Chap.2
矿物的化学成分
研究意义,
① 矿物 的 化学成分 是 区别不同矿物
的 重要依据 ；
② 矿物 化学成分 的 变化特点 常作为
反映矿物形成条件 的 标志 ；
③ 矿物 化学成分 是人类 利用矿物
资源 的一个重要方面 。
一, 元素克拉克值
克拉克值 （ clarke）,
各种 化学元素 在 地壳中 的 平均含量
(即 元素 在 地壳中 的 丰度 (abundance))
之 百分数 。
§ 1 地壳中化学元素的丰度
表示,
① 质量百分数 （ weight percent）
—— 质量克拉克值
② 原子百分数 （ atom percent）
—— 原子克拉克值
二,地壳中化学元素的分布特征
1） 元素分布 的 极不均匀性
丰度 最大 者,O —— 46.6%
丰度 最小 者,Rn —— 7× 10-16 %
2） 地壳 的 主要化学组成 为 O,Si、
Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,H,Ti
等十种 。
前 8种元素 丰度最高, 占 地壳总重量
的 99%以上, 是 地壳 中 各类岩石 的
基本成分 。 含氧盐 和 氧化物 矿物分布
最广, 其中 硅酸盐矿物 占 矿物总种数
的 24%,占 地壳总重量 的 3/4； 氧化物
矿物 占 矿物种总数 的 14%,占 地壳
总重量 的 17%。
地壳 中 分布最广泛 的 八种元素
元 素 质量克拉克值 （ %） 原子克拉克值 （ %） 体积百分比 （ %）
O 46.60 62.55 93.77
Si 27.72 21.22 0.86
Al 8.13 6.47 0.47
Fe 5.00 1.92 0.43
Ca 3.63 1.94 1.03
Na 2.83 2.64 1.32
K 2.59 1.42 1.83
Mg 2.09 1.84 0.29
3） 聚集元素和分散元素
矿物 的形成, 取决于,
① 元素 的 丰度 ；
② 元素 的 地球化学性质
聚集元素 (aggregated element)：
丰度很低, 但 趋于集中, 形成
独立 的 矿物种, 甚至 富集成矿床 。
如 Sb,Bi,Hg,Ag,Au等 。
分散元素 (dispersed element)：
丰度 远比 聚集元素 为 高, 但 趋于
分散, 很少 能形成 独立的 矿物种,
而常常作为 微量 的 类质同像混入物
赋存于主要由 其他元素 所组成的
矿物 中 。 如 Rb,Cs,Ga,In,Sc等 。
一, 矿物的化学成分类型
1,单质,
由 同一种元素 的 原子 自相结合
而成的矿物 。 如 自然元素矿物 。
§ 2 矿物的化学成分
2,化合物,
由 两种 或 两种以上元素 组成的
矿物 。 如 含氧盐, 氧化物 和 氢氧化物,
卤化物, 硫化物及其类似化合物
矿物 。
二, 矿物的化学计量性与非化学计量性
1,概念
1） 矿物的 化学计量性 （ stoichiometry）
少数矿物 的 化学成分相当固定,
其 化学组成 遵守 物理化学分配定律
—— 定比定律 和 倍比定律, 各组分间
具 严格 的 化合比, 其化学组成可由 理想
化学式 表示 。 如 水晶 （ SiO2） 。
天然矿物 并非理想化学纯 的物质 。
由于 环境 的 复杂性, 大多数矿物
因 类质同像 替代 致使其化学组成在
一定范围内变化, 但 各 晶格位置 上
成类质同像关系的 各 组分数量总和
之间 仍 遵循定比定律 。 如 橄榄石
(Mg,Fe)2[SiO4]等 。
化学计量矿物,
在 各 晶格位置 上的 组分之间
遵守 定比定律, 具 严格化合比
的矿物 。
2） 矿物的 非化学计量性
非化学计量矿物,
某些 含变价元素 的矿物，因形成过程
中 常处于 不同的氧化还原条件 下，其 价态
