Fórmula química de cristal mineral

1. Escribir la fórmula química de los cristales minerales

La composición química de los minerales se puede expresar mediante dos fórmulas químicas. La primera es expresar sólo los tipos y proporciones cuantitativas de los elementos que componen el mineral de forma secuencial, lo que se denomina fórmula experimental. Por ejemplo, la fórmula experimental de la moscovita se escribe como K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2O o H2KAl3Si3O12; el segundo es no sólo indicar los tipos de elementos que componen el mineral y la proporción cuantitativa, sino que también expresa la relación de configuración de los elementos en la estructura cristalina de acuerdo con ciertas reglas, lo que se denomina fórmula estructural o fórmula cristaloquímica. La fórmula química del cristal de moscovita se escribe como K{Al2[AlSi3O10](OH)2} (para conocer la relación de configuración de los elementos en la estructura, consulte la sección de silicatos en capas). Este último es un método comúnmente utilizado en mineralogía, y sus reglas generales de escritura son las siguientes:

1) El catión va primero y el anión o anión complejo va después. Los cationes isomorfos están entre paréntesis, ordenados por orden de prioridad y separados por comas; los aniones complejos están entre corchetes, como olivino (Mg, Fe) 2 [SiO4];

2) Para minerales de sal doble, los cationes se escriben en orden de alcalinidad fuerte a débil. Si la alcalinidad es la misma, los cationes se escriben en orden de precio de electricidad de iones bajo a alto. Como dolomita CaMg[CO3]2 (Ca2 es más alcalino que Mg2), magnetita FeFe2O4 (el ion de hierro en el frente es bivalente y el ion de hierro en la parte posterior es trivalente).

3) Si hay un anión adicional, escríbalo después del anión principal o anión complejo principal, como fluorapatita Ca5[PO4]3F.

4) Las moléculas de agua en el mineral se escriben en forma de H2O al final y se separan de los componentes anteriores mediante puntos. El coeficiente de agua se escribe delante de las moléculas de agua. el contenido es incierto, el coeficiente se registra como n. Como yeso Ca[SO4]·2H2O, analcima Na2[AlSi2O6]2·2H2O, ópalo SiO2·nH2O. Si el agua existe en forma de (OH)-, se trata como un anión adicional general, como el topacio Al2 [SiO4] (F, OH) 2.

5) Si la estructura es más compleja, los componentes con una estructura más cercana se encierran entre paréntesis para mostrar el nivel de la estructura. Por ejemplo, en la moscovita K{Al2[AlSi3O10](OH)2}, los componentes de [] constituyen la columna vertebral de silicio-oxígeno y los componentes de {} constituyen la capa de unidad estructural. Los componentes isomórficos están representados por corchetes (). Consulte "Química de los cristales" para conocer métodos específicos.

2. Cálculo de fórmulas químicas de cristales minerales

La composición química de los minerales puede cambiar dentro de un cierto rango. En el trabajo práctico, generalmente se requiere calcular la fórmula química cristalina de un mineral basándose en los datos del análisis de la composición química de un solo mineral (generalmente dado como la fracción de masa de un elemento u óxido, con un error permitido de ≤1), para obtener las características de composición del mineral real, a fin de predecir el mineral, discutir el origen de rocas, rocas o depósitos minerales, y analizar las perspectivas de prospección de depósitos minerales.

Existen muchos métodos de cálculo para las fórmulas químicas de los cristales minerales, todos los cuales siguen el principio del número más razonable de iones ocupados y el casi equilibrio del precio total de la electricidad. El método aniónico y el método catiónico son los dos métodos más utilizados, que se presentan brevemente a continuación.

1. Método del anión

Este método se basa en la fórmula química general conocida de los cristales minerales que están más estrechamente empaquetados y el número en la molécula unitaria permanece sin cambios y la cristalización. se lleva a cabo en base a él. Métodos para calcular fórmulas químicas. Las fórmulas químicas cristalinas de las sales y minerales óxidos que contienen oxígeno se pueden calcular en función de la cantidad de oxígeno por unidad de molécula, lo que se denomina método del átomo de oxígeno. Ahora, tomando como ejemplo cierto clinopiroxeno (la fórmula química general es XY[Z2O6]) (Tabla 13-3), explicaremos los pasos para calcular la fórmula química de los cristales minerales según el método del átomo de oxígeno.

Tabla 13-3 Cálculo de la fórmula química de un determinado cristal de clinopiroxeno basado en el método del anión

Nota: Los datos completos del análisis químico del mineral son según Xu Dengke, 1979 .

1) Compruebe si los resultados del análisis químico cumplen con los requisitos de precisión.

Por ejemplo, en la segunda columna de este ejemplo, H2O- es agua adsorbida y no se incluye en el cálculo. La suma de las fracciones de masa de otros componentes (∑wB) es 100,07, lo que cumple con los requisitos de precisión. Haga correcciones si es necesario, como en la columna 3 de este ejemplo.

2) Encuentre la masa molecular relativa de cada componente, como la columna 4 en este ejemplo.

3) Divida la fracción de masa de cada componente (wB/) por la masa molecular relativa del componente para encontrar el número de moles de cada componente, como en la columna 5 de este ejemplo.

4) Multiplique el número de moles de cada componente por su coeficiente de átomos de oxígeno para obtener el número de átomos de oxígeno de cada componente, como en la columna 6 de este ejemplo.

