Κρυσταλλοχημεία Ορυκτών

Η κρυσταλλοχημεία εξηγεί πώς το ατομικό και ιοντικό μέγεθος, το φορτίο, ο συντονισμός και ο τύπος δεσμού καθορίζουν ποιες δομές υιοθετούν τα ορυκτά και πώς ποικίλλουν οι συνθέσεις τους μέσω υποκατάστασης.

Definition

Η μελέτη των χημικών αρχών, ιδίως της δέσμευσης, του ιοντικού μεγέθους, της ισορροπίας φορτίου και του συντονισμού, που διέπουν την ατομική δομή και τη συνθετική μεταβλητότητα των ορυκτών.

Scope

Αυτό το θέμα καλύπτει τον ιοντικό και ομοιοπολικό δεσμό στα ορυκτά, τις ενεργές ιοντικές ακτίνες, τον αριθμό συντονισμού και τα πολύεδρα, τους κανόνες του Pauling, την αρχή της αναλογίας ακτίνων και τη χημεία του στερεού διαλύματος, συμπεριλαμβανομένων των μηχανισμών υποκατάστασης, σύζευξης και κενών. Συνδέει τη σύνθεση με τη δομή και με τις προκύπτουσες φυσικές και οπτικές ιδιότητες.

Core questions

• Πώς καθορίζει ο λόγος ακτίνας κατιόντος προς ανιόν τον αριθμό συντονισμού;
• Ποιοι είναι οι κανόνες του Pauling και πώς προβλέπουν σταθερές ιοντικές δομές;
• Πώς οι υποκαταστατικές και συζευγμένες στερεές λύσεις διευρύνουν το συνθετικό εύρος ενός ορυκτού;
• Γιατί οι ενεργές ιοντικές ακτίνες εξαρτώνται από τον συντονισμό και την κατάσταση οξείδωσης;

Key theories

Κανόνες του Pauling

Ένα σύνολο αρχών που συσχετίζουν τη γεωμετρία του πολυέδρου συντονισμού με την αναλογία ακτίνων, απαιτώντας τοπική ηλεκτροστατική ουδετερότητα, περιορίζοντας τις κοινές πολυεδρικές ακμές και έδρες, και ελαχιστοποιώντας τον αριθμό των διακριτών περιβαλλόντων κατιόντων, οι οποίες μαζί αιτιολογούν τις ιοντικές ορυκτές δομές.

Ενεργές ιοντικές ακτίνες και υποκατάσταση

Οι τιμές των ιοντικών ακτίνων σε πίνακες, οι οποίες ποικίλλουν ανάλογα με τον συντονισμό και το σθένος, προβλέπουν εάν τα ιόντα μπορούν να υποκαταστήσουν το ένα το άλλο σε μια δομική θέση, καθορίζοντας την έκταση του στερεού διαλύματος σε ορυκτές σειρές.

Clinical relevance

Οι κρυσταλλοχημικές αρχές εξηγούν τη ζώνωση της σύνθεσης, τη γεωθερμοβαρομετρία, την πρόσληψη ιχνοστοιχείων και ρύπων, και τον σχεδιασμό συνθετικών λειτουργικών υλικών, και αποτελούν τη βάση για την ερμηνεία της χημείας των ορυκτών από μικροανάλυση.

History

Ο V. M. Goldschmidt καθιέρωσε τον γεωχημικό ρόλο του ιοντικού μεγέθους και φορτίου τη δεκαετία του 1920· ο Pauling επισημοποίησε τους κανόνες των ιοντικών κρυσταλλικών δομών το 1929· η συλλογή ενεργών ιοντικών ακτίνων του Shannon το 1976 έγινε η τυπική αναφορά για την πρόβλεψη υποκατάστασης σε ορυκτά.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Τι είναι το στερεό διάλυμα στα ορυκτά;

Είναι η συνεχής ή μερική υποκατάσταση ενός ιόντος από ένα άλλο παρόμοιου μεγέθους και φορτίου εντός μιας ενιαίας ορυκτής δομής, όπως στη σειρά ολιβίνη από φορστερίτη σε φαγιαλίτη.

Τι είναι η συζευγμένη υποκατάσταση;

Είναι η ταυτόχρονη υποκατάσταση σε δύο θέσεις για τη διατήρηση της συνολικής ισορροπίας φορτίου, όπως η ανταλλαγή NaSi για CaAl σε όλη τη σειρά των πλαγιοκλαστικών αστρίων.