Kristalna in mineralna kemija

8/17/2019 Kristalna in mineralna kemija

1/195

M I N E R A L O G I J A

1. UVOD

2. NASTANEK MINERALOV

3. LASTNOSTI MINERALOV

4. KRISTALNA IN MINERALNA KEMIJA

5. SISTEMATIKA IN IDENTIFIKACIJA MINERALOV

Učni načrt


2/195

doc. dr. Mirijam Vabec

MINERALOGIJA 4. Kristalna in mineralna kemija


3/195


Iz česa so zgrajeni planeti? iz enakega materiala kot Sonce

minus elementi, ki ostajajovečinoma v plinski obliki

ta „vzorec“ najdemo v nekaterihmeteoritih hondriti

Kemična sestava vesolja

▪ razširjeni so lahki elementi▪ redki so Li, Be, B▪ prevladujejo soda atomska števila ▪ od Fe dalje vsebnost samo še pada

Kozmološka nukleosinteza lahki elementi H, D, He in Li

nastali v prvih trenutkih po Velikempoku

osnovna sestavina snovi Vesolja invir za nastanek vseh ostalih prvin

količina He je cca 25% količine H večina navadne snovi v Vesolju

je H!!!


4/195


Zvezdna nukleosinteza

gorenje H v He

protonska verižna reakcija v središču zvezd pri 5*10

6

K počasen proces, ki traja večino življenja zvezde

gorenje He v C, O in N

ko je ves H v zvezdi porabljen, se zvezda skrči, T naraste preko 108 K v teh pogojih iz He lahko nastajajo C, O in N

gorenje C in O

tik preden je porabljen tudi He, se zaradi dodatnega krčenja zvezde Tpoviša na 6*108 K

s fuzijo C nastajajo Mg, Na in Ne; pri 109 K iz O nastajajo S, P in Si

gorenje Si

pri 109 K in naraščajoči koncentraciji Si nastajajo prvine z masnim

številom vse do 56Fe reakcije nastajanja višjih prvin W ne sproščajo, ampak jo potrebujejo

eksplozivno gorenje v supernovah

le v supernovah se sprosti dovolj energije za sintezo prvin težjih od Fe težje prvine so izjemno redke: le vsaka 106 zvezda postane supernova



5/195


Obilnosti prvin v vesolju

spektrografska analiza Sonca

daleč največ je H in He

nato zvezno zmanjševanje obilnostitežjih prvin


skala je logaritemska!

prvin s sodim številomprotonov je več odtistih z lihim; njihova

jedra so bolj stabilna

Li, B in Be je anomalnomalo – ne nastajajo zzvezdno nukleosintezo

Fe je veliko, ker atomzelo stabilen

prvin, ki so težje od Fe je znatno manj – nastajajo le vsupernovah


6/195


Kemična sestava Zemelje


7/195 M I N E R A L O G I J A

Kemična sestava Zemelje

Majhno število elementov gradi

več kot 99% trdne Zemlje!


8/195 M I N E R A L O G I J A

Kemična sestava Zemeljske skorje

Zemeljska skorja je elementarno nekoliko bolj pestra(spet zaradi diferenciacije), vendar je še vedno vglavnem zgrajena iz majhnega števila elementov.


9/195 M I N

E R A L O G I J A



10/195 M I N

E R A L O G I J A

Kisik obsega skoraj 1/2 mase Ze-skorje

to je skoraj 94% prostornine

to se neposredno odraža v mineralih kisik je najbolj dominanten anion v mineralih,

ki gradijo Zemeljsko skorjo

posledično silikatni minerali tvorijo glavninokamnin Zemeljske skorje

Zemeljska skorja na atomski ravni je sestavljena iz tesno

pakiranih O anionov z vmesnimi kovinskimikationi (Si...)

kamninotvorni minerali silikati, oksidi inkarbonati

ekonomski minerali (Cu, Pb, Hg) redki rabimo visoke conc (rude) za izkoriščanje

nekateri elementi (Rb) se nikoli nekoncentrirajo Rb ne oblikuje specifične Rbspojine nahaja se v s K-bogatih mineralih

nekateri elementi so zelo koncentrirani v

posameznih mineralih: Zr v cirkonu (ZrSiO4), Tiv rutilu (TiO2) in ilmenitu (TiO2)


Al

Fe

Ca

Na

K

Mg

Other


11/195 M I N

E R A L O G I J A

Atomi

snov je sestavljena iz atomov

struktura atomov narekuje lastnosti snovi

način povezovanja in združevanja atomov narekuje,kaj bomo videli v mineralih v naravi

nove tehnologije omogočajo vedno boljši vpogled vstrukturo mineralov do nivoja posameznih atomov

Osnovni gradniki mineralov: atomi, ioni in elementi

atom je najmanjši del snovi, ki ohranja značilnosti elementov jedro atoma vsebuje večino mase atoma vendar zavzema min V

gradijo ga protoni (p+) in nevtroni (n0)

naloga nevtronov je, da držijo (ohranjajo) jedro skupaj jedra atomov so zelo majhna in masivna

elektronski ovoj zanemarljiva masa in skoraj ves V

elektroni (e-) se gibljejo v orbitah okoli osrednjega jedra

oddaljenost od jedra je odvisna od energije e-

določajo obnašanje atomov pri tvorjenju ke-vezi elektronski oblak je precej večji od jedra (izjema H!) e-

okoli jedra krožijo zelo hitro ustvarjajo velike efektivne premere

(10-20·103-krat večje od običajnih atomskih radijev 0,46-2,62 Å)

večinoma so atomi električno nevtralni p+= e-


12/195 M I N

E R A L O G I J A


Atomi (...nadaljevanje)

lastnosti atoma

shematski model atoma

Li 3p+ in 4n0 v jedru ter 3e- v orbitalah

Ca 20p+, 20n0, 20e-

Ti 22p+, 26e-, 22e-

lastnosti atomov so odvisne od lastnosti e- in jedra

elektronske lastnosti vezane na način povezovanjaatomov: kemijske vezi

jedrske lastnosti vključujejo značilnosti kot je radioaktivnost

število n0 sledi številu p+; več ko je enih ali drugih,večji in težji so atomi

z večanjem števila e- ti postopno zpolnjujejo vedno boljoddaljene orbitale tu poteka izmenjava e-

Če bi imel atom kisika radij 100 km bi bilo jedro krogla v središču s

premerom 1 m.Mikrokozmos našega sončnega

sistema atomi so pretežno prazenprostor!


