第十六讲氧化物与氢氧化物

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1、1地地 球球 科科 学学 学学 院院地地 质质 学学 系系（石英晶簇）（石英晶簇）2第四部分 矿物学各论 第一章 自然元素大类 第二章 硫化物及其类似化合物大类 第三章 氧化物和氢氧化物大类 第四章 含氧盐大类 第五章 卤化物大类http:/ 矿物学数据库http:/www.crystalstar.org 中国地质大学晶星晶体结构网http:/www.minsocam.org 美国矿物学会主页3第十六讲第十六讲 矿物学各论矿物学各论三、氧化物和氢氧化物大类三、氧化物和氢氧化物大类4（一）概述（一）概述 氧化物和氢氧化物矿物是一系列氧化物和氢氧化物矿物是一系列金属阳离子与金属阳离子与O2-或或O

2、H-相结合的化合物相结合的化合物。这类矿物的种数约在。这类矿物的种数约在200种左右。它种左右。它们占地壳总重量的们占地壳总重量的17%左右，其中石英族矿物就占了左右，其中石英族矿物就占了12.6%，而铁的氧化物和氢氧化物占了，而铁的氧化物和氢氧化物占了3.9%。 由于氧是地壳中分布量最多的元素，因而与氧直接有由于氧是地壳中分布量最多的元素，因而与氧直接有关的氧化物和氢氧化物，特别是石英、磁铁矿、钛铁矿等关的氧化物和氢氧化物，特别是石英、磁铁矿、钛铁矿等氧化物在地壳中广泛产出。它们中有些是氧化物在地壳中广泛产出。它们中有些是主要造岩矿物主要造岩矿物，如最常见的如最常见的石英石英；有的是工业上提

3、取；有的是工业上提取特种金属和稀有金属特种金属和稀有金属的主要矿物原料的主要矿物原料；有些矿物的晶体可直接为工业所利用，；有些矿物的晶体可直接为工业所利用，如因硬度高而作仪表轴承或研磨材料的如因硬度高而作仪表轴承或研磨材料的刚玉刚玉，以及因具压，以及因具压电性而用于无线电工业的电性而用于无线电工业的石英晶体石英晶体水晶。水晶。 5（二）化学成分特点 阳离子主要是惰性气体型离子(如Si、Al等)和靠近惰性气体型离子一边的过渡型离子(如Fe、Mn、Ti、Cr等), 及少量铜型离子(如Cu、Sb、Bi、Sn等) 。此外，在少数氧化物中还含有水分子。 本大类按阴离子可分为两类：氧化物类和氢氧化物类；

4、本大类矿物成分中的类质同象替代现象比较广泛，在成分复杂的铌钽氧化物中类质同象尤为发育，化学性质相近的元素经常成组出现于同一矿物中。这一特点，对稀有、放射性元素的综合利用具有重大意义。6 氧化物矿物中类质同象代替广泛，阳离子的主要类质同象如下：等价类质同象系列有：（1）Ca、Sr、Ba；（2）Mg、Fe、Mn；（3）Al、Cr、V、Fe2+、Mn3+； （4）La、Ce、Y；（5）Zr、Hf；（6）Ce、Th；（7）Th、U；（8）Mo、W，其中，Mg、Fe、Mn；La、Ce；Nb、Ta可形成完全类质同象。导价类质同象系列有：（1）Na+、Ca2+、Y3+、Ce3+；（2）Li*、Al；（3）F

5、e2+、Sc3+；（4）Ca、Ce3+；（5）Fe2+、Ti4+；（6）Fe3+、Ti4+；（7）Fe3+、Nb5+；（8）Ti4+、Nb5+；（9）Sn4+、Nb5+。 7O2-和和(OH)-离子不仅离子不仅半径较大半径较大，其，其电负性电负性与其它阴离子与其它阴离子相比也是相比也是较大较大的的(3.5)，而，而阳离子的电负性阳离子的电负性与其它阳与其它阳离子相比又是离子相比又是较低较低的，的，半径也是较小半径也是较小的；的； O2-和和(OH)-离子的离子的变形性并不大变形性并不大，而阴阳离子间的，而阴阳离子间的电负性电负性差值差值和半径差值多数是和半径差值多数是较大较大的，少数矿物的差值

