实习氧化物和氢氧化物矿物大类

一、目的要求1、初步认识氧化物和氢氧化物矿物的主要特征2、描述并认识几种常见氧化物和氢氧化物矿物二、预习内容教材第三章第二节的有关部分三、实习内容1、氧化物矿物赤铁矿Fe2O3磁铁矿Fe3O4铬铁矿FeCr2O4软锰矿MnO2石英SiO2刚玉Al2O3锡石SnO22、氢氧化物矿物褐铁矿Fe2O3·nH2O铝土矿Al2O3·nH2O硬锰矿mMnO·MnO2·nH2O3、卤化物萤石CaF四、思考题1、氧化物与氢氧化物矿物在主要物性上有什么区别？2、如何区别下列铁的氧化物矿物？赤铁矿磁铁矿铬铁矿实习三氧化物和氢氧化物矿物氧化物和氢氧化物矿物氧化物和氢氧化物是一系列金属阳离子和某些非金属阳离子与O2-或(OH)-相化合形成的化合物。目前已发现的氧化物矿物已逾200种，它们在地壳中分布广泛。其中一些为重要的造岩矿物，如石英；一些为提取如Fe,Mn,Al,Ti,Sn,Nb,Ta,U,Th等重要金属元素、放射性元素的矿石矿物。此外，一些氧化物矿物可直接作为重要的工业原料和工艺原料而加以利用。如刚玉由于其高硬度而用以制作磨料和精密仪器的轴承；石英由于具有压电性质而被应用于无线电工业等；刚玉、石英以及尖晶石等矿物还是制作高／中档宝石的原材料阴离子主要阴离子是氧。氧具有离子键性和共价键性双重特点，由与其配位的阳离子的电价和离子类型决定：在电价低的惰性气体型离子所组成的氧化物中以离子键为主，如方镁石MgO，随着电价的增加，共价键的成分趋向增多，如刚玉（Al2O3）已具有较多的共价键成分，至石英（SiO2）则以共价键为主Si-O键共价键成分达50％阳离子主要是惰性气体型和过渡型离子化学组成氧化物矿物晶体化学特征化学键以离子键为主，且在以惰性气体型离子组成的氧化物中表现的最为明显。但由于阳离子性质的不同也可呈现出共价键、分子键等其它键性。在由氧和小半径阳离子组成的氧化物中，氧呈最紧密堆积，阳离子充填于八面体空隙（CN＝6）、四面体空隙（CN＝4）和其它类型的空隙中；也可由氧和大半径的阳离子共同呈最紧密堆积，而由较小半径的阳离子充填其形成的空隙；在含有大半径碱金属阳离子的氧化物中，氧不呈紧密堆积；在非离子键性（共价键、分子键等）已占相当比例的氧化物中，氧一般也难以实现最紧密堆积形态及物理性质常形成完好晶形，亦常见致密块状、粒状及其它集合体形态。阳离子为惰性气体型离子的氧化物表现为无色或浅色，透明至半透明，以玻璃光泽为主。阳离子为过渡型离子或铜型离子的氧化物颜色加深，半透明至不透明，金刚光泽、半金属至金属光泽。氧化物矿物的硬度一般大于5.5。矿物的相对密度变化较大，主要与矿物化学组成中元素的原子量及矿物晶体结构的紧密程度有关。氧化物矿物熔点高、溶解度低，物理和化学性质较稳定的特点。含Fe,Ti,Cr等元素的矿物具有强弱不等的磁性；含放射性元素U,Th等的矿物具有放射性，并往往由于放射性元素的蜕变而使矿物产生非晶质化成因和产状氧化物矿物广泛形成于内生、外生和变质作用中对于变价元素来说，其低价（如Fe2+,Cr3+,Mn2+等）氧化物多是在内生作用(主要是热液作用、岩浆作用、其次是伟晶作用)下产生的；而高价（如Mn4+,W6+,Sb5+等）氧化物则多是在表生作用（如岩石或矿床的风化壳）中产生的不变价元素的氧化物则往往有多种成因。