鉱物の結晶化学

結晶化学は、原子およびイオンのサイズ、電荷、配位数、結合の種類が、鉱物がどのような構造をとり、置換によってその組成がどのように変化するかを説明します。

Definition

鉱物の原子構造と組成の変動性を支配する化学的原理、特に結合、イオンサイズ、電荷バランス、および配位の研究。

Scope

このトピックでは、鉱物におけるイオン結合と共有結合、有効イオン半径、配位数と多面体、ポーリングの規則、半径比の原理、および置換、結合、欠損メカニズムを含む固溶体の化学について扱います。これは、組成と構造、および結果として生じる物理的および光学的特性を結びつけます。

Core questions

• 陽イオンと陰イオンの半径比はどのように配位数を決定しますか？
• ポーリングの規則とは何ですか、またそれらはどのように安定なイオン構造を予測しますか？
• 置換型および結合型固溶体は、鉱物の組成範囲をどのように広げますか？
• 有効イオン半径が配位数と酸化状態に依存するのはなぜですか？

Key theories

ポーリングの規則

配位多面体の幾何学を半径比に関連付ける一連の原理であり、局所的な電気的中性を要求し、共有される多面体の辺と面を制限し、異なる陽イオン環境の数を最小限に抑えることで、イオン鉱物構造を合理的に説明します。

有効イオン半径と置換

配位数と原子価によって変化する表形式のイオン半径は、イオンが構造サイトで互いに置換できるかどうかを予測し、鉱物系列における固溶体の範囲を支配します。

Clinical relevance

結晶化学の原理は、組成ゾーニング、地質温度計・圧力計、微量元素や汚染物質の取り込み、合成機能性材料の設計を説明し、微量分析からの鉱物化学の解釈の基礎となります。

History

V. M. Goldschmidtは1920年代にイオンサイズと電荷の地球化学的役割を確立しました。ポーリングは1929年にイオン結晶構造の規則を定式化しました。シャノンの1976年の有効イオン半径の編集は、鉱物における置換を予測するための標準的な参考文献となりました。

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

鉱物における固溶体とは何ですか？

それは、フォルステライトからファヤライトまでのカンラン石系列のように、単一の鉱物構造内で、類似のサイズと電荷を持つあるイオンが別のイオンに連続的または部分的に置換することです。

結合置換とは何ですか？

それは、斜長石系列におけるNaSiとCaAlの交換のように、全体の電荷バランスを維持するために2つのサイトで同時に置換が行われることです。