6、较的，少数矿物的差值较小，这些因素直接小，这些因素直接影响矿物的物性影响矿物的物性。 在氧化物类中，可根据阳离子种类的多少分为在氧化物类中，可根据阳离子种类的多少分为简单氧化物和复杂氧化物简单氧化物和复杂氧化物。只有一种金属阳离子，则为简单氧化物；若含有两种及以上则为复杂氧化物，如磁铁矿和铬铁矿（不包含类质同象，两种阳离子，各自占据晶格）8（三）晶体化学特征及其与物性的关系（三）晶体化学特征及其与物性的关系 阳离子，特别是阳离子，特别是惰性气体型离子惰性气体型离子的电负性很低，因而两者的差值的电负性很低，因而两者的差值较大，一般在较大，一般在2左右，且左右，且O2-的变形性不大的变形性不大，所

7、以具惰性气体型阳离子，所以具惰性气体型阳离子的氧化物以的氧化物以离子键为主离子键为主，形成具离子晶格特征的，形成具离子晶格特征的玻璃光泽、透明、条玻璃光泽、透明、条痕白色或无色的矿物痕白色或无色的矿物，如，如Al2O3和和SiO2；但若阳离子的；但若阳离子的离子电位很高离子电位很高时，化学键则又可时，化学键则又可具有向共价键过渡具有向共价键过渡的性质；的性质； 对于对于过渡型离子过渡型离子，特别是，特别是Fe和和Mn，由于具有一定的，由于具有一定的极化能力极化能力和相和相当的当的金属性金属性以及以及呈色能力呈色能力，决定了其与，决定了其与O-2结合的键性以结合的键性以金属键金属键为主，为主，矿

8、物矿物呈现一定的颜色，金属光泽，条痕黑色或深彩色，不透明呈现一定的颜色，金属光泽，条痕黑色或深彩色，不透明； 由于由于Ti4+的电子层结构属的电子层结构属惰性气体型离子惰性气体型离子，因而其性质更加，因而其性质更加靠近靠近惰性气体型离子惰性气体型离子，因而其氧化物，因而其氧化物TiO2（金红石）的键性明显地向共价（金红石）的键性明显地向共价键过渡键过渡，矿物具，矿物具红褐色调，金刚光泽，条痕浅黄褐色，半透明红褐色调，金刚光泽，条痕浅黄褐色，半透明； 对于对于铜型离子铜型离子，如，如Sn4+，它具有，它具有较强的极化力较强的极化力，且与，且与O-2的电负的电负性差值在性差值在1以上，以上，离子电

9、位也较高离子电位也较高，因此，因此，SnO2以以离子键为主离子键为主，具有，具有向向共价键过渡共价键过渡的性质；的性质； 9 由于由于O-2的半径（的半径（1.32A）远大于）远大于和它相结合的和它相结合的阳离子阳离子，因此绝大多数氧化物的晶体构造是，因此绝大多数氧化物的晶体构造是O2-作等大球体最紧密作等大球体最紧密堆积堆积(立方或六方立方或六方)，阳离子阳离子则位于则位于O2-形成的八面体或四面形成的八面体或四面体空隙中，体空隙中，配位数分别为配位数分别为6和和4，因此，因此构造都比较紧密构造都比较紧密；其；其次，多数氧化物，尤其是次，多数氧化物，尤其是惰性气体型阳离子氧化物离子电惰性气体

10、型阳离子氧化物离子电位都比较高，各向联结力都很强位都比较高，各向联结力都很强。因此，氧化物类矿物的。因此，氧化物类矿物的硬度均大于或近于小刀，比重也普遍偏大硬度均大于或近于小刀，比重也普遍偏大，多数在，多数在4以上，以上，解理也普遍不发育解理也普遍不发育10阳离子的配位数 配位数为4的有：Be、Mg、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Zn2+、Cu2+、Fe3+； 配位数为6的有：Mg2+、Fe2+、Mn2+、Ni2+、Al、Fe3+、Cr3+、V3+、Ti4+、Zr4+、SB4+、Ta5+、Nb5+； 配位数为8的有：Zr4+、Th4+、U4+ 配位数为12的有： Ca2+、Na+、Y3+、Ce

11、3+、La3+11 对于对于氢氧化物类氢氧化物类，由于阴离子主要为，由于阴离子主要为OH和和O，此外还，此外还常含常含中性水分子中性水分子，因而它的，因而它的键力比氧要弱得多键力比氧要弱得多，而，而OH-离子离子比比O2-更大，使更大，使OH-相邻阳离子的距离增大，从而使本类中较相邻阳离子的距离增大，从而使本类中较多的矿物具有多的矿物具有氢键和氢氧键氢键和氢氧键，结构中，结构中质点堆积的紧密程度下质点堆积的紧密程度下降降，主要形成，主要形成层状和链状结构层状和链状结构。层状结构的构造是由两层。层状结构的构造是由两层OH-或或O2-离子，中间夹一层阳离子形成离子，中间夹一层阳离子形成比较牢固的所