[科普中国]-同晶型现象

同晶型现象又叫类质同象，一般是指几种物质能形成晶形相同的或完全相似的晶体的现象。这种晶体是由结构相似的基元作相似排列而形成的。1

同晶型现象概念

化学成分相近，结晶构造相似的物质，晶格中相似的构造单位（原子、离子、配离子等）互相替换而不破坏原有的结晶构造，这种性质称为类质同象，所形成的中间成分的化合物称类质同象混合物。

如菱镁矿MgCO3和菱铁矿FeCO3，在成分上都是碳酸盐类，在构造上都是三方晶系的菱面体格子，因此，菱镁矿中的Mg2+可以被Fe2+置换一部分，形成含铁的菱镁矿（Mg，Fe）CO3，同样，菱铁矿中的Fe2+也可以被Mg2+置换一部分，形成含镁的菱铁矿（Fe，Mg）CO3。

类质同象混合物化学式的写法为：成类质同象的元素用圆括号括起来，含量多的写在前面，并用逗号分开；若是较复杂的类质同象混合物，可将两端组分都写出来，用n和（100-n）写在两个组分化学式的前面，中间用圆点分开二如由钠长石和钙长石组成的斜长石类质同象系列可写成：2

nNa[AlSi3O8]·（100-n）Ca[AlSi3O8]

同晶型现象的类型

在晶体中一种质点可被另一种质点替代的限度是不同的，按可替代的限度，类质同象可分为两种类型。

一、完全类质同象

在晶体中某种质点可以无限制地被另一种质点代替，称完全类质同象。如在镁橄榄石MgSiO4中的Mg2+可被Fe2+代替，Fe2+代替Mg2+的数量从少到多，直至成为铁橄榄石，其化学成分可示意地表示如下：Mg2SiO4-（Mg，Fe）2SiO4-（Fe，Mg）2SiO4-Fe2SiO4。它们的晶体始终是斜方晶系的，晶体结构始终不变，只是晶胞参数随成分的变化而逐渐改变，由镁橄榄石的a0=4.756nm，b0=10.195nm，c0=5.981nm逐渐变为铁橄榄石的a0=4.817nm，b0=10.477nm，c0=6.105nm。其物理性质也随着成分的变化而逐渐改变。

二、不完全类质同象

在晶体中某种质点被另一种质点代替不能超过某一限度，只能在一定的范围内进行，称为不完全类质同象。如：闪锌矿ZnS中的Zn2+被Fe2+代替最多只能达到阳离子数的43%，不论在自然界还是实验室合成样品中，都没有找到铁替代锌超过这一限度的例子。

类质同象互相替代的离子，其电价可以相同，也可以不同，据此义可把类质同象分为两种类型。

1.等价类质同象

相互替代的离子电价相同，如闪锌矿中Fe2+代替Zn2+，橄榄石中Fe2+代替Mg2+。红宝石中Al3+被Cr3+部分取代，翡翠中Al3+被Cr3+部分取代，祖母绿中的Al3+被Cr3+部分取代都是等价类质同象替代。

2.异价类质同象

相互替代的离子电价不相同。如蓝宝石中Al3+被Ti4++Fe2+取代，硅酸盐中的Si4+被Al3+代替，萤石中的Ca2+被Y3+代替等。3

类质同象的意义

研究矿物晶体的类质同象具有多方面的实际意义。

首先，类质同象研究是制定矿物温压计的理论基础。尽管类质同象受到多种内在因素的影

响，但对一定的晶体及其有关元素而言，类质同象代换却主要取决于各种外在因素尤其是温度

的影响。基于此，成因矿物学家研制了大量矿物温度计、矿物压力计，成为地质过程研究的重要工具。

其次，研究类质同象能够阐明矿物晶体的化学成分与物理性质的相关关系及其变化规律，使基于矿物物性测定结果来确定矿物组分的变化、恢复矿物形成时的物理化学环境乃至找矿预测成为可能。例如，黄铁矿的热电性与其类质同象组分密切相关，P型黄铁矿常含较多低温元素As和sb，指示较低结晶温度和有利于成金的环境。

再次，类质同象理论是进行多金属矿床综合评价和稀有分散元素赋存状态研究与找矿的指导思想。地壳中许多元素主要以类质同象混入物的形式赋存于一定的矿物晶格中，本身很少形成独立矿物，例如Re经常赋存于辉钼矿中，Cd，In，Ga经常存在于闪锌矿中，为此，寻找Re，Cd，In，Ga等稀有分散元素，就要关注辉钼矿、闪锌矿；反之，对辉钼矿、闪锌矿矿床的评价，就要注意Re，Cd，In，Ga等稀有分散元素的多寡。

此外，类质同象混晶的分解能造成某些有用元素的集中，如铁镁质岩中所含的类质同象混入物氧化分离有时能形成铁、锰、镍、钴的次生矿床，因此研究类质同象混晶的分解还能了解矿床氧化带和原生带的关系，为寻找氧化矿床和原生矿床提供依据。4

本词条内容贡献者为:

王沛 - 副教授、副研究员 - 中国科学院工程热物理研究所