石膏：从化学组成到晶体品种的全面科普

石膏：从化学组成到晶体品种的全面科普

石膏是一种常见的矿物，主要由二水硫酸钙组成，在建筑、雕塑等领域有广泛应用。本文将从石膏的化学组成、物理性质、晶体品种、地质发生过程等方面，全面介绍这种重要的矿物。

简介

石膏是由二水硫酸钙组成的软硫酸盐矿物，化学式为CaSO4·2H2O。它被广泛开采并用作肥料和多种形式的石膏、黑板或人行道粉笔以及石膏板的主要成分。

雪花石膏是一种细粒白色或浅色石膏，已被许多文化用于雕塑，包括古埃及、美索不达米亚、古罗马、拜占庭帝国和中世纪英格兰的诺丁汉雪花石膏。石膏也结晶为亚硒酸盐的半透明晶体。它形成为蒸发岩矿物和硬石膏的水化产物。

矿物硬度的莫氏标度将石膏定义为基于划痕硬度比较的硬度值2。

词源和历史

石膏一词源自希腊语 γύψος（石膏），即石膏。由于巴黎蒙马特区的采石场长期提供用于各种用途的烧石膏（煅烧石膏），这种脱水石膏被称为熟石膏。加水后，几十分钟后，熟石膏再次变成普通石膏（二水合物），导致材料硬化或凝固，这对铸造和建筑很有用。

物理性质

石膏具有中等水溶性（在 25°C 时约为 2.0–2.5 g/L），与大多数其他盐相比，它表现出逆行溶解度，在较高温度下变得不易溶解。当石膏在空气中加热时，它会失去水分并首先转化为半水硫酸钙（bassanite，通常简称为石膏），如果进一步加热，则会转化为无水硫酸钙（硬石膏）。与硬石膏一样，石膏在盐溶液和盐水中的溶解度也很大程度上取决于 NaCl（普通食盐）浓度。

石膏的结构由紧密结合在一起的钙 (Ca2+) 和硫酸盐 (SO2−4)离子层组成。这些层由阴离子水分子片通过较弱的氢键键合，从而使晶体沿着片层（在 {010} 平面中）完美解理。

晶体品种

石膏在自然界中以扁平且通常孪晶的形式存在，以及透明、可裂解的物质，称为亚硒酸盐。亚硒酸盐不含大量硒；相反，这两种物质都是以古希腊语中的月亮命名的。

亚硒酸盐也可能以丝质、纤维状形式出现，在这种情况下，它通常被称为缎晶石。最后，它也可能是颗粒状或非常紧凑的。在手掌大小的样品中，它可以是从透明到不透明的任何地方。一种非常细粒度的白色或浅色石膏，称为雪花石膏，因其各种装饰作品而备受推崇。在干旱地区，石膏可能呈花状，通常不透明，内嵌沙粒，称为沙漠玫瑰。它还以亚硒酸盐的形式形成自然界中发现的一些最大的晶体，长达 12 米（39 英尺）。

发生

石膏是一种常见的矿物，具有与沉积岩相关的厚而广泛的蒸发岩层。众所周知，沉积物最早可追溯到太古代时期就存在于地层中。石膏是从湖水和海水、温泉、火山蒸气和静脉中的硫酸盐溶液中沉积出来的。矿脉中的热液硬石膏通常在近地表暴露中被地下水水合成石膏。它通常与矿物石盐和硫有关。石膏是最常见的硫酸盐矿物。纯石膏是白色的，但作为杂质被发现的其他物质可能会给当地矿床带来多种颜色。

因为石膏会随着时间的推移溶解在水中，所以石膏很少以沙子的形式出现。

当产生的硫酸与碳酸钙反应时，石膏也作为硫化物氧化的副产品形成，其中包括黄铁矿氧化。它的存在表明氧化条件。