13/195 M I N

E R A L O G I J A


Kaj je atomski radij (polmer)?

atomski polmer kemijskega elementa je merilo velikosti njegovega atoma običajno pomeni tipično razdaljo od jedra do meje e- oblaka, ki gaobdaja

meja oblaka ni točno definirana fizikalna količina več definicij

Matematično je nemogoče določiti velikost atoma oz. njegov radij (Brenčič& Lazarini, 1984)!

absolutni atomski radij

določen z lokacijo max gostote e- v najbolj oddaljeni e- lupini

efektivni atomski radij

atomi so večinoma povezani v molekule oz. kristale zato običajno

definiramo radij atoma kot polovično razdaljo med dvema istovrstnimaatomoma v molekuli ali kristalu efektivni atomski radij je odvisen od naboja, vrste vezi, velikosti in števila

sosednjih atomov/ionov (koordinacijskega števila) pri vezeh med enakimi atomi je to polovica medmolekularne razdalje

pri vezeh med različnimi ioni je razdalja med ioni odvisna od privlačne in odbojne

sile med ioni ter od njihovih nabojev



14/195


Coulombov zakon določa velikostsile, s katero se nabiti delci

privlačijo ali odbijajo

M I N

E R A L O G I J A


=

E...Coulmbova potencialna energijaq...naboj posameznega ionar...razdalja med ionomak...konstanta


15/195 M I N

E R A L O G I J A


vpliv naboja in privlačne/odbojen sile na efektivni ionski radij energija sistema doseže minimum pri določeni razdalji (r

0), ko so privlačne

in odbojne sile uravnotežene



16/195


M I N

E R A L O G I J A


U (92p+ + cca 146n0) je ogromen v primerjavi s

He (2p++2n0).

Vrednosti atomskih radijev padajo

spreminjanje atomskihradijev v periodnemsistemu

na začetku vsakevertikale so elementi spolno le 1. ali 2. lupino e- so blizu jedra znaraščanjem glavnega

kvantnega števila,narašča število e- innjihova oddaljenost od jedra vedno večjiatomski radiji vvertikali

po horizontali efektivni naboj jedra vdesno narašča zaradidodajanja p+ atomski radiji sezmanjšujejo v desno


17/195

M I N

E R A L O G I J A


vpliv koordinacijskega številana ionski radij

CN število najbližjih sosedov

odraža širitev kationov v "pore"med sosednjimi anioni



18/195

M I N

E R A L O G I J A

Elektroni

atomskimi delci lahko obstaja le v nekaterih energijskihkonfiguracijah (Max Planck osnova kvantne teorije) energija na

atomskem nivoju obstaja v obliki diskretnih snopov in ne kot zveznispekter

zato lahko elektroni, ki obkrožajo jedro zasedejo samo določeneenergijske ravni, ki se med sabo razlikujejo za številu kvantov tikvantizirani energijski nivoji so orbitale okoli jedra atoma

vsak lupina ima določeno max število e-, ki jih lahko sprejme e- najprej zapolnjujejo lupine najbližje jedru


1. lupina lahko sprejme max 2 e-



Lupine zapolnjene z e- sozelo stabilne!


19/195

M I N

E R A L O G I J A

Elektroni (...nadaljevanje)

e- se obnašajo kot delci zlastnostmi valovanja

položaj e- v prostoru okoli jedra jeverjetnostna funkcija opredeljenas 4 kvantnimi števili n glavno kvantno število

(1, 2, 3, 4, ...)

opredeljuje energijsko raven primarneelektronske lupine (energijo e-)

l - stransko kvantno število (-1)

določa vrsto in število elektronskihpodlupin (y, p, d, f, ...) oblikoorbitale

m - magnetno kvantno število (+ l do L)

opredeljuje orientacijo in številoorbital v vsaki podlupini

s - spinsko kvantno število (+1/2 ali -1/2)

definira smer vrtenja elektrona v vsaki

orbitali


Zapolnjevanje orbital kontrolira ga Worbital

L -

M -

N -

O -

P -

Q -

Kvantna števila


20/195

M I N

E R A L O G I J A


Ioni

atomi imajo večinoma enako število p+ in e- so električno nevtralni

tekom večine naravnih dogodkov se število p+ se ne spreminja zaradi oddajanja ali sprejemanja (dodajanja) število e- se spreminja zaradi oddajanja ali sprejemanja (dodajanja)

atomi z več ali manj e- kot p+ so električno nabiti ioni kationi atomi, ki so nagnjeni k oddajanju enega ali več e- iz svojih

zunanjih lupin postanejo pozitivno nabiti običajno kovinski elementi anioni atomi, ki so nagnjeni k

sprejmanju enega ali več e- v svojezunanje lupine postanejo negativnonabiti vedno nekovinski elementi

ionizacijski potencial mera zaenergijo, ki je potrebna, da atomu (alimolekuli) odtrgamo najbolj oddaljen e-

elektronegativnost moč, s katero jedro privlači e- v svoji zunanjilupini

valenca ali oksidacijsko stanje običajna ionska konfiguracijaposameznega elementa, ki pove, koliko e- se navadno lahko odstrani

ali doda k danemu ionu


21/195




22/195

M I N

E R A L O G I J A

Ioni (...nadaljevanje)

Oksidacijska stanja ionov v kamninotvornih mineralih

oksidacijsko stanje kationov na splošno se nanaša na stolpec v periodnem sistemu večina prehodnih kovin imajo ox stanje +2 nanaša na dva e- v zunanji

orbitali


oksidacijskostanje anionov

nanaša se naštevilo e-, ki sopotrebni, da sepopolnomazapolni zunanjaorbitala

anionskeskupine tesnovezani ionskikompleksi zneto negativnimnabojem


23/195

M I N

E R A L O G I J A


Elementi

opredeljeni so s številom p+ v jedru atomsko število ali vrstnoštevilo (Z) atom poljubnega element ima lahko spremenljivo število e- in n0 glede na število p+ temeljne lastnosti elementa ostajajo nespremenjene osnova za organizacijo periodnega sistema elementov

način organiziranja elementov na podlagi fizikalnih lastnosti obenem grupira elemente z enakimi kemijskimi lastnostmi

d k l l


24/195

M I N

E R A L O G I J A


Atomsko število se povečuje od zgoraj navzdol in od leve proti desni: 1=H, 2=He, 3=Li,4=Be, ...

