Кристаллохимия минералов

Кристаллохимия объясняет, как размер атомов и ионов, заряд, координация и тип связи определяют, какие структуры принимают минералы и как их состав варьируется посредством замещения.

Definition

Изучение химических принципов, в частности связи, размера ионов, баланса заряда и координации, которые управляют атомной структурой и изменчивостью состава минералов.

Scope

Эта тема охватывает ионную и ковалентную связь в минералах, эффективные ионные радиусы, координационное число и полиэдры, правила Полинга, принцип отношения радиусов и химию твердых растворов, включая механизмы замещения, сопряженного замещения и вакансий. Она связывает состав со структурой и с результирующими физическими и оптическими свойствами.

Core questions

• Как отношение радиуса катиона к аниону определяет координационное число?
• Что такое правила Полинга и как они предсказывают стабильные ионные структуры?
• Как изоморфные и сопряженные твердые растворы расширяют диапазон состава минерала?
• Почему эффективные ионные радиусы зависят от координации и степени окисления?

Key theories

Правила Полинга

Набор принципов, связывающих геометрию координационного полиэдра с отношением радиусов, требующих локальной электронейтральности, ограничивающих общие ребра и грани полиэдров и минимизирующих количество различных катионных окружений, которые вместе объясняют структуры ионных минералов.

Эффективные ионные радиусы и замещение

Табличные ионные радиусы, которые варьируются в зависимости от координации и валентности, предсказывают, могут ли ионы замещать друг друга в структурном узле, регулируя степень твердого раствора в минеральных сериях.

Clinical relevance

Кристаллохимические принципы объясняют зональность состава, геотермобарометрию, поглощение микроэлементов и загрязняющих веществ, а также разработку синтетических функциональных материалов, и они лежат в основе интерпретации минеральной химии по данным микроанализа.

History

В. М. Гольдшмидт установил геохимическую роль размера и заряда ионов в 1920-х годах; Полинг формализовал правила ионных кристаллических структур в 1929 году; составленная Шенноном в 1976 году таблица эффективных ионных радиусов стала стандартным справочником для прогнозирования замещения в минералах.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Что такое твердый раствор в минералах?

Это непрерывное или частичное замещение одного иона другим ионом аналогичного размера и заряда в пределах одной минеральной структуры, как, например, в серии оливина от форстерита до фаялита.

Что такое сопряженное замещение?

Это одновременное замещение в двух узлах для сохранения общего баланса заряда, например, обмен NaSi на CaAl в серии плагиоклазовых полевых шпатов.