由于这些矿物形成时所要求的温度、压力都比较高，因而多在岩浆、伟晶、热液或变质作用中产生；又因其物理化学性质较稳定，故又能保存于砂矿中分类A2X型（赤铜矿族）AX型（方镁石族）A2X3型（刚玉族）AX2型（金红石族）ABX3型（钙钛矿族）AB2X4型（尖晶石族）ABX4型（黑钨矿族）AB2X6型（铌钽铁矿族）A2B2X7型（烧绿石族）(corundum)-Al2O3常见矿物介绍晶体结构O2-作六方最紧密堆积，堆积层垂直于三次轴；Al3+充填2／3的八面体空隙，[AlO6]八面体在平行（0001）的方向上共棱成层；在单位晶胞中c轴长度范围内相当于六个[AlO6]八面体共面相联。由于Al-O键具离子键向共价键过渡的性质（共价键约占40％），从而使刚玉表现出共价键化合物的特征形态和物性腰鼓状晶体，透明刚玉无色、白色，由于成分中所含色素离子的存在可呈多种颜色；如：白宝石、红宝石（含Cr）、蓝宝石（含Fe和Ti）、绿宝石（含Co,Ni,V）、铁刚玉（含Fe2+和Fe3+）、黄宝石（含Ni）、星光红（或蓝）宝石。无解理，硬度为9，熔点高，化学性质稳定，不易被腐蚀刚玉赤铁矿(hematite)Fe2O3赤铁矿的晶形与形成条件有关：在热液条件下常具扁平的菱面体状、板状或片状晶形接触交代作用多为粒状晶形沉积作用的产物多呈隐晶质的鲕状、肾状、豆状、粉末状集合体区域变质作用形成镜铁矿（片状、鳞片状、金属光泽）和云母赤铁矿（细小鳞片状或贝壳状镜铁矿）赤铁矿形态：单体片状或板状；集合体鳞片、肾状、鲕状土状或致密块状。颜色：显晶钢灰至铁黑色，隐晶红色，土状者红褐色条痕：樱红色光泽：金属至半金属光泽透明度：不透明解理：无硬度：5-6隐晶质较低其它：赤铁矿HematiteFe2O3石英(quartz)SiO2晶体结构为[SiO4]四面体以角顶相连沿三维空间延伸而成。[SiO4]以角顶相连，Si-O键为很强的共价键。比重低（2.7），硬度大，玻璃光泽，无解理，但由于石英表面一般不平滑，呈油脂光泽。在各种地质条件下均可存在，而且抗风化能力强。石英形态：单体针状、柱状集合体粒状、致密块状或晶簇状（1）粗粒晶体（粒）异种水晶无色透明的晶体紫水晶蓝紫、浅蓝、浅红、浅紫的蓝紫色调烟水晶烟黄色、暗褐至黑色(黑色者又称墨晶)黄水晶金黄色或柠檬黄色蔷薇水晶浅玫瑰或粉红色（2）隐晶质异种玉髓（石髓）纤维状，特别是指褐至灰色、半透明、蜡状光泽的钟乳状体。产于岩石孔洞中玛瑙各种颜色的玉髓条带或同心圆环带交互排列而成燧石暗色、坚韧、极致密的结核状物质碧玉块状、细粒密实的石英，呈暗红色、褐色或黄色，广泛产出于沉积岩或变质岩中玉髓玛瑙•锡石CassiteriteSnO2•锡石的单晶（A）与膝状双晶（B）四方晶系。常含铁和铌、钽等氧化物的细分散包裹体。单晶体常呈双锥短柱状，也有呈细长柱状或双锥状的，膝状双晶普遍，集合体多呈粒状。纯净锡石近乎无色，一般呈黄棕色至深褐色，金刚光泽，断口油脂光泽，半透明至不透明；摩氏硬度6.0-7.0，比重6.8-7.1。据A、B组阳离子在结构中的分布将尖晶石型结构分为三种类型：正尖晶石型：A[B2]X4型。即单位晶胞中8个A组二价阳离子占据四面体位置，16个B组三价阳离子占据八面体位置。如铬铁矿Fe[Cr2]O4；反尖晶石型：B[AB]X4。即单位晶胞中1／2的B组阳离子（8个）占据四面体空隙，剩余的1／2B组阳离子（亦为8个）和全部A组阳离子（8个）共同占据八面体位置，如磁铁矿Fe3+[Fe3+Fe2+]O4;化学成分A组阳离子:Mg2+,Mn2+,Fe2+,Ni2+,Zn2+,Co2+,Cu2+等B组阳离子:Al3+,Cr3+,Fe3+,V3+,Ti4+晶体结构：O2-呈立方最紧密堆积，堆积层与三次轴方向垂直，阳离子充填单位晶胞中1／8的四面体空隙和1／2的八面体空隙，整个结构由[AO4]四面体和[BO6]八面体以一定的方式联结而成(Spinel)尖晶石族磁铁矿的化学成分为Fe3O4，晶体属等轴晶系的氧化物矿物。