Кристалохімія мінералів

Кристалохімія пояснює, як атомний та іонний розмір, заряд, координація та тип зв'язку визначають, які структури приймають мінерали та як їхній склад змінюється шляхом заміщення.

Definition

Вивчення хімічних принципів, зокрема зв'язку, іонного розміру, балансу заряду та координації, які керують атомною структурою та варіабельністю складу мінералів.

Scope

Ця тема охоплює іонний та ковалентний зв'язок у мінералах, ефективні іонні радіуси, координаційне число та поліедри, правила Полінга, принцип радіусних відношень та хімію твердих розчинів, включаючи механізми заміщення, сполученого заміщення та пропуску. Вона пов'язує склад зі структурою та з отриманими фізичними й оптичними властивостями.

Core questions

• Як відношення радіуса катіона до аніона визначає координаційне число?
• Які правила Полінга і як вони передбачають стабільні іонні структури?
• Як замісні та сполучені тверді розчини розширюють діапазон складу мінералу?
• Чому ефективні іонні радіуси залежать від координації та ступеня окиснення?

Key theories

Правила Полінга

Набір принципів, що пов'язують геометрію координаційного поліедра з радіусним відношенням, вимагають локальної електростатичної нейтральності, обмежують спільні поліедричні ребра та грані, а також мінімізують кількість різних катіонних оточень, що разом раціоналізує структури іонних мінералів.

Ефективні іонні радіуси та заміщення

Табличні іонні радіуси, які змінюються залежно від координації та валентності, передбачають, чи можуть іони заміщувати один одного в структурному сайті, керуючи ступенем твердого розчину в мінеральних серіях.

Clinical relevance

Кристалохімічні принципи пояснюють зональність складу, геотермобарометрію, поглинання мікроелементів та забруднювачів, а також розробку синтетичних функціональних матеріалів, і вони лежать в основі інтерпретації мінеральної хімії за даними мікроаналізу.

History

В. М. Гольдшмідт встановив геохімічну роль іонного розміру та заряду в 1920-х роках; Полінг формалізував правила іонних кристалічних структур у 1929 році; збірка ефективних іонних радіусів Шеннона 1976 року стала стандартним довідником для прогнозування заміщення в мінералах.

Key figures

• Linus Pauling
• Victor Goldschmidt
• Robert D. Shannon

Seminal works

• pauling1929
• shannon1976
• klein2007

Frequently asked questions

Що таке твердий розчин у мінералах?

Це безперервне або часткове заміщення одного іона іншим подібного розміру та заряду в межах однієї мінеральної структури, як у серії олівіну від форстериту до фаяліту.

Що таке сполучене заміщення?

Це одночасне заміщення на двох сайтах для збереження загального балансу заряду, наприклад, обмін NaSi на CaAl у серії плагіоклазових польових шпатів.