向延伸。

②隐晶及胶态集合体

隐晶质集合体可以由溶液直接凝结而成；也可由胶体矿物老化而成。

按其成因和外形可分为：

放射状集合体

纤维状集合体

晶簇

杏仁体

结核

鲕状集合体

豆状集合体

钟乳状集合体

葡萄状集合体

肾状集合体

石英晶簇石英晶簇

方解石和沸石的杏仁体方解石和沸石的杏仁体

鲕状赤铁矿的鲕状集合体鲕状赤铁矿的鲕状集合体

黄铁矿结核黄铁矿结核

葡萄石的葡萄状集合体葡萄石的葡萄状集合体

肾状赤铁矿的肾状集合体肾状赤铁矿的肾状集合体

钟乳石的钟乳状集合体钟乳石的钟乳状集合体

辰砂晶簇辰砂晶簇

辰砂晶簇辰砂晶簇

蓝铜矿晶簇蓝铜矿晶簇

蓝铜矿晶簇蓝铜矿晶簇

葡萄状集合体葡萄状集合体

雄黄晶簇雄黄晶簇

萤石晶簇萤石晶簇

石英晶

石英晶

簇簇

孔雀石石钟

孔雀石石钟

乳乳

光线石放射状集合体光线石放射状集合体

孔雀 石孔雀 石

褐铁矿褐铁矿

重晶石重晶石

肾铁矿肾铁矿

铁花文

铁花文

石石

铜铜

银银

7 7 矿物的物理性质矿物的物理性质 鉴定＋应用

包括：力、热、电、光、磁等方面的性质。

7.1 矿物的光学性质

矿物对光的反射、折射和吸收等所表现出来的各种性质 .

包括颜色、条痕、光泽、透明度。

7.1.1 颜色

分为：自色、它色、假色

（ 1 ）自色：矿物本身所固有的颜色，一般比较固定。

产生原因—主要与矿物的化学组成和晶体结构有关。

呈色机理有四种情况

①电子内部跃迁；（过渡、镧系、锕系）

② 离子间的电子转移；（两种以上价态共存）

③带隙跃迁；（硫化物、砷化物）

④色心。（含量过剩、存在杂质离子）

（ 2 ）它色

指矿物因含外来带色杂质而引起的一种颜色。

（ 3 ）假色

指某些物理因素所引起的呈色现象。

颜色的描述，总的 原则是：通俗易懂；易理解。

— 标准色谱法

— 类比法

7.1.2 条痕

指矿物在素瓷板上擦划后留下的痕迹的颜色。

7.1.3 光泽

指矿物表面对可见光的反射能力。主要决定于矿物所具有化学键的性质，是鉴定矿物的重要依据。分为：

（ 1 ） 金属光泽：象金属磨光面一样的光泽；

（ 2 ） 半金属光泽：象未经磨光的金属表面那样的光泽；

（ 3 ） 金刚光泽：象钻石金刚石那样的光泽；

（ 4 ） 玻璃光泽：象普通玻璃那样的光泽；

特殊的变异光泽：

油脂光泽：颜色浅，如同油脂面上见到的光泽；

树脂光泽：颜色黄－黄褐，具有象树脂那样的光泽；

丝绢光泽：具有象蚕丝或丝织品那样的光泽；

珍珠光泽：象贝壳凹面上那种柔和而多彩的光泽；

7.1.4 透明度

指矿物允许可见光透过的程度。可分为：

（ 1 ）透明： 隔着薄片可以清晰看到另一侧的轮廓细节；

（ 2 ）半透明： 隔着薄片可以看到另一侧的物体，但不能 分辨其轮廓；

（ 3 ）不透明：基本上不允许可见光的透过。

7.1.5 矿物颜色、条痕、光泽、透明度的相互关系颜 色 无色或白色 浅（彩）色 深 色 金 属 色条 痕 无色或白色 无色或白色 浅色或彩色 深色或金属色光 泽透明度

