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金刚光泽 半金属光泽 解理

{110}中等 无解理 {110}完全 硬度 大 大

隐晶质小，单晶体大

5.如何识别石英中的道芬双晶和巴西双晶？

答：道芬双晶和巴西双晶是石英的两种常见双晶，在外形上非常相似，我们可以通过下面几种方法区别它们：

1）三方偏方面体晶面 如果该面绕c轴每隔60o出现一次，该双晶为道芬双晶；如果两个该面呈左右镜像对称关系，该双晶应为巴西双晶。

2）双晶缝合线 巴西双晶的缝合线一般是折线；而道芬双晶的缝合线是弯曲、复杂的线。 3）蚀像 在缝合线两侧的同一柱面上，蚀像方向相反，可以用L2联系，则为道芬双晶；两边的蚀坑可以通过对称面联系，则为巴西双晶。

6.赤铁矿和钛铁矿均属刚玉型结构，为什么两者对称型不同？

答：赤铁矿和钛铁矿均属于刚玉结构，但赤铁矿（Fe2O3）的阳离子只有Fe3+，而钛铁矿（FeTiO3）的阳离子有两种Fe2+和Ti4+，这两种离子在赤铁矿中Fe3+的位置上相间分布，使结构中本应对称的位置变得不对称了，从而导致钛铁矿的对称程度比赤铁矿低。

7.赤铜矿晶体结构中，虽然O2-分布于晶胞角顶和中心，但不是体心格子，为什么？赤铜矿晶体结构中，O2-是否为最紧密堆积？为什么？

答：在赤铜矿晶胞中，角顶上的O2-与中心的O2-不是相当点（它们的配位多面体的方向不一致，即环境不同），因此，赤铜矿的空间格子只能是立方原始格子。该结构中的O2-也不是最紧密堆积。因为最紧密堆积只有两种基本堆积形式：立方最紧密堆积和六方最紧密堆积。因为赤铜矿为等轴晶系，因此与赤铜矿可能对应的只能是立方最紧密堆积，但立方最紧密堆积要求同种质点分布在角顶和面的中心。赤铜矿中的O2-不能满足该条件，因此它不是最紧密堆积。

8.三水铝石与刚玉的晶体结构间有什么异同？

答：三水铝石（Al（OH）3）的结构与水镁石的结构近似，由两层OH-离子作最紧密堆积，Al3+充填其中的2/3的八面体空隙，从而构成一层稳定的结构单元层。这些结构单元层之间通过氢键相连接。而刚玉晶体（Al2O3）是由O2-作六方最紧密堆积，Al3+充填其中2/3的八面体空隙，构成一个稳定的结构。单从两层氧离子堆积及铝离子充填的情况来看，刚玉结构与三水铝石的结构单元层是一样的，但刚玉并不是层状结构并不存在这样的结构单元层。 9.如何区别金红石和锡石；钛铁矿、铬铁矿和磁铁矿？

答：金红石和锡石肉眼鉴定的区别在于它们的解理和相对密度的差异：金红石有{110}方向的中等-完全解理，而锡石没有解理；金红石的比重为4.4，而锡石的比重为6.8-7.0。

钛铁矿、铬铁矿和磁铁矿的区别在于：首先，钛铁矿晶形为板状、厚板状，与等轴晶系的磁铁矿和铬铁矿的晶形不同。在磁性方面钛铁矿为弱磁性，虽然与铬铁矿相似，但与磁铁矿的强磁性区别明显。钛铁矿的条痕黑色，这与磁铁矿的条痕近似，但与铬铁矿的棕色条痕比较容易区分。

10.何为细分散多矿物集合体？举例说明。

答：细分散矿物集合体是指由多种结晶颗粒细小的矿物，以某一种或几种矿物为主，伴有其它一些种类的矿物混合在一起组成的集合体。它不是一种矿物，而是一种混合物。例如：铝土矿，并不是一个矿物种，而是以极细的三水铝石、一水硬铝石或一水软铝石为主要组分，并包括数量不等的高岭石、蛋白石、赤铁矿、针铁矿等而成的混合物。它就是一种细分散矿物集合体。