单晶体呈八面体或菱形十二面体，集合体为致密块状或粒状。颜色为铁黑色，条痕呈黑色，半金属光泽，不透明，无解理，摩氏硬度5.5-6，比重4.8-5.3。具强磁性，是矿物中磁性最强的，能被永久磁铁吸引，中国古代的指南针“司南”就是利用这一特性制成的磁铁矿（magnetite)Fe3O4磁铁矿有多种成因。岩浆作用，火山作用，接触变质，含铁沉积岩层经区域变质作用也可形成磁铁矿磁铁矿是炼铁的主要矿物原料，也是传统的中药材。磁铁矿软锰矿PyrolusiteMnO2形态：晶体针状、柱状；集合体肾状、结核、针状、放射状；也可呈土状、粉末状。物性：钢灰至黑色；条痕黑色；半金属至金属光泽；不透明；柱状解理完全；硬度变化大，6-6.5，小者1-2；易污手。双氧水气泡。软锰矿形态：单体八面体；集合体粒状或致密块状。颜色：黑色至暗棕色条痕：棕色、褐色光泽：半金属光泽透明度：不透明解理：无硬度：5.5-6.5其它：弱磁性铬铁矿ChromiteFeCr2O4铬铁矿阳离子Mg2+,Fe2+,Fe3+,Mn4+,Al3+，以及少量Ca2+晶体结构由(OH)-或(OH)-和O2-共同形成紧密堆积，在后一种情况下，(OH)-和O2-通常呈互层分布。主要是层状或链状，除离子键外，还往往存在氢键，由于氢键的存在，以及(OH)-的电价较O2-的低，而导致阳离子与阴离子之间键力的减弱。相对密度和硬度较小成因产状风化型和化学沉积型。主要集中在岩石风化壳和金属矿床的氧化带或湖沼水盆地中，后者可以形成巨大的沉积矿床。少数氢氧化物可产于热液矿脉中氢氧化物矿物形态：集合体多孔状、钟乳状、结核状、肾状、鲕状土状或致密块状颜色：黄褐至黑褐色条痕：黄褐色光泽：土状光泽透明度：不透明解理：硬度：5.5-1其它：参差状断口铁的氢氧化物：包括针铁矿(FeOOH)，水针铁矿(FeOOH.nH2O)，纤铁矿(FeOOH)和水纤铁矿(FeOOH.nH2O)。铁的氢氧化物聚集体实际上常呈针铁矿、纤铁矿、水针铁矿、水纤铁矿和更富于水的氢氧化铁胶凝体以及铝的氢氧化物、泥质物质的混合物，这种混合物统称为“褐铁矿“褐铁矿Limonite褐铁矿褐铁矿铝的氢氧化物：包括硬水铝石(AlOOH)、一水软铝石(AlOOH)和三水铝石(Al[OH]3)三种矿物。常与其它矿物形成细分散机械混合物，为含水氧化物（如褐铁矿）、含水的铝的硅酸盐（如高岭石）、赤铁矿、蛋白石等矿物胶结，称为铝土矿Bauxite铝土矿形态：集合体豆状、鲕状、土状或致密块状颜色：变化大，灰白、灰褐、青灰、棕红、黑灰条痕：灰白、浅黄褐色光泽：土状光泽透明度：解理：硬度：3-4其它：哈气有强烈土臭味铝土矿锰的氢氧化物：包括水锰矿MnO(OH)和硬锰矿。广义硬锰矿为含有多种元素的锰的氧化物和氢氧化物。往往呈葡萄状、钟乳状、肾状硬锰矿Psilomelane形态：集合体钟乳状、葡萄状、肾状、鲕状土状或块状颜色：黑色条痕：黑色或黑褐色光泽：半金属或土状光泽透明度：不透明解理：硬度：4-6其它：•萤石FluoriteCaF2•等轴晶系。晶体常呈立方体、八面体或立方体的穿插双晶，集合体呈粒状或块状。浅绿、浅紫或无色透明，有时为玫瑰红色，条痕白色，玻璃光泽，透明至不透明；八面体解理完全；摩氏硬度4，比重3.18。在紫外线、阴极射线照射下或加热时发出蓝色或紫色萤光，因此而得名。