会发生 变化 。由于受 化合物电中性 的 制约,
其内部必然存在某种 晶格缺陷,致使其 化
学组成偏离理想化合比, 不再遵循定比定
律 。
注意,
某些矿物, 特别是在 高温 条件下,
相对地容许存在 大量空位 。 如 FeS
化合物, 可以 高温 下通过 暴露 在 真空
或 高硫蒸气压 下, 极易 改变 其 化学
计量性, 而变为 磁黄铁矿 的成分 （
Fe1-xS）, 高温下 x = 0～ 0.125，
其 阳离子空位随机分布 （ Putnis,A.,
1992） 。
2,研究意义
矿物总是以 成分 非化学计量性
显示其 标型特征 。 如 含金硫化物 的
偏离化学计量 的 元素比 即具 标型性 。
二, 矿物化学成分变化的原因
1,主要原因
1） 类质同像替代
2） 非化学计量性
2,其他因素
1） 阳离子 的 可交换性
2） 胶体的吸附作用
3） 矿物中含水量的变化（含
沸石水或层间水）
4） 以显微包裹体形式存在的
机械混入物等
一, 胶体矿物的概念
1,胶体
一种 或 多种物质 的 微粒 （ 粒径一般
1～ 100nm ） 分散 在 另一种物质 之中
而形成的 不均匀 的 细分散系 。 前者称
分散相 (分散质 ),后者称 分散媒 (分散剂 )。
§ 3 胶体矿物及其化学成分特点
注意,
1） 胶体 系 两相 或 多相物质 的 混合物 。
2） 分散相 和 分散媒 均可是 固体,
液体 或 气体 。
3） 胶体,
① 胶溶体, 分散媒远多于分散相
② 胶凝体, 分散媒远少于分散相
胶体微粒 的 性质,
① 分散相 与 分散媒 的 量比 不固定 ；
② 具 极大 的 比表面积 和 很高 的
表面能 ；
③ 表面 的 电荷未达到饱和, 故具
极强 的 吸附性 。
（能 吸附 与其 电荷相反 的其他 离子 ）
2,胶体矿物
由以 水 为 分散媒, 以 固相 为 分散相
的 水胶凝体 而形成的 非晶质 或 超显微
的 隐晶质矿物 。 严格地说, 它只是
含 吸附水 的 准矿物 。 如 蛋白石 （
SiO2·nH2O）, 大多数 粘土矿物 。
胶体矿物 的 特点,
① 多形成于 表生作用 中，少数为 热液
或 火山成因 。
② 主要形成 Fe,Mn,Al,Si,P质 等
矿物。
③ 为 隐晶质 或 非晶质体,故呈现 鲕状,
肾状, 钟乳状 和 葡萄状 等特殊形态。
④ 由于形成时 胶体 的 吸附作用,故 成
分变化大 。
⑤ 胶体矿物 的 化学成分 具有 不固定性
和 复杂性 。
二, 胶体的老化
胶体矿物 不稳定, 具有 吸附其他物质
和 自发地转变为结晶质 的趋势 。
胶体 的 老化, 胶体矿物 形成后, 随着
时间 的 推移 或 热力学因素 的 改变, 胶粒
会自发地 凝聚, 进一步发生 脱水 作用,
颗粒 逐渐 增大 而成为 隐晶质, 最终
可转变为 显晶质矿物 。
变胶体矿物,
由 胶体矿物 老化 形成的 隐晶质
或 显晶质 矿物, 往往可 保留原胶体
矿物 的 外貌 。 如 蛋白石 经老化成为
玉髓 。
一, 水的存在形式
H2O,(OH)－, H+和 (H3O)+
§ 4 矿物中的水
二,,水, 的类型
据,水,在矿物中的 存在形式
及
其在 晶体结构 中的 作用, 主要分为
吸附水, 结晶水 和 结构水 三种 基本
类型, 以及 层间水 和 沸石水 两种
过渡类型 。
水在矿物中的作用
水的主要类型 矿物和矿物集合体中 水的种类
不参加
晶格
吸附水
（中性的 H2O分子）
汽态水
湿存水
液态水 （ 薄膜水 毛细管水 ）
胶体水
固态水
参加
晶格
结晶水
（中性的 H2O分子）
结晶水化物的水
沸石水
层间水
结构水
（ OH-,H+,H3O+离子）
1,吸附水
被机械地 吸附于矿物颗粒 的 表面
和 裂隙 中, 或 渗入矿物集合体中 的
中性水分子 (H2O)。 它 不参加晶格,
