Ásványok kristálykémiája

A kristálykémia magyarázza, hogy az atomi és ionos méret, töltés, koordináció és kötések típusa hogyan határozza meg, milyen szerkezeteket vesznek fel az ásványok, és összetételük hogyan változik a helyettesítés révén.

Definition

Az ásványok atomszerkezetét és összetételbeli változékonyságát szabályozó kémiai elvek, különösen a kötések, az ionméret, a töltésegyensúly és a koordináció tanulmányozása.

Scope

Ez a téma az ásványokban előforduló ionos és kovalens kötéseket, az effektív ionrádiuszokat, a koordinációs számot és poliedereket, Pauling szabályait, a rádiuszarány elvét, valamint a szilárd oldatok kémiáját tárgyalja, beleértve a helyettesítéses, kapcsolt és kihagyásos mechanizmusokat. Összekapcsolja az összetételt a szerkezettel és az ebből eredő fizikai és optikai tulajdonságokkal.

Core questions

• Hogyan határozza meg a kation-anion rádiuszarány a koordinációs számot?
• Mik Pauling szabályai, és hogyan jósolják meg a stabil ionos szerkezeteket?
• Hogyan szélesítik a helyettesítéses és kapcsolt szilárd oldatok az ásványok összetételi tartományát?
• Miért függnek az effektív ionrádiuszok a koordinációtól és az oxidációs állapottól?

Key theories

Pauling szabályai

Egy elvrendszer, amely a koordinációs poliéder geometriáját a rádiuszarányhoz kapcsolja, megköveteli a lokális elektrosztatikus semlegességet, korlátozza a közös poliéderéleket és -lapokat, és minimalizálja a különböző kationkörnyezetek számát, amelyek együttesen magyarázzák az ionos ásványszerkezeteket.

Effektív ionrádiuszok és helyettesítés

A koordinációtól és vegyértéktől függően változó, táblázatba foglalt ionrádiuszok előrejelzik, hogy az ionok helyettesíthetik-e egymást egy szerkezeti helyen, szabályozva a szilárd oldatok mértékét az ásványsorozatokban.

Clinical relevance

A kristálykémiai elvek magyarázzák az összetételi zónásságot, a geotermobárometriát, a nyomelemek és szennyeződések felvételét, valamint a szintetikus funkcionális anyagok tervezését, és alátámasztják az ásványkémia mikroanalízisből származó értelmezését.

History

V. M. Goldschmidt az 1920-as években megalapozta az ionméret és a töltés geokémiai szerepét; Pauling 1929-ben formalizálta az ionos kristályszerkezetek szabályait; Shannon 1976-os effektív ionrádiusz-összeállítása vált a helyettesítés előrejelzésének standard referenciájává az ásványokban.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Mi a szilárd oldat az ásványokban?

Ez egy ion folyamatos vagy részleges helyettesítése egy másik, hasonló méretű és töltésű ionnal egyetlen ásványszerkezeten belül, mint például az olivin sorozatban a forszterittől a fayalitig.

Mi a kapcsolt helyettesítés?

Ez egyidejű helyettesítés két helyen az általános töltésegyensúly megőrzése érdekében, mint például a NaSi és CaAl csere a plagioklász földpát sorozatban.