第二十一章 习题

1.用鲍林法则说明：在硅酸盐中，［SiO4］—［SiO4］四面体只能共角顶联结，不能共棱、共面联结。

答：这种现象可以用鲍林法则第3条进行解释。第3法则表述为：在配位结构中，两个阴离子多面体以共棱，特别是共面的方式存在时，结构的稳定性便降低。对于高电价，低配位数的阳离子来说，这个效应尤为明显。硅酸盐中，Si4+为高电价，低配位数的阳离子，因此在硅酸盐中，［SiO4］—［SiO4］四面体只能共角顶联结，不能共棱、共面联结。 2.在硅酸盐中，Si—O键的性质既有离子键性又有共价键性，分别解释为什么？ 答：判断化合物中的化学键的离子键或共价键性质，一般是用离子键模型和共价键模型去描述化学键的特点。如果符合离子键模型，则可以判断其键性为离子键，如果符合共价键模型，则可判断其键性为共价键。

在硅酸盐中，大多数硅酸盐的晶体结构特点是可以用离子键解释的。根据鲍林离子半径，rSi4+=0.041nm，rO2-=0.14nm，其比值rSi4+/ rO2-=0.29，处于四面体配位范围0.255~0.414之内，所以Si与O结合时易形成四面体配位。但也存在一些情况与离子模型不符合的，例如：根据离子模型，O2-趋于最紧密堆积，阳离子充填四面体或八面体空隙，如果阳离子半径不合适，它仍可进入O2-间的空隙，但将使O2-的最紧密堆积歪曲变形，从而使O2-堆积的比体积低于理想的最紧密堆积的比体积（0.0145nm3）,但在某些硅酸盐中如镁橄榄石、SiO2多种同质多像变体等，阳离子大小是与O2-堆积形成的四面体、八面体空隙适应的，在这些矿物晶体中，照理应该形成最紧密堆积结构，但发现这些矿物O2-堆积的比体积低于理论值，这是因为Si-O键并非纯离子性，而有相当明显的共价性。

在共价模型中，Si-O是用共价键概念描述的。处于基态的硅原子的外层电子构型为2s22p33s1，因此，1个3s和3个2p轨道强烈杂化形成sp3杂化轨道，这4个杂化轨道指向四面体的4个角顶，其中每个sp3杂化轨道与一个氧原子的2p轨道重叠形成σ键，即重叠电子密度的极大部分处于Si-O线上的键。共价模型与实际情况符合良好，例如绝大多数Si是四面体配位。

3.用鲍林法则证明：Al在硅酸盐中具双重性且［AlO4］—［AlO4］四面体不能直接相联。 答：从鲍林法则第1条可知，阴阳离子半径比决定阳离子的配位数。而rAl3+/rO2-=0.419，恰巧近似于四次配位与六次配位分界处的阴阳离子半径比值0.414，所以Al3+既可以四次配位又可以六次配位。

如果［AlO4］—［AlO4］四面体直接相联，连接两个Al3+的桥氧键强和为3/4+3/4=1.5。根据鲍林法则第2条：某离子的键强和等于其电价才能稳定。1.5偏离O2-电价（-2）已达25%，超过了稳定化合物键强之和的偏差容忍极限16%，因此，［AlO4］—［AlO4］四面体直接相联是不稳定的。

4.在硅酸盐晶体结构中，为使硅氧骨干与骨干外阳离子配位多面体协调，常需互相变形。请举出两个具体矿物晶体结构的例子来说明这个问题。

答：一般来讲，[SiO4]四面体的体积稳定，不随外界环境变化而变化，但骨干外阳离子配位多面体的体积随阳离子的大小和温压环境变化较大。为适应这种变化，硅氧骨干往往发生扭转变形，以与骨干外阳离子配位多面体相适应。

例如：在顽火辉石Mg2[Si2O6]中，阳离子为Mg2+，则八面体链内的两个[MgO6]八面体的

长度与两个以角顶相连的[SiO4]四面体长度相适应，所以硅氧骨干为[SiO4]四面体重复周期为2的[Si2O6]单链；如果阳离子为半径较大的Ca2+，两个[CaO6]八面体的长度与3个以角顶相连的[SiO4]四面体长度相当，所以硅氧骨干为[SiO4]四面体重复周期为3的[Si3O9]单链，形成硅灰石Ca3[Si3O9]。

再以具层状硅氧骨干的蛇纹石Mg8[Si4O10]为例，结构体现为[MgO2(OH)4]八面体层与[SiO4]四面体层的结合。由于[MgO2(OH)4]八面体层中O(OH)-O(OH)间距较[SiO4]四面体层中O-O间距略小，因此