不属于矿物的化学组成 。
注意,
1） 吸附水 含量不定, 随 温度 和 湿度 而异 。
常压下, 温度增至 100～ 110℃ 时, 矿物中
吸附水 即全部失去而 不破坏晶格 。
2） 吸附水 的一 种特殊类型 —— 胶体水,
是 胶体矿物 本身的固有特征, 应列入
矿物的化学式, 如 蛋白石, SiO2·nH2O。
胶体水 的 失水温度 一 般 100～ 250℃ 。
2,结晶水
以 H2O的形成存在于矿物 晶格中
一定位置上 的水, 是 矿物固有组分
之一, 水含量一定, 其 数目 与 其他
组分 的 含量 成 简单 的 比例关系 。
注意,
1） 结晶水 出现于 大半径络阴离子
的 含氧盐 矿物中 。
2） 结晶水 的 作用, 通过以一定的
配位形式 环绕小半径 的 阳离子 形成
水化阳离子, 以 增大阳离子 的 体积 而
不改变 其 电价, 从而与 大 的 络阴离子
组成 稳定 的化合物, 如 石膏,
Ca[SO4]·2H2O 。
3） 结晶水 的 失水温度 一般均在
200～ 500℃, 个别可高达 600℃ 。
4） 失水后, 矿物 晶格 即 完全被
破坏, 改造 而成新的结构 。
3,结构水 （ 化合水 ）
以 (OH)－, H+或 (H3O)+离子形式
存在于矿物晶格中一定位置上,
并有 确定 的 含量比 的“水” 。
注意,
1）尤以 (OH)－ 最常见, 主要存在于
氢氧化物 和 层状硅酸盐 等矿物中 。 如：
水镁石 水镁石 Mg(OH)2，
高岭石 高岭石 Al4[Si4O10](OH)8，
天然碱 Na3H[CO3]·2H2O，
水云母 (K,H3O)Al2[AlSi3O10](OH)2等 。
2） 结构水 的 失水温度 一般约在
600～ 1000℃ 。 失水后结构完全被破坏 。
4,层间水
存在于某些 层状结构硅酸盐 （
如 粘土矿物 ）晶格中 结构层之间 结构
的 H2O,其主要与 层间阳离子 结合
成 水合离子 。
1） 结构层表面 存在 过剩 的 负电荷,
可 吸附 其他 金属阳离子, 后者再
吸附 H2O,从而在 相邻 结构层 之间
形成 水分子层, 即 层间水 。 其含量
随 所吸附 的 阳离子 的 种类, 环境 的
温度 和 湿度 而异, 可在相当大的
范围内变化, 并可有 确定 的 上限值 。
如 多水高岭石 Al4[Si4O10](OH)8·4H2O等 。
2） 失水温度 一般 100～ 250℃ ± 。
通常加热至 几十度 即 开始脱水,
常压下至 110℃ ± 则大量失水 。
3） 失水后, 晶格 并 不被破坏,
仅 结构层之间距离缩短, 晶胞参数
c0减小, 矿物的 比重 和 折射率增大 ；
且在潮湿的环境中又可 重新吸水 。
如 蒙脱石 蒙脱石
(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2[(Si,Al)4O10](OH)2·n H2O
具明显的 吸水膨胀 的特性 ；
而 蛭石 蛭石
(Mg,Ca)0.5(Mg,Fe+,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2·4H2O
则表示出显著的 热膨胀性 。
5,沸石水
主要存在于 沸石族矿物晶格 中
宽大的 空腔 和 通道 中的 H2O,与
其中的阳离子结合成 水合离子 。
丝
光
沸
石
结
构
照
相
注意,
1） 水的含量随 温度 和 湿 度而异,
上限值 与其他组分含量具 简单比例
关系 。
2）失水一般从 80℃ 开始, 至 400℃ 时
沸石水 可全部失去 。
3） 沸石水 易失去 也 易复得, 其得失
不会破坏晶格, 只是矿物的 晶格常数
和某些 物理性质 稍有变化 。 失水后的
沸石 可 重新吸水, 并 恢复 到原来的
含水限度, 再现 其原来的 物理性质 。
