Krystalochemie minerálů

Krystalochemie vysvětluje, jak atomová a iontová velikost, náboj, koordinace a typ vazby určují, jaké struktury minerály zaujímají a jak se jejich složení mění substitucí.

Definition

Studium chemických principů, zejména vazby, iontové velikosti, nábojové rovnováhy a koordinace, které řídí atomovou strukturu a kompoziční variabilitu minerálů.

Scope

Toto téma zahrnuje iontové a kovalentní vazby v minerálech, efektivní iontové poloměry, koordinační číslo a polyedry, Paulingova pravidla, princip poměru poloměrů a chemii tuhých roztoků včetně substitučních, spřažených a omitujících mechanismů. Spojuje složení se strukturou a s výslednými fyzikálními a optickými vlastnostmi.

Core questions

• Jak poměr poloměru kationtu k aniontu určuje koordinační číslo?
• Co jsou Paulingova pravidla a jak předpovídají stabilní iontové struktury?
• Jak substituční a spřažené tuhé roztoky rozšiřují kompoziční rozsah minerálu?
• Proč efektivní iontové poloměry závisí na koordinaci a oxidačním stavu?

Key theories

Paulingova pravidla

Soubor principů spojujících geometrii koordinačního polyedru s poměrem poloměrů, vyžadující lokální elektrostatickou neutralitu, omezující sdílené polyedrické hrany a plochy a minimalizující počet odlišných kationtových prostředí, které dohromady racionalizují iontové minerální struktury.

Efektivní iontové poloměry a substituce

Tabulkové iontové poloměry, které se mění s koordinací a valencí, předpovídají, zda se ionty mohou vzájemně substituovat v daném strukturním místě, čímž řídí rozsah tuhého roztoku v minerálních řadách.

Clinical relevance

Krystalochemické principy vysvětlují kompoziční zonálnost, geotermobarometrii, příjem stopových prvků a kontaminantů a návrh syntetických funkčních materiálů a jsou základem interpretace minerální chemie z mikroanalýzy.

History

V. M. Goldschmidt stanovil geochemickou roli iontové velikosti a náboje ve 20. letech 20. století; Pauling formalizoval pravidla iontových krystalových struktur v roce 1929; Shannonova kompilace efektivních iontových poloměrů z roku 1976 se stala standardní referencí pro předpovídání substituce v minerálech.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Co je tuhý roztok v minerálech?

Je to kontinuální nebo částečná substituce jednoho iontu za jiný podobné velikosti a náboje v rámci jediné minerální struktury, jako například v olivínové řadě od forsteritu po fayalit.

Co je spřažená substituce?

Je to simultánní substituce na dvou místech pro zachování celkové nábojové rovnováhy, jako je výměna NaSi za CaAl napříč řadou plagioklasových živců.