Elementi v stolpcih (skupine) imajo podobno konfiguracijo zunanjih e- se podobnoobnašajo.

Večina atomov bo vedno oblikovala enake vrste ionov: alkalijske kovine tvorijo +1 ione,halogeni elementi pa -1 ione.

O i d iki i l i i i i l i


25/195

M I N

E R A L O G I J A


Prehodne kovine elektronsko bolj zapletene

▫ lahko tvorijo ione z različnim nabojem: železo (Fe) Fe2+ ali Fe3+ ioni▫ višji naboj ion je bolj oksidiran kot tisti z nižjim nabojem materiali z visokim razmerjem

Fe3+ /Fe

2+ nastajajo v okolju, kjer je veliko kisika in obratno Fe

2+ je reducirano železo, Fe3+ je

oksidirano železo


26/195

O i d iki i l t i i i i l ti


27/195

M I N

E R A L O G I J A


primer: Litijvrstno # = 3število p+ = 3število n0 = 4masno # = 3 + 4 = 7

število n0 =masno # - vrstno #

To je

povprečje

vseh

izotopov!

Izotopi atomi, ki imajo enako

število p+ in različno število n0

... čeprav ima vsakelement določeno

število p+, število n0 ni fiksno!!!

Zakaj jeatomska

masa

decimalnoštevilo?



28/195

M I N

E R A L O G I J A

Izotopi atomi istega elementa, ki imajo enako število p+ in različno število n0

različni elementi imajo lahko več izotopov (2-38), od katerih so

nekateri nestabilni radioaktivni izotopi izotopi določenega elementa imajo enake kemijske lastnosti, vendar

različne mase

primer: ogljik (Z=6) ima 3 izotope z atomskimi masami 12, 13 in 14

radioaktivnost v naravi nas mora skrbeti? cca 0,01% vsega K je radioaktivni K-40 K je bistveni element v človeškem telesu človeško telo vsebuje približno

1% K, to pomeni da 70 kg oseba, ki vsebuje okoli 1x1021 atomovradioaktivnega K-40 (ena milijardo bilijonov atomov)


izotop #p #n===================C-12 6 6C-13 6 7

C-14 6 8

C-14 je radioaktivni izotop; C-12 inC-13 sta stabilna

s časom delež C-12/C-14 in C-13/C-14 narašča dokler ne zmanjka C-14(razen če C-14 nastaja na novo prikaterem od naravnih procesov)



29/195

M I N

E R A L O G I J A

Isotop Half-life Spin Parity Decay Mode(s) or Abundance

38Ti 0+

39Ti 26 ms (3/2+) EC=100, ECP+EC2P ~ 14

40Ti 50 ms 0+ EC+B+=100

41Ti 80 ms 3/2+ EC+B+=100, ECP ~ 100

42Ti 199 ms 0+ EC+B+=100

43Ti 509 ms 7/2- EC+B+=100

44Ti 63 y 0+ EC=100

45Ti 184.8 m 7/2- EC+B+=100

46Ti stable 0+ Abundance=8.01

47Ti stable 5/2- Abundance=7.3148Ti stable 0+ Abundance=73.81

49Ti stable 7/2- Abundance=5.51

50Ti stable 0+ Abundance=5.41

51Ti 5.76 m 3/2- B-=100

52Ti 1.7 m 0+ B-=100

53Ti 32.7 s (3/2)- B-=100

54Ti 0+

55Ti 320 ms (3/2-) B-=100

56Ti 160 ms 0+ B-=100, B-N=0.06 sys

57Ti 180 ms (5/2-) B-=100, B-N=0.04 sys

58Ti 0+

59Ti (5/2-) B-=?

60Ti 0+ B-=?61Ti (1/2-) B-=?, B-N=?


Izotopi Titana(Z=22)

Kemijske vezi v mineralih


30/195

M I N

E R A L O G I J A

Kemijske vezi

vsak element je sestavljen iz samo ene vrsteatomov ponavadi vezan na druge atome istega

elementa preko kemijskih vezi

tako nastanejo molekule, na pr. Cl2

spojine nastanejo, ko različni elementi kemijskoreagirajo in ustvarijo medsebojen kemijske vezi


Zakaj atomi tvorijo kemijske vezi? atomi žlahtnih plinov imajo povsem polne zunanje lupine

so zelo stabilni

to naredi žlahtne pline zelo nereaktivne običajno NE tvorijo vezi

atomi drugih elementov imajo nepopolne

zunanje elektronske lupine so nestabilni

stabilni postanejo na 2 načina: da sprejmejo ali oddajo e-

da delijo e- s tvorjenjem kemijskih vezi atomi tehelementov zapolnijo zunanje lupine postanejo stabilni



31/195

M I N

E R A L O G I J A

V mineralih se oblikujejo različne vrste vezi odvisno odvrste atomov, ki so vključeni: ionska vez nastane med kovinskimi in nekovinskimi atomi

kovalentna vez nastane med nekovinskimi atomi

kovinska vez nastane med kovinskimi atomi

van der Waals-ove vezi

vodikova vez

Kemijske vezi zajamejo e- v najbolj zunanjih lupinah

vse kemijske vezi vključujejo e- vezavne sile električne narave vezane na delce z nabojem

tvorjenje vezi vključujejo spremembe števila e- v zunanjih lupinah vrsta in jakost vezi kontrolira večino fi- in ke-lastnosti mineralov

trdota kristala, razkolnost, temperatura tališča, električna in toplotnaprevodnost, koeficient toplotnega raztezanja

močnejša vez večja trdota, višje tališče, manjši koeficient toplotnegaraztezka


Pogosto se v istemmineralu pojavljajo

različne vrste ke-vezi!