如 钠沸石 Na2[(Al2Si3O10]·2H2O 。
需说明,
1） 单矿物 的 化学全分析数据 中,
H2O－ 称 负水, 通常意指 不参加晶格
的 吸附水, 当样品烘干到 110℃ 之前 即
全部逸去 ； 而 正水 H2O+ 系指 参加晶格
的 结构水 或 结晶水, 其 失水 温度 通常 高
于 110℃ 。
2）有些 参加晶格 的 层间水, 沸石水
及 部分 结晶水 在 低于 110℃ 也可逸出
晶格, 故分析时应以 特殊方法处理
样品 中的 水 。
一, 矿物的化学式
1,概念
矿物的 化学式, 以组成矿物的
化学元素符号 按 一定原则 表示矿物的
化学成分 。 是以 单矿物 的 化学全分析
所得的 相对质量百分含量 为基础 而
计算出来的 。
§ 5 矿物的化学式及其计算
2,表示方法
1） 实验式,
仅表示矿物中各 组分 的 种类 及其 数量比 。
如 白云母 H2KAl3Si3O12 或
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
2） 结构式,
即 晶体化学式 。 既能表明 矿物 中
各组分 的 种类 及其 数量比, 又能
反映出它们在晶格中的 相互关系
及其 存在形式 。
如 白云母 KAl2[(Si3Al)O10](OH)2
矿物 晶体结构式 的 书写原则,
① 基本原则 是 阳离子在前, 阴离子
或 络阴离子 在后 。 络阴离子 需用 方括号
括起来 。 如 石英 SiO2,方解石 Ca[CO3]。
② 对 复化合物, 阳离子按碱性
由 强 → 弱, 价态 从 低 → 高 排列 。 如
白云石 CaMg[CO3]2,磁铁矿 FeFe2O4
（即 Fe2+Fe3+2O4）
③ 附加阴离子 通常写在 阴离子
或 络阴离子 之后, 如
氟磷灰石 Ca5[PO4]3F, 白云母
KAl2[(Si3Al)O10](OH)2
④ 矿物中的 水分子 写在 化学式 的
最末尾, 并用 圆点 将 其与其他组分
隔开 。 若 含水量不定, 则常用 nH2O
或 aq表示, 如 石膏 Ca[SO4]·2H2O，
蛋白石 SiO2·nH2O或 SiO2·aq 。
⑤ 成 类质同像替代关系 的 离子,
用 小括号 括起来, 并按 含量由多
→ 少 排列, 中间用 逗号 分开 。
如 铁闪锌矿 (Zn,Fe)S, 黄玉
Al2[SiO4](F,OH)2 。
注意,
在计算出 矿物 中各元素的 离子数 之后,
书写 晶体化学式 时, 习惯上, 将其 具体
数值 分别写在 各元素符号之右下角,
同时成 类质同像替代关系 的各元素之间
无需再加 逗号, 并在 小括号 之后下角
列出 小括号 内 各元素离子数之总和 。
如某 单斜辉石
(Ca0.960Na0.040)1.000(Mg0.820Fe2+0.060Fe3+0.050Al0.030
Mn0.020Ti0.020)1.000[(Si1.920Al0.080)2.000O6]
二, 矿物晶体化学式的计算
（一） 依据
① 单矿物 的 化学全分析数据 ；
② 晶体化学理论 及 晶体结构知识,
对矿物中各元素的 存在形式 作出
合理的判断, 并按照 电价平衡原则,
将其分配到适当的 晶格位置 上 ；
③ x射线结构分析资料 。
注意,
单矿物 的 化学全分析 的结果,
其一般 允许误差 ≤1%,即矿物中
的 各元素 或 氧化物 的 质量百分含量
（ WB%） 之 总和 应在 99%～ 101%。
（二） 方法
1,成分较简单 的 矿物化学式 计算
步骤,
① 检查 矿物化学分析结果 是否 符合 精度 要求 。
②
③ 将 各组分 的 摩尔数 化为 简单的整数 。
④ 写出矿物的 化学式 。
分子量原子量组分
质量百分含量组分摩尔数组分
或的
的的 )( B%ω?
