矿物晶体化学课件.pptx

1、矿物晶体化学研究生课程什么是矿物晶体化学？“矿物晶体化学”研究内容是什么？案例一、赤铁矿的晶体化学 2立方晶格等轴晶系 三方晶系1三方菱面体晶格 赤铁矿的晶体化学n前者1为三方晶系，刚玉型结构，在自然界稳定，称赤铁矿。n后者2为等轴晶系，尖晶石型结构，在自然界呈亚稳态，称为磁赤铁矿。赤铁矿的晶体化学案例二、菱铁矿的晶体化学n菱铁矿化学式FeCO3（FeO 62.01 CO2 37.99）n常有 Mg、Mn及Ca等类质同象混入物。n三方晶系 相对密度3.74.0，硬度4。案例二、菱铁矿的晶体化学CO32-nCO32-的半径为0.255nm？nVp=(4+0+2)/2=3n中心分子价层为sp2杂化

2、轨道伸展方向为正三角形CO32-nSp2nC、O键介于C-O与C=O之间，被认为是碳氧原子间除形成键之外，还形成离域的四中心六电子大46键。Sp2杂化n键角 120on键长 每个C-O键长都等于1.300.01埃n键能 C=O的键能为740kJ/mol（实用化学手册p273）,C-O的键能为84.0千卡/克分子即351.54kJ/mol。CO32-Fe2+nFe2+电子构型为3d6 属于(9-17)e-n半径为0.076nmnFe2+的电负性为1.8n碳酸盐的分解温度相差很大，与金属离子极化作用有关。碳酸盐FeCO3r(Mn+)/pm76Mn+的电子构型(9-17)e-分解温度/282案例三、

3、海泡石的晶体化学海泡石晶体化学n海泡石属于海泡石一坡缕石粘土矿物族，是一种无毒无害的镁质粘土矿物，理想晶体的化学式为Mg8Si12O30(OH)4(OH2)48H2O。海泡石晶体结构n海泡石的结构，由两层硅氧四面体片之间夹一层金属阳离子，组成八面体片构成，为21型,两层硅氧四面体片各有六个硅氧四面体，其顶端的氧原子朝向八面体片，并与八面体片Mg 2+相连接，组成结构单位层,层的厚度为0.645nm，宽度相当于六个硅氧四面体的宽度。海泡石晶体化学n由于海泡石有着这种独特的结构，具有开阔的层间孔道和较大的比表面积，因而具有吸附离子和一些有机物的能力并且吸附能力大于任何粘土。海泡石的特点讨论什么是矿

4、物晶体化学的内涵和外延？矿物晶体化学研究内容到底是什么？矿物晶体化学n第一章 矿物晶体化学的内涵和外延n第二章 化学基础之一原子结构n第三章 化学基础之二分子结构n第四章 化学基础之三晶体结构n第五章化学基础之四 晶体场理论在矿物晶体中的应用n第六章 实际矿物的晶体化学矿物种类分类n单质矿物n硫化物n氧化物n碳酸盐n硅酸盐n硫酸盐n卤化物n其他第一章 矿物晶体化学的内涵和外延单质铜矿晶系：立方晶系颜色：红铜色失去光泽后呈绿蓝和黑色透明度：不透明光泽：金属般的条痕：红铜色硬度：2.53.0形态：多鳞，平展或树枝状断口：锯齿状比重：8.9检验：溶于硝酸晶系：斜方晶系颜色：亮黄至棕黄；有时呈灰色，发

5、红或发绿透明度：透明到半透明光泽：树脂质-油脂条痕：白色硬度：1.52.5形态：扁平，钟乳石状；粒状纤维状或土状；很少生有双晶断口：贝壳状至不整齐比重：2.02.1检验：不溶于水，不受大多数酸的影响；溶于二硫化碳和某些油单质硫矿硫化物矿黄铁矿n 硅酸盐矿透辉石 碳酸盐矿孔雀石 孔雀石孔雀石孔雀石（1）化学组成：Cu2CO3(OH)2，含微量机械混入物；（2）结构特点：单斜晶系，点群2/m，空间群P21/a，a0=0.948nm，b0=1.203nm，c0=0.321nm，=9842，Z=4，晶体结构中Cu2+为六个O2-和OH-所包围，形成八面体配位。八面体共用棱相连接，组成一条平行于c轴的双

6、链结构，C 4+在三个O2-之间组成CO32-并连接各链；（3）晶体形态：单晶体呈柱状或针状，但极少见；双晶以(100)为双晶面成接触双晶；（4）物理性质：深绿至鲜绿色，条痕淡绿色，玻璃光泽，纤维状集合体呈丝绢光泽，土状者光泽暗淡，硬度3.54，解理平行201完全，平行010中等，比重3.94.0；（5）鉴定特征：以其绿色、条痕淡绿色和肾状、葡萄状等为鉴定特征。“表面”现象下面的内部实质问题是什么？n粒子的规则排列！n误区之一一些基本概念n晶体与非晶的概念n如何鉴别一种固体是晶体n晶体化学的定义n矿物晶体化学研究的主要内容晶体与非晶的概念n晶体n非晶n无定型体n单晶n多晶n晶体的性质晶体的性质

