ΓΕΩΧΗΜΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΓΕΩΧΗΜΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Τα στοιχεία με βάση τη γεωχημική τους συγγένεια ταξινομούνται σε τέσσερις ομάδες: σιδηρόφιλα, χαλκόφιλα, λιθόφιλα και ατμόφιλα

ΣΙΔΗΡΟΦΙΛΑ Έχουν σχετικά ασθενή τάση να ενωθούν με το Ο και το S και είναι διαλυτά σχετικά εύκολα σε σιδηρούχα τήγματα. Είναι άφθονα κυρίως στη μεταλλική φάση των μετεωριτών παρά στην πυριτική ή σουλφιδική. Είναι διαδεδομένα στους σιδηρομετεωρίτες καθώς και στο εσωτερικό της Γης κυρίως στον πυρήνα.

ΧΑΛΚΟΦΙΛΑ Έχουν την τάση να συγκεντρώνονται σε θειούχα ορυκτά. Είναι άφθονα στη σουλφιδική φάση των μετεωριτών σε σχέση με τη μεταλλική ή την πυριτική. Είναι διαδεδομένα κυρίως στο μανδύα της Γης παρά στον πυρήνα και στο φλοιό.

ΛΙΘΟΦΙΛΑ Έχουν την τάση να εμφανίζονται ως οξείδια και ακόμη συχνότερα στις ενώσεις που έχουν οξυγόνο ιδιαίτερα στα πυριτικά (οξύφιλα). Είναι άφθονα στην πυριτική φάση των μετεωριτών παρά στη μεταλλική και σουλφιδική. Είναι συγκεντρωμένα στον πυριτικό φλοιό της Γης.

ΑΤΜΟΦΙΛΑ Εμφανίζονται είτε μεμονομένα είτε σε πτητικές ενώσεις. Δεν υπάρχουν στους μετεωρίτες Είναι συγκεντρωμένα στην ατμόσφαιρα της Γης.

ΓΕΩΧΗΜΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΕΝΩΣΕΙΣ ΜΕΤΕΩΡΙΤΕΣ ΓΗ ΣΙΔΗΡΟΦΙΛΑ Ο και S διαλυτά σε Fe-τήγματα Σιδηρομετεωρίτες, μεταλλ φάση Κυρίως στον πυρήνα ΧΑΛΚΟΦΙΛΑ S-ούχα ορυκτά Σουλφιδική φάση Κυρίως στο μανδύα ΛΙΘΟΦΙΛΑ (ΟΞΥΦΙΛΑ) Πυριτικά Oξείδια Πυριτική φάση Κυρίως στο φλοιό ΑΤΜΟΦΙΛΑ Μεμονομένα είτε σε πτητικές Ατμόσφαιρα

ΓΕΩΧΗΜΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Σχέσεις προς περισσότερες ομάδες από μία Η κατανομή κάθε στοιχείου εξαρτάται και από Τ, Ρ και το χημικό περιβάλλον Παραδείγματα Cr ισχυρά λιθόφιλο στοιχείο στο φλοιό. Αν ΡΟ2 μικρή, όπως συμβαίνει στους σιδηρομετεωρίτες, τότε είναι χαλκόφιλο. P (λιθόφιλο) γίνεται σιδηρόφιλο υπό ισχυρά αναγωγικές συνθήκες

ΓΕΩΧΗΜΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Οι ορυκτολογικές ιδιότητες δεν είναι πάντα ενδεικτικές του γεωχημικού χαρακτήρα. Η ταξινόμηση αναφέρεται στη συμπεριφορά του στοιχείου σε ισορροπίες υγρού-υγρού μεταξύ τηγμάτων. Στοιχείο που παρουσιάζει συγγένεια προς περισσότερες ομάδες από μία

ΓΕΩΧΗΜΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ Ο γεωχημικός χαρακτήρας ενός στοιχείου καθορίζεται σε μεγάλο βαθμό από την ηλεκτρονική διαμόρφωση των ατόμων του Συστηματική του θέση στον περιοδικό πίνακα Σιδηρόφιλα: 8η ομάδα και μερικά γειτονικά στοιχεία των οποίων οι εξωτερικές στοιβάδες των ηλεκτρονίων είναι κατά ένα μεγάλο μέρος ατελώς συμπληρωμένες Χαλκόφιλα: τα ιόντα τους έχουν 18 e- στην εξωτερική τους στοιβάδα Ατμόφιλα: Λιθόφιλα: σχηματίζουν εύκολα ιόντα με εξωτερική στοιβάδα από 8 e-

