1.类质同象
在一定结晶条件下,矿物晶体中部分质点的位置被另一种化学性质相似的质点所替代,但不破坏本身的结晶格架,这种现象称为类质同象。例如,黑钨矿([Mn,Fe][WO 4 ])晶体中一部分Mn被Fe替代,或一部分Fe被Mn替代。类质同象形成的主要条件是:互相置换的离子电荷符号相同,总电价相等,离子半径大小相近等。
根据互相替代的离子电价是否相同,可将类径同象分为等价类质同象和异价类质同象。黑钨矿是等价类质同象的例子;由钠长石(Na [AlSi 3 O 8 ])和钙长石(Ca [Al 2 Si 2 O 8 ])所组成的斜长石是异价类质同象的例子,其中离子置换是成对进行的,总电价保持平衡,即Na + +Si 4+ = Ca 2+ +Al 3+ 。
根据离子交换的数量比,又可将类质同象分为不完全类质同象和完全类质同象。闪锌矿(ZnS)是不完全类质同象的例子,闪锌矿中的Zn 2+ 被Fe 2+ 所置换的限度不能超过26%;斜长石是完全类质同象的例子,其中钠长石和钙长石可以以任何比例相混溶。
类质同象在矿物中极为常见,是引起矿物化学成分和物理化学性质变化的主要原因之一。地壳中稀有元素通常以类质同象的形式混入其他矿物之中,如镉、铟、镓经常存在于闪锌矿中,铼存在于辉钼矿中,如果它们达到一定的含量,就会具有工业价值,使矿物原料可供综合利用。
2.同质多象
相同化学成分的物质,在不同的外界条件下(如温度、压力、介质性质等),结合两种或两种以上的晶体,形成结晶形态和物理性质都不同的矿物,这种现象称为同质多象。例如碳(C)在不同条件下分别形成金刚石和石墨,两者成分相同,但结晶形态和物理性质差异极大,见表2-1、图2-6和图2-7。
表2-1 金刚石与石墨特征比较表
由于同质多象的形成与外界条件密切相关,因此可以据此推测矿物形成的物理化学条件。如α石英和β石英在常压条件下的转变温度为573℃,这两种石英都可作为矿物温度计。又如HgS的两种变体——辰砂和黑辰砂,分别形成于碱性和酸性介质中,所以它们可以反映介质的酸碱性。此外,工业上还可以利用同质多象的转变规律制造人造矿物,如用石墨制造人造金刚石。