Mineralers krystalkemi

Krystalkemi forklarer, hvordan atom- og ionstørrelse, ladning, koordination og bindingstype bestemmer, hvilke strukturer mineraler antager, og hvordan deres sammensætning varierer gennem substitution.

Definition

Studiet af de kemiske principper, især binding, ionstørrelse, ladningsbalance og koordination, der styrer mineralers atomstruktur og sammensætningsmæssige variabilitet.

Scope

Dette emne dækker ioniske og kovalente bindinger i mineraler, effektive ionradier, koordinationstal og polyedre, Paulings regler, radius-forholdsprincippet og kemien af faste opløsninger, herunder substitutions-, koblede og omissionsmekanismer. Det forbinder sammensætning med struktur og med de resulterende fysiske og optiske egenskaber.

Core questions

• Hvordan bestemmer kation-til-anion radiusforholdet koordinationstallet?
• Hvad er Paulings regler, og hvordan forudsiger de stabile ioniske strukturer?
• Hvordan udvider substitutions- og koblede faste opløsninger et minerals sammensætningsområde?
• Hvorfor afhænger effektive ionradier af koordination og oxidationstrin?

Key theories

Pauling's regler

Et sæt principper, der relaterer koordinationspolyedergeometri til radiusforhold, kræver lokal elektrostatisk neutralitet, begrænser delte polyederkanter og -flader og minimerer antallet af forskellige kationmiljøer, hvilket tilsammen rationaliserer ioniske mineralstrukturer.

Effektive ionradier og substitution

Tabelopstillede ionradier, der varierer med koordination og valens, forudsiger, om ioner kan substituere hinanden på et strukturelt sted, hvilket styrer omfanget af fast opløsning i mineralserier.

Clinical relevance

Krystalkemiske principper forklarer sammensætningszonering, geotermobarometri, optagelsen af sporstoffer og forurenende stoffer samt design af syntetiske funktionelle materialer, og de understøtter fortolkningen af mineralkemi fra mikroanalyse.

History

V. M. Goldschmidt etablerede den geokemiske rolle af ionstørrelse og ladning i 1920'erne; Pauling formaliserede reglerne for ioniske krystalstrukturer i 1929; Shannons 1976-kompilation af effektive ionradier blev standardreferencen for forudsigelse af substitution i mineraler.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Hvad er fast opløsning i mineraler?

Det er den kontinuerlige eller delvise substitution af én ion med en anden af lignende størrelse og ladning inden for en enkelt mineralstruktur, som i olivinserien fra forsterit til fayalit.

Hvad er koblet substitution?

Det er samtidig substitution på to steder for at opretholde den samlede ladningsbalance, såsom NaSi for CaAl-udvekslingen i plagioklas-feltspatserien.