矿物的化学成分

如题所述

矿物是地球物质中通过物理手段可分离的最基本组成单元,但并不意味着它是不可再分的。如同其他的宇宙物质一样,矿物的最基本的组成单元就是化学元素的原子或离子。这些原子或离子按一定的空间结构通过各种化学键相互联结起来,就构成了矿物的晶体。目前,在天然产出的矿物当中,已发现的化学元素有 86 种之多 (表1-1) ,其中只有 8 种元素 (表1-2) 组成了大陆地壳的 98%以上。这 8 种元素基本上构成了几乎地壳中所有的矿物,一般称其为造岩元素。

表1-1 元素地球化学分类

(据 G. Faure (1998) 和 V. M. Goldschmidt,T. Barth and W. Zachriasen (1926) 修改)

从上述 8 种元素在地壳中所占的体积比例来看,整个地壳基本上由氧原子所充填(占地壳的 93. 77% ) ,而其他元素的原子只是充填于氧原子所留下的孔隙之间。也可以看出这些元素所组成的化合物———矿物,以硅酸盐和铝硅酸盐占绝大多数。

表1-2 大陆地壳中含量最多的 8 种元素

①选自 G. Faure,1998; ②选自 G. R. Thompson and J. Turk,1993; ③选自 B. Mason and C. B. Moore,1982。

除了 8 种主要的元素构成了大陆地壳中的绝大多数矿物外,其他元素要么以微量元素或者叫分散元素 (1 ×10- 6级) 进入到主要的地壳组成矿物中去,如 Rb,Sr,In 等; 要么形成一些地壳中含量较少的独立矿物 (一般少于地壳组成矿物的 1%) ,如锆石、独居石等。俄国人 Mendeleev 在 1834 ~1907 年期间发明了元素周期表,系统地说明了化学元素的原子结构与其各种物理化学性质之间的关系,但对于复杂的地球物质而言,要确切地了解元素的分配状况,这还远远不够。V. M. Goldschmidt (1926 ~ 1937) 根据构成矿物的离子大小和电荷提出了元素的地球化学分类。亲石元素,极易与 O 结合生成氧化物和含氧盐矿物 (主要为硅酸盐矿物) ,形成大部分的造岩矿物,这些元素有时也叫造岩元素或者亲氧元素。亲铜元素,容易与 S 结合形成硫化物矿物,往往形成硫化物金属矿产资源,这部分元素有时也叫造矿元素或亲硫元素。亲铁元素,既可以与 O 结合形成氧化物或者含氧盐矿物,也可以与 S 结合形成硫化物。亲气元素,具有易挥发性或易形成易挥发化合物,主要集中于大气圈中。

图1-2 食盐 (NaCl) 的晶体结构绿色球为 Cl; 红色球为 Na+

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