某 黄铜矿 的 化学式计算
组分 质量百分数（ WB%） 原子量 组分摩尔数 组分摩尔数 之比 化学式
Cu 34.54 63.55 0.5435 1
CuFeS2Fe 30.30 55.85 0.5425 1
S 35.03 32.06 1.0926 2
合量 99.87
2,成分复杂 的 矿物化学式计算
计算原则,
⑴ 尽量使 占位 的 离子数目保持合理 ；
⑵ 尽量使 正负电荷总数保持平衡 。
计算前提,
⑴ 必须有矿物的 化学全分析数据 ；
⑵ 必须已知矿物的 化学通式 。
1） 阴离子法
2） 阳离子法
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鲕状
肾状
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Mg(OH)2内部结构
Mg
OH
a
b
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[(Si,Al)O4]
[AlO4(OH)2]
白云母 KAl2[AlSi3O10](OH)2
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矿物的化学成分
研究意义,
① 矿物 的 化学成分 是 区别不同矿物
的 重要依据 ；
② 矿物 化学成分 的 变化特点 常作为
反映矿物形成条件 的 标志 ；
③ 矿物 化学成分 是人类 利用矿物
资源 的一个重要方面 。
一, 元素克拉克值
克拉克值 （ clarke）,
各种 化学元素 在 地壳中 的 平均含量
(即 元素 在 地壳中 的 丰度 (abundance))
之 百分数 。
§ 1 地壳中化学元素的丰度
表示,
① 质量百分数 （ weight percent）
—— 质量克拉克值
② 原子百分数 （ atom percent）
—— 原子克拉克值
二,地壳中化学元素的分布特征
1） 元素分布 的 极不均匀性
丰度 最大 者,O —— 46.6%
丰度 最小 者,Rn —— 7× 10-16 %
2） 地壳 的 主要化学组成 为 O,Si、
Al,Fe,Ca,Na,K,Mg,H,Ti
等十种 。
前 8种元素 丰度最高, 占 地壳总重量
的 99%以上, 是 地壳 中 各类岩石 的
基本成分 。 含氧盐 和 氧化物 矿物分布
最广, 其中 硅酸盐矿物 占 矿物总种数
的 24%,占 地壳总重量 的 3/4； 氧化物
矿物 占 矿物种总数 的 14%,占 地壳
总重量 的 17%。
地壳 中 分布最广泛 的 八种元素
元 素 质量克拉克值 （ %） 原子克拉克值 （ %） 体积百分比 （ %）
O 46.60 62.55 93.77
Si 27.72 21.22 0.86
Al 8.13 6.47 0.47
Fe 5.00 1.92 0.43
Ca 3.63 1.94 1.03
Na 2.83 2.64 1.32
K 2.59 1.42 1.83
Mg 2.09 1.84 0.29
3） 聚集元素和分散元素
矿物 的形成, 取决于,
① 元素 的 丰度 ；
② 元素 的 地球化学性质
聚集元素 (aggregated element)：
丰度很低, 但 趋于集中, 形成
独立 的 矿物种, 甚至 富集成矿床 。
如 Sb,Bi,Hg,Ag,Au等 。
分散元素 (dispersed element)：
丰度 远比 聚集元素 为 高, 但 趋于
分散, 很少 能形成 独立的 矿物种,
而常常作为 微量 的 类质同像混入物
赋存于主要由 其他元素 所组成的
矿物 中 。 如 Rb,Cs,Ga,In,Sc等 。
一, 矿物的化学成分类型
1,单质,
由 同一种元素 的 原子 自相结合
而成的矿物 。 如 自然元素矿物 。
§ 2 矿物的化学成分
2,化合物,
由 两种 或 两种以上元素 组成的
矿物 。 如 含氧盐, 氧化物 和 氢氧化物,
卤化物, 硫化物及其类似化合物
矿物 。
二, 矿物的化学计量性与非化学计量性
1,概念
1） 矿物的 化学计量性 （ stoichiometry）
少数矿物 的 化学成分相当固定,
其 化学组成 遵守 物理化学分配定律
—— 定比定律 和 倍比定律, 各组分间
具 严格 的 化合比, 其化学组成可由 理想
化学式 表示 。 如 水晶 （ SiO2） 。