• Diamant (C) ekstremna trdota zaradi močnih električnih sil, ki povezujejo atome C• Periklaz (MgO) in halite (NaCl) imata podobno strukturo halite ima tališče pri 801°C, medtem ko

periklaz pri 2800°C vzrok so močnejše električne vezi v periklazu, ki zahtevajo več toplote za ločitevatomov (razcep vezi)



32/195

M I N

E R A L O G I J A

Ionska vez

nastane med kovinskimi innekovinskimi atomi, ki imajo

nepopolne zunanje lupine in sozato nestabilni

+ in - ioni so močno privlačijo medseboj ta elektrostatični privlak imenujemo ionska vez

e-

se prenesejo iz kovinskegaatoma na nekovinski atom zunanje lupine postanejo polne inzato stabilne (kot pri žlahtnihplinih)




33/195

M I N

E R A L O G I J A




34/195

M I N

E R A L O G I J A

Lastnosti ionskih vezi se odražajo v mineralih


močne ionske vezidržijo ione skupaj

visoka stopnja simetrije kristalne struktute

v ionski spojini je na milijone ionov pakiranih skupaj v

pravilni kubični ureditvi in povezanih z ionskimi vezmi to predstavlja ogromno 3D strukturo ionska mreža

ionska mreža „raste“ oz. se gradi, dokler so ioni narazpolago

struktura ionskege rešetke vpliva na lastnosti ionskespojine!

ionske spojine, kot je NaCl tvorijo kristali s kubičnoobliko posledica strukture ionske rešetke

visoka T tališča in vrelišča ionske spojine so trdne pri sobni T in imajo T tališča

blizu T vrenja

ionske vezi so močne in potrebne je veliko toplote, dase jih prekine

večji ionski naboji

močnejše ionske vezi

večtoplote je potrebne da se jih prekine (MgO vs. NaCl)



35/195

M I N

E R A L O G I J A

Lastnosti ionskih vezi... (... nadaljevanje)


ioni vtrdnemstanju se nemorejo

premikati

ioni vraztopini selahko

premikajo inprenašajoelektričnitok

omejena električna prevodnost kot trdne snovi, ionske spojine ne

prevaja elektrike njihovi ioni sovezani skupaj v mrežo

v tekoči obliki (staljeni) ioni selahko osvobodijo rešetke in se lahkopremikajo ioni so nabiti delci in

tako lahko prenašajo električni tok

ionske spojine so običajno topne vvodi vode molekule imajo majhenelektrični naboj lahko pritegnejoione iz rešetke v raztopino se ioniprosto premikajo in prenašajo

električni tok



36/195

M I N

E R A L O G I J A

Lastnosti ionskih vezi... (... nadaljevanje)

krhkost

ionske spojine so krhke ob udarcu se zdrobijo čeprav so ionske vezimočne! zakaj se to zgodi?

ko mrežo zadane udarec plast ionov se zamakne tako, da pridejo v stikioni z enakimi nabojem

enako nabiti ioni se odbijajo med seboj razcepijo ionsko rešetko kristal se zdrobi

srednja trdota in specifična teža slaba toplotna prevodnost

zaradi ionske stabilnosti

Jakost ionskih vezi je odvisna od

razmika med ioni (IA)

naboja ionov (IC)




37/195

M I N

E R A L O G I J A

Kovalentna vez

nekovinski elementi običajnopotrebujejo samo enega ali dva

e-, da zapolnijo svoje zunanjelupine

dva nekovinska atoma nemoreta tvoriti vezi s prenosome- od enega k drugemu

namesto tega delijo elektrone skupni e- povežejo atome skupaj to se imenuje kovalentna vez


kovalentna vez

Lastnosti kovalentnih vezi v povezavi z minerali

najmočnejše izmed vseh kemijskih vezi lastnosti netopni in zelo stabilni minerali zelo visoka T tališča in vrelišča, visoka trdoto ne prevajajo elektrike (zaradi lokalizacije e-)

imajo nizko simetrijo (zaradi usmerjene vezave)

pogoste med elementi z velikim številom praznih mest

v zunanji lupini (npr.: C, Si, Al, S)



38/195

M I N

E R A L O G I J A




39/195

M I N

E R A L O G I J A


Težnja po tvorbi ionske vs. kovalentne vezi

Ionski pari

Kovalentni pari



40/195

M I N

E R A L O G I J A

Ionske vs. kovalentne vezi

nekatere značilnosti vezi so skupne stopnjo ionske narave (izmenjava

namesto delitev e-) je mogoče oceniti napodlagi razlike v elektronegativnostielementov, ki so vključeni (sposobnostatoma, da pritegne e-)




41/195

M I N

E R A L O G I J A

Kovinska vez

nastane med kovinskimi atomi

kovine se nahajajo na levem in vcentralnem delu periodnega sistema


atomi kovin so tesno pakirani skupaj v velikansko mrežo podobnomreži v ionskih spojinah

zunanji e- se ločijo od svojih atomov in postanejo delokalizirani ustvarijo "morje e-" atomi postanejo + ioni, ki jih ti e- privlačijo

ta privlačnost se imenuje kovinska vez in je razlog, zakaj se pozitivnikovinski ioni ne odbijajo!!



42/195

M I N

E R A L O G I J A




43/195

M I N

E R A L O G I J A

Lastnosti kovinske vezi, ki vplivajo na minerale

visoka gostota kovinski ioni tvorijo rešetko, ki je bolj tesno ingosteje pakirana od rešetk v ionskih spojinah tvorijo kristale (zrna)

visoko tališče ker so kovinske vezi zelo močne je zato potrebnavelika količina energije, da jih prekinemo

dobri toplotni prevodniki prosti e- lahko sprejmejo toplotnoenergijo, zaradi česar se hitreje premikajo tako lahko prenašajoenergije skozi celotno mrežo

dobri električni prevodniki prosti e- lahko prenašajo električni naboj Ag je najboljši prevodnik elektrike Cu je šele drugi

trdnost kovine niso krhke ob udarcu plasti v rešetki samozdrsnejo ena preko druge

e- se prosto gibljejo, zato se kovinske vezi ne prekinejo

minerali so mehki, kovni in plastični

visoka stopnja simetrije neusmerjenost vezi




44/195

M I N

E R A L O G I J A

Medmolekulske vezi

molekule v kovalentnih snoveh niso povsem ločenedruga od druge obstajajo sile privlačnosti mednjimi to so medmolekulske sile


obstajajo tri glavne vrste medmolekulskih sil

van der Waalsove sile I2 molekule v jodovih kristalih

stalne dipol-dipol sile med HCl molekulami

vodikova vez med H2O molekulami v vodi

Van der Waalsove vezi

nastanejo s povezovanjem elektronskih oblakov znasprotnimi dipoli

pogosto nastopajo v bližini kovalentno vezanih elementov

nastali minerali so mehki, zelo slabi prevodniki,

imajo nizko tališče in nizko kristalno simetrijo so šibke vezi jakost narašča z velikostjo

molekul glej vrelišče elementov iz skupineVII

atomski polmer se veča v smeri navzdol zunanji e- so vedno bolj oddaljeni od jedra

manjši privlak

začasni dipol se lažje inducira



45/195

M I N

E R A L O G I J A

Medmolekulske vezi (...nadaljevanje)