ΓΕΩΧΗΜΙΚΗ ΤΑΞΙΝΟΜΗΣΗ ΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΤΗΣ ΥΛΗΣ

ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ Στερεή, υγρή και αέρια Όχι σαφή όρια, συνεχείς μετατροπές: στερεή  υγρή  αέρια Μορφή τέλειας ατομικής «αταξίας» στα αέρια μέχρι τέλειας «τάξης» στους κρυστάλλους

Δόνηση ατόμων στο πλέγμα ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ Τ κρύσταλλοι διάταξη 0 (απόλυτο) τέλειοι ταξινομημένη «τέλεια τάξη» >0 (απόλυτο) Δόνηση ατόμων στο πλέγμα μη ταξινομημένη «αταξία»

ΜΟΡΦΕΣ ΤΗΣ ΥΛΗΣ Αύξηση της θερμοκρασίας αύξηση κινητικής ενέργειας των ατόμων ο κρύσταλλος χάνει τη σταθερότητά του καταστρέφεται το κρυσταλλικό πλέγμα αρχίζει να τήκεται Το σημείο τήξης των στερεών ουσιών είναι ένα εύρος θερμοκρασιών

ΣΧΕΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΤΗΣ ΥΛΗΣ Τα υγρά πιο συγγενή με τα αέρια Υγρά που μοιάζουν με στερεά Πειράματα με ακτίνες Χ δείχνουν μια μορφή ύλης με κάποιο βαθμό ταξινομημένης διάταξης των ατόμων Το παράδειγμα του γυαλιού

ΣΧΕΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΤΗΣ ΥΛΗΣ Το γυαλί είναι ένα πάρα πολύ ψυχρό υγρό στο οποίο παρουσιάζονται κάποιοι δεσμοί συγκράτησης στη δομή του όπως περίπου συμβαίνει στην κρυσταλλική κατάσταση της ύλης Κρυσταλλική μορφή: τα άτομα ταξινομούνται σε ένα συμμετρικό επαναλαμβανόμενο πλέγμα Γυαλί: ο βαθμός προσανατολισμού και περιοδικότητας είναι πολύ χαμηλός

ΣΧΕΣΕΙΣ ΤΩΝ ΜΟΡΦΩΝ ΤΗΣ ΥΛΗΣ Τάση επίτευξης ισορροπίας (τάση ταξινόμησης των ατόμων) Στη στερεή κατάσταση η ταξινόμηση οδηγεί σε ταξινομημένη κρυσταλλική δομή. Γυαλί μετασταθερή φάση. Τείνει να μεταπέσει σε κρυσταλλική μορφή. Υαλώδης κατάσταση σε πετρώματα

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ Βασική μονάδα είναι το άτομο Τα άτομα αποτελούνται από ηλεκτρικά φορτία που κατανέμονται μέσα σε σφαίρα με ακτίνα τάξης 1Å(10-8cm) Τα άτομα συνδέονται με άλλα άτομα Το μέγεθος της ακτίνας εξαρτάται από: α. τη φύση του στοιχείου, β. από την κατάσταση ιονισμού του Na (1,86 Å) μεταλλικό Na Na+ (1,02 Å) σε άλατα Na

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ picometers (pm) ή Angstroms (Å), 1 Å = 100 pm

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Μεταλλικός δεσμός ή μεταλλική σύνδεση Πώς δημιουργείται: ατομικοί πυρήνες θετικά φορτισμένοι βρίσκονται μέσα σε νέφος ηλεκτρονίων Απαντάται: στα πλέγματα των μετάλλων, αυτοφυή μέταλλα και σε μερικά σουλφίδια και αρσενίδια Ιδιότητες: θερμική και ηλεκτρική αγωγιμότητα των μετάλλων

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Ετεροπολικός δεσμός ή ετεροπολική ή ιοντική σύνδεση Πώς δημιουργείται: ηλεκτροστατικές έλξεις μεταξύ των φορτίων των ιόντων

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Ετεροπολικός δεσμός ή ετεροπολική ή ιοντική σύνδεση Απαντάται: Όλα σχεδόν τα ορυκτά, εκτός των αυτοφυών στοιχείων και των σουλφιδίων, Ιδιότητες: Οι ετεροπολικές ενώσεις όταν τακούν (υγρή κατάσταση) είναι καλοί αγωγοί του ηλεκτρικού ρεύματος, ενώ σε στερεή κατάσταση είναι μονωτές θερμότητας και ηλεκτρισμού. Αρκετά ψηλά σημεία τήξεως και ζέσεως.

