Cristalquímica de Minerals

La cristalquímica explica com la mida atòmica i iònica, la càrrega, la coordinació i el tipus d'enllaç determinen quines estructures adopten els minerals i com les seves composicions varien mitjançant la substitució.

Definition

L'estudi dels principis químics, particularment l'enllaç, la mida iònica, el balanç de càrrega i la coordinació, que governen l'estructura atòmica i la variabilitat composicional dels minerals.

Scope

Aquest tema cobreix els enllaços iònics i covalents en minerals, els radis iònics efectius, el nombre de coordinació i els poliedres, les regles de Pauling, el principi de la relació de radis i la química de la solució sòlida, incloent-hi els mecanismes de substitució, acoblament i omissió. Connecta la composició amb l'estructura i amb les propietats físiques i òptiques resultants.

Core questions

• Com determina la relació de radis catió-anió el nombre de coordinació?
• Quines són les regles de Pauling i com prediuen estructures iòniques estables?
• Com les solucions sòlides substitucionals i acoblades amplien el rang composicional d'un mineral?
• Per què els radis iònics efectius depenen de la coordinació i l'estat d'oxidació?

Key theories

Regles de Pauling

Un conjunt de principis que relacionen la geometria del poliedre de coordinació amb la relació de radis, que requereixen neutralitat electrostàtica local, limiten les arestes i cares polihèdriques compartides i minimitzen el nombre d'entorns catiònics distints, els quals, en conjunt, racionalitzen les estructures minerals iòniques.

Radis iònics efectius i substitució

Els radis iònics tabulats que varien amb la coordinació i la valència prediuen si els ions es poden substituir mútuament en un lloc estructural, governant l'extensió de la solució sòlida en sèries minerals.

Clinical relevance

Els principis cristalquímics expliquen la zonació composicional, la geotermobarometria, la captació d'elements traça i contaminants, i el disseny de materials funcionals sintètics, i sustenten la interpretació de la química mineral a partir de la microanàlisi.

History

V. M. Goldschmidt va establir el paper geoquímic de la mida iònica i la càrrega a la dècada de 1920; Pauling va formalitzar les regles de les estructures cristal·lines iòniques el 1929; la compilació de radis iònics efectius de Shannon de 1976 es va convertir en la referència estàndard per predir la substitució en minerals.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Què és la solució sòlida en minerals?

És la substitució contínua o parcial d'un ió per un altre de mida i càrrega similars dins d'una única estructura mineral, com en la sèrie d'olivina de la forsterita a la faialita.

Què és la substitució acoblada?

És la substitució simultània en dos llocs per preservar el balanç de càrrega global, com l'intercanvi de NaSi per CaAl a través de la sèrie de feldespats plagioclasa.