类质同像的研究与意义

《类质同像的研究与意义》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、类质同像的研究与意义类质同像的历史由来：类质同象的原始概念曾由德国化学家E.米切利希于1819年提出，他发现某些晶体对之间，如KH2PO4与KH2AsO4,KH2PO4与KH2AsO4之间,具有十分相似的晶形和化学式，仅在组成元素上有些差异，于是就把这一现彖称为isomorphism,意即同形性。这一概念一直沿用到20世纪上半叶。挪威晶体化学家和地球化学家戈尔德施密特，V.H.从晶体化学的角度出发，将具有和同晶体结构的物质统称之为类质同象。但他同时又提出，如果不同物质间不仅具有相同的晶体结构，且能相互混溶形成

2、均一的混合晶体的，则称为狭义的类质同象。后一观点与公认的类质同象概念基本相当。一.类质同像的概念：矿物的化学成分在一定的程度是可以变化的。这主要由于两个方面的原因，一种的晶体结构中质点的取代，即类质同像；另一种是外来物质的机械混入，即含有不进入晶格的包体。在实际工作屮，这两者在某些情况下并不总是很容易确切区分的，有时需要作很细致的工作。如早些时候一般认为锐、钳在锡石（SnOJ中都是作为类质同像混入物代换锡石的，但最近经电子探针的分析，它们在很多情况下是作为包体而存在的。所谓类质同像，是指在晶体结构中部分质点为

3、他种质点所代换，只引起晶格常数不大的变化，而晶体结构保持不变的现象。如果成分可变的化合物，这种化合物成分不是固定的，而是在一定范围内或以任一比例发牛变化。这种化合物主要是由类质同像引起的。所谓类质同像是指在结晶格架中，性质相近的离子可以互相顶替的现象。互相顶替的条件是：离子半径相差不大，离子电荷符号相同，电价相同。例如镁橄榄石Mg2[SiOj,由于Mg2+和Fe2+都是二价阳离子，因此其中的lg2+经常可以被Fe2+所置换，但并不破坏其结晶格架。这样，就使在纯览2[SiOj和纯Fez[SiOj之间，出现含

4、Fe2[SiOj百分比不同的过渡类型。类质同像中离子置换乂有两种情况：一是互和置换的离子电价相等，如Mg2+,Fe2+,Ni2+,Zn2+,Mn2+等或者Fe3+,Cr3+,A13+等,称为等价类质同像。一是几种离子同时置换，置换的离子电价各异，但置换后的总电价必须相等。如斜长石是钠长石NaAlSiO和钙长石CaA12Si208的类质同像系列，其置换方式是一面Na•和C/+互相置换，一面SF和A广互相置换，置换结果是总电价保持不变。有的组分是在一定限度内进行离子置换，称为不完全类质同像。如闪锌矿ZnS中的Zn

5、2+可以被Fe2+所置换，但一般不超过20%。有的没有一定限制，即两种组分可以以任何比例进行离子置换，形成一个连续的类质同像系列，称为完全类质同像。如NaAlSi：©和CaA12Si208即可形成完全类质同像系列。这种系列,一般是根据两种组分的百分比而划分出不同的矿物亚种。类质同像是矿物中一个非常普遍的现象，是形成矿物中杂质的主要原因之一，也是许多稀散元素在矿物中存在的主要形式。二.类质同像的形成条件：1、产生类质同像的内部条件：产生类质同像替代的主要内部条件为离子(原子)本身的性质，如两者的半径、电价关系，

6、离子类型等。(1)原子和离子半径:相互取代的原子或离子，其半径应当相近。戈德施米特(V.M.Goldschmidt)和格瑞姆(II.G.Grimm)指出：当两种质点(原子、离子或分子)的半径差不超过较小质点的15%时，就可以在品体结构中相互代替。索波列夫(B.C.Coboneb)指出：在电价和离子类型相同的情况下，离子在晶体结构中的类质同像代替能力随着半径差别的增大而减小。若以rl和r2分別代表较大和较小的离子的半径，贝0：1)当(rl-r2)/r2<10-15%时，一般形成完全的类质同像替代；2)当(rl-

7、r2)/r2在10%到20—25%的范围时，在高温下形成完全类质同像，温度下降时，固溶体发牛离溶；3)当(rl-r2)/r2>25—40%时，即使在高温下也只能形成不完全的类质同像，而在低温下则不能形成类质同像。在异价类质同像的情况下，类质同像代替的能力主要取决于电荷的平衡，而离子半径的大小退居于次要地位。因此对于异价类质同像替代，离子半径的限制不起决定性的作用。如在斜长石中，AF可替代S产,而(rAl3+-rSi4+)/rSi4+值(=(0.039-0.026)/0.026)却高达50%。在元素周期表中，从

8、左上方到右下方的对角线方向，离子半径相近；一般右下方的高价离子易代替其左上方的低价离子，从而形成离子对角线法则。(2)总电价平衡：在类质同像的代替中，必须保持总电价的平衡。在使总电价平衡的前提下，类质同像的代替可以有不同的方式。①简单的代替：如Mg[C03]—Fe[CO3]中的Mg诵JF/的代替。②成对的代替：可以是异价阳离子之间成对的代替，如在斜长石Na[AlSi308]—Ca[A12Si20j系