和微斜长石(KAlSi3O8)—钠长石(NaAlSi3O8)—钙长石(CaAl2Si2O8)的三元相图。从钠长石到钙长石的转变过程中,发生了 置换,置换。]]
耦合置换()又称耦合替换,是两种元素同时进入矿物晶体以保持整体电中性和电荷恒定的地质过程。在金属离子进入晶体中形成系列固溶体过程中,离子半径远比离子电荷重要,因为电荷可以从晶体结构的其他地方得到补偿。
离子大小
矿物要形成稳定的晶体结构,组成原子在电荷和大小上必须相互贴合,以便电子层之间进行相互作用,并形成电中性分子。基于此原因,原子的大小和电子层结构决定了元素组合的可能以及矿物所呈现的几何形状。由于形成矿物分子时,电子被给出或接收,元素离子半径控制着尺寸并决定了原子在矿物中的结合方式。
示例
- 硅酸盐矿物
耦合置换在硅酸盐矿物中很常见,通常是取代四面体配位的。
例如在斜长石(NaAlSi3O8-CaAl2Si2O8)固溶体体系中,钠长石(NaAlSi3O8)组分变成钙长石(CaAl2Si2O8)过程中Al3+会取代Si4+,然而这种不等价取代会产生额外的负电荷,因此会伴随(即“耦合”)一个Ca2+取代Na+的过程来抵消这个额外的电荷。
- 刚玉
在刚玉中,可能会发生Fe2++Ti4+→2Al3+的耦合置换过程:
NiO+ 2 TiO_2 + Fe_{Fe}^\times \rightarrow Ni_{Fe}^\prime + 2 Ti_{Fe}^\bullet + Fe_{Fe}^\prime + 5O_{O}^\times
Fe_{Fe}^\times,O_O^\times为晶格Fe3+和晶格O2-,Ni_{Fe}^\prime ,Ti_{Fe}^\bullet为取代Fe3+位置的Ni2+和Ti4+,Fe_{Fe}^\prime即取代Fe3+位置的Fe2+(详见晶体缺陷的表示方法:)。
- 透辉石—翡翠转变
在透辉石(MgCaSi2O6)转变成翡翠(NaAlSi2O6或)过程中,会发生Ca2++Mg2+ → Na++Al3+的耦合置换,但置换程度有限,并随之形成 含有Si2BeAl的四面体层。这种置换方式保持了电中性,同时构成了页硅酸盐矿物族中三八面体层状结构端元。
参考文献
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