天然矿物 并非理想化学纯 的物质 。
由于 环境 的 复杂性, 大多数矿物
因 类质同像 替代 致使其化学组成在
一定范围内变化, 但 各 晶格位置 上
成类质同像关系的 各 组分数量总和
之间 仍 遵循定比定律 。 如 橄榄石
(Mg,Fe)2[SiO4]等 。
化学计量矿物,
在 各 晶格位置 上的 组分之间
遵守 定比定律, 具 严格化合比
的矿物 。
2） 矿物的 非化学计量性
非化学计量矿物,
某些 含变价元素 的矿物，因形成过程
中 常处于 不同的氧化还原条件 下，其 价态
会发生 变化 。由于受 化合物电中性 的 制约,
其内部必然存在某种 晶格缺陷,致使其 化
学组成偏离理想化合比, 不再遵循定比定
律 。
注意,
某些矿物, 特别是在 高温 条件下,
相对地容许存在 大量空位 。 如 FeS
化合物, 可以 高温 下通过 暴露 在 真空
或 高硫蒸气压 下, 极易 改变 其 化学
计量性, 而变为 磁黄铁矿 的成分 （
Fe1-xS）, 高温下 x = 0～ 0.125，
其 阳离子空位随机分布 （ Putnis,A.,
1992） 。
2,研究意义
矿物总是以 成分 非化学计量性
显示其 标型特征 。 如 含金硫化物 的
偏离化学计量 的 元素比 即具 标型性 。
二, 矿物化学成分变化的原因
1,主要原因
1） 类质同像替代
2） 非化学计量性
2,其他因素
1） 阳离子 的 可交换性
2） 胶体的吸附作用
3） 矿物中含水量的变化（含
沸石水或层间水）
4） 以显微包裹体形式存在的
机械混入物等
一, 胶体矿物的概念
1,胶体
一种 或 多种物质 的 微粒 （ 粒径一般
1～ 100nm ） 分散 在 另一种物质 之中
而形成的 不均匀 的 细分散系 。 前者称
分散相 (分散质 ),后者称 分散媒 (分散剂 )。
§ 3 胶体矿物及其化学成分特点
注意,
1） 胶体 系 两相 或 多相物质 的 混合物 。
2） 分散相 和 分散媒 均可是 固体,
液体 或 气体 。
3） 胶体,
① 胶溶体, 分散媒远多于分散相
② 胶凝体, 分散媒远少于分散相
胶体微粒 的 性质,
① 分散相 与 分散媒 的 量比 不固定 ；
② 具 极大 的 比表面积 和 很高 的
表面能 ；
③ 表面 的 电荷未达到饱和, 故具
极强 的 吸附性 。
（能 吸附 与其 电荷相反 的其他 离子 ）
2,胶体矿物
由以 水 为 分散媒, 以 固相 为 分散相
的 水胶凝体 而形成的 非晶质 或 超显微
的 隐晶质矿物 。 严格地说, 它只是
含 吸附水 的 准矿物 。 如 蛋白石 （
SiO2·nH2O）, 大多数 粘土矿物 。
胶体矿物 的 特点,
① 多形成于 表生作用 中，少数为 热液
或 火山成因 。
② 主要形成 Fe,Mn,Al,Si,P质 等
矿物。
③ 为 隐晶质 或 非晶质体,故呈现 鲕状,
肾状, 钟乳状 和 葡萄状 等特殊形态。
④ 由于形成时 胶体 的 吸附作用,故 成
分变化大 。
⑤ 胶体矿物 的 化学成分 具有 不固定性
和 复杂性 。
二, 胶体的老化
胶体矿物 不稳定, 具有 吸附其他物质
和 自发地转变为结晶质 的趋势 。
胶体 的 老化, 胶体矿物 形成后, 随着
时间 的 推移 或 热力学因素 的 改变, 胶粒
会自发地 凝聚, 进一步发生 脱水 作用,
颗粒 逐渐 增大 而成为 隐晶质, 最终
可转变为 显晶质矿物 。
变胶体矿物,
由 胶体矿物 老化 形成的 隐晶质
或 显晶质 矿物, 往往可 保留原胶体
矿物 的 外貌 。 如 蛋白石 经老化成为
玉髓 。
一, 水的存在形式
H2O,(OH)－, H+和 (H3O)+
§ 4 矿物中的水
二,,水, 的类型
据,水,在矿物中的 存在形式
及
其在 晶体结构 中的 作用, 主要分为
吸附水, 结晶水 和 结构水 三种 基本
类型, 以及 层间水 和 沸石水 两种
过渡类型 。
水在矿物中的作用
水的主要类型 矿物和矿物集合体中 水的种类
不参加
晶格
吸附水
（中性的 H2O分子）
汽态水
湿存水
液态水 （ 薄膜水 毛细管水 ）
胶体水
固态水
参加
晶格
结晶水
（中性的 H2O分子）
结晶水化物的水
沸石水
层间水
结构水
（ OH-,H+,H3O+离子）
1,吸附水
被机械地 吸附于矿物颗粒 的 表面
和 裂隙 中, 或 渗入矿物集合体中 的
中性水分子 (H2O)。 它 不参加晶格,