Vodikova vez

elektrostatična vez med H+ ionom in anionom ali anionskim kompleksomali polariziranimi molekulami

če se H veže na N, O ali F nastane večji dipol kot pri drugih polarnihvezeh to je posledica velike elektronegativnosti teh atomov (majhniatomi z velikim nabojem)

ko se ti atomi povežejo z H e- zapustijo H ta postane rahlo pozitiven H je zelo majhen atom zato je + naboj bolj koncentriran zaradi tega

se lažje poveže z drugimi molekulami vodikova vez povzroči, da so tališča in vrelišča snovi višja kot bi

pričakovali


šibkejša od ionske ali kovalentne vezi; močnejša od van derWaals-ovih



46/195

PROPERTY IONIC BOND COVALENT BOND METALLIC BONDVAN DER WAAL’S

BOND

BONDSTRENGTH

Strong Very strongVariable strength butgenerally moderate

Weak

MECHANICALModerate to highhardness depending oninterionic distance; brittle

Great hardness; brittleLow to moderatehardness; glidingcommon; high plasticity;sectile; ductile; malleable

Crystal soft andsomewhat plastic

ELECTRICALPoor conductors in solidstate, melts and solutionsconduct by ion transport

Insulators in solid stateGood conductors;conduction by electrontransport

Insulators in both solidand liquid state

THERMAL(melting point,

coefficient ofthermalexpansion)

Moderate to high MPdepending on interionic

distance; low coefficientof thermal expansion

High MP, low coefficient

of thermal expansion

Variable MP and

coefficient of thermalexpansion

Low MP, high

coefficient of thermalexpansion

SOLUBILITY Soluble in polar solvents Very low solubilitiesInsoluble except in acidsor alkalis by chemicalreaction

Soluble in organicsolvents to yieldsolutions

STRUCTURAL

Non-directed; givesstructure of highcoordination and

symmetry

Highly directional; givesstructures of lowercoordination and

symmetry

Non-directed; givesstructures of very highcoordination and

symmetry

Non-directed;symmetry low becauseof shape of molecules

EXAMPLES

Halite (NaCl)

Calcite (CaCO3)

Fluorite (CaF2)

Most minerals

Diamond (C)

Sphalerite (ZnS)

O2 molecules

Graphite (C)

Organic molecules

Copper (Cu)

Silver (Ag)

Gold (Au)

Most metals

Iodine (I2)

Organic compounds

e js e e e a

M I N

E R A L O G I J A

Večin mineralov je pretežno ionsko vezanih mnogi minerali imajo mešane vezi skovalentnimi in ionskimi komponentami!



47/195


j

vezi v mineralih

Grafit kovalentno vezani

lističi C so šibko povezani zvan der Waals-ovimi vezmi

Sljude plasti močnovezanih Si-tetraedrov(mešane kovalentne in

ionske vezi) so med sebojpovezane s šibkimi ionskimiin vodikovimi vezmi

Razkolnost razkolnerazpoke pogosto sovpadajoz ravninami s šibkimi

ionskimi vezmi v sicer tesnovezani atomski strukturi

Pomen multiplih kemijskih

Spremenljivost kemične sestave mineralov


48/195


Trdne raztopine

le izjemoma so minerali čiste ke-spojine daltonidne spojine, kjerso deleži elementov v ke-formuli cela števila

večina naravnih mineralov ima spremenljivo ke-sestavo njihovake-sestava je vmes med dvema končnima členoma, ki sta zastopanaz daltonidno formulo taki minerali predstavljajo trdno raztopino

spremenljivost ke-sestave je posledica nadomeščanja v kristalni strukturi posamezna atomska mesta lahko zasedeta dva ali več različnih ionov aliionskih supin v spremenljivih deležih substitucija

skoraj vsi minerali so sposobni tolerirati določene variacije v kemičnisestavi (nekateri več, drugi manj)

variacije v ke-sestavi močno vplivajo na stabilnost in obnašanje minerala

ločimo popolno ali zvezno trdno raztopino

neomejena izmenjava možne so vse vmesne ke-sestave med dvema končnima členoma (olivin)

nepopolno ali nezvezno (omejeno) trdno raztopino

omejena izmenjava

možne so le določene ke-sestave (kalcit - magnezit)

p j



49/195


Dejavniki, ki določajo obseg trdne raztopine podobnost ionskih radijev

razlika v velikosti ionov mora biti 30% zelo redka substitucija

naboj udeleženih ionov zagotovljena mora biti elektrostatska nevtralnost (Mg2+-Fe2+, Al3+-Si4+)

T pri kateri poteka substitucija

kristalna rešetka je bolj fleksibilna in atomska mesta so večja pri višjih T(večja termična vibracija celotne strukture)

ko se T zniža lahko nastanejo izločnine (eksolucije)

primer: substitucija K in Na v glinencih (ortoklaz in albit)

razlika v velikosti ionov je okoli 25%

popolna trdna raztopina pri visokih T

omejena trdna raztopina pri nizki T nastanejo eksolucije Ab v Or

p j



50/195


p j



51/195


Pogosta nadomeščanja v strukturi naravnih minralov

p j



52/195


Vrste trdnih raztopin

substitucijska trdna raztopina

enostavna kationska ali anionska substitucija

ioni z enakim nabojem in podobnim radijem se vstrukturi nadomeščajo v vseh razmerjih

primeri: olivin (Mg,Fe)2SiO4; sfalerit (Fe,Zn)S

p j

Izolirani [SiO4] tetraedri,izmenično obrnjeni

navzgor/navzdol, so nanizani v llnize vzdolž c-osi. Vežejo jih Mg in

Fe ioni na oktaedrskokoordiniranih mestih (M-kationi):M1 in M2. Pri Δ P in T, tetraedri

ostajajo nespremenjeni, M1 in M2mesta pa se lahko širijo in krčijoin njihove relativne velikosti se Δ.

M2 mesta so večja in boljfleksibilna kot M1. V monticellitu

(CaMgSiO4), mesto M2 zaseda Ca.

forsterit

Mg2SiO4Fo100Fa0

fajalit

Fe2SiO4Fo0Fa100

olivin(Mg,Fe)2SiO4Mg2-xFexSiO4

Mg1.81Fe0.19SiO4Fo90.5Fa9.5

M kationska mesta zasedabodisi Mg ali Fe. V idealnem

primeru sta Mg in Fenaključno porazdeljena.Verjetnost da bo mestozasedel Mg/Fe je enaka

molskemu deležu Mg/Fe vsistemu.

na pr.: v Fo40Fa60, ima vsakomesto 40% možnosti, da gazasede Mg in 60% možnosti,

da ga zasede Fe.



