第六章 自然元素矿物大类

第六章自然元素矿物大类NativeElements一概述概念：单质、金属互化物；碳化物、硅化物、氮化物和磷化物种数：50种以上。分布：占地壳总重量不足0.1%，不均匀——自然金、自然铜、自然铂、金刚石、石墨等富集成矿床——意义。金属元素：贵金属8元素和Cu，铁陨石中常见Fe、Co、Ni。金属元素间的类质同象十分普遍，形成金属混晶矿物如银金矿（Au，Ag）；也可形成互化物如铁镍矿(Ni3Fe)。半金属元素有As、Sb、Bi（Se、Te）。As与Sb在高温下形成类质同象混晶，低温时分解成自然砷和自然锑或砷锑互化物AsSb；Sb与Bi可形成连续类质同象系列，而As与Bi即使在熔融态下也不混合。非金属元素主要有C和S。Si可呈微粒包体产于地幔岩中。C、Si、N、P形成碳化物、硅化物、氮化物和磷化物。1.化学成分结构型：1）配位型：金属元素及其互化物矿物具立方面心式紧密堆积的铜型（配位数为12）、六方最紧密堆积的锇型（配位数为12）和立方体心式紧密堆积的铁（α-Fe）型（配位数为8），金刚石和β-碳硅石SiC具四面体配位型；2）环状（自然硫）、链状（自然碲）、层状（石墨、自然砷）、架状（陨碳铁矿Fe3C）。2.晶体化学化学键：1）金属元素及其互化物矿物具特征的金属键；2）半金属元素矿物按元素的金属性递增而从金属键+共价键的多键型向金属键转变。3）非金属元素和类似物矿物变化很大。2.晶体化学同质多象：本大类非金属元素矿物的同质多象较常见，如C的同质二象、S的同质三象。对称程度：金属元素及其互化物矿物多为等轴晶系，少数为六方晶系；半金属元素矿物为三方晶系。非金属元素和类似物矿物变化很大。2.晶体化学具配位型、架状和环状的矿物自形晶主要为粒状，其中金属元素矿物少见自形而多为它形不规则状；具层状结构的半金属元素矿物和石墨主要为片状。3形态与物理性质金属元素及其互化物矿物在物理性质上呈现典型的金属特性——金属色、金属光泽、不透明、低硬度（锇、铱为例外）、无解理、大比重、强延展性、强导电性和强导热性。3形态与物理性质半金属元素矿物从自然砷、自然锑到自然铋，金属特性逐渐增强，颜色从锡白色变化为银白色，条痕灰色，金属光泽增强，低硬度变得更小，由于其层状结构而发育的{0001}完全解理完好程度下降，高相对密度增大，从无延展性变为弱延展性，从无导电性变为具导电性。3形态与物理性质非金属元素和类似物矿物的晶体化学特点不同而使不同矿物在物性上变化甚大。3形态与物理性质地壳：自然金、自然银、自然铜、自然铂、自然硫、金刚石和石墨；地幔和核-幔边界：金刚石、石墨、自然铁、自然硅和自然镍；陨石：铁纹石、镍纹石、亮石墨、自然钼、金刚石、陨磷铁矿和陨碳铁矿等。4.成因产状铂族元素矿物主要出现于基性、超基性岩浆岩中,常与铜镍硫化物和铬铁矿共生。自然金、自然银和自然铜及半金属元素矿物主要为热液作用产物。金刚石主要产于超基性的金伯利岩和高压相的榴辉岩中，石墨多是变质作用产物，而自然硫则以火山作用和生物作用形成的最重要。根据元素的属性和元素间的结合方式，将本大类矿物划分为1.金属元素（含金属互化物）矿物2.半金属元素矿物3.非金属元素矿物5.分类1、自然铜族（自然铜、自然金-银系列矿物）（1）包括自然铜、自然银、自然金等矿物。（2）铜型结构：立方面心格子。（3）由于Au和Ag的原子半径相近、晶体结构类型相同、地球化学性质相似，故可形成完全类质同象。而铜的原子半径较小，在高温时才与金形成类质同象。二金属元素矿物类NativeMetals铜型结构：铜原子呈立方面心排列，以金属键联系。树枝状自然铜【物理性质】铜红色，表面常因氧化而出现棕黑色锖色；条痕铜红色；金属光泽，不透明。无解理；断口呈锯齿状。硬度2.5～3。相对密度8.95(纯铜)。具延展性。熔点1.083°C。为热和电的良导体。砂金矿【鉴定特征】颜色及条痕金黄色，强金属光泽，相对密度大19.3，低硬度2.5-3，强延展性；化学性稳定，火烧不变色；熔点1062°C。