第一节、地球中的元素第二节、自然界中的矿物
第三节、矿物晶体结构─ 矿物的DNA第四节、岩石的科学与情趣地球是一个特殊的物理化学体系元素－矿物－岩石
第一节地球中的元素
宇宙中的元素是通过热核聚变反应，经历了从简单到复杂的形成演化过程的。
物质复杂多样
地球上多种多样的物质，都是从基本粒子聚变而成氢开始的,然后是四个氢合成一个氦，氦再进一步合成其它元素约在150亿年前的大爆炸以后50—100万年时，从轻元素到重元素，现今所有的元素就已逐渐形成
两千多年前中国李耳
“道生一，一生二，二生三，三生万物”的哲学思想
美国化学家克拉克(F.W.Clarke,1847-1931)
· 根据大陆地壳中(地下16Km以内)的5159个岩石、矿物、土壤和天然水的样品分析数据，于1889年第一次算出元素在地壳中的平均含量数值(平均质量百分比)，即元素的丰度。
· 为了纪念这个创举，命名为克拉克值。
· 克拉克值：某一种元素在地壳中的平均重量百分含量
地壳中各元素的丰度
· 氧(45.2%）,硅(27.2%)
· 铝(8%),铁(5.8%),钙(5.06%)
· 镁(2.77%),钠(2.32%),钾(1.68%)
· 钛(0.68%),氢(0.14%),锰(0.10%),磷(0.10%)
· 其它所有元素(0.95%)
地壳中其它重要元素
· 10-5 : Cu 5.5, Pb 1.25, Zn 7,
· Co 2.5, Ni 7.5
· 10-6 (g/t) : W 1.5, Sn 2, U 2.7,
· Mo 1.5, As 1.8
· 10-7 : Sb 2
· 10-8 : Ag 7, Au 4
· 10-9 : Pt 5
整个地球的物质（按重量计算）各元素的丰度
· 铁近34.6%，氧为29.5%
· 硅为15.2%，镁为12.7%
· 镍为2.4%，硫为1.9%，
· 钙和铝为2.2%
· 其它所有元素共占1.5%
· 地核：大部分以金属状态存在的铁和镍
· 地壳和地幔：大部分是氧和硅、铝也较多
· 水圈：以氧和氢为主
· 生物圈：主要为碳、氢、氧和氮
· 大气圈：主要为氮、氧
全球的质量近六十万亿亿吨(5.976×1027g)
· 几乎都集中在平均半径为6371km的固体地球内
· 以岩石和金属的形态出现,其平均密度为5.52g/cm3(即1立方厘米5.52克)。
· 大气、水和生物体的总质量不足0.1%。
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第二节自然界中的矿物
矿物：天然形成的、具有一定化学成分、内部原子排列顺序和物理特征的元素单质和无机化合物。
· 矿物一般都有自己固有的形态，但在自然界产出时常不完整
· 只有部分矿物如水晶、金刚石、黄铁矿、方解石、黑云母、石棉等少数矿物易形成其固有的形态特征
· 矿物也有较大的形体，可以用肉眼及简单的试验方法辨认
自然金
孔雀石金刚石红宝石
石英黄铁石
矿物肉眼鉴定方法
· 颜色：对白光中不同波长光波吸收的结果，为吸收光的补色
· 条痕色：矿物粉末的颜色
· 透明度：透过可见光的能力
· 光泽：矿物表面的总光量
· 硬度：抵抗外来机械力（刻划、压入、研磨）的能力
· 比重：
· 磁性：
· 解理：矿物在外力作用下严格沿着一定的结晶方向破裂，并裂成光滑平面的性质
孔雀石白云母方解石
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第三节矿物晶体结构─ 矿物的DNA
· 绝大部分矿物都是结晶体
· 德国物理家冯·劳埃(M. Von Laue, 1879-1960)用X光观测晶体，发现不论晶体的外形如何，内部的原子、离
子、分子都是有序的排列
· 这种质点的有序排列，就好像生物的基因物质──脱氧核糖核酸（DNA）一样
矿物的各种特征
· 不仅与它的化学
成分相关更受到晶体构造的
控制
矿物种数
· 从20世纪初的两千多种到20世纪90年代的五千多种
矿物分类
· 自然元素矿物：如金，金刚石、石墨、硫磺，还有铜、银、汞等