53/195


Vrste trdnih raztopin

substitucijska trdna raztopina (...nadaljevanje)

vezana substitucija

medsebojno nadomeščanje kationov zrazličnimi naboji

ohranitev elektrostatske nevtralnosti potrebni sta dve vezani substituciji

nadomeščanje zajame različna mesta vkristalni strukturi

primer: plagioklazi

albit: NaAlSi3O8 in anortit: CaAl2Si2O8 Al3++Ca2+ = Si4++Na+ elektrostatska

nevtralnost se ohrani (5+=5+)

Al in Si se zamenjata na tetraedrskihmestih, Na in Ca pa na oktaedrskih mestih

nadomeščanje kahko zajeme tudi ista mesta v strukturi primer: korund (Al203)

Fe2+ in Ti4+ nadomestita 2Al3+ nastane safir

Cr3+ nadomesti Al3+ nastane rubin

oba elementa sta na oktaedrskih mestih

pri vezani substituciji lahko sodeluje tudi par kation-anion

primer: rogovača Fe2+ in OH- zamenjata za Fe3+ in O2-



54/195


Vrste trdnih raztopin (...nadaljevanje)

intersticijska trdna raztopina

kationi ali molekule zasedajo intersticije znotraj

mineralov (praznine v strukturi, ki so običajnonezasedene) in spremenijo ke-sestavo spojine

primeri:

beril (Be3Al2Si6O18)

Al3+ zamenja za Si v tetraedričnih mestih uravnoteženo s substitucijo K+, Rb+ in Cs+ v prazninah

s Cr substitucijo nastane smaragd, druge substitucijeustvarijo akvamarin (modro zelena oblika smaragda)

trdna raztopina med tridimitom (SiO2) in nefelinom(NaAlSiO4) Na zasede praznine, Al pa nadomeščaSi v strukturi

ru & ze ... (SiO4)-4vij ... Bemo ... Al+3 v prazninah

elektrostatično nevtralnostzagotavlja substitucija v

praznini

Al, Be

zamenjavaza Si

substitucijska vs. intersticijska trdna raztopina



55/195


Vrste trdnih raztopin (...nadaljevanje)

opustitvena trdna raztopina

kemijska sprememba spojine je posledica izpuščanja kationov iz mest, ki

so običajno zasedena kation z višjim nabojem zamenja za dva ali več kationov z nižjim nabojem zasede pa samo eno mesto nastanejo praznine: K++K+Pb2++□

primer: pirotin (Fe(1-x)S; x=0-0.2) trdna raztopina med FeS in Fe7S8

elektrostatsko nevtralnost omogoča spremba oksidacijskega stanjakationov iz skupine prehodnih kovin (na pr.: Fe2+ preide v Fe3+) dva feri

Fe3+ iona uravnotežita naboj za vsake tri izpiščene fero Fe2+ ione

14Fe2+ = 8 Fe2+ + 4 Fe3+ + 2□

28+ = 28+

14 sites = 14 sites

Izločnine ali eksolucije


56/195


dva ioni z zelo različno velikostjo se v kristalni strukturi lahko leomejeno nadomeščata višja T nadomeščanje močno izboljša struktura minerala se širi vibracijske amplitude atomov so večje prej zelo različna strukturna mesta postanejo bolj podobna in

„nerazpoznavna“ za različne katione kationska substitucija povzroči „motnje“ v ke-sestavi vsa mesta v

kristalni strukturi imajo lahko približno enako ke-sestavo Na+ (r=1.18 Å) in K+ (r=1,51 Å)

visoka T (1000°C) popolna trdna raztopina (Nain K se popolnoma nadomeščata)

nizka T omejena TR (omejeno nadomeščanje)

homogen visoko-T mineral, ki vsebujekatione zelo različnih velikosti, ohladimo

nastanejo eksolucije ali izločnine prej homogena trdna raztopina se loči na dva

(ali morda več) različna minerala brez da bisistemu dodali ali odvzeli material razpadtrdne raztopine

to pomeni, da se sestava celotnega sistema(„bulk composition“) ne spremeni



57/195


izločnine, ki nastanejo iz prvotno homogenega minerala zaradirazpada trdne raztopine kot posledica znižanja T, pravilomakažejo jasno kristalografsko orientacijo alkalni glinenci, pirokseni, amfiboli, Fe-oksidi

poimenovanje

izločnine Ab v Or pertit izločnine Ab v Mc mikroklinpertit izločnine Or v Ab antipertit

hitrost ohlajanja določa velikost eksolucij pertit makroskopsko vidne izločnine mikropertit izločnine vidne pod mikroskopom kriptopertiti izločnine vidne na submikroskopskem nivou (XRF tehnike)



58/195

M I N

E R A L O G I J A

nastanek izločnin enostavnopojasnimo s (T-X) faznimdiagramom

os (x) spreminjanje sestavemed dvema izostrukturnimakončnima členoma (mol.%)

os (y) T

razlika v ionskem radiju >

20% trdna raztopina jeomejena pri nizkih T inpopolna pri visokih T

vrzel („miscibility gap“ - MG) T območje, v katerem seobseg trdne raztopine z

nižanjem T postopnozmanjšuje v temobmočju za določena sestavnarazmerja raje obstajata dvaminerala namesto enegahomogenega