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Ομοιοπολικός δεσμός ή ομοιοπολική σύνδεση Πώς δημιουργείται: δύο άτομα έχουν ζεύγος ηλεκτρονίων κοινό, έτσι ώστε κάθε άτομο να συμπληρώνει την εξωτερική στοιβάδα του με 8 e- ηλεκτρόνια Απαντάται: όμοια άτομα Cl2, O2, σπάνιος στα ορυκτά, διαμάντι C

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Δεσμός van der Waals Πώς δημιουργείται: Ασθενής ελκτική δύναμη μεταξύ ουδετέρων ατόμων και μορίων τα οποία δεν έχουν διαθέσιμα ηλεκτρόνια σθένους προς δημιουργία ιοντικού, ομοιοπολικού ή μεταλλικού δεσμού. Απαντάται: Σπάνια σε ορυκτά, σημαντικός στις οργανικές ενώσεις. Ιδιότητες: Πολύ ασθενείς δεσμοί. Χαμηλά σημεία τήξεως και μικρή σκληρότητα των ουσιών. Ο δεσμός van der Waals εμφανίζεται σπάνια σε ορυκτά. Kαθορίζει ζώνες σχισμού και μικρής σκληρότητας.

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Παράδειγμα ορυκτού με ομοιοπολικό δεσμό και ομοιοπολικό-δυνάμεις van der Waals Άτομα του C συνδέονται με ομοιοπολικό δεσμό. Τα φύλλα συνδέονται με δυνάμεις van der Waals Πολύ τέλειος σχισμός και μικρή σκληρότητα

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Δεσμός υδρογόνου Πώς δημιουργείται: Ένα Η συνδέεται με ένα ισχυρά ηλεκτραρνητικό στοιχείο (F, O), το μοναδικό του e- περιορίζεται σε μια ηλεκτρονική τροχιά του F ή του O. Το p+ του μπορεί να ελκύσει άλλα αρνητικά φορτία σχηματίζοντας έτσι δεσμούς υδρογόνου.

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΚΡΥΣΤΑΛΟΔΟΜΗΣ-ΣΥΝΔΕΣΕΙΣ (ΔΕΣΜΟΙ) Δεσμός υδρογόνου Απαντάται: σε ορυκτά που έχουν στη σύστασή τους ΟΗ, όπως είναι οι μαρμαρυγίες και οι αμφίβολοι Ιδιότητες: είναι ισχυρότερος του δεσμού van der Waals.

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ Η ακτίνα ιόντος (Α.Ι.) εξαρτάται από την ατομική του δομή άρα έχει σχέση με τη θέση του στοιχείου στον περιοδικό πίνακα. Στοιχεία της ίδιας ομάδας Α.Ι. αυξάνουν με αύξηση του Α.Α. π.χ. Be2+(0,27), Mg2+(0,66), Ca2+(1,00), Sr2+(1,18), Ba2+(1,35). Για στοιχεία της ίδιας ομάδας του περιοδικού πίνακα ο αριθμός των ηλεκτρονικών τροχιών γύρω από τον πυρήνα (άρα και η Α.Ι.) αυξάνουν όσο κατεβαίνουμε στη στήλη.

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ Η περίπτωση των σπανίων γαιών (REE)-λανθανίδες στοιχεία της ίδιας ομάδας με σθένος +3 ελάττωση της ακτίνας καθώς αυξάνεται ο Α.Α. La3+ Lu3+ 1,03 0,86 συστολή των λανθανιδών

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ Για κατιόντα της ίδιας δομής Α.Ι. ελαττώνονται όσο αυξάνεται το φορτίο (π.χ. 2η σειρά του περιοδικού πίνακα), 2e- στην εσωτερική τροχιά και οκτώ στην εξωτερική. Από αριστερά προς τα δεξιά. Νa+ Mg2+ Al3+ Si4+ Ρ5+ S6+ 1,02 0,66 0,53 0,40 0,17 0,12 Καθώς φεύγουν τα ηλεκτρόνια ο πυρήνας ασκεί μεγαλύτερη έλξη σ’ εκείνα που απομένουν και έτσι ελαττώνεται η ακτίνα του ιόντος.