颜色条痕硬度区别黄铁矿黄铜矿NativegoldNativegold分为具铜型结构的自然铂和锇型结构的自然锇两个亚族。前者包括自然铂、自然钯、自然铱和自然铑，为等轴晶系，可见八面体或立方体晶形。后者包括自然锇、自然钌等，为六方晶系，呈六方板状晶形，硬度（约为6）明显高于前者（约为4）。本族矿物一般为银白色和钢灰色，硬度比自然金族高，也具有与自然金族类似的其他金属特性。2.自然铂族PlatinumGroup铂矿Platinum自然铂（含金）【物理性质】锡白色，含铁高时呈钢灰色；条痕钢灰色；金属光泽；不透明。无解理；断口锯齿状。硬度4～4.5。相对密度21.5(纯铂)。熔点1774°C。强延展性。微具磁性。电和热的良导体。Pt（1）主要有自然砷、自然锑、自然铋等。（2）均具砷型结构：即可视为由NaCl型结构沿L3发生畸变而呈略显层状的菱面体格子结构。（3）具{0001}完全解理。（4）粒状或片状集合体。（5）新鲜断面呈锡白色或银白色，金属光泽，具抗磁性。随元素的金属性渐强矿物则更多地显现金属矿物的性质。三半金属元素矿物类NativeSemimetals1、自然硫族自然硫(Sulphur)αS四非金属元素矿物类NativeNonmetals8个硫原子以共价键联系,上下两个四方环交错排列，构成环状分子。硫的八原子环型分子：自然硫【物理性质】不同色调的黄色；晶面金刚光泽,断面油脂光泽。不完全解理；贝壳状断口。硬度1～2。相对密度2.05～2.08。性脆。不导电，摩擦带负电。硫臭味.金刚石(Diamond)C【化学组成】成分中可含有N、B、Si、Al、Na、Ba、Fe、Cr、Ti、Ca、Mg、Mn等元素。其中N、B最为重要。【形态】大多数呈单晶产出，常见圆粒状或碎粒。【成因及产状】仅形成于高温高压的条件下，目前仅见产于超基性岩的金伯利岩(角砾云母橄榄岩)、钾镁煌斑岩及高级变质岩榴辉岩中。当含金刚石的岩石遭受风化后，可以形成金刚石砂矿。世界上著名金刚石产【鉴定特征】极高的硬度，标准金刚光泽，晶形轮廓常呈浑圆状。【主要用途】根据用途不同可分为宝石金刚石和工业金刚石。前者主要利用其光彩诱人色泽和极高的硬度作装饰。后者主要用于高硬度制作仪表轴承、玻璃刀、表镶钻头等。2、金刚石族金刚石型结构：碳原子分布于立方晶胞的8个角顶、6个面心和晶胞所分8个小立方体的4个相间的小立方体中心。碳原子以共价键与周围的另外4个碳原子相连,键角109°28′16″，形成四面体配位。平行{111}面网密度大，间距也大。金刚石沿{111}成解理金刚石【物理性质】无色透明，常因含微量元素而呈不同色调：含Cr呈天蓝色，含Al呈黄色，还可有褐、灰、白、绿、红、紫等色调，含石墨包体者呈黑色；晶面金刚光泽，断口油脂光泽；经日光曝晒后置暗室发淡青蓝色磷光。解理{111}中等、{110}不完全。硬度10（显微硬度比石英高1000倍，比刚玉高150倍），相对密度3.52。性脆，抗磨性强。不导电。导热性好，室温下其导热率是铜的5倍。熔点高达4000℃，空气中燃烧温度850～1000℃。疏水而亲油。Diamond石墨(Graphite)C成分纯净者极少，往往含各种杂质如粘土、沥青及SiO2、Al2O3、FeO【结构】层状【形态】单晶体呈片状或板状。通常为鳞片状,块状或土状集合体。【成因及产状】石墨是高温变质作用的产物。【主要用途】具滑感，作为机械工业的润滑剂；导电性良好，又可制作电极等。3R型石墨用于人工合成金刚石的原料,因它容易转化为金刚石。3碳原子成层排列，每个碳原子与同一层相邻的三个碳原子以等距相连，每层碳原子构成一个六方环网，上下相邻层的碳原子间距比同一层内的碳原子间距大得多(层内0.142nm，层间0.340nm)。石墨层内为共价键和部分金属键，而层间则为分子键。石墨的层状结构石墨【物理性质】颜色和条痕均为黑色；半金属光泽；隐晶质的则暗淡。平行{0001}解理极完全。硬度1～2。相对密度2.21～2.26。解理片具挠性。有滑感，易污手。具导电性。