第七章同质多像与类质同像

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1、1.1 概念：概念： 化学成分相同的物质，在不同的热力学条件下，结晶化学成分相同的物质，在不同的热力学条件下，结晶成成结构不同结构不同的几种晶体的现象。的几种晶体的现象。如：碳（如：碳（C）可结晶成金刚石和石墨。）可结晶成金刚石和石墨。 把成分相同而结构不同的晶体称为某成分的同质多象把成分相同而结构不同的晶体称为某成分的同质多象 变体。变体。有同质二象；同质三象等。有同质二象；同质三象等。 同质多象的每一个变体都是一个同质多象的每一个变体都是一个独立的矿物种独立的矿物种。 当外界条件改变当外界条件改变到一定程度时，为新条件下达到新的到一定程度时，为新条件下达到新的平衡，各变体之间就可能在结构上

2、发生转变，平衡，各变体之间就可能在结构上发生转变，即即发生发生同质多象转变。同质多象转变。1.2 分类分类 据转变的速度和晶体结构改变的程度，据转变的速度和晶体结构改变的程度，可分为可分为两两类：类：（改造式转变、（改造式转变、高低温转变高低温转变）：）：当两个变体结构间差异较小，当两个变体结构间差异较小，不需要破坏原有的键不需要破坏原有的键，只，只要质点从原先的位置稍作位移，就可从一种变体转变为要质点从原先的位置稍作位移，就可从一种变体转变为另一种变体。转变一般是另一种变体。转变一般是可逆的可逆的。：当变体结构间差异较大，在转变过程中需要首先当变体结构间差异较大，在转变过程中需要首先破坏原破

3、坏原变体的结构变体的结构，包括键性，配位数及堆积方式等的变化，包括键性，配位数及堆积方式等的变化，才能重新建立起新变体的晶体结构。这类转变一般是才能重新建立起新变体的晶体结构。这类转变一般是不不可逆的可逆的。二氧化硅各种变体之间的二氧化硅各种变体之间的转变关系及其规律转变关系及其规律：石英在不同的热力学条件下有不同的变体石英在不同的热力学条件下有不同的变体： -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 熔体熔体 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 -鳞石英鳞石英8700C5730C14700C17230C2680C1600C1170C表示高温型，表示高温型， 表示低温型。表示低温型。横

4、向转变（重建型）为一级转变（由表及里缓慢进行，不可逆）横向转变（重建型）为一级转变（由表及里缓慢进行，不可逆）纵向转变（位移型）为二级转变（表里瞬间同时进行，可逆）纵向转变（位移型）为二级转变（表里瞬间同时进行，可逆） 转化过程的分析：转化过程的分析： 在常压的情况下在常压的情况下,从常温开始加热直至熔融从常温开始加热直至熔融, 三种三种 状态之间经过一系列的晶型转化状态之间经过一系列的晶型转化. 1) 高温型的迟钝转化高温型的迟钝转化(横向转化横向转化) 2) 高低温型迅速转化高低温型迅速转化(纵向转化纵向转化)体积的变化：体积的变化： 在在8700C由由 a- 石英转变为石英转变为a-磷石

5、英时磷石英时,转化速度慢转化速度慢,体积增加体积增加 16%. 在在5730C由由-石英转变为石英转变为a -石英石英,转化迅速转化迅速,体积体积变化只增加变化只增加 0.82%.结论结论: 快速型转化的体积变化小快速型转化的体积变化小(易发生易发生)，危害大。，危害大。 慢速型转化的体积变化大慢速型转化的体积变化大(不易发生不易发生)，危害小。，危害小。2.1 概念：概念： 某种晶体在一定的条件下结晶时，晶体中某种质点（原某种晶体在一定的条件下结晶时，晶体中某种质点（原子、离子、络阴离子或分子）的位置被性质相似的质点所占子、离子、络阴离子或分子）的位置被性质相似的质点所占据，随着这些质点间相

6、对量的改变只引起晶格参数及物理、据，随着这些质点间相对量的改变只引起晶格参数及物理、化学性质的规律变化，但不引起晶格类型（键性及晶体晶格化学性质的规律变化，但不引起晶格类型（键性及晶体晶格形式）发生质变的现象，叫做类质同象。形式）发生质变的现象，叫做类质同象。2.2 类型：类型：（1）根据两种组分能否在晶格中以任意量互相代替）根据两种组分能否在晶格中以任意量互相代替，将类，将类质同象分为完全类质同象和不完全类质同象。当组分之间可质同象分为完全类质同象和不完全类质同象。当组分之间可以任意量相互代替组成混晶时，称为完全类质同象。当两种以任意量相互代替组成混晶时，称为完全类质同象。当两种组分之间的代

