Kristalchemie van mineralen

Kristalchemie verklaart hoe atomaire en ionische grootte, lading, coördinatie en bindingstype bepalen welke structuren mineralen aannemen en hoe hun samenstelling varieert door substitutie.

Definition

De studie van de chemische principes, in het bijzonder binding, ionische grootte, ladingsbalans en coördinatie, die de atomaire structuur en compositionele variabiliteit van mineralen beheersen.

Scope

Dit onderwerp behandelt ionische en covalente binding in mineralen, effectieve ionische radii, coördinatiegetal en polyhedra, Pauling's regels, het radius-ratio principe, en de chemie van vaste oplossingen inclusief substitutionele, gekoppelde en omissie-mechanismen. Het verbindt samenstelling met structuur en met de resulterende fysische en optische eigenschappen.

Core questions

• Hoe bepaalt de kation-tot-anion radiusverhouding het coördinatiegetal?
• Wat zijn Pauling's regels en hoe voorspellen ze stabiele ionische structuren?
• Hoe verbreden substitutionele en gekoppelde vaste oplossingen het compositionele bereik van een mineraal?
• Waarom zijn effectieve ionische radii afhankelijk van coördinatie en oxidatietoestand?

Key theories

Pauling's regels

Een reeks principes die de geometrie van coördinatiepolyhedra relateren aan de radiusverhouding, die lokale elektrostatische neutraliteit vereisen, gedeelde polyhedrale randen en vlakken beperken, en het aantal verschillende kationomgevingen minimaliseren, die samen ionische mineraalstructuren rationaliseren.

Effectieve ionische radii en substitutie

Getabelleerde ionische radii die variëren met coördinatie en valentie voorspellen of ionen elkaar kunnen vervangen op een structurele plaats, wat de omvang van vaste oplossing in mineraalreeksen bepaalt.

Clinical relevance

Kristalchemische principes verklaren compositionele zonering, geothermobarometrie, de opname van sporenelementen en verontreinigingen, en het ontwerp van synthetische functionele materialen, en ze ondersteunen de interpretatie van mineraalchemie uit microanalyse.

History

V. M. Goldschmidt vestigde de geochemische rol van ionische grootte en lading in de jaren 1920; Pauling formaliseerde de regels van ionische kristalstructuren in 1929; Shannon's compilatie van effectieve ionische radii uit 1976 werd de standaardreferentie voor het voorspellen van substitutie in mineralen.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Wat is vaste oplossing in mineralen?

Het is de continue of gedeeltelijke substitutie van het ene ion voor het andere van vergelijkbare grootte en lading binnen een enkele mineraalstructuur, zoals in de olivijnreeks van forsteriet tot fayaliet.

Wat is gekoppelde substitutie?

Het is gelijktijdige substitutie op twee plaatsen om de algehele ladingsbalans te behouden, zoals de NaSi voor CaAl uitwisseling in de plagioklaasveldspaatreeks.