矿物化学性质

六、矿物化学性质

矿物在形成后，其化学组分通过化学键的作用联结，在一定条件下处于相对稳定的状态。但当矿物的存在条件发生改变时，矿物则会发生一系列不同的化学变化，使得矿物的性质发生改变。由于每种矿物的化学组成不同，表现出的化学变化存在有较大的差异。这些变化主要包括矿物的溶解性与重结晶性、氧化性与还原性及矿物与酸、碱的反应差异等。

（一）矿物的溶解性与重结晶性

在自然界，固体矿物与水相互作用时，矿物表面的原子、离子或离子团由于受本身的震动和水分子的吸引而离开矿物表面进入或扩散到水中去，这个过程被称为矿物的溶解。矿物被溶解中进入水中的原子、离子或离子团与矿物表面相互作用时可被矿物表面的质点所吸引而又重新回到矿物晶体上，这个过程被称为矿物的重结晶。这两个过程是一个动态平衡的产物，二者随外界条件的改变而相互转化。

自然界，水是分布最广泛的溶剂，由于水具有偶极性，极易发生电离分解作用而形成H⁺与（OH）^－，这两种离子对矿物的离子键产生很强的破坏作用，导致许多矿物在水中很快分解。同时水中也常溶解有O₂、CO₂、N₂等物质，这些物质则加快矿物在水中的被溶解能力和加快溶解速度。当然不同的矿物，由于其化学组成的不同、晶体结构的差异、化学键的强弱及与水作用时外界的条件等因素制约，其在水中的溶解度差异特大，一般具有共价键、金属键的矿物和具有由高电价、小半径离子构成的强离子键形成的矿物水溶解速度小；而低电价、大半径离子构成的弱离子键组成的矿物水溶解速度大。含结构水或中性水的矿物一般溶解度也大。水温升高，一般促使矿物溶解；压力增大，不利于矿物的溶解，则利于重结晶的进行。

另外，矿物的类型不同，在水中的溶解度差异很大。一般在常温常压下，卤化物、硫酸盐、碳酸盐、硼酸盐及含结构水和中性水的矿物溶解度较大；而自然元素、硫化物、氧化物、硅酸盐、磷酸盐等矿物溶解度较小。此外，水的pH、Eh值及含盐度对矿物的溶解度产生重要的影响，一般硫化物在中性水中溶解度很低，在酸性水及Eh值比较大的条件下其溶解度显著增大。

矿物在水中的溶解程度直接影响和决定了地表水、地下水的性质，对人们的生活、工程等产生很大影响。

矿物的重结晶性也受外界条件影响，主要是温度、湿度等因素。一般在气候炎热、干旱的内陆盆地中易发生，常形成大规模的卤化物盐类矿床。

（二）矿物的氧化性和还原性

原生矿物，特别是含有过渡型元素或变价元素的矿物，当处在地表条件下，受空气中氧、水中溶解氧、含CO₂的水的作用，使处于低价的还原态离子变为高价的氧化态，导致原矿物被破坏，形成在新环境下稳定的矿物。这个过程被称为矿物的氧化。而一些氧化物或含氧盐矿物在还原条件下形成新的矿物的过程被称为矿物的还原。

在自然界，引起矿物的被氧化和还原的原因有内因和外因两方面条件影响：

（1）内因条件。内因影响主要为矿物的化学成分。即矿物成分中含有变价的元素，在氧化或还原的条件下，这些元素可由低价（还原态）变为高价（氧化态）或者从高价（氧化态）变为低价（还原态）。这种随着离子电价的改变则会引起离子半径、离子配位数及化学键力等也随着改变，最终使原矿物的结构发生改变，被释放出来的离子会在新的环境条件下形成新矿物。

（2）外因条件。外因影响主要是大气中、水中溶解的氧和二氧化碳等方面。

氧是强的氧化剂，具有很高的电负性，可以从其他离子中夺得电子变为负离子，导致低价金属正离子可变成高价正离子，使得硫化物、低价氧化物等矿物变为氧化物、硫酸盐、高价氧化物及氢氧化物等矿物。如自然界常见到黄铁矿在氧化条件下变为硫酸铁。

空气中的CO₂容易溶解于水，在水的含量比空气中高几百倍或几千倍。含碳酸的水对矿物的作用要大于水，可加速一些矿物的破坏速度，如橄榄石在CO₂作用下可分解成菱铁矿或菱镁矿，并沉淀出SiO₂。

在自然界，矿物的氧化还与矿物的组合有关，一般硫化物最容易被氧化，但不同的金属硫化物的氧化速度并不同，有快有慢。其氧化快慢的顺序如下：

但当方铅矿、闪锌矿等与黄铁矿同时存在时，其氧化速度要提高8～20倍。一般单一硫化物则比较难氧化。

矿物的氧化是发生在地表的一种普遍现象，而矿物的还原在地表也比较发育，如在硫化物矿床氧化带中，硫酸铜与水分解后在还原条件下可形成次生辉铜矿。

矿物的氧化和还原不仅影响着矿物的稳定性和表面性，还对矿物的鉴定、应用带来了很大的影响，如对矿物的分离、提纯带来较大的不便。同时也影响着周围环境质量，如水的性质改变，对植物、生物的生存条件带来影响。

（三）矿物与酸、碱的反应性

矿物遇酸或遇碱后其遭到破坏或被分解的过程被称为矿物的酸、碱反应。矿物发生酸反应后其晶格遭到破坏，其中元素形成自由离子或可溶性化合物。矿物与碱在高温下熔融分解，使一些元素形成溶于酸的化合物。

不同的矿物与酸或碱的反应是有差别的：一般大部分自然元素，如自然硫、自然铜、自然银、自然金等可溶于不同的酸中。但石墨与金刚石不溶于酸。而硫化物矿物大部分溶于盐酸、硫酸等溶液中。氧化物矿物大部分可溶于盐酸中，而一些钛、铬氧化物可溶于碱中。所有的碳酸盐矿物均溶于盐酸中。硅酸盐矿物大部分可被氢氟酸分解，其中以钾、钠、钙的硅酸盐反应比较强烈。另一些硅酸盐矿物，如锆石、绿柱石等矿物比较难溶于一般酸溶液，须用强碱在高温熔融下分解破坏。

矿物的这种自然或人为的行为改变了许多矿物的性质，对人们的利用带来了许多方便。但也对环境、建筑、公路等方面带来很大的危害。