不属于矿物的化学组成 。
注意,
1） 吸附水 含量不定, 随 温度 和 湿度 而异 。
常压下, 温度增至 100～ 110℃ 时, 矿物中
吸附水 即全部失去而 不破坏晶格 。
2） 吸附水 的一 种特殊类型 —— 胶体水,
是 胶体矿物 本身的固有特征, 应列入
矿物的化学式, 如 蛋白石, SiO2·nH2O。
胶体水 的 失水温度 一 般 100～ 250℃ 。
2,结晶水
以 H2O的形成存在于矿物 晶格中
一定位置上 的水, 是 矿物固有组分
之一, 水含量一定, 其 数目 与 其他
组分 的 含量 成 简单 的 比例关系 。
注意,
1） 结晶水 出现于 大半径络阴离子
的 含氧盐 矿物中 。
2） 结晶水 的 作用, 通过以一定的
配位形式 环绕小半径 的 阳离子 形成
水化阳离子, 以 增大阳离子 的 体积 而
不改变 其 电价, 从而与 大 的 络阴离子
组成 稳定 的化合物, 如 石膏,
Ca[SO4]·2H2O 。
3） 结晶水 的 失水温度 一般均在
200～ 500℃, 个别可高达 600℃ 。
4） 失水后, 矿物 晶格 即 完全被
破坏, 改造 而成新的结构 。
3,结构水 （ 化合水 ）
以 (OH)－, H+或 (H3O)+离子形式
存在于矿物晶格中一定位置上,
并有 确定 的 含量比 的“水” 。
注意,
1）尤以 (OH)－ 最常见, 主要存在于
氢氧化物 和 层状硅酸盐 等矿物中 。 如：
水镁石 水镁石 Mg(OH)2，
高岭石 高岭石 Al4[Si4O10](OH)8，
天然碱 Na3H[CO3]·2H2O，
水云母 (K,H3O)Al2[AlSi3O10](OH)2等 。
2） 结构水 的 失水温度 一般约在
600～ 1000℃ 。 失水后结构完全被破坏 。
4,层间水
存在于某些 层状结构硅酸盐 （
如 粘土矿物 ）晶格中 结构层之间 结构
的 H2O,其主要与 层间阳离子 结合
成 水合离子 。
1） 结构层表面 存在 过剩 的 负电荷,
可 吸附 其他 金属阳离子, 后者再
吸附 H2O,从而在 相邻 结构层 之间
形成 水分子层, 即 层间水 。 其含量
随 所吸附 的 阳离子 的 种类, 环境 的
温度 和 湿度 而异, 可在相当大的
范围内变化, 并可有 确定 的 上限值 。
如 多水高岭石 Al4[Si4O10](OH)8·4H2O等 。
2） 失水温度 一般 100～ 250℃ ± 。
通常加热至 几十度 即 开始脱水,
常压下至 110℃ ± 则大量失水 。
3） 失水后, 晶格 并 不被破坏,
仅 结构层之间距离缩短, 晶胞参数
c0减小, 矿物的 比重 和 折射率增大 ；
且在潮湿的环境中又可 重新吸水 。
如 蒙脱石 蒙脱石
(Na,Ca)0.33(Al,Mg)2[(Si,Al)4O10](OH)2·n H2O
具明显的 吸水膨胀 的特性 ；
而 蛭石 蛭石
(Mg,Ca)0.5(Mg,Fe+,Al)3[(Si,Al)4O10](OH)2·4H2O
则表示出显著的 热膨胀性 。
5,沸石水
主要存在于 沸石族矿物晶格 中
宽大的 空腔 和 通道 中的 H2O,与
其中的阳离子结合成 水合离子 。
丝
光
沸
石
结
构
照
相
注意,
1） 水的含量随 温度 和 湿 度而异,
上限值 与其他组分含量具 简单比例
关系 。
2）失水一般从 80℃ 开始, 至 400℃ 时
沸石水 可全部失去 。
3） 沸石水 易失去 也 易复得, 其得失
不会破坏晶格, 只是矿物的 晶格常数
和某些 物理性质 稍有变化 。 失水后的
沸石 可 重新吸水, 并 恢复 到原来的
含水限度, 再现 其原来的 物理性质 。
如 钠沸石 Na2[(Al2Si3O10]·2H2O 。
需说明,
1） 单矿物 的 化学全分析数据 中,
H2O－ 称 负水, 通常意指 不参加晶格
的 吸附水, 当样品烘干到 110℃ 之前 即
全部逸去 ； 而 正水 H2O+ 系指 参加晶格
的 结构水 或 结晶水, 其 失水 温度 通常 高
于 110℃ 。
2）有些 参加晶格 的 层间水, 沸石水
及 部分 结晶水 在 低于 110℃ 也可逸出
晶格, 故分析时应以 特殊方法处理
样品 中的 水 。
一, 矿物的化学式
1,概念
矿物的 化学式, 以组成矿物的
化学元素符号 按 一定原则 表示矿物的
