Kristalokemija minerala

Kristalokemija objašnjava kako atomska i ionska veličina, naboj, koordinacija i vrsta veze određuju koje strukture minerali poprimaju i kako se njihov sastav mijenja supstitucijom.

Definition

Proučavanje kemijskih principa, osobito vezivanja, ionske veličine, ravnoteže naboja i koordinacije, koji upravljaju atomskom strukturom i kompozicijskom varijabilnosti minerala.

Scope

Ova tema obuhvaća ionsko i kovalentno vezivanje u mineralima, efektivne ionske radijuse, koordinacijski broj i poliedre, Paulingova pravila, princip omjera radijusa te kemiju čvrstih otopina, uključujući supstitucijske, spregnute i mehanizme izostavljanja. Povezuje sastav sa strukturom i rezultirajućim fizikalnim i optičkim svojstvima.

Core questions

• Kako omjer radijusa kationa i aniona određuje koordinacijski broj?
• Koja su Paulingova pravila i kako predviđaju stabilne ionske strukture?
• Kako supstitucijske i spregnute čvrste otopine proširuju raspon sastava minerala?
• Zašto efektivni ionski radijusi ovise o koordinaciji i oksidacijskom stanju?

Key theories

Paulingova pravila

Skup principa koji povezuju geometriju koordinacijskog poliedra s omjerom radijusa, zahtijevajući lokalnu elektrostatsku neutralnost, ograničavajući dijeljene poliedarske bridove i plohe te minimizirajući broj različitih kationskih okruženja, što zajedno racionalizira ionske mineralne strukture.

Efektivni ionski radijusi i supstitucija

Tablični ionski radijusi koji variraju s koordinacijom i valencijom predviđaju mogu li se ioni međusobno zamijeniti na strukturnom mjestu, upravljajući opsegom čvrste otopine u mineralnim serijama.

Clinical relevance

Kristalokemijski principi objašnjavaju kompozicijsko zoniranje, geotermobarometriju, preuzimanje elemenata u tragovima i kontaminanata te dizajn sintetičkih funkcionalnih materijala, a podupiru interpretaciju mineralne kemije iz mikroanalize.

History

V. M. Goldschmidt je 1920-ih uspostavio geokemijsku ulogu ionske veličine i naboja; Pauling je 1929. formalizirao pravila ionskih kristalnih struktura; Shannonova kompilacija efektivnih ionskih radijusa iz 1976. postala je standardna referenca za predviđanje supstitucije u mineralima.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Što je čvrsta otopina u mineralima?

To je kontinuirana ili djelomična supstitucija jednog iona drugim slične veličine i naboja unutar jedne mineralne strukture, kao u seriji olivina od forsterita do fajalita.

Što je spregnuta supstitucija?

To je simultana supstitucija na dva mjesta radi očuvanja ukupne ravnoteže naboja, kao što je izmjena NaSi za CaAl u seriji plagioklasnih feldspata.