Minerālu kristālķīmija

Kristālķīmija izskaidro, kā atomu un jonu izmērs, lādiņš, koordinācija un saites veids nosaka, kādas struktūras minerāli pieņem un kā to sastāvs mainās aizvietošanas rezultātā.

Definition

Ķīmisko principu, īpaši saišu, jonu izmēra, lādiņa līdzsvara un koordinācijas, pētījums, kas nosaka minerālu atomu struktūru un sastāva mainīgumu.

Scope

Šī tēma aptver jonu un kovalento saiti minerālos, efektīvos jonu rādiusus, koordinācijas skaitli un poliedrus, Polinga likumus, rādiusa-attiecības principu un cieto šķīdumu ķīmiju, ieskaitot aizvietošanas, saistītos un izlaiduma mehānismus. Tā saista sastāvu ar struktūru un ar iegūtajām fizikālajām un optiskajām īpašībām.

Core questions

• Kā katjonu un anjonu rādiusu attiecība nosaka koordinācijas skaitli?
• Kādi ir Polinga likumi un kā tie prognozē stabilas jonu struktūras?
• Kā aizvietošanas un saistītie cietie šķīdumi paplašina minerāla sastāva diapazonu?
• Kāpēc efektīvie jonu rādiusi ir atkarīgi no koordinācijas un oksidācijas pakāpes?

Key theories

Polinga likumi

Principu kopums, kas saista koordinācijas poliedra ģeometriju ar rādiusa attiecību, pieprasot lokālu elektrostatisko neitralitāti, ierobežojot kopīgās poliedra malas un virsmas un minimizējot atšķirīgu katjonu vides skaitu, kas kopā racionalizē jonu minerālu struktūras.

Efektīvie jonu rādiusi un aizvietošana

Tabulētie jonu rādiusi, kas mainās atkarībā no koordinācijas un valences, prognozē, vai joni var aizvietot viens otru strukturālā vietā, nosakot cietā šķīduma apjomu minerālu sērijās.

Clinical relevance

Kristālķīmiskie principi izskaidro sastāva zonējumu, ģeotermobarometriju, mikroelementu un piesārņotāju uzņemšanu un sintētisko funkcionālo materiālu projektēšanu, un tie ir pamatā minerālu ķīmijas interpretācijai no mikroanalīzes.

History

V. M. Goldšmits 20. gadsimta 20. gados noteica jonu izmēra un lādiņa ģeoķīmisko lomu; Polings 1929. gadā formalizēja jonu kristālu struktūru likumus; Šenona 1976. gada efektīvo jonu rādiusu apkopojums kļuva par standarta atsauci aizvietošanas prognozēšanai minerālos.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Kas ir cietais šķīdums minerālos?

Tā ir nepārtraukta vai daļēja viena jona aizvietošana ar citu līdzīga izmēra un lādiņa jonu vienā minerāla struktūrā, piemēram, olivīna sērijā no forsterīta līdz fajalītam.

Kas ir saistītā aizvietošana?

Tā ir vienlaicīga aizvietošana divās vietās, lai saglabātu kopējo lādiņa līdzsvaru, piemēram, NaSi apmaiņa pret CaAl plagioklāza laukšpata sērijā.