7、n均一性n异向性n对称性n最小内能n稳定性n有固定的熔点几个晶体学概念n结点n结点上粒子n结点间距n晶格三要素n网面密度n晶格n晶胞矿物晶体化学研究的主要内容n矿物晶体化学：矿物晶体化学是研究矿物的化学成分、晶体结构，及其与矿物的物理化学性质之间的相互关系，从而为采矿与选矿工程服务的一门学科。n主要内容：化学基础（原子结构、分子结构、晶体结构、晶体场理论），实际矿物（硅酸盐矿、硫化物矿、氧化物矿等）的化学组成、晶体结构、物理化学性质等。海泡石晶体结构第二章 原子结构n21 玻尔原子模型n22 现代的量子力学原子模型n23 原子轨道n24 原子轨道能级图n25 核外电子排布n26 元素周期表n2

8、7 原子性质的周期性21 玻尔原子模型n连续光谱n线状光谱n原子光谱n玻尔氢原子模型玻尔氢原子模型n定态轨道n轨道能级（基态、激发态）n原子发光原因n轨道能量量子化的概念n玻尔模型的优缺点22 现代的量子力学原子模型n微观粒子与宏观粒子n微观粒子的波粒二象性n微观粒子运动的统计规律性n薛定谔方程n波函数n原子轨道（角度分布图）n电子云（角度分布图）n 原子轨道模型图原子结构中电子的分层运动原子结构中电子的分层运动波粒二象性粒子性：有动量和动能的物体具有粒子性。波动性：运动过程中表现光的波动性。薛定谔方程其中，为波函数；x、y、z为某点空间坐标；m为核外电子的质量；E为核外某一点电子的总能量；V

9、为核外某一点电子的势能。波函数与原子轨道n波函数薛定谔方程的解；例如：s轨道 P、d、f、gn原子轨道波函数在坐标系中几何空间原子轨道（或电子云）角度分布图S轨道角度分布图p轨道角度分布图（Px、Py、Pz）d轨道角度分布图（dxy、dyz、dxz）原子轨道（或电子云）角度分布图d x2-y2轨道角度分布图d z2轨道角度分布图1s 2s2p 3s3p3d 4s4p4d4f 5s5p5d5f5g 23 原子轨道量子数n主量子数n：决定体系能量E或电子 离核远近距离r。n=1，2，3，4，5，6，7 电子层数：K L M N O P Q n副量子数（角量子数）L：确定原子轨道的形状并在多电子原子

10、中和主量子数一起决定电子的能级。l=0，1，2，3，4，5，6n-1相应的能级：s p d f gl=0 球形对称l=1 原子轨道呈哑铃形分布l=2 其原子轨道呈花瓣形分布原子轨道量子数 磁量子数m：决定原子轨道在空间的取向。m=0，1，2 l 共(2l+1)个自旋量子数（人为规定）：只决定电子运动状态与薛定谔方程无关。ms=1/224 原子轨道能级图1s2s2p3s3p4s3d4p5s4d5p6s4f5d6pE 能级交错现象不同原子序数的轨道能级图略有不同25 核外电子排布核外电子排布规则：(1)Pauli不相容原理(2)能量最低原理(3)洪特规则(4)三个特殊稳定状态几个概念n等价轨道（简

11、并轨道）n原子实n价层n价电子 n最外层电子n价电子构型 必须掌握的能力：会写任何元素的价电子构型写出以下元素的价电子构型：Na Fe2 Cu Pb N S I 26 元素周期表S区P区d区ds区f区 熟悉元素周期表各区元素的价电子构型nS区 ns1-2nP区 ns2np1-6nd区 (n-1)d1-10ns1-2nds区 (n-1)d10ns1-2nf区 (n-2)f0-14(n-1)d0-2ns227 原子性质的周期性周期性递变的性能有n原子半径n电负性n金属性与非金属性n电离能In电子亲核能Y电负性1.定义:元素的原子在分子中吸引电子的能力。2.标度Pauli标度：XH=2.1 相对值3

12、.变化规律 （1）同周期 左右 x（2）同族 上下 x电负性4.应用 （1）说明元素性质变化规律（周期表中）同周期左到右，金属性 减弱同族从上到下，金属性增强（2）判断键的性质：离子键共价键 X1.7 离子键X1.7 极性共价键X=0 非极性共价键（3）元素的电负性大小，区别元素是金属元素还是非金属元素。X2.0 非金属元素X2.0金属元素电离能 I1.定义:元素在基态,气态原子给出电子所吸收的能量,叫这种元素的电离能。2.规律:(1)I1 I20 外界提供能量Y1-+e-排斥作用结合成键所放出的能量 例:Y1(0)=-147 kJmol-1 Y2(0)=+780 kJmol-1从原子结构层面上描述矿物晶体化学矿物破碎后，矿物表面裸露原子的性质：n元素周期表中的位置；n价电子构型；n原子半径；n电负性；n第一电离能E；n电子亲和能Y。