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ

ΑΚΤΙΝΑ ΙΟΝΤΟΣ Ή ΙΟΝΤΙΚΗ ΑΚΤΙΝΑ Για ιόντα του ιδίου στοιχείου με διαφορετικό σθένος (φορτίο) όσο υψηλότερο είναι το θετικό φορτίο στο ιόν τόσο μικρότερη είναι η ακτίνα του π.χ. Mn2+ Mn3+ Mn4+ 0,83 0,65 0,54 Καθώς φεύγουν τα ηλεκτρόνια ο πυρήνας ασκεί μεγαλύτερη έλξη σ’ εκείνα που απομένουν και έτσι ελαττώνεται η ακτίνα του ιόντος.

ΔΟΜΗ-ΣΥΝΤΑΞΗ ΤΩΝ ΙΟΝΤΩΝ Οι κρυσταλλικές δομές σχηματίζονται από αντίθετα φορτισμένα ιόντα που έλκονται μεταξύ τους. Οι συνδετικές δυνάμεις είναι χημικοί δεσμοί. Κάθε ιόν τείνει να συντάξει γύρω του αντίθετα προς αυτό φορτισμένα ιόντα, τόσα, όσα του επιτρέπει το μέγεθός του. Αν τα ιόντα θεωρηθούν σαν σφαίρες που βρίσκονται μεταξύ τους σε άμεση επαφή, τότε η κατανομή τους είναι πολύ απλή.

ΠΟΛΥΕΔΡΟ ΣΥΝΤΑΞΗΣ Τα συντασσόμενα ιόντα διατάσσονται γύρω από το συντάσσον ιόν έτσι ώστε τα κέντρα τους να αποτελούν κορυφές ενός κανονικού πολυέδρου, του πολυέδρου σύνταξης. Σε μια κρυσταλλική δομή κάθε κατιόν βρίσκεται στο κέντρο ενός πολυέδρου σύνταξης ενώ τα ανιόντα στις κορυφές του, και αντίθετα.

ΑΡΙΘΜΟΣ ΣΥΝΤΑΞΗΣ Ο αριθμός των ιόντων που βρίσκονται στις κορυφές του πολυέδρου σύνταξης αποτελεί τον αριθμό σύνταξης (Α.Σ.). Ο αριθμός σύνταξης (Α.Σ.) αναφέρεται στη σχέση του ιόντος, που βρίσκεται στο κέντρο του πολυέδρου σύνταξης, ως προς τα περιβάλλοντα αυτό, αντίθετα φορτισμένα, ιόντα.

ΑΡΙΘΜΟΣ ΣΥΝΤΑΞΗΣ Παράδειγμα το κρυσταλλικό πλέγμα του NaCl Αλλά και ο Α.Σ. του Cl ως προς το Na είναι 6.

ΑΡΙΘΜΟΣ ΣΥΝΤΑΞΗΣ Παράδειγμα το κρυσταλλικό πλέγμα του CaF2 Αλλά και ο Α.Σ. του F ως προς το Ca είναι 4.

ΒΑΣΙΚΟΣ ΚΑΝΟΝΑΣ Ο ολικός αριθμός των ιόντων, όλων των ειδών, σε οποιαδήποτε σταθερή δομή, πρέπει να είναι τέτοιος, ώστε ο κρύσταλλος, ως σύνολο, να είναι ηλεκτρικά ουδέτερος Δηλαδή ο ολικός αριθμός των θετικών φορτίων πρέπει να ισούται με το σύνολο των αρνητικών φορτίων των ιόντων που μετέχουν στην ένωση.

Ως ορυκτά μπορούν να εμφανίζονται μόνο πολύ σταθερές ενώσεις. ΒΑΣΙΚΟΣ ΚΑΝΟΝΑΣ Ως ορυκτά μπορούν να εμφανίζονται μόνο πολύ σταθερές ενώσεις. Λιγότερο σταθερές ενώσεις είτε δεν εμφανίζονται στη φύση είτε μετατρέπονται σε ορυκτά τα οποία είναι περισσότερο σταθερά στις υπάρχουσες φυσικοχημικές συνθήκες.

ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΙΟΝΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ Η γεωμετρία της διατάξεως και του Α.Σ., εξαρτάται από το σχετικό μέγεθος των ιόντων που συντάσσονται. Σημαντικός ο λόγος της ιοντικής ακτίνας του μικρότερου κατιόντος (Rκ) προς την ιοντική ακτίνα του μεγαλύτερου ανιόντος (Rα). Ο λόγος Rκ:Rα αποτελεί την αναλογία ιοντικής ακτίνας (Α.Ι.Α.).

ΑΝΑΛΟΓΙΑ ΙΟΝΤΙΚΗΣ ΑΚΤΙΝΑΣ Αν τα ιόντα θεωρηθούν ως σταθερές σφαίρες ορισμένης ακτίνας τότε μπορούν να υπολογιστούν (καθαρά γεωμετρικά), οι θέσεις ισορροπίας των κατιόντων και ανιόντων με βάση τις σχέσεις των ακτίνων τους

ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΥΠΟΛΟΓΙΣΜΟΥ Α.Σ. Αλίτης, NaCl, RNa = 0.97Å RCl = 1.81 Å, RNa:RCl = 0.97/1.81 = 0.54, Α.Σ.=6, οκταεδρική διάταξη Φθορίτης, CaF2, RCa = 0.99Å RF = 1.33Å, RCa:RF = 0.99/1.33 = 0.74, Α.Σ.=8, εξαεδρική διάταξη

Α.Σ. ΚΑΤΙΟΝΤΩΝ ΜΕ ΤΟ Ο Κατιόντα με μια μόνο σύνταξη. Κατιόντα με δυο τύπους (Α.Ι.Α. κοντά στο θεωρητικό όριο μεταξύ δύο τύπων σύνταξης) Υψηλές Τ και χαμηλές Ρ ευνοούν χαμηλότερο Α.Σ. Χαμηλές Τ με υψηλές Ρ ευνοούν υψηλότερο Α.Σ.

ΔΟΜΗ ΤΩΝ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΕΝΩΣΕΩΝ

Πυριτικά ορυκτά, τετράεδρο πυριτίου (SiO4)

ΟΜΑΔΕΣ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ α) νησοπυριτικά Si : O = 1 : 4 τα τετράεδρα Si-O σε αυθυπόστατες μονάδες πχ. φορστερίτης, Mg2SiO4 β) σωροπυριτικά Si : O = 2 : 7 ένα κοινό Ο κάθε δύο τετράεδρα Si-O πχ. ακερμανίτης, Ca2MgSi2O7 γ) κυκλοπυριτικά Si : O = 3 : 9, 4 : 12, 6 : 18 ένα κοινό Ο σε περισσότερα από δύο τετράεδρα ομάδες κλειστών δακτύλιων πχ. βήρυλος, Be3Al2Si6O18

ΟΜΑΔΕΣ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ δ) ινοπυριτικά Si : O = 1 : 3, 4 : 11 Τετράεδρα ενωμένα σε ατέρμονες αλυσίδες i) απλές αλυσίδες, Si : O = 1 : 3, πχ. πυρόξενοι ii) διπλές αλυσίδες, Si : O = 4 : 11, πχ. αμφίβολοι ε) φυλλοπυριτικά Si : O = 2 : 5 τρία Ο κάθε τετραέδρου είναι κοινά με διπλανά τετράεδρα για το σχηματισμό συμπλέγματος με μορφή φύλλου πχ. μαρμαρυγίες

ΟΜΑΔΕΣ ΠΥΡΙΤΙΚΩΝ ΟΡΥΚΤΩΝ στ) τεκτοπυριτικά Si : O = 1 : 2 κάθε τετράεδρο SiO4 μοιράζεται όλα του τα Ο με άλλα τετράεδρα κι έτσι προκύπτει ένα τρισδιάστατο σύμπλεγμα πχ. χαλαζίας, άστριοι