玻璃————— 金刚——— 半金属————金属透明————————半透明——————不透明

颜色颜色

颜色颜色

光泽光泽

透明透明

度度

条痕条痕

7.2 矿物的力学性质

是指矿物在外力的作用下，表现出来的各种物理性质。

7.2.1 解理、裂理、断口

（ 1 ）解理：矿物晶体在外力作用下，沿着一定的结晶学方 向破裂成一系列光滑平面的性质。

可分为五级

极完全解理：解理面大而平坦，极光滑，解理片极薄；

完全解理：常裂成规则的解理块，解理面大，光滑而平坦；

中等解理：解理面不大，平坦和光滑程度也较差；

不完全解理：解理面小且不光滑平坦，碎块上主要是断口；

极不完全解理：仅在显微镜下偶尔见到零星的解理面。

总之：只有结晶质矿物才具有解理。它反应了晶体结构中不同方向上面网间结合力的差异性（解理发生在结合力较弱的位置）。

解理发生的位置：

① 在面网密度大的面网之间；

②电性中和的面网之间；

③ 两层同号离子相邻的面网之间；

④键力较弱的面网之间。

实际的解理，是由一种或几种因素控制的。

解理是结晶质矿物的一种稳定的物理性质。

是鉴定矿物的重要依据。

(2) 裂理

矿物受外力作用，有时可沿一定的结晶学方向裂成平面的性质，称为裂理或裂开。

裂理主要发生在

（ 1 ）沿着双晶结合面；

（ 2 ）沿着晶格中存在杂质夹层的面网间。

裂理对矿物的鉴定有辅助意义。

(3) 断口

具极不完全解理的矿物，受外力打击后，发生无一定方向的破裂，其破裂面就是断口。

可作为鉴定矿物的辅助依据。

据其形状可分为：

①贝壳状断口

呈椭圆形的光滑曲面，具同心圆纹，似贝壳状。

②锯齿状断口

呈尖锐锯齿状；

③纤维状断口

呈纤维丝状；

④ 参差状断口

呈参差不平的形状；

⑤平坦状断口

断面平坦。

石英的贝壳状断口石英的贝壳状断口

7.2.2 硬度矿物抵抗刻划、压入或研磨能力的大小。是鉴定的重要依据。

摩氏硬度 (H) ，由十种矿物构成硬度等级的标准。

（ 1 ） 滑石 （ 2 ） 石膏

（ 3 ） 方解石 （ 4 ） 萤石

（ 5 ） 磷灰石 （ 6 ） 正长石

（ 7 ） 石英 （ 8 ） 黄玉

（ 9 ） 刚玉 （ 10 ） 金刚石

实际工作中：

指甲＞ 2 ；铜具＝ 3 ；小钢刀＝ 5 － 5.5 ；

瓷片＝ 6 － 6.5 。

2.52.5

3.53.5

5.55.566 77

绝对硬度：

通常采用的是维克的压入法测定的硬度值，称维氏硬度（ V.H.N ）。

矿物的硬度，主要取决于晶体结构中联结质点间的键力强弱。

共价键的矿物，硬度最大。

分子键的矿物，硬度最低。

金属键的矿物，硬度也较低。

离子键的矿物，硬度取决于离子电价和离子间距。

6 － 7

4 － 4.5

蓝晶石晶体的硬度蓝晶石晶体的硬度

7.3 7.3 矿物的其他物理性质矿物的其他物理性质7.3.1 比重

是指矿物（纯净的单矿物）的重量与 4oC 时同体积的水 重量之比－ G

比重在数值上与密度相同。大多数矿物的比重在 2 － 3.5 之间。在矿物鉴定工作中，凭经验估量：

G＜ 2.5 轻的矿物

G=2.5 － 4 中等比重的矿物

G＞ 4 重的矿物

矿物的比重，主要取决于它的晶体结构和化学组成

结构的影响

原子量和原子半径相同或相近时，晶体结构越紧密 的矿物其比重越大。

成分的影响

