[科普中国]-结晶化学

简介

结晶化学是指研究晶体的结构与其化学组成和性质间的关系和规律的一门化学。主要包括有目的地积累晶体结构的材料，并运用这些材料，配合其他数据，来阐明和解决有关的化学问题。深入揭露晶体内在关系，从而充分掌握规律，达以制备具有指定性能的晶体物质如半导体等。在科学研究和工业生产上具有重要的意义。对共生矿物的结晶化学特点进行充分研究，找出决定和影响矿物表面性质的特殊点，结合药剂作用机理，在充分研究这些特点对药剂吸附强度和吸附量的影响之后，可以开发出更有选择性的浮选分离工艺1。

结晶化学包括内容结晶化学主要内容包含以下四大部分：几何结晶学、X射线晶体衍射学、晶体化学和晶体物理。几何结晶学是应用对称性的几何理论讨论了晶体宏观外形的对称性和晶体内部微观结构的对称性；X射线晶体衍射学包括晶体X射线衍射学基本理论、X射线衍射的基本实验方法及X射线粉末法在化学中的应用；晶体化学包括了对无方向性和不饱和性的金属键、离子键、范德瓦尔斯键所构成的晶体结构（用圆球的密堆积模型）规律与性能之间关系的描述，而对于较复杂化合物的晶体结构则应用负离子配位多面体的构型进行描述；晶体物理部分则应用群论的工具分别计算了晶体的力学、电学、磁学、光学等物理参量，并导出晶体相应的物理性质，从理论上给出晶体的组成、结构与各种特殊性能之间的关系2。

石英的结晶化学石英具有典型的架状晶体结构，即每个硅原子以4个单键分别连接4个氧原子构成硅氧四面体。而四面体中的氧原子又均为两个硅氧四面体所共用，形成角顶相连的空间晶体结构。硅与周围的四个氧都以原子键结合，其中60%是共价键，40%是离子键，且各方向的键力相等，故无解理面形成。

长石的结晶化学长石的晶体结构与石英基本相同，也是架状结构。只是由于具有不同晶胞参数的[AlO4]四面体取代了1/4的硅氧四面体，使晶体结构上有微小改变。同石英一样，长石结构中也是靠公共氧实现环与环、键与键及面与面之间的联结的，但与石英不同的是，由于Al3+的取代，各向的连结力不同。环与环间连接的公共氧两边均是硅氧键，受力均衡，故结合很紧，很难分开，即使断裂也只能使长石出现不规则断口。在键与键之间，由于存在为补偿Al3+取代Si4+所造成的电价不平衡而引进的K+、Na+，这些碱金属离子与O2-之间的离子键强度很低，加上键之间的硅氧键密度也低，故连结力较弱，长石在平行于键的方向形成较好的解理3。

总结1.石英和长石具有相同的晶体结构，二者在水溶液中的荷电机理也基本相同，零电点十分接近，单靠阳离子捕收剂浮选是不可能实现其分离的；

2.阴离子脂肪酸类捕收剂在石英表面仍可靠局部正电区吸附，但这种吸附是可逆的，吸附强度很低。在长石表面有油酸根离子与Al离子之间的化学吸附，化学吸附的油酸对其他吸附油酸起一定的固定作用，提高了油酸吸附层的整体强度；

3.长石表面Al离子的存在为长石的选择性活化提供了基础。油酸钠对长石的活化机理与氟化物基本相同；

4.长石与石英的晶体化学和组成上的特性仍然决定着其分离工艺发展的方向，一对这方面的深人研究，有助于开发更具选择性的浮选分离工艺2。