Химические свойства минералов • Типы химических связей •

Химические свойства минералов • Типы химических связей • Изоморфизм • Полиморфизм

Типы химических связей Металлическая связь Ковалентная связь Ионная связь Ван-дер-Ваальсова связь

Металлическая связь Валентные электроны рассеяны в пространстве между положительными ионами и подвижны ( «электронный газ» ). Тип кристаллической структуры металлический. В узлах решетки – ионы металла Свойства: высокая электропроводность, теплопроводность, ковкость Примеры: самородные металлы, некоторые сульфиды и арсениды

Металлические кристаллические решетки Fe

Ковалентная связь Обобществление двумя атомами двух или более электронов внешних оболочек. Тип кристаллической структуры – атомный. В узлах решетки - атомы Свойства: высокая твердость, тугоплавкость, неэлектропроводны, нерастворимы в воде Примеры: алмаз C, кремний Si

Атомная кристаллическая решетка Гибридизация электронных орбиталей Алмаз (С)

Ван-дер-Ваальсовы связи (межмолекулярные) Возникают в результате смещения положительного заряда ядра из центра электронной оболочки. Тип кристаллической структуры – молекулярный В узлах решетки - молекулы Свойства: низкая твердость и прочность, легкоплавкость, летучесть Примеры: самородная сера – S 80, лед H 2 O As. S реальгар – (As 4 S 4)0

Молекулярные кристаллические решетки Йод J Лёд H 2 O

Ионная связь Электростатическое притяжение между противоположно заряженными ионами. Сила связи зависит от величины межатомных расстояний. Тип кристаллической структуры – ионный В узлах решетки - ионы Свойства: неэлектропроводны, тугоплавки Примеры: большинство неорганических солей

Ионные кристаллические решетки

Пример ионно-ковалентной связи Ca. CO 3 – кальцит Ca 2+(CO 3)2 - ионная связь (C↑↑↑+O 3↑-)2 - ионно-ковалентная связь Кремний в разных соединениях Si↑↑↑↑, Si↑↑↑+, Si↑↑++ Si. O 2 – кварц Si↑↑↑+O 2↑- ионно-ковалентная связь

Принцип плотнейшей упаковки Гексагональная плотнейшая упаковка

Принцип плотнейшей упаковки Кубическая плотнейшая упаковка

Типы решеток Браве

Огюст Браве Огюст Бравэ (1811— 1863), французский математик, физик, метеоролог и кристаллограф, , профессор в Лионе и Париже. Вывел основные виды кристаллических решеток в 1848

Размеры ионов Ионы рассматриваются как сферические. радиус зависит: от природы элемента от заряда

Формы изображения структур Cl Cl Na Структура Na. Cl Na

Полиэдры и координационные чила

Изоморфизм - явление замещения одних атомов другими в кристаллической решетке без её перестройки АВ (А, С)В СВ

Условия изоморфизма Сохранение электронейтральности кристаллической решетки Близость радиусов ионов, участвующих в замещении (разница не более 15 %) Сходство в строении электронных оболочек ионов, участвующих в замещении

Типы изоморфизма по числу атомов, участвующих в замещении по способам компенсации валентности по положению изоморфных примесей в структуре по полноте замещения

По числу участвующих атомов Двуатомный Оливин (Mg, Fe)2 Si. O 4 Форстерит Mg 2 Si. O 4 Фаялит Fe 2 Si. O 4 Mg 2+ Fe 2+ Многоатомный Диопсид (Ca, Mg)Si 2 O 6 – Эгирин (Na, Fe)Si 2 O 6 Ca 2+ + Mg 2+ Na+ + Fe 3+

По способу компенсации валентности Изовалентный Сфалерит Zn. S Zn 2+ Fe 2+ Корунд Al 2 O 3 Al 3+ Cr 3+ Гетеровалентный 1) с сохранением числа атомов 2) с уменьшением числа атомов Пирротин Fe. S 3 Fe 2+ 2 Fe 3+ + 3) с увеличением числа атомов Кварц Si. O 2 Si 4+ Fe 3+ + Na+ аметист

По полноте возможных замещений Неограниченный (совершенный) Оливин, диопсид-эгирин Ограниченный (несовершенный) Сфалерит Весьма ограниченный Корунд

