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自然元素矿物

作者: 发布者:颜世永 责任编辑: 发布时间:2020-12-16 浏览次数:1087

自然元素矿物

 

                                         自然铋                  自然金

 

                                          自然铜                 自然银

自然界中以元素状态,即单质形式出现的矿物称为自然元素( native elements)矿物。除了大气圈的自由气体之外,大约有20种元素被发现以自然状态出现。这些元素被划分为自然金属(melals)、自然半金属( semimetals )和自然非金属( nonmetal)三种类型。目前已知的自然元素矿物种数超过90种,明显大于其组成的元素数目。其原因为:有的元素可形成多种同质多像变体,如碳的同质多像变体有金刚石、六方金刚石、石墨和赵击石;有的元素则形成金属互化物,互化物中原子间以金属键相结合,并且其原子数具有确定的比例,如锑钯矿Pd3Sb、 砷铜矿 Cu3As;还有的元素以类质同像混晶产出,如银金矿(AuAg)。 这种金属中的混晶也称为合金。

由于自然元素具有化学惰性,因此能够以单质存在于自然界。矿物学家利用电子显微镜和电子探针分析,新发现铝、镉和硅也可以单质形式存在于自然界。在此之前人们认为它们是不可能存在的。

化学成分:金属元素中以铂族元素和金最为主要, 其次是铜和银;铁、钴、镍以单质形式主要见于铁陨石中,一般呈类质同像存在于其他金属元素单质中,例如(PtFe)(FeNiCo)等。另外,还新发现了汞、钽、锡和锌。

半金属元素主要为砷、锑、铋,其中铋的金属性强,锑次之,砷最弱。砷和锑在某种情况下可形成半金属互化物AsSb

非金属元素中主要为碳和硫,性质与硫近似的硒和碲,自然界中极少出现,通常以类质同像存在于自然硫中。

晶体化学特征:自然金属元素矿物具典型金属键。其结构类型有3:铜型结构,即原子按立方最紧密堆积,配位数为12。如自然铜族矿物、自然铂、自然 钯、自然铱。

型结构,即原子按六方最紧密堆积,配位数为12。如自然

和自然钉。(α- Fe)型结构,原子按立方体心式紧密堆积,配位数为8。如纯铁和铁纹石(富铁的天然铁镍合金)

自然半金属元素矿物中原子间的键,既有金属键亦有共价键,从而导致其对称性较自然金属元素低。其结构为砷型,即可视为由立方面心格子沿三次轴发生畸变呈现为菱面体格子。如自然砷、自然锑和自然铋。

自然非金属元素矿物中不同的矿物具有不同的键性。金刚石具共价键,结构类型为金刚石型;在自然界,自然硫通常以正交晶系出现,具分子键,呈分子结构型。石墨具层状结构,层内为共价键-金属键,层间为分子键。

物理性质:自然金属元素矿物的物理性质为:金属色,不透明,金属光泽,强延展性、导电性和导热性,硬度低(自然

、自然铱除外),无解理,密度大。

半金属元素矿物的物理性质为:趋向接近于自然金属元素矿物的物理性质,但晶格中存在多键性,具有{0001}的解理。由自然铋到自然锑至自然砷,随着非金属性的增强,其解理的完好程度增加,硬度趋于加大,脆性增高,金属光泽减弱,密度降低。

非金属元素矿物的物理性质因矿物键性不同,物理性质各异。金刚石具共价键,表现为无色透明、金刚光泽、硬度大、不导电;石墨具多键性,层状结构中层内具有金属键,因而能导电,层间为分子键而出现解理,硬度低、半金属光泽、黑色、不透明。自然硫为分子键,导电导热性极弱、硬度低、密度小、性脆,熔点低易升华。

自然元素矿物形成于多种地质条件下。虽然自然元素矿物占地壳的总质量小于0.1%,但其中的铂、金、硫、金刚石、石墨等可以富集形成矿床,它们是自然界最重要甚至是唯一的来源。半金属元素矿物在自然界不常见。


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