59/195


sistem počasi! ohlajamo



60/195





61/195





62/195

M I

N E R A L O G I J A

nad MG struktura v

visoko-W stanju omogoča enostavno

namestitev K in Na naista atomska mesta

ta dva naključnozasedata različnakationska mesta v

strukturi



63/195

M I

N E R A L O G I J A

nad MG struktura v




strukturi



64/195

M I

N E R A L O G I J A

nad MG struktura v




strukturi



65/195


nad MG struktura v




strukturi



66/195


nad MG struktura v




strukturi



67/195


nad MG struktura v




strukturi



68/195


nad MG struktura v




strukturi



69/195


nad MG struktura v




strukturi



70/195


nad MG struktura v




strukturi



71/195


nad MG struktura v




strukturi



72/195


nad MG struktura v




strukturi



73/195


nad MG struktura v




strukturi



74/195


nad MG struktura v

visoko-W stanju omogoča enostavnonamestitev K in Na naista atomska mesta


strukturi



75/195


pri določeni T struktura ne more več vzdrževati

popolne trdne raztopine difuzija enih in drugihkationov ustvari ločene

regije Ab oz. Or razpad trdne raztopine sprva homogen

mineral se loči v 2 ke-različna minerala



76/195


MG se z nižanjem T širi



77/195





78/195





79/195


ti procesi ločevanjapotekjo v trdnem stanju

T-X diagram, ki

prikazuje zaporedjedogodkov imenujemo

subsolidus faznidiagram



80/195




81/195




82/195




83/195




84/195




85/195




86/195




87/195




88/195




89/195




90/195




91/195




92/195




93/195




94/195

M

I N E R A L O G I J A



95/195

M




96/195

M




97/195

M




98/195

M


izločnine lahko nastanejo tudi kot posledica spremembe drugih



99/195

M


izločnine lahko nastanejo tudi kot posledica spremembe drugihfi-ke parametrov v sistemu na pr. znižanja tlaka


100/195

Rezultati kvantitativnih kemičnih analiz

Izračun mineralne formule


101/195

M


Rezultati kvantitativnih kemičnih analiz kvantitativna kemična analiza osnovne informacije o atomski

formuli minerala

kemične analize so običajno podane v ut.% elementov ali oksidov seznam elementov, ki so prisotni in njihove koncentracije

nobene informacije o tem, kako elementi ali ioni nastopajo v strukturimineralov

seštevek kvantitativne analize v ut.% 100% manjša odstopanja soposledica kumilativnih majhnih napak, ki so del analitskega postopka

za izračun mineralne formule moramo ut.% pretvoriti v atomske(at.%) oziroma molekularne odstotke (mol.%)

ionski kompleksi pomembnejših kationov SiO2, TiO2 (+4)

Al2O3, Cr2O3, Fe2O3

(+3) MgO, MnO, FeO, CaO (+2)

Na2O, K2O, H2O (+1)

za minerale, ki tvorijo trdne raztopine, izračunamo tudi deležekončnih členov

Izračun mineralne formule halkopirita (CuFeS2)



102/195

M



(1)...ut.% elementov dobimo iz ke-analize

(1)ut.%

(2)atomska

masa

(3)atomski

deleži

(4)atomska

razmerja

Cu 34.30

Fe 30.59

S 34.82

Total 99.71




103/195

M




(2)...atomska masa dobimo iz periodnega sistema

(1)ut.%

(2)atomska

masa

(3)atomski

deleži

(4)atomska

razmerja

Cu 34.30

Fe 30.59

S 34.82

Total 99.71




104/195

M





(1)ut.%

(2)atomska

masa

(3)atomski

deleži

(4)atomska

razmerja

Cu 34.30 63.54

Fe 30.59 55.84

S 34.82 32.06

Total 99.71




105/195

M





(3)...relativni atomski deleži (1)/(2)

(1)ut.%

(2)atomska

masa

(3)atomski

deleži

(4)atomska

razmerjaCu 34.30 63.54

Fe 30.59 55.84

S 34.82 32.06

Total 99.71




106/195

M





(3)...relativni atomski deleži (1)/(2)

(1)ut.%

(2)atomska

masa

(3)atomski

deleži

(4)atomska

razmerjaCu 34.30 63.54 0.53973

Fe 30.59 55.84 0.54772

S 34.82 32.06 1.08575

Total 99.71




107/195

M





(3)...relativni atomski deleži (1)/(2) (4)...atomska razmerja (3)/0.53973 (min vrednost v stolpcu 3)

(1)ut.%

(2)atomska

masa

(3)atomski

deleži

(4)atomska

razmerjaCu 34.30 63.54 0.53973

Fe 30.59 55.84 0.54772

S 34.82 32.06 1.08575

Total 99.71




108/195

M





(3)...relativni atomski deleži (1)/(2) (4)...atomska razmerja (3)/0.53973 (min vrednost v stolpcu 3)

Cu:Fe:S = 1:1:2

kemijska formula: CuFeS2

(1)ut.%

(2)atomska

masa

(3)atomski

deleži

(4)atomska

razmerjaCu 34.30 63.54 0.53973 1

Fe 30.59 55.84 0.54772 1

S 34.82 32.06 1.08575 2

Total 99.71

Izračun ut.% iz mineralne formule halkopirita (CuFeS2)



109/195

M


aču ut % e a e o u e a op ta (Cu eS2)

(1)atomska

masa

(2)ut.%

izračunani

(3)ut.%

izmerjeniCu

Fe

S (2x)

Total




110/195

M


p ( 2)


(1)atomska

masa

(2)ut.%

izračunani

(3)ut.%

izmerjeniCu

Fe

S (2x)

Total




111/195

M


p ( 2)


(1)atomska

masa

(2)ut.%

izračunani

(3)ut.%

izmerjeniCu 63.54

Fe 55.84

S (2x) 32.06*2

Total 183.50




112/195

M


p ( 2)


(2)...ut.% elementov (1)/Total*100%

(1)atomska

masa

(2)ut.%

izračunani

(3)ut.%

izmerjeniCu 63.54

Fe 55.84

S (2x) 32.06*2

Total 183.50




113/195

M


p ( 2)



(1)atomska

masa

(2)ut.%

izračunani

(3)ut.%

izmerjeniCu 63.54 34.63

Fe 55.84 30.43

S (2x) 32.06*2 34.94

Total 183.50 100.00




114/195

M


p ( 2)



(3)...ut.% elementov izmerjene vrednosti it prejšnje naloge

(1)atomska

masa

(2)ut.%

izračunani

(3)ut.%

izmerjeniCu 63.54 34.63

Fe 55.84 30.43

S (2x) 32.06*2 34.94

Total 183.50 100.00




115/195

M


2


(2)...ut.% elementov (izračunani) (1)/Total*100% (3)...ut.% elementov (izmerjeni) izmerjene vrednosti iz prejšnje

naloge

razlika med izračunanimi in izmerjenimi vrednostmi za ut.% majhna eksperimentalna napaka

(1)atomska

masa

(2)ut.%

izračunani

(3)ut.%

izmerjeniCu 63.54 34.63 34.30

Fe 55.84 30.43 30.59

S (2x) 32.06*2 34.94 34.82

Total 183.50 100.00 99.71

Izračun mineralne formule sfalerita (ZnS) in troilita (FeS)