5) Multiplica el número de moles de cada componente por el coeficiente de su catión correspondiente para obtener el número de cationes de cada componente, como en la columna 7 de este ejemplo.

6) Suma el número de átomos de oxígeno de cada componente para obtener la suma del número de átomos de oxígeno de cada componente ΣO.

7) Divida el número teórico de átomos de oxígeno Of.u (en este caso, 6) en la molécula unitaria del mineral (es decir, la fórmula general) por el número total de átomos de oxígeno ΣO para obtener el coeficiente de conversión (es decir, Of. u./∑O). En este ejemplo, es 6/2,7269=2,2003.

8) Multiplica el número de cationes en cada componente por el factor de conversión para obtener el número de cationes en la molécula unitaria, como en la columna 8 de este ejemplo.

9) De acuerdo con la teoría isomórfica y la fórmula química general de los minerales, asigne cada catión a la posición correspondiente de la red, como las posiciones X, Y y Z en este ejemplo. Tenga en cuenta aquí que Al ocupa dos posiciones de la red. Al asignar, generalmente se da prioridad al equilibrio de las posiciones tetraédricas que reemplazan al Si, es decir, el Al que reemplaza las posiciones tetraédricas del Si es 2,00-1,92 = 0,08, y el resto se asigna a octaédricas. posiciones.

10) Realice el cálculo de la prueba de equilibrio del precio de la electricidad y escriba la fórmula química del cristal del mineral cuando esté básicamente equilibrado, como

(Ca0.96, Na0.04) 1,00 (Mg0,82, , , Al0,03, Ti0,02, Mn0,02) 1,00 [(Si1,92, Al0,08) 2,00O6,00]

El método del átomo de oxígeno es adecuado para Óxidos sin agua y minerales salinos que contienen oxígeno Cálculo de la fórmula química cristalina. Para minerales que contienen aniones adicionales como OH-, F-, Cl-, S2-, etc., se puede utilizar el método catiónico para el cálculo.

2. Método catiónico

Este método tiene en cuenta que el número de cationes de alta valencia electrónica, radio pequeño y baja coordinación que ocupan los pequeños sitios de la red vacía en la estructura mineral es relativamente fijo. , y se utiliza como cálculo de fórmulas químicas cristalinas utilizando números base. El método catiónico es más adecuado para el cálculo de fórmulas químicas de minerales de silicato en cadena y en capas con composiciones y estructuras complejas. A continuación se toma la fórmula química general de la biotita como A{B3[T4O10](OH)2} como ejemplo (Tabla 13-4) para ilustrar los pasos para calcular la fórmula química del cristal según el método catiónico.

Tabla 13-4 Cálculo de la fórmula química de un determinado cristal de biotita basado en el método catiónico

Nota: Para obtener datos completos del análisis de química mineral, consulte Xu Dengke, 1979.

1) Compruebe si los datos del análisis químico cumplen con los requisitos de precisión, como la columna 2 de este ejemplo. Haga correcciones si es necesario, como en la columna 3 de este ejemplo.

2) Encuentre la masa molecular relativa de cada componente, como la columna 4 en este ejemplo.

3) Divida la fracción de masa (wB/) de cada componente por su masa molecular relativa correspondiente para encontrar el número de moles de cada componente, como en la columna 5 de este ejemplo.

4) Multiplicar el número de moles de cada componente por el coeficiente de su respectivo catión para obtener el número de cationes de cada componente, como la columna 6 de este ejemplo.

5) De acuerdo con la teoría isomórfica y la fórmula química general de los minerales, asigne cada catión a la posición apropiada de la red y calcule la suma del número de cada catión en la posición estructural como punto de referencia ΣMe, como se muestra en este Un ejemplo es 1,7477.

6) Divida el número teórico de cationes en la posición de referencia en la fórmula química mineral general (8 en este caso) por ΣMe para obtener el factor de conversión (es decir, 8/ΣMe), que en este caso es 4,5774. ejemplo.

7) Multiplica el número de cationes en cada componente por el factor de conversión para obtener el número de cada catión en la molécula unitaria del mineral, como en la columna 7 de este ejemplo.

8) El número total de aniones de los minerales adopta el valor teórico en la fórmula general [en este ejemplo (O2- OH- F- Cl-) = 12].

Para minerales con aniones adicionales [(OH- F- Cl-) = 2 en este ejemplo], el número de cada anión se calcula según el principio del equilibrio del precio de la electricidad. En este ejemplo, primero se calcula el número de OH- según el catión H, y luego el número de F- y Cl- se calcula según el método del anión. Los resultados del cálculo muestran que la suma de aniones adicionales (OH- F. - Cl-) es menor que el valor teórico 2, lo que indica que hay presente una pequeña cantidad de anión O2- adicional. Reste la suma de (OH- F- Cl-) del número total de aniones (2 en este caso) para obtener el número de aniones adicionales O2-.

9) Realice la inspección y el cálculo del balance del precio de la electricidad y podrá escribir la fórmula química cristalina del mineral, como (K0.93Na0.03Ca0.02) 0.98 (Mg1.83 Ti0.20 Al0. 06Mn0.01) 3.02 [(Si2.91Al1.09) 4.00O10] (OH1.17F0.52O0.29Cl0.02) 2.00