Mineralkristallkemi

Kristallkemi förklarar hur atom- och jonstorlek, laddning, koordination och bindningstyp bestämmer vilka strukturer mineral antar och hur deras sammansättning varierar genom substitution.

Definition

Studiet av de kemiska principer, särskilt bindning, jonstorlek, laddningsbalans och koordination, som styr mineralens atomstruktur och sammansättningsmässiga variation.

Scope

Detta ämne omfattar joniska och kovalenta bindningar i mineral, effektiva jonradier, koordinationstal och polyedrar, Paulings regler, radie-förhållandeprincipen samt kemin hos fast lösning inklusive substitutions-, kopplade och utelämningsmekanismer. Det kopplar sammansättning till struktur och till de resulterande fysikaliska och optiska egenskaperna.

Core questions

• Hur bestämmer katjon-till-anjon-radieförhållandet koordinationstalet?
• Vad är Paulings regler och hur förutsäger de stabila joniska strukturer?
• Hur breddar substitutions- och kopplade fasta lösningar ett minerals sammansättningsområde?
• Varför beror effektiva jonradier på koordination och oxidationstillstånd?

Key theories

Pauling's regler

En uppsättning principer som relaterar koordinationspolyederns geometri till radieförhållandet, kräver lokal elektrostatisk neutralitet, begränsar delade polyederkanter och -ytor, och minimerar antalet distinkta katjonmiljöer, vilket tillsammans rationaliserar joniska mineralstrukturer.

Effektiva jonradier och substitution

Tabellerade jonradier som varierar med koordination och valens förutsäger om joner kan substituera för varandra på en strukturell plats, vilket styr omfattningen av fast lösning i mineralserier.

Clinical relevance

Kristallkemiska principer förklarar sammansättningszonering, geotermobarometri, upptag av spårelement och föroreningar, samt design av syntetiska funktionella material, och de ligger till grund för tolkningen av mineralkemi från mikroanalys.

History

V. M. Goldschmidt etablerade jonstorlekens och laddningens geokemiska roll på 1920-talet; Pauling formaliserade reglerna för joniska kristallstrukturer 1929; Shannons sammanställning av effektiva jonradier från 1976 blev standardreferensen för att förutsäga substitution i mineral.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Vad är fast lösning i mineral?

Det är den kontinuerliga eller partiella substitutionen av en jon med en annan av liknande storlek och laddning inom en enda mineralstruktur, som i olivinserien från forsterit till fayalit.

Vad är kopplad substitution?

Det är samtidig substitution på två platser för att bevara den totala laddningsbalansen, såsom NaSi för CaAl-utbytet över plagioklasfältspatserien.