 |
Кристаллохимическая структура минералов.
|
|
|
|
Структурными единицами минералов являются атомы, ионы, молекулы.
Электроны вращающиеся вокруг ядра, их свойства и энергетические состояние, обуславливают способность атомов вступать в соединение, т.е. образовывать минералы.
1. каждое состояние электронов в атоме определяется 4 мя квантовыми числами:. – имеет значение 1, 2, 4, 4, 5, 6, 7, которые отвечают 7 электронным оболочкам:; в каждой оболочке число определяется выражением 2, где - номер оболочки.
- при разных – будет иметь значение от 0 до6, т.е. в электронной оболочке может быть да 6 подгрупп (при =1), - электроны (при =0), р-электроны (при =1), - электроны (при =0), р-электроны (при =1), - электроны (при = 2), - электроны (при =3).
- магнитный момент, возникающий при движении электрона на орбите. Значение может меняться от - до.
- магнитное спиновое число (спин), характеризует вращение электрона вокруг своей собственной оси. Имеют два значения: - или, где, а - постоянная Плана.
В каждой ячейке может быть либо один (неспаренный) электрон, либо два (спаренных) со спинами разного знака. Обозначение: (углерод).
В минералогии важное значение имеют внешние подгруппы, постедством которых происходит соединения атомов в химическое вещество с определенной структурой кристаллической решетки, т.е. в минералах.
Образуя соединения, атомы изменяют свое электронное строение, обретая при этом валентное состояние.
Электронные оболочки являются энергетическими уровнями атомов. При образовании минералов происходит расщепление отдельных энергетических уровней атомов с образованием различных энергетических зон.
Во внешней зоне, заполненной частично, возможны различные перемешения электронов. Она получила название зоны проводимости.
|
|
|
2. орбиты по которым движутся,называется стационарными. Если находится на стационарной орбите, то атом не излучает и не поглощает энергии. Это происходит при переходе с одного энергетического уровня на другой. Поглощение – переход на более высокие уровни, излучение- переход на более низкие уровни.
3. эффективный радиус – радиус сферы действия данного структурного компонента на его окружение. Он определяет размер структурных единиц. Ионный радиус, его величина зависит от величины и знака заряда: чем больше положительный заряд, тем меньше его радиус; чем больше отрицательный заряд тем больше его радиус. Ионные радиусы катионов радиусов анионов. Например:
последние исследования по проблеме радиусов ионов позволили установить различие у элементов в различных соединениях.
Типы химических связей в минералах.
Химическая связь является результатом движения электронов внешних (валентных) оболочек в пространстве между ядрами взаимодействия атомов.
Главнейшими типами связей, присутствующими в минералах является: ионная, ковалентная, металлическая, молекульрная, донорно- акцепторная.
1. ионная связь возникает в результате того, что при взаимодействии атомов один из них протягивает в сферу своего ядра один или несколько и становится отрицательно зараженным ионом- анионом, а другой – отдавая - становится катионом.
Между разнозарядными ионами появляется электростатическое взаимидействие. Атомы стремятся приобрести наиболее устойчивою оболочку с полным числом во внешнем слое. Например: галит -
Ионная связь наблюдается в тех минералах, которые представляют собой соединение атомов имеющих внешние со спинами разного знака.
При ионной связи атомы стремятся приобрести наиболее устойчивую оболочку с полным числом во внешнем слое.
Ионная связь не имеет пространство направленности, благодоря чему ион стремится окружить себя максимальным количеством противоположно заряженных ионов.
|
|
|
2. ковалентная связь возникает при образовании пар которые движутся в ядер двух взаимодействущих анионов, причем в состав каждой пары входит по одному электрону от каждого атома.
Связь эта возникает когда взаимодействующими атомы имеют неспаренные с противоположными ориентированными спинами, происходит спаривание.
Причиной ковалентной связи является стремление атомов к устойчивости 8 ми электронной оболочки, путем заполнения до полного числа и - электронов не внешних орбитах.
Ковалентный тип связи характерен для гомоатомных минералов, но распространен и среди гетероотомных. Количество ковалентных связей равняется количеству неспаренных электронов атома в свободном или в возбужденном состоянии.
Имеется в виду, что атомы при взаимодействии могут возбуждать друг друга и призводить распаривание, т.е. переведить один из спаренных в свободную ячейку на незанятый энергетический уровень.
Например углерод (алмаз)
Все 4 сместились со своих орбит и находятся на смешанных или гибридных орбитах – являние гибридизации S и P- электронов.
3. металлическая связь в наиболее чистом виде наблюдается между атомами одного и того же элемента- металла (), рассматриваемого как совокупность положительно заряженных ионов – атомных остовов между которыми свободно перемещаются в виде электронного газа.
Притяжение между положительно заряженными ионами и электронным газом не имеет направленности и количественного огриничения связей, поэтому каждый ион стремится окружить себя мах числом соседей.
