Mineralkrystallkjemi

Krystallkjemi forklarer hvordan atom- og ionestørrelse, ladning, koordinasjon og bindingstype bestemmer hvilke strukturer mineraler antar, og hvordan deres sammensetning varierer gjennom substitusjon.

Definition

Studiet av de kjemiske prinsippene, spesielt binding, ionestørrelse, ladningsbalanse og koordinasjon, som styrer den atomære strukturen og den sammensetningsmessige variasjonen av mineraler.

Scope

Dette emnet dekker ioniske og kovalente bindinger i mineraler, effektive ioneradier, koordinasjonstall og polyedre, Paulings regler, radius-forholds-prinsippet, og kjemien til fast løsning inkludert substitusjonelle, koblede og utelatelsesmekanismer. Det forbinder sammensetning med struktur og med de resulterende fysiske og optiske egenskapene.

Core questions

• Hvordan bestemmer kation-til-anion radiusforholdet koordinasjonstallet?
• Hva er Paulings regler og hvordan forutsier de stabile ioniske strukturer?
• Hvordan utvider substitusjonelle og koblede faste løsninger et minerals sammensetningsområde?
• Hvorfor avhenger effektive ioneradier av koordinasjon og oksidasjonstilstand?

Key theories

Pauling's regler

Et sett med prinsipper som relaterer koordinasjonspolyedergeometri til radiusforhold, som krever lokal elektrostatisk nøytralitet, begrenser delte polyederkanter og -flater, og minimerer antallet distinkte kationmiljøer, som sammen rasjonaliserer ioniske mineralstrukturer.

Effektive ioneradier og substitusjon

Tabulerte ioneradier som varierer med koordinasjon og valens forutsier om ioner kan substituere for hverandre i et strukturelt sete, og styrer omfanget av fast løsning i mineralserier.

Clinical relevance

Krystallkjemiske prinsipper forklarer sammensetningssonering, geotermobarometri, opptak av sporelementer og forurensninger, og design av syntetiske funksjonelle materialer, og de underbygger tolkningen av mineralkjemi fra mikroanalyse.

History

V. M. Goldschmidt etablerte den geokjemiske rollen til ionestørrelse og ladning på 1920-tallet; Pauling formaliserte reglene for ioniske krystallstrukturer i 1929; Shannons 1976-kompilering av effektive ioneradier ble standardreferansen for å forutsi substitusjon i mineraler.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Hva er fast løsning i mineraler?

Det er den kontinuerlige eller delvise substitusjonen av ett ion med et annet av lignende størrelse og ladning innenfor en enkelt mineralstruktur, som i olivinserien fra forsteritt til fayalitt.

Hva er koblet substitusjon?

Det er samtidig substitusjon på to seter for å opprettholde den totale ladningsbalansen, slik som NaSi for CaAl-utvekslingen i plagioklasfeltspatserien.