Krystalochemia minerałów

Krystalochemia wyjaśnia, w jaki sposób rozmiar atomowy i jonowy, ładunek, koordynacja i typ wiązania determinują struktury przyjmowane przez minerały oraz jak ich skład chemiczny zmienia się poprzez podstawienie.

Definition

Badanie zasad chemicznych, w szczególności wiązań, rozmiaru jonowego, równowagi ładunkowej i koordynacji, które rządzą strukturą atomową i zmiennością składu minerałów.

Scope

Temat ten obejmuje wiązania jonowe i kowalencyjne w minerałach, efektywne promienie jonowe, liczbę koordynacyjną i wielościany koordynacyjne, reguły Paulinga, zasadę promieniowo-liczbową oraz chemię roztworów stałych, w tym mechanizmy podstawieniowe, sprzężone i lukowe. Łączy skład chemiczny ze strukturą oraz wynikającymi z niej właściwościami fizycznymi i optycznymi.

Core questions

• Jak stosunek promienia kationu do anionu określa liczbę koordynacyjną?
• Czym są reguły Paulinga i jak przewidują stabilne struktury jonowe?
• W jaki sposób podstawieniowe i sprzężone roztwory stałe poszerzają zakres składu minerału?
• Dlaczego efektywne promienie jonowe zależą od koordynacji i stopnia utlenienia?

Key theories

Reguły Paulinga

Zbiór zasad wiążących geometrię wielościanu koordynacyjnego ze stosunkiem promieni, wymagający lokalnej neutralności elektrostatycznej, ograniczający wspólne krawędzie i ściany wielościanów oraz minimalizujący liczbę różnych środowisk kationowych, które razem racjonalizują struktury minerałów jonowych.

Efektywne promienie jonowe i podstawienie

Zestawione w tabelach promienie jonowe, które zmieniają się wraz z koordynacją i wartościowością, przewidują, czy jony mogą podstawiać się wzajemnie w miejscu strukturalnym, regulując zakres roztworu stałego w seriach minerałów.

Clinical relevance

Zasady krystalochemiczne wyjaśniają strefowość składu, geotermobarometrię, wychwytywanie pierwiastków śladowych i zanieczyszczeń oraz projektowanie syntetycznych materiałów funkcjonalnych, a także stanowią podstawę interpretacji chemii minerałów z mikroanalizy.

History

V. M. Goldschmidt ustalił geochemiczną rolę rozmiaru i ładunku jonowego w latach 20. XX wieku; Pauling sformalizował reguły jonowych struktur krystalicznych w 1929 roku; kompilacja efektywnych promieni jonowych Shannona z 1976 roku stała się standardowym odniesieniem do przewidywania podstawień w minerałach.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Czym jest roztwór stały w minerałach?

Jest to ciągłe lub częściowe podstawienie jednego jonu przez inny o podobnym rozmiarze i ładunku w ramach pojedynczej struktury mineralnej, jak w serii oliwinów od forsterytu do fajalitu.

Czym jest podstawienie sprzężone?

Jest to jednoczesne podstawienie w dwóch miejscach w celu zachowania ogólnej równowagi ładunkowej, takie jak wymiana NaSi za CaAl w serii skaleni plagioklazowych.