Kryštálová chémia minerálov

Kryštálová chémia vysvetľuje, ako veľkosť, náboj, koordinácia a typ väzby atómov a iónov určujú, aké štruktúry minerály prijímajú a ako sa ich zloženie mení substitúciou.

Definition

Štúdium chemických princípov, najmä väzby, iónovej veľkosti, rovnováhy náboja a koordinácie, ktoré riadia atómovú štruktúru a variabilitu zloženia minerálov.

Scope

Táto téma zahŕňa iónové a kovalentné väzby v mineráloch, efektívne iónové polomery, koordinačné číslo a polyédre, Paulingove pravidlá, princíp pomeru polomerov a chémiu tuhých roztokov vrátane substitučných, viazaných a omisných mechanizmov. Spája zloženie so štruktúrou a s výslednými fyzikálnymi a optickými vlastnosťami.

Core questions

• Ako pomer polomeru katiónu k aniónu určuje koordinačné číslo?
• Čo sú Paulingove pravidlá a ako predpovedajú stabilné iónové štruktúry?
• Ako substitučné a viazané tuhé roztoky rozširujú rozsah zloženia minerálu?
• Prečo efektívne iónové polomery závisia od koordinácie a oxidačného stavu?

Key theories

Paulingove pravidlá

Súbor princípov spájajúcich geometriu koordinačného polyédra s pomerom polomerov, vyžadujúci lokálnu elektrostatickú neutralitu, obmedzujúci zdieľané polyedrické hrany a steny a minimalizujúci počet odlišných katiónových prostredí, ktoré spoločne racionalizujú štruktúry iónových minerálov.

Efektívne iónové polomery a substitúcia

Tabuľkové iónové polomery, ktoré sa menia s koordináciou a valenciou, predpovedajú, či sa ióny môžu navzájom substituovať v štruktúrnom mieste, čím riadia rozsah tuhého roztoku v minerálnych sériách.

Clinical relevance

Kryštálovo-chemické princípy vysvetľujú zónovanie zloženia, geotermobarometriu, príjem stopových prvkov a kontaminantov a návrh syntetických funkčných materiálov a sú základom interpretácie minerálnej chémie z mikroanalýzy.

History

V. M. Goldschmidt stanovil geochemickú úlohu iónovej veľkosti a náboja v 20. rokoch 20. storočia; Pauling formalizoval pravidlá iónových kryštálových štruktúr v roku 1929; Shannonova kompilácia efektívnych iónových polomerov z roku 1976 sa stala štandardnou referenciou pre predpovedanie substitúcie v mineráloch.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Čo je tuhý roztok v mineráloch?

Je to kontinuálna alebo čiastočná substitúcia jedného iónu za iný s podobnou veľkosťou a nábojom v rámci jednej minerálnej štruktúry, ako napríklad v olivínovej sérii od forsteritu po fayalit.

Čo je viazaná substitúcia?

Je to simultánna substitúcia na dvoch miestach na zachovanie celkovej rovnováhy náboja, ako napríklad výmena NaSi za CaAl v sérii plagioklasových živcov.