7、替量有一定限度时，称为不完全类质同象。组分之间的代替量有一定限度时，称为不完全类质同象。类质同象类质同象完全类质同象（代替量不限制）完全类质同象（代替量不限制）不完全类质同象（代替量受限制不完全类质同象（代替量受限制）（2）根据晶格中相互代替的离子电价是否相等）根据晶格中相互代替的离子电价是否相等类质同象类质同象等价类质同象等价类质同象异价类质同象异价类质同象在异价类质同象系列中，在异价类质同象系列中，相互代替的离子总电荷必须相等相互代替的离子总电荷必须相等。常见的方式有常见的方式有：两对异价离子同时代替两对异价离子同时代替。电价较高的离子与数量较多的低价离子相互代替电价较高的离子与数量较多的

8、低价离子相互代替。高价阳离子代替低价阳离子，过剩的正电荷被高价阴离子代高价阳离子代替低价阳离子，过剩的正电荷被高价阴离子代 替低价阴离子而产生的负电荷所补偿替低价阴离子而产生的负电荷所补偿。（1）离子（原子）本身的性质：半径、电价、离子类型）离子（原子）本身的性质：半径、电价、离子类型 半径半径：要求相互代替的质点大小相差不能太悬殊：要求相互代替的质点大小相差不能太悬殊。 经验公式：经验公式： （R1R2）R2 X X 15 易形成完全类质同象易形成完全类质同象 15 X30 形成不完全类质同象形成不完全类质同象 X30 难形成类质同象难形成类质同象 电价电价：必须遵守：必须遵守电价平衡电价平

9、衡的原则的原则。（异价类质同象代替时）（异价类质同象代替时） 类型类型：质点类质同象代替时：质点类质同象代替时不能改变晶体的键性不能改变晶体的键性。能量效应能量效应：由能量系数大的离子代替能量系数小的离子时，：由能量系数大的离子代替能量系数小的离子时，有利于降低晶格的内能，代替易发生有利于降低晶格的内能，代替易发生。（一个离子从自由状态一个离子从自由状态进入晶格时，所释放出多余的能量，叫能量系数进入晶格时，所释放出多余的能量，叫能量系数）对角线法则：对角线法则：异价类质同象代替时，沿周期表对角线方向上异价类质同象代替时，沿周期表对角线方向上一般是右下方的高价阳离子代替左上方的低价阳离子一般是右

10、下方的高价阳离子代替左上方的低价阳离子。（2）外部条件外部条件：有矿物结晶时的温度、压力、组分浓度有矿物结晶时的温度、压力、组分浓度温度温度对其影响最为明显。规律是对其影响最为明显。规律是：高温条件下有利于类质同象高温条件下有利于类质同象 的形成；温度降低则类质同象不易发生，甚至发生分离的形成；温度降低则类质同象不易发生，甚至发生分离。压力压力对类质同象的影响尚不十分清楚对类质同象的影响尚不十分清楚。一般认为：一般认为：当温度一定当温度一定 时，压力增大，既可限制类质同象代替的数量，又能促使时，压力增大，既可限制类质同象代替的数量，又能促使 类质同象混晶发生分离类质同象混晶发生分离。浓度浓度对类质同象的影响对类质同象的影响，由定比定律和倍比定律来说明由定比定律和倍比定律来说明。（1） 地壳中的稀有元素绝大部分，主要以类地壳中的稀有元素绝大部分，主要以类质同象的形式赋存在性质相似的常量元质同象的形式赋存在性质相似的常量元素的矿物中素的矿物中。对寻找矿产资源有意义对寻找矿产资源有意义。（2） 类质同象的存在，常常引起矿物晶胞参类质同象的存在，常常引起矿物晶胞参数和物理性质的规律变化数和物理性质的规律变化，对矿物形成对矿物形成条件和组分赋存规律的认识很有意义。条件和组分赋存规律的认识很有意义。（3） 可以根据矿物物理性质的特性来可以根据矿物物理性质的特性来推断矿推断矿物的组成物的组成。