· 卤化物矿物（F、Cl、Br、I化合物）：石盐、钾盐、萤石等
· 硫化物矿物：黄铁矿、黄铜矿、方铅矿、闪锌矿、辉钼矿、雄黄等
· 氧化物和氢氧化物矿物：如赤铁矿、磁铁矿、铬铁矿、锡石、铝土矿、软锰矿、硬锰矿、沥青铀矿、石英等。
· 含氧酸盐矿物：最重要的是下面三种：
· 硫酸盐矿物：有石膏、芒硝、重晶石等
· 碳酸盐矿物：如方解石、孔雀石
· 硅酸盐矿物：
自然铂（Pt）（自然元素矿物）黄铁矿（FeS2）
硫化物
石膏（Ca(H2O)2［SO4］）
（氢氧化物）
奥长石（100－nNa［AlSi3O8］－
nCa［AlSi2O8］）硅酸盐
钾盐（KCl）
（卤化物）
锡石（SnO2）
氧化物
方解石（CaCO3）
（含氧酸盐）
硅酸盐矿物
氧离子和硅离子结合的基础上，再
与金属离子结合而成硅酸盐矿物石英（SiO2）
硅酸盐矿物种类繁多，约
占已知矿物种数的1/4，占地壳总
重量的85%
其中最常见的就是各类长
石、云母、辉石、角闪石、橄榄石
等几种，它们广泛分布在地壳与地
幔内。
硅酸盐矿物的晶体结构
黄玉
（岛状硅酸盐）
蔷薇辉石
（链状硅酸盐）
蛇纹石
（层状硅酸盐）
奥长石
（架状硅酸盐）
矿物的非晶质体：黑曜岩、珍珠岩、蛋白石
由于仪器观测精度越来越高，过去许多以为是非晶质的矿物，其实是晶体微小的“隐晶质”原来被列为非晶质矿物的种数变得越来越少
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第四节岩石的科学与情趣
· 矿物总是集合成为岩石而产出的
· 岩石：自然状态下形成的，由一种或几种矿物有规律组合而成的矿物集合
体
· 岩石是混合物
岩石的成因
· 水成论－魏尔纳(A.G.Werner,1750-1815）
· 火成论－赫顿（J. Hutton, 1726～1797）
按岩石成因来进行科学分类
地球上的岩石：
· 沉积岩主要来自地表的沉积物（很多沉积于水中），也称水成岩
· 岩浆岩是岩浆冷凝的产物，也叫火成岩
· 变质岩是原岩在固体状态下、经过一定的温度与压力的作用，有时还有新的成分加入，使其内部物质组成或结构
发生了不同程度的变化
古代中国的学者走的是另一条路
· 不是去探究岩石的成因和寻求合乎逻辑的分类，而是想从岩石的身上找出精神的价值。
· 将玉与普通的石头区别开来，并把它摆到崇高的位置，就是这种追求的表现。
· 将玉的色泽、晶莹、柔润、坚固，敲击时声音清纯绵长等特点，看作仁义道德和勇敢机智的体现。
玉乃“ 石之美
有五德者”，“ 君子必佩玉”。
玉
· 古人不知道它是什么成分，经过现代技术手段测定，才知道玉不是矿物而是矿物的集合体，即岩石一类
· 大多为透闪石(Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2) 或阳起石(Ca2(Mg,Fe)5[Si4O11]2(OH)2）一类，成纤维状，非
常细微
· 商周两代最盛。
商王后妇好的墓中挖出玉器755件。
· 武王灭商，“ 得佩玉亿有八万” 即18万块之多。
· 欧洲人没有这些讲究，哥伦布带回印地安人用来治病的玉，这才有了Jade（玉）这个名词
祖母绿(绿柱石)玉透雕三龙环型饰
中国人不仅追求精神，也重视实用
· 四千多年前就会开采铜矿石、冶炼金属在两千多年前就知道把煤拿来当燃料将矿物岩石用于医药，更有独到之处。
· 总之，一句话，事情做了不少，但却从来没有人去探索其中的科学奥秘。
贤哲们是不去做这些事的，他们醉心的
仍是在天人合一的境界中去领略石头的情趣。
爱因斯坦在1953年致斯威策(J.E.Switzer)的信中说过：
·“西方科学的发展是以两个伟大的成就为基础，那就是：希腊哲学家发明形式逻辑体系（在欧几里得几何学中）以及通过系统的实验发现有可能找出因果关系（在文艺复兴时期）。
在我看来，中国的贤哲没有走上这两步，那是不用惊奇的，令人惊奇的倒是这些发现（在中国）全都做出来了。
”
主要概念
· 克拉克值
· 矿物
· 岩石
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