Cristallochimica dei Minerali

La cristallochimica spiega come le dimensioni atomiche e ioniche, la carica, la coordinazione e il tipo di legame determinino quali strutture i minerali adottano e come le loro composizioni varino attraverso la sostituzione.

Definition

Lo studio dei principi chimici, in particolare il legame, la dimensione ionica, il bilancio di carica e la coordinazione, che governano la struttura atomica e la variabilità composizionale dei minerali.

Scope

Questo argomento copre il legame ionico e covalente nei minerali, i raggi ionici efficaci, il numero di coordinazione e i poliedri, le regole di Pauling, il principio del rapporto dei raggi e la chimica della soluzione solida inclusi i meccanismi sostituzionali, accoppiati e di omissione. Collega la composizione alla struttura e alle proprietà fisiche e ottiche risultanti.

Core questions

• In che modo il rapporto tra il raggio del catione e quello dell'anione determina il numero di coordinazione?
• Quali sono le regole di Pauling e come prevedono strutture ioniche stabili?
• In che modo le soluzioni solide sostituzionali e accoppiate ampliano il campo di composizione di un minerale?
• Perché i raggi ionici efficaci dipendono dalla coordinazione e dallo stato di ossidazione?

Key theories

Regole di Pauling

Un insieme di principi che mettono in relazione la geometria del poliedro di coordinazione con il rapporto dei raggi, che richiedono neutralità elettrostatica locale, che limitano i bordi e le facce poliedriche condivise e che minimizzano il numero di ambienti cationici distinti, i quali insieme razionalizzano le strutture minerali ioniche.

Raggi ionici efficaci e sostituzione

I raggi ionici tabulati che variano con la coordinazione e la valenza prevedono se gli ioni possono sostituirsi l'un l'altro in un sito strutturale, governando l'estensione della soluzione solida nelle serie minerali.

Clinical relevance

I principi cristallochimici spiegano la zonazione composizionale, la geotermobarometria, l'assorbimento di elementi in tracce e contaminanti e la progettazione di materiali funzionali sintetici, e sono alla base dell'interpretazione della chimica minerale da microanalisi.

History

V. M. Goldschmidt stabilì il ruolo geochimico della dimensione e della carica ionica negli anni '20; Pauling formalizzò le regole delle strutture cristalline ioniche nel 1929; la compilazione di Shannon del 1976 sui raggi ionici efficaci divenne il riferimento standard per prevedere la sostituzione nei minerali.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Che cos'è la soluzione solida nei minerali?

È la sostituzione continua o parziale di uno ione con un altro di dimensioni e carica simili all'interno di una singola struttura minerale, come nella serie dell'olivina dalla forsterite alla fayalite.

Che cos'è la sostituzione accoppiata?

È la sostituzione simultanea in due siti per preservare il bilancio di carica complessivo, come lo scambio NaSi per CaAl attraverso la serie dei feldspati plagioclasici.