晶体结构类质同像的概念

类质同像的概念

一、类质同像的概念

晶体结构中某种质点A(原子、离子、络离子或分子)为它种类似的质点B所代替，而能保持原有晶体结构不改变，只是使晶格常数发生不大的变化，这种现象称为类质同像。代替某一元素A的物质B称为类质同像混入物。

例如镁铝榴石Mg₃Al₂［SiO₄］₃和铁铝榴石Fe₃Al₂［SiO₄］₃之间，由于Mg和Fe可以互相代替，可以形成各种Mg、Fe含量不同的类质同像混合物，从而构成一个各种比值连续的类质同像系列:

Mg₃Al₂［SiO₄］₃－(Mg、Fe)₃Al₂［SiO₄］₃－(Fe、Mg)₃Al₂［SiO₄］₃－Fe₃Al₂［SiO₄］₃

即镁铝榴石、铁镁铝榴石、镁铁铝榴石和铁铝榴石。

类质同像混合物是一种固溶体。所谓固溶体是指在固态条件下，一种组分“溶”于另一种组分之中而形成均匀的单相混合晶体(或称混晶)的现象。

根据晶体中一种质点被另一种质点代替的数量限度不同，类质同像可分为两种类型:

(1)完全类质同像:在类质同像混晶中，若A、B两种质点可以任意比例相互取代，则称为完全类质同像。它们可以形成一个连续系列，如上述镁铝榴石—铁铝榴石系列中Mg、Fe之间的代替。

(2)不完全类质同像:在类质同像混晶中，若A、B两种质点相互代替的数量局限在一个有限的范围内，则称为不完全类质同像，它们不能形成连续的系列，例如闪锌矿(ZnS)中的Zn²⁺可部分地(最多26%)被Fe²⁺所替代，在这种情况下，Fe²⁺被称为类质同像混入物。

根据相互取代的质点电价的异同，类质同像也可分为两种类型:

(1)等价类质同像:指相互替代的两种质点电价相同，如前述的Mg²⁺和Fe²⁺、Zn²⁺和Fe²⁺。

(2)不等价类质同像:指相互替代的两种质点电价不相同，如硅酸盐中的Si⁴⁺被Al³⁺代替或萤石中的Ca²⁺被Y³⁺代替等。为了保持代替前后电荷平衡，异价类质同像可以通过下列方法进行。

不等数代替:2Fe³⁺=3Fe²⁺(在磁黄铁矿中)

Al³⁺+Na=Si⁴⁺(在角闪石中)

成对代替:Ca²⁺+Al³⁺=Na⁺+Si⁴⁺(在斜长石中) Al³⁺+Fe³⁺=Si⁴⁺+Mg²⁺(在角闪石中)