在结构类型相同而化学组成不同时，矿物的比重 随所含元素的原子量的增大而增大。随原子半径

的增大而减小。

测定方法主要有：

① 比重瓶法

② 重液法

③ 体积法

7.3.2 磁性

是指矿物可被外磁场吸引或排斥的性质。矿物的磁 性，对于鉴定、分离、选矿、磁法找矿有意义。

7.3.3 导电性和荷电性

导电性：指矿物对电流的传导能力。

矿 物 化学式 金属元素原子量 阳离子半径（ Å ）

比重

方解石菱镁矿菱铁矿菱锌矿

Ca〔 CO3

〕Mg〔 CO

3〕Fe

〔 CO3〕Zn

〔 CO3〕

40.1

24.3

55.9

65.4

1.08

0.80

0.86

0.83

2.71

3.00

3.96

4.13

结构相同时，比重与原子量和半径的关系

导电性绝缘体

半导体

良导体 矿物的导电性主要取决于化学键的性质。

荷电性：矿物在外部能量作用下，能激起矿物晶体表面荷电 的性质。

可分为：

荷电性

压电性：晶体受到定向压力或张力能激起晶体表面荷电的性质。 α －石英。

热电性：某些晶体受热或冷作用时，能激起晶体表面荷电的现象。

7.3.4 其他力学性质 （ 1 ）脆性

矿物受外力作用时，易破碎的性质。

（ 2 ）延展性

矿物在 锤击或拉伸下，易成为薄片或细丝的性质。 此为金属晶格矿物的一种特性。

（ 3 ）弹性

矿物受到外力作用发生弯曲变形，外力解除后又恢复 原状的性质。（内应力）

（ 4 ）挠性

矿物受到外力作用发生弯曲变形，外力作用取消后不 能恢复原状的性质。

7.3.5 矿物的热学性质

矿物受热后，所表现出来的各种特征。

① 导热性

矿物传热的能力。用导热系数表征。卡 / cm2 ，导热系

数与晶体结构及温度有关。

② 膨胀性

等轴晶系的矿物各方向的膨胀系数完全相同，其它晶系的矿物，则随结晶的方向而已。

温度升高，原子间距变化

膨胀性 膨胀系数表征。 矿物受热后

③熔点

矿物加热，达到一定温度会发生分解，由固态转变为液态，转变温度称熔点。熔点的高低与矿物的化学成分及内部结构有关。

以离子键为主的矿物，最高；金属键的矿物，次之；分子键的矿物，最低。

金 1062oC 银 960.5oC

铜 1083oC 铂 1774oC

铋 271oC 铁橄榄石 1100oC

透辉石 1319oC 硅辉石 1540oC

霞石 1800oC 钠长石 1100oC

钙长石 1554oC 刚玉 2050oC

锆石 3000oC 黄铜矿 500 oC

④ 放射性

放射性元素，能自发地从原子核内部放射出粒子或射 线，同时释放能量。

可利用放射性，鉴定、利用性质、测绝对年龄。

7.3.6 其它性质

易燃性：加热后易燃烧的性质。（ S 、 P 、有机物）

挥发性：加热中，某些组分易挥发。（雄黄、雌黄）

吸水性：吸收空气中的水分。（高岭石）

嗅觉： 燃烧或锤击，发散出一定的气味。

味觉： 易溶矿物所特有的味。（石盐、明矾）

触觉： 手触摸之感觉。（石墨、滑石、硅藻土）

发光性：受到外界能量激发时，发出可见光的性质

因素：加热、摩擦、阴极射线、紫外线、 X 射线。

可分为：

萤光：矿物在外界能量激发时发光，激发源撤消， 发光立即停止。（金刚石、白钨矿）

磷光：矿物在外界能量激发时发光，激发源撤消 后仍能继续发光一段时间。（磷灰石）

发光性对矿物的鉴定、找矿、选矿有实际意义

附：晶体的键性、结构与物理性质的关系