从矿物粉晶表面反应性到矿物晶面反应性——以黄铁矿氧化行为的晶面差异性为例

作     者：何宏平 鲜海洋 朱建喜 谭伟 梁晓亮 陈锰 HE HongPing;XLAN HaiYang;ZHU JianXi;TAN Wei;LIANG XiaoLiang;CHEN Meng

作者机构：中国科学院矿物学与成矿学重点实验室中国科学院广州地球化学研究所广州510640 广东省矿物物理与材料研究开发重点实验室中国科学院广州地球化学研究所广州510640 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《岩石学报》 (Acta Petrologica Sinica)

年 卷 期：2019年第35卷第1期

页      面：129-136页

核心收录：

学科分类：0709[理学-地质学] 070901[理学-矿物学、岩石学、矿床学] 07[理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41573112) 国家外专局"创新国际团队项目"(20140491534)联合资助 

主　　题：黄铁矿 晶面 反应性 氧化速率 氧化机理 

摘      要：地球系统中各种矿物相的物理化学反应大多是从矿物表面或界面开始的。要揭示矿物表面反应性的本质,就需要从控制其反应性的表面结构入手。由于实验条件的限制,绝大多数关于矿物表面物理化学性质的研究主要采用粉晶作为研究对象。尽管粉晶方法在研究诸如硅酸盐、碳酸盐溶解和沉淀结晶等过程中被普遍采用,但这种基于矿物粉晶的研究方法还是有一定的不足。因为形成粉晶的破碎研磨过程会导致晶体高能面的出现,高能面所具有的高活性可能会加速其反应过程,应用于地球化学反应的计算结果就可能高估了实际的地球化学反应速率。本研究以黄铁矿表面氧化反应的晶面差异性为例,从晶面结构制约反应性的角度出发,重新审视了黄铁矿氧化的相关问题,弥补了传统粉晶研究中对黄铁矿氧化速率和氧化机理认识的缺陷。黄铁矿宽范围的氧化速率实测值很可能是由不同晶面间较大的反应性差异导致;水在黄铁矿的氧化过程中同时扮演着传递电子的催化剂和反应物的角色,也是黄铁矿氧化反应速控步(rate-limiting step)的核心物质。这些认识首次明确了黄铁矿不同晶面反应性差异的重要性,并提示我们应将传统表面矿物学的研究推向更为精确的晶面矿物学水平。这一从晶面角度考察发生在矿物表面的地球化学反应的研究方法可为构建更为精确的地球化学模型提供理论基础。