В минералах с металлической связью для имеются широкие энергетические зоны образованные расширением электродных уровней соединившихся атомов. Многочисленность уровней и близость их к друг к другу обуславливабт подвижность электронов. Ионы каждые из электронов отдавая на получают 18 электронную оболочку.
4. молекулярная (остаточная, Ван-дер-ваальсовская) связь проявляется в результате взаимодействия между собой нейтральных молекул, внутри которых характер связи уже другой. Она определяется тремя эффектами, которой свойственны молекулам: 1) дисперсионным; 2) отиентационных и 3) наведенным (индукционным).
|
|
|
Дисперсионный эффект – результат движения электронов, которое создает мгновенные диполи, вызывающие притежение между молекулами. Ориентационный момент является результатом полярности молекул, которые могут иметь различный собственный дипольный момент. Наведенный эффект связан с поляризующим действием электронных полей соседних молекул.
Молекулярная связь наиболее характерна для органических соединений, но наблюдается также в некоторых самотодных элементах (сера, теллур), окислах (лед, бруснит, слюдистых силикатах).
Донорно – акцепторная связь - возникает в результате того, что два спаренных электрона одного атома используются в свободной ячейке другого атома, становясь общими для того и другого. Атом дающий пару - донар, принимающий свободную ячейку – акцептором.
В отличие от ионной связи в этом типе передача совершается на время, в результате чего часть времени находятся в оболочке одного из соединяющихся атомов, а часть времени – в оболочке другого, осушествляя связь между атомами. донорно-акцепторная связь особенно характерна для некоторых сульфидов и их аналогов. Например: пирит.
Изоморфизм.
Среди минералов нет химически чистых веществ. В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество таких примесей незначительлно, (доли %) – это минералы постоянного состава ().
В других – большое количество химическое примесей () – также минерылы называются минералы с переменным составом. Главная причина – явление изоморфизма. Изоморфизм – явление взаимного замещения атомов и ионов в узлах кристаллической решетки минерала без нарушения ее строения.
Термин изоморфизм ввел в литературу немецкий химик Э. Митчерлих в 1919 г. Минералы с перемешанным химическим составом называется как твердыми растворами. Формула минералов с изоморфными замещениями пишится так.
А.Е.Ферман объяснял образование изоморфных смесей с током зрения общего закона энтропии (при высоких Т), а именно, такие соединения энарготически выгодны при кристаллизоции магмитических расплавов и растворов.
|
|
|
При изоморфизме должны соблюдаться следующие условия:
1.близость радиусов участвующих в этом явлении атомов (разность не превышает 15% от размера).
2. сохдство химических свойств замещающих друг друга элементов.
3. сохранение электроцентральности кристаллической структуры минерала.
Типы изоморфизма.
1. по степени совершерства: а) неограниченный (совершенный) – когда возможна полная замена одних атомов другими (могут существовать два крайних и все промежуточные по составу минералы. Например: форстерит, фаалит. б) ограниченный (несовершенный) – когда количество изоморфный примеси не может привышать какого – либо предела и могут образовываться совершенно новые минералы., соденжание в корунде не сожер превышать 1,5 – 2,0%; в) направленный изоморфизм - входит в состав 20%, а соденжание изоморфных примесей в не более 2-3% (Ф
2. по характеру компкнсации валентности: а) изовалентностью и проходит обязательная компенсация зарядов – т.е. сохранения электронейтральность кристаллической структуры минерала: ряд плагоклазов - полевая - альбит - анортит, изоморфим проходит по схеме-
3) по числу атомов: а) двухатомный – рубин б) многоатомный – в плагиоклазах
генетический факторы изоморфизма.
1) химический состав минералообразования среды: от концентрации элементов в среде зависит содержание его в минерал. Например: ряд оливина - в нем может присутствовать до 0,6 % - это обусловлено
Процессы минералообразования
Под процессом минералообразования понимается способ и условия образования минералов в природе. Среди них различают следующие типы:
- Эндогенный;
- Экзогенный;
- Метаморфогенный.
Деление основано на видах энергии под в действием, которых происходят процессы минералообразования.
Эндогенные процессы
«Эндос» – внутренний.
Эндогенные процессы минералообразования связаны с глубокими недрами земли, где они протекают при сравнительно высоких температурах и давлением. Источники энергии процессы ядерного распада и синтеза в ядре земли. Источником вещества эндогенных образований является магма («Магма» - тесто, паста. Магма – расплавленная масса, состоящая из силикатных соединений металлов с подчиненным количеством летучих компонентов (СО2, Н2O, NH4, Н2S…). Главные компоненты: SiO2, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, H, S, Cl, F, B.
При застывании её образуются магматические горные породы с определенным набором минералов.
Процесс кристаллизации магматического расплава зависит от вариаций двух основных факторов:
- условия кристаллизации (внешний фактор);
- химический состав магмы (внутренний фактор).
|
|
|
