Kristallchemie der Minerale

Die Kristallchemie erklärt, wie Atom- und Ionengröße, Ladung, Koordination und Bindungstyp bestimmen, welche Strukturen Minerale annehmen und wie ihre Zusammensetzungen durch Substitution variieren.

Definition

Die Untersuchung der chemischen Prinzipien, insbesondere der Bindung, Ionengröße, Ladungsbilanz und Koordination, die die atomare Struktur und die Zusammensetzungsvariabilität von Mineralen steuern.

Scope

Dieses Thema behandelt ionische und kovalente Bindungen in Mineralen, effektive Ionenradien, Koordinationszahl und -polyeder, Paulings Regeln, das Radienverhältnisprinzip und die Chemie der festen Lösung einschließlich Substitutions-, gekoppelter und Leerstellenmechanismen. Es verbindet die Zusammensetzung mit der Struktur und den daraus resultierenden physikalischen und optischen Eigenschaften.

Core questions

• Wie bestimmt das Kation-zu-Anion-Radienverhältnis die Koordinationszahl?
• Was sind Paulings Regeln und wie sagen sie stabile ionische Strukturen voraus?
• Wie erweitern Substitutions- und gekoppelte feste Lösungen den Zusammensetzungsbereich eines Minerals?
• Warum hängen effektive Ionenradien von der Koordination und dem Oxidationszustand ab?

Key theories

Pauling'sche Regeln

Eine Reihe von Prinzipien, die die Geometrie des Koordinationspolyeders mit dem Radienverhältnis in Beziehung setzen, lokale elektrostatische Neutralität erfordern, gemeinsame Polyederkanten und -flächen begrenzen und die Anzahl der unterschiedlichen Kationenumgebungen minimieren, die zusammen ionische Mineralstrukturen rationalisieren.

Effektive Ionenradien und Substitution

Tabellierte Ionenradien, die mit Koordination und Valenz variieren, sagen voraus, ob Ionen in einer Strukturstelle einander ersetzen können, und steuern das Ausmaß der festen Lösung in Mineralreihen.

Clinical relevance

Kristallchemische Prinzipien erklären die Zusammensetzungszonierung, die Geothermobarometrie, die Aufnahme von Spurenelementen und Kontaminanten sowie das Design synthetischer Funktionsmaterialien und untermauern die Interpretation der Mineralchemie aus der Mikroanalyse.

History

V. M. Goldschmidt etablierte in den 1920er Jahren die geochemische Rolle von Ionengröße und -ladung; Pauling formalisierte 1929 die Regeln ionischer Kristallstrukturen; Shannons Zusammenstellung effektiver Ionenradien von 1976 wurde zur Standardreferenz für die Vorhersage von Substitutionen in Mineralen.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Was ist eine feste Lösung in Mineralen?

Es ist die kontinuierliche oder teilweise Substitution eines Ions durch ein anderes ähnlicher Größe und Ladung innerhalb einer einzelnen Mineralstruktur, wie in der Olivinreihe von Forsterit zu Fayalit.

Was ist gekoppelte Substitution?

Es ist die gleichzeitige Substitution an zwei Stellen, um die Gesamtladungsbilanz aufrechtzuerhalten, wie der NaSi-für-CaAl-Austausch in der Plagioklas-Feldspat-Reihe.