Кристална химия на минералите
Кристалната химия обяснява как атомният и йонният размер, заряд, координация и тип на връзката определят кои структури приемат минералите и как техният състав варира чрез заместване.
Definition
Изучаването на химичните принципи, по-специално свързването, йонния размер, баланса на заряда и координацията, които управляват атомната структура и променливостта на състава на минералите.
Scope
Тази тема обхваща йонното и ковалентното свързване в минералите, ефективните йонни радиуси, координационното число и полиедри, правилата на Полинг, принципа на радиус-съотношението и химията на твърдите разтвори, включително механизмите на заместване, сдвояване и пропускане. Тя свързва състава със структурата и произтичащите от това физични и оптични свойства.
Core questions
- Как съотношението радиус катион-към-анион определя координационното число?
- Какви са правилата на Полинг и как те предсказват стабилни йонни структури?
- Как заместителните и сдвоените твърди разтвори разширяват композиционния обхват на даден минерал?
- Защо ефективните йонни радиуси зависят от координацията и степента на окисление?
Key theories
- Правила на Полинг
- Набор от принципи, свързващи геометрията на координационния полиедър с радиус-съотношението, изискващи локална електростатична неутралност, ограничаващи споделените полиедрични ръбове и стени и минимизиращи броя на различните катионни среди, които заедно рационализират йонните минерални структури.
- Ефективни йонни радиуси и заместване
- Табличните йонни радиуси, които варират в зависимост от координацията и валентността, предсказват дали йоните могат да се заместват един друг в структурно място, управлявайки степента на твърд разтвор в минералните серии.
Clinical relevance
Кристално-химичните принципи обясняват композиционното зониране, геотермобарометрията, поглъщането на микроелементи и замърсители и дизайна на синтетични функционални материали, като те са в основата на интерпретацията на минералната химия от микроанализ.
History
В. М. Голдшмид установява геохимичната роля на йонния размер и заряд през 20-те години на миналия век; Полинг формализира правилата на йонните кристални структури през 1929 г.; компилацията на Шанън от 1976 г. на ефективни йонни радиуси става стандартна справка за предсказване на заместването в минералите.
Key figures
- Linus Pauling
- Victor Goldschmidt
- Robert D. Shannon
Related topics
Seminal works
- pauling1929
- shannon1976
- klein2007
Frequently asked questions
- Какво представлява твърдият разтвор в минералите?
- Това е непрекъснатото или частично заместване на един йон с друг с подобен размер и заряд в рамките на една минерална структура, както е в серията оливин от форстерит до фаялит.
- Какво е сдвоено заместване?
- Това е едновременно заместване на две места за запазване на общия зарядов баланс, като например обмена на NaSi за CaAl в серията плагиоклазови фелдшпати.