化学成分 。 是以 单矿物 的 化学全分析
所得的 相对质量百分含量 为基础 而
计算出来的 。
§ 5 矿物的化学式及其计算
2,表示方法
1） 实验式,
仅表示矿物中各 组分 的 种类 及其 数量比 。
如 白云母 H2KAl3Si3O12 或
K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O
2） 结构式,
即 晶体化学式 。 既能表明 矿物 中
各组分 的 种类 及其 数量比, 又能
反映出它们在晶格中的 相互关系
及其 存在形式 。
如 白云母 KAl2[(Si3Al)O10](OH)2
矿物 晶体结构式 的 书写原则,
① 基本原则 是 阳离子在前, 阴离子
或 络阴离子 在后 。 络阴离子 需用 方括号
括起来 。 如 石英 SiO2,方解石 Ca[CO3]。
② 对 复化合物, 阳离子按碱性
由 强 → 弱, 价态 从 低 → 高 排列 。 如
白云石 CaMg[CO3]2,磁铁矿 FeFe2O4
（即 Fe2+Fe3+2O4）
③ 附加阴离子 通常写在 阴离子
或 络阴离子 之后, 如
氟磷灰石 Ca5[PO4]3F, 白云母
KAl2[(Si3Al)O10](OH)2
④ 矿物中的 水分子 写在 化学式 的
最末尾, 并用 圆点 将 其与其他组分
隔开 。 若 含水量不定, 则常用 nH2O
或 aq表示, 如 石膏 Ca[SO4]·2H2O，
蛋白石 SiO2·nH2O或 SiO2·aq 。
⑤ 成 类质同像替代关系 的 离子,
用 小括号 括起来, 并按 含量由多
→ 少 排列, 中间用 逗号 分开 。
如 铁闪锌矿 (Zn,Fe)S, 黄玉
Al2[SiO4](F,OH)2 。
注意,
在计算出 矿物 中各元素的 离子数 之后,
书写 晶体化学式 时, 习惯上, 将其 具体
数值 分别写在 各元素符号之右下角,
同时成 类质同像替代关系 的各元素之间
无需再加 逗号, 并在 小括号 之后下角
列出 小括号 内 各元素离子数之总和 。
如某 单斜辉石
(Ca0.960Na0.040)1.000(Mg0.820Fe2+0.060Fe3+0.050Al0.030
Mn0.020Ti0.020)1.000[(Si1.920Al0.080)2.000O6]
二, 矿物晶体化学式的计算
（一） 依据
① 单矿物 的 化学全分析数据 ；
② 晶体化学理论 及 晶体结构知识,
对矿物中各元素的 存在形式 作出
合理的判断, 并按照 电价平衡原则,
将其分配到适当的 晶格位置 上 ；
③ x射线结构分析资料 。
注意,
单矿物 的 化学全分析 的结果,
其一般 允许误差 ≤1%,即矿物中
的 各元素 或 氧化物 的 质量百分含量
（ WB%） 之 总和 应在 99%～ 101%。
（二） 方法
1,成分较简单 的 矿物化学式 计算
步骤,
① 检查 矿物化学分析结果 是否 符合 精度 要求 。
②
③ 将 各组分 的 摩尔数 化为 简单的整数 。
④ 写出矿物的 化学式 。
分子量原子量组分
质量百分含量组分摩尔数组分
或的
的的 )( B%ω?
某 黄铜矿 的 化学式计算
组分 质量百分数（ WB%） 原子量 组分摩尔数 组分摩尔数 之比 化学式
Cu 34.54 63.55 0.5435 1
CuFeS2Fe 30.30 55.85 0.5425 1
S 35.03 32.06 1.0926 2
合量 99.87
2,成分复杂 的 矿物化学式计算
计算原则,
⑴ 尽量使 占位 的 离子数目保持合理 ；
⑵ 尽量使 正负电荷总数保持平衡 。
计算前提,
⑴ 必须有矿物的 化学全分析数据 ；
⑵ 必须已知矿物的 化学通式 。
1） 阴离子法
2） 阳离子法
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鲕状
肾状
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Mg(OH)2内部结构
Mg
OH
a
b
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[(Si,Al)O4]
[AlO4(OH)2]
白云母 KAl2[AlSi3O10](OH)2
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