116/195

M


(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00




117/195

M


atomske mase: Fe (55.84), Mn (54.93), Cd (112.4), Zn (65.40), S (32.06)

(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00

atomski deleži (ut.%/at.masa)

Fe

Mn

Cd

Zn

S




118/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137




119/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S




120/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1




121/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1

1.027




122/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1

1.0271.027




123/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1

1.0271.027 1.032 1.060




124/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1

razmerje (Zn + Fe + Mn + CD):S je konstantno v sfaleritu in troilitu 1:1

1.027 1.032 1.060




125/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1

Formule ZnS FeS

1.027 1.032 1.060




126/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1

Formule ZnS FeS

1.027 1.032 1.060

(4) skupna vsebnost kationov: 1.060 Fe=0.327/1.060*100%=30.8%




127/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1

Formule ZnS (Zn0.644Fe0.308Mn0.045Cd0.002)S FeS

(4) skupna vsebnost kationov: 1.060 Fe=0.327/1.060*100%=30.8%

1.027 1.032 1.060


128/195




129/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1

Formule ZnS (Zn0.997Fe0.003)S (Zn0.851Fe0.138Cd0.011)S (Zn0.644Fe0.308Mn0.045Cd0.002)S FeS

Zn in Fe sta glavni spremenljivki porazdelitev glavnih kationov Cd in Mn zanemarimo

(Fe+Zn)=1.010

Fe vs. Zn (%)

0.327/1.010*100%=32.4%

1.027 1.032 1.060


130/195




131/195

M



(1)ut.%

(2)ut.%

(3)ut.%

(4)ut.%

(5)ut.%

Fe 0.00 0.15 7.99 18.25 63.53

Mn 0.00 0.00 0.00 2.66 0.00

Cd 0.00 0.00 1.23 0.28 0.00

Zn 67.10 66.98 57.38 44.67 0.00

S 32.90 32.78 32.99 33.57 36.47

Total 100.00 99.91 99.59 99.43 100.00


Fe 0.000 0.003 0.143 0.327 1.137

Mn 0.000 0.000 0.000 0.048 0.000

Cd 0.000 0.000 0.011 0.002 0.000

Zn 1.026 1.024 0.878 0.683 0.000

S 1.026 1.022 1.029 1.047 1.137

(Zn+Fe+Mn+Cd):S 1:1 1:1 1:1 1:1 1:1

Formule ZnS (Zn0.997Fe0.003)S (Zn0.851Fe0.138Cd0.011)S (Zn0.644Fe0.308Mn0.045Cd0.002)S FeS

Fe:Zn 0:100 0.3:99.7 14.0:86.0 32.4:67.6 100:0

1.027 1.032 1.060

Sestava sfalerita se spreminja od čistega ZnS do (Zn0.68Fe0.32)S.

Troilit (FeS) ne vsebuje Zn

najdemo ga le v meteoritih

spojina s stalno sestavo!


132/195

večina mineralov (silikati, oksidi, karbonati, fosfati, sulfati...) sospojine ki vsebujejo velike količine kisika



133/195

M


spojine, ki vsebujejo velike količine kisika po dogovoru se analize teh mineralov podajajo kot odstotek oksidov in

ne kot odstotek elementov izvedemo zelo podoben postopek preračuna z oksidnimi

komponentami določimo molekulske deleže oksidov (namestoatomskih razmerjih elementov)

Izračun mineralne formule sadre

(1)...ut.% oksidov dobimo iz ke-analize

(2)...molekulska masa iz periodnega sistema (Ca=40.07, S=32.06, H=1.007, O=15.99)

(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži

(4)molekulskarazmerja

CaO 32.44

SO3 46.61

H2O 20.74

Total 99.79




134/195

M








(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


CaO 32.44 56.08

SO3 46.61 80.06

H2O 20.74 18.00

Total 99.79




135/195

M








(3)...relativni molekulski deleži (1)/(2)

(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


CaO 32.44 56.08

SO3 46.61 80.06

H2O 20.74 18.00

Total 99.79




136/195

M









(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


CaO 32.44 56.08 0.57846

SO3 46.61 80.06 0.58219

H2O 20.74 18.00 1.15222

Total 99.79




137/195

M









(4)...molekulska razmerja (3)/0.57846 (min vrednost v stolpcu 3)

(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


CaO 32.44 56.08 0.57846

SO3 46.61 80.06 0.58219

H2O 20.74 18.00 1.15222

Total 99.79




138/195

M









(4)...molekulska razmerja (3)/0.57846 (min vrednost v stolpcu 3)

(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


CaO 32.44 56.08 0.57846 1

SO3 46.61 80.06 0.58219 1

H2O 20.74 18.00 1.15222 2

Total 99.79

CaO:SO3:H20 =1:1:2CaO·SO3·2H2OCaSO4·2H2O

Izračun mineralne formule olivina (Mg,Fe)2SiO4



139/195

M


(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži

(4) (5) (6)preračun

na

4 kisike

(7)atomskarazmerja

atomski deleži

kationov kisikov

SiO2 34.96

FeO 36.77

MnO 0.52

MgO 27.04

Total 99.29




140/195

M


(1)-(3)...enak postopek kot prej

(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


na

4 kisike

(7)atomskarazmerja

atomski deleži

kationov kisikov

SiO2 34.96

FeO 36.77

MnO 0.52

MgO 27.04

Total 99.29




141/195

M



(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


na

4 kisike

(7)atomskarazmerja

atomski deleži

kationov kisikov

SiO2 34.96 60.09 0.58179

FeO 36.77 71.85 0.51176

MnO 0.52 70.94 0.00733

MgO 27.04 40.31 0.67080

Total 99.29



( ) (2) (3) ( ) ( ) ( ) ( )


142/195

M



(4)...atomski deleži atomov kovin so enaki kot v (3) 1 molekula SiO2 prispeva 1Si in 1 molekula FeO prispeva 1Fe

(1)ut.%

(2)molekulska

masa

(3)molekulski

deleži


na

4 kisike

(7)atomskarazmerja

atomski deleži

kationov kisikov

SiO2 34.96 60.09 0.58179 Si

FeO 36.77 71.85 0.51176 Fe2+

MnO 0.52 70.94 0.00733 Mn

MgO 27.04 40.

Documents

Kristalna in mineralna kemija