Τo Si των τετραεδρικών θέσεων μπορεί να αντικατασταθεί εν μέρει από Al (Si,Al)O4

ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΤΟΜΩΝ οι αντικαταστάσεις ενός στοιχείου από άλλο είναι πολύ συχνές περίπτωση «μικτού κρυστάλλου» ή στερεού διαλύματος (solid solution), δηλαδή ομογενής κρύσταλλος αποτελούμενος από μόρια δύο ή περισσοτέρων ουσιών Αργότερα βρέθηκε ότι οποιοδήποτε ιόν στη δομή μπορεί να αντικατασταθεί από άλλο ιόν παρόμοιας ακτίνας χωρίς αυτή η αντικατάσταση να προξενήσει διατάραξη στη δομή

ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΤΟΜΩΝ Πότε γίνεται η αντικατάσταση; όταν υπάρχουν και άλλα ιόντα σε αφθονία όταν το επιτρέπει η ιοντική ακτίνα τους να ενσωματωθούν Συμπέρασμα Ένα στερεό διάλυμα (ή μικτός κρύσταλλος) είναι ένα ομογενές κρυσταλλικό στερεό σώμα με ποικίλουσα σύσταση

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΙΣ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΤΟΜΩΝ 1. μέγεθος ιόντων 2. φορτίο και σθένος ιόντων (ηλεκτρική εξισορρόπηση με σύγχρονες αντικαταστάσεις) (Ab) ΝaAlSi3Ο8 (An) CaAl2Si2O8 Ca2+ αντικαθιστά Na+ και ταυτόχρονα το Si4+ αντικαθίσταται από το Al3+ Νa+Al3+(Si4+)3(Ο2-)8 - Ca2+(Al3+)2(Si4+)2(O2-)8 1+3+4*3-2*8=0 2+3*2+4*2-2*8=0

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΙΡΕΑΖΟΥΝ ΤΙΣ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΤΟΜΩΝ Οι διπλές αντικαταστάσεις είναι πολύ συχνές στα πυριτικά ορυκτά Δε γίνονται όταν η διαφορά φορτίου στα ιόντα είναι μεγαλύτερη από 2 μονάδες (ακόμη κι όταν δεν υπάρχει διαφορά στο μέγεθος) δυσκολία εξισορρόπησης του φορτίου με αντίστοιχες αντικαταστάσεις στο πλέγμα

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΙΣ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΤΟΜΩΝ 3. φύση της δομής πχ. σπινέλλιοι και απατίτης παρουσιάζουν εκτεταμένες αντικαταστάσεις, ενώ o χαλαζίας σχεδόν καθόλου

ΠΑΡΑΓΟΝΤΕΣ ΠΟΥ ΕΠΗΡΕΑΖΟΥΝ ΤΙΣ ΑΝΤΙΚΑΤΑΣΤΑΣΕΙΣ ΑΤΟΜΩΝ 4. συσχέτιση των ιοντικών ακτίνων δεν πρέπει να διαταραχθεί κατά την αντικατάσταση η ισορροπία στον κρύσταλλο διαφορές ακτίνων μεταξύ των αντικαθιστώντων και αντικαθισταμένων ιόντων όχι μεγαλύτερες από 15% 5. θερμοκρασία σχηματισμού της ουσίας Υψηλότερες θερμοκρασίες ευνοούν τις αντικαταστάσεις πχ. Σανίδινο - ορθόκλαστο

ΕΝΔΟΘΕΤΟ ΣΤΕΡΕΟ ΔΙΑΛΥΜΑ Μικρά άτομα (Η,C,B,N) μπαίνουν σε ενδιάκενους χώρους στη δομή του ορυκτού Π.χ. Βήρυλλος με Κ, Rb, H2O, Cs Χριστοβαλίτης με Na (Al3+ αντικαθιστά το Si4+ και το Na+ που απαιτείται για να επιτευχθεί η ηλεκτρική ισορροπία καταλαμβάνει μεγάλα ανοίγματα στο πλέγμα του χριστοβαλίτη)

ΣΤΕΡΕΟ ΔΙΑΛΥΜΑ ΕΛΛΕΙΠΩΝ ΘΕΣΕΩΝ Στη δομή του ορυκτού υπάρχουν ατομικές θέσεις κενές με αποτέλεσμα να μεταβάλλεται η σύσταση. Π.χ. ο χημικός τύπος του μαγνητοπυρίτη είναι FeS. Ποτέ όμως δεν εμφανίζεται μ’ αυτό. Η σύστασή του εκφράζεται με τον τύπο Fe(x-1)S όπου χ=0-0.2.