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1、地球化学作业习题1、为什么硅酸盐矿物中K的配位数经常比Na的配位数大？答：K和Na都属于碱性元素，其离子半径分别为：1.38A和1.02A(Krauskopfetal,1995)或1.59和1.24A(Gill,1996)。以与阴离子O2-结合为例，O2-离子半径1.40A(Krauskopfetal,1995)或1.32(Gill,1996),根据阳离子与氧离子半径比值与配位数关系，K+/O2-＝0.9857,Na+/O2-=0.7286，由于等大球周围有12个球，而在离子晶体中，随阳离子半径的较小，为达到紧密接触，因此配位数也要减少
2、，因此，在硅酸盐矿物中K的配位数经常比Na的配位数大，前者与氧的配位数为8，12，而后者为6,8。2、Zn2+和Mg2+的离子半径相近，但在天然矿物中，前者经常呈四面体配位，后者则常呈八面体配位，为什么？答：这是由于二者地球化学亲和性差异造成的，Mg2+离子半径0.72A，Zn2+离子半径≈0.70A，二者离子半径相近，但是前者的电负性为1.2,后者电负性为1.7，在与氧形成的化学键中，前者71%为离子键成分，后者离子键成分仅为63%。前者易于亲氧，后者则是典型的亲硫元素。根据确定配位数的原则，Zn2+/S2-＝0.41(Krausko
3、pfetal,1995)，因此闪锌矿形成典型的四面体配位，而后者Mg2+/O2-=0.51，因此呈八面体配位。林伍德电负性法则-具有较低电负性的离子优先进入晶格当阳离子的离子键成分不同时，电负性较低的离子形成较高离子键成分(键强较高)的键，它们优先被结合进入矿物晶格，而电负性较高的离子则晚进入矿物晶格。例如，Zn2+的电负性为857.7kJ/mol，Fe2+的电负性为774kJ/mol，而Mg2+的电负性为732kJ/mol，用林伍德法则判断，三个元素中Mg2+和Fe2+优先进入晶格组成镁铁硅酸盐，Zn2+则很难进入早期结晶的硅酸盐晶格
4、，这与地质事实十分吻合。电负性决定了元素之间相互化合时的化学键性，因此可以用电负性大小来衡量离子键的强弱，由此判断元素进入矿物晶格的先后顺序。Zn2+(0.083nm)与Mg2+(0.078nm)、Fe2+(0.083nm)的离子性质很相似，若按戈氏法则从相互置换质点间的电价和半经的角度进行判断，Zn2+应于早期进入铁镁硅酸盐晶格。由于Zn2+的电负性较大，化合时共价键性较强，难于以类质同象方式进入Fe2+和Mg2+结晶矿物中，Zn2+往往在硅酸盐熔体晚期结晶形成ZnSiO4(硅锌矿)和Zn4[Si2O7][OH]2.2H2O）(异极矿
5、)等矿物。林伍德电负性法则更适合于非离子键性的化合物。3、指出下列微量元素经常会类质同象替代硅酸盐矿物结构中的哪种主要元素：(1)Rb,(2)Sr,(3)Ga,(4)Ti,(5)Li,(6)Ba,(7)Ge,(8)REE,(9)Pb,(10)Ni,(11)Mn.答：(1)K,(2)Ca,(3)Al,(4)Mg,Fe,Al,(5)Mg,(6)K,(7)Si,(8)Ca,(9)K,(10)Mg,(11)Mg,Fe.4.下列矿物键的类型是什么?(1)所有键都是离子键;(2)所有键都是共价键;(3)部分键为离子键,部分为共价键:(a)磷灰石;(
6、b)黄铜矿;(c)萤石;(d)自然砷;(e)尖晶石(a)离子键，共价键；(b)共价键；(c)离子键；(d)共价键；(e)离子键。(b)讨论题1、为什么碱性长石(钠长石、正长石、微斜长石)之间可以形成共生结构(条纹长石或反条纹长石)，而在斜长石中却不能？答：这与K和Na的化学性质有关。二者的离子半径分别为：1.38A和1.02A(Krauskopfetal,1995)，因此离子半径差>15%，因此二者的类质同象替代为高温下形成完全类质同象,低温时形成不完全类质同象,固溶体发生分解。实验表明(Krauskopfetal,1995)，二者的溶
7、离线临界温度约为700℃，在此温度之上，KAlSi3O8与NaAlSi3O8二者呈完全类质同象，形成完全的固溶体系列，一旦温度降低至溶离线临界温度之下，类质同象混合物发生分离－出溶，形成熟知的富K和富Na长石的条纹或反条纹长石，条纹长石以钾长石为主含有少量钠长石的条纹，反条纹长石则以钠长石为主含有少量钾长石的条纹。而斜长石可以认为是一种异价类质同象的连续系列，因此不会形成交生结构。2、为什么结构与硅酸盐类似的碳酸盐没有形成种类复杂的碳酸盐矿物？（Krauskopfetal.,1995）答：构成硅酸盐的主要元素Si是一种非金属元素它组成S
8、iO44-四面体，如形成橄榄石Mg2SiO4，其特征更由Mg2+和CO32－组成的菱镁矿，这样看，其结构化学并不比硫酸盐中的S、磷酸盐中的P和碳酸盐中的C更复杂。那么为什么这种特殊的非金属元素形成的矿物种数