Квасцы Двухатомный . 12 H O K(Al, Cr)(SO 4)2 2 Изовалентный Совершенный

Полиморфизм Полиморфные модификации – вещества одного и того же химического состава, но разной кристаллической структуры С

Алмаз и графит C Гексагональная сингония Кубическая сингония

Кальцит и арагонит Ca. CO 3 Ca 2+

Кальцит и арагонит Тригональная сингония Ромбическая сингония

Химический состав Земли

Средний химический состав Земли Элементы По А. Е. Ферсману (1932) По Дж. Моргану (1980) Fe 37, 04 32, 07 O 28, 03 30, 12 Si Mg Ni S Ca Al 14, 47 11, 5 2, 96 1, 44 1, 38 1, 22 15, 12 13, 9 1, 82 2, 92 1, 54 1, 41

Химический состав земной коры В земной коре установлено 93 химических элемента; 71 элемент – смесь изотопов, 22 – простые. Причины эволюции химического состава земной коры: - Радиоактивный распад; - Поступление космического вещества; - Миграция химических элементов между геосферами

Кларки элементов в земной коре Элементы По Ф. Кларку (1924) По А. А. Ярошнвскому (1988) O 49, 52 47, 90 92% объема Si 25, 75 29, 50 Al 7, 51 8, 14 Fe 4, 7 4, 37 Ca 3, 29 2, 71 Na 2, 64 2, 01 K 2, 4 Mg 1, 94 1, 79 H 0, 88 0, 16 98% веса земной коры

Классификация минералов Тип Класс 1. Самородные элементы 2. Сернистые соединения и их аналоги 3. Галоидные соединения Подкласс Примеры Сера, золото Сульфиды Хлориды Пирит, сфалерит, галенит Галит, сильвин Фториды 4. Кислородные соединения Флюорит Оксиды и гидроксиды Кварц, гематит

Островные кольцевые Берилл цепочечные 4. Кислородные соединения Оливин, гранат Пироксены Силикаты и ленточные алюмо. Слоевые силикаты (листовые) Каркасные Амфиболы Тальк, слюды Полевые шпаты Карбонаты Кальцит, доломит Сульфаты Гипс, барит Фосфаты Вольфраматы Апатит Вольфрамит, шеелит

Процессы образования минералов 1. Кристаллизация природных расплавов – магм 2. Кристаллизация из растворов (гидротермальных или холодноводных). 3. Кристаллизация в результате реакций между растворами и горными породами. 4. Кристаллизация из газовой фазы (например, вулканических газов)

Движущий механизм роста – неравновесие среды (пересыщение, переохлаждение)

Механизмы роста кристаллов Среда кристаллизации: Газ, Раствор, Расплав Поверхность кристалла Трехмерное и двухмерное зарождение, нормальный рост

Дислокационный механизм роста

Кристаллизация из расплава Интрузивное тело (плутон) Вулкан Килауэа, Гавайи

Кристаллизация из расплава. Лабрадор в лабрадорите Микроклин в граните

Кристаллизация из растворов Кварц (аметист) из гидротермального раствора (~350 о. С) Соли Мертвого моря (галит, сильвин, мирабилит и др. )

Кристаллизация из растворов K 2 Cr 2 O 7, Минерал лопецит Ферроцианид калия, K 3 Fe(CN)6, как минерал не встречается

Кристаллизация при химической реакции Схема скарнового месторождения

Кристаллизация при химических реакциях Малахит Галенит и кальцит

Кристаллизация из газа Кристаллы серы, фумарола, вулкан Мутновский, Камчатка Вулкан Безымянный, Камчатка

Определитель минералов Название Формула Формы выделения Цвет черты Прозрачность Блеск Спайность Излом Твердость Плотность Магнитность Происхождение и месторождения Применение

Самородные и сульфиды Сульфиды: Самородные элементы: 1. Графит С 2. Сера S 1. Пирит Fe. S 2 2. Халькопирит Cu. Fe. S 2 3. Пирротин Fe 1 -x. S 4. Галенит Pb. S 5. Сфалерит Zn. S 6. Антимонит Sb. S 7. Киноварь Hg. S 8. Молибденит Mo. S