如何判断一种物质是由离子构成还是分子

矿物的基本结构单位是由原子、离子和分子组成的。例如，金刚石是由碳原子组成的，自然金是由金原子组成的；石盐的结构单位则由钠离子（Na+）和氯离子（Cl-）组成。有些矿物是由分子组成的，如自然硫（由S8分子组成）和雄黄（由As4S4分子组成）。大多数矿物可以看作或近似地看作是离子化合物，它们的形成、变化及其物理化学性质与离子的性质有密切关系。因此，下面将介绍关于离子的知识。

1. 离子半径

离子半径是描述离子大小的数值，它对离子在晶体结构中的作用有很大影响（各元素的离子半径列于表6-1）。离子半径的大小有以下规律：

- 阴离子一般较大，其数值在2.20～1.32 Å之间；阳离子一般较小，其数值在1.67～0.13 Å之间。这是因为原子得电子后半径加大，而失电子后半径缩小。

- 在周期表上，同一族元素，其离子半径自上向下，随周期数的增加而增大。

- 同一周期元素的阳离子半径变化规律比较复杂。如果核外电子数保持不变，则同一周期自左至右，随核电荷数的增加，半径迅速减小。

- 镧系15个元素有两条重要性质。一方面，它们的化学性质相近，离子半径大小相差不大，在自然界经常共处于同一环境、同一矿物晶格中。因此，常把它们合起来（外加钇Y）称为稀土元素，用符号TR表示（现改用REE表示）。另一方面，从La开始，随原子序数的增加，离子半径仍有缓慢下降的趋势。

2. 离子类型

矿物中阴离子种类有限，主要是O2－、S2－、F－、Cl－，此外还有五、六种较次要的。但阳离子却有100多种，它们不仅半径、电价不同，而且外层电子的构型也不一致。外电子层构型对离子的晶体化学性质影响很大。据此，可将阳离子分为惰性气体型、铜型和过渡型三类。形成这三种类型离子的元素在周期表上的分布见表6-2。

- 惰性气体型离子：这些阳离子外层具有2个（第二周期）或8个（第三周期及以后）电子，其电子层构型和惰性气体完全一样，如Li+、Be2+等和He一样，Na+、Mg2+等和Ne一样。它们是由表6-2中I区元素的原子失去电子形成的。其特点如下：

1) 电子层结构稳定，一般情况下不变价；

2) 与半径和电价相似的其他类型离子相比电负性最低，其化合物具有离子晶格性质较强；

3) 常参加到氧化物或含氧盐晶格中，形成所谓造岩矿物，如石英、方解石、长石等。

- 铜型离子：这些阳离子外层具有18个电子（如Cu+、Zn2+）或18+2个电子（如Pb2+、Sb3+），它是由表6-2中II区元素的原子失去电子形成的。它们具有以下特点：

1) 电子层结构仍相当稳定，一般情况下不变价，或只在18和18+2两种构型间变化；

2) 与电价和半径相似的其他类型阳离子相比电负性最高，因而当它们与电负性不太高的阴离子（如S2－、Se2－等）结合时，其化学键强烈地向共价键和金属键过渡。其化合物在水中溶解度低；

3) 在自然界经常参加硫化物的晶格，形成有工业意义的金属矿物，如闪锌矿（ZnS）、方铅矿（PbS）、辉铜矿（Cu2S）等。

- 过渡型离子：过渡型离子外层电子数在上述两种类型离子之间（9～17）。表6-2中III区元素的原子失去电子后，即形成过渡型离子。本类型离子特点为：

1) 具有不满的d电子亚层，其结构不稳定，因而本类型离子较易变价，如Fe2+、Fe3+和Mn2+、Mn3+、Mn4+等都是常见的离子，其化合物常具顺磁性；

2) 离子的电负性、化合物的键性皆位于惰性气体型和铜型离子之间，具过渡性；

3) 其化合物经常呈现深浅不同的颜色，所谓色素离子，主要指过渡型离子；

4) 以元素Fe所在的第八副族为界，右半区过渡型离子亲硫性强，左半区则亲氧性强；元素Fe既可亲硫，也可亲氧。

3. 矿物中的络离子

上面所讲的离子都是简单离子，即单原子离子。在自然界参加晶格的阳离子主要是简单离子，但阴离子除O2－、F－、S2－、Cl－等简单阴离子外，还有许多由多原子组成的离子团。它们主要是各种含氧酸根，如［CO3］2－、［SO4］2－、［PO4］3－、［SiO4］4－等。它们虽然由几个原子组成，但经常作为一个整体参加晶格，始终保持其形状，表现出各自特有的物理化学性质。这种离子团，在矿物学文献上称为络离子。矿物中的络阴离子除了上述含氧酸根外，还有［S2］2－、［AsS］2－、［AsS3］3－等。此外，矿物中还有个别络阳离子，如在风化作用中经常产生的［UO2］2+。由于这些络离子具有独立的特征，对矿物的性质起着特定的作用。所以，在研究矿物的性质时，应了解这些络离子的特点。关于它们的特点，将在矿物学各论中结合所在大类加以介绍。