硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

1、硅酸鹽結(jié)構(gòu)（structure of silicates）Introduction硅酸鹽礦物在自然界中分布極為廣泛，已知的硅酸鹽礦物有600多種，約占已知礦物種的1/4，占地殼巖石圈總質(zhì)量的85%。陶瓷、建材、電絕緣體等原料硅酸鹽工業(yè)：玻璃、水泥、陶瓷、搪瓷等1一、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)1、基本結(jié)構(gòu)單元是SiO44-四面體硅氧骨干、硅氧團(tuán)Si4+O2-2、Si-O團(tuán)很強(qiáng)、很硬2一、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)3、O2-是不飽和的（外層只有7個(gè)電子），還能與其它離子或基團(tuán)結(jié)合 與金屬離子結(jié)合硅酸鹽礦物 與Si-O團(tuán)結(jié)合 橋氧Mg2鎂橄欖石 OlivineMg2SiO4島狀硅酸鹽橋氧34、Si-O四面體中的Si4+還可以被

2、Al3+離子代替，形成Al-O四面體或Al-O八面體一、基本結(jié)構(gòu)特點(diǎn)4二、硅酸鹽礦物的分類1、根據(jù)組成 (1) 正硅酸鹽 orthosilicates SiO44-的鹽 (2) 焦硅酸鹽 pyrosilicates Si2O76-的鹽 (3) 偏硅酸鹽 metasilicates SiO32-SiO32n-，等等5二、硅酸鹽礦物的分類2、根據(jù)Si-O四面體在空間的連接情況 (1) 島狀硅酸鹽 Island silicates (limited Si-O group) 孤立Si-O團(tuán)、成對Si-O團(tuán)、環(huán)狀Si-O團(tuán)6二、硅酸鹽礦物的分類2、根據(jù)Si-O四面體在空間的連接情況 (2) 鏈狀硅酸鹽

3、chained silicates：單鏈、雙鏈7雙鏈結(jié)構(gòu)8二、硅酸鹽礦物的分類2、根據(jù)Si-O四面體在空間的連接情況 (3) 層狀硅酸鹽 layered silicates9二、硅酸鹽礦物的分類2、根據(jù)Si-O四面體在空間的連接情況 (4) 架狀硅酸鹽 network silicates10三、硅酸鹽的結(jié)構(gòu)1、島狀硅酸鹽 Island silicates (limited Si-O group) (1) 單一硅氧團(tuán)（孤立有限硅氧團(tuán)）分子式：M4+SiO4、 M22+SiO4典型礦物：鎂橄欖石Olivine 、鋯英石zircon、石榴石garnet11鎂橄欖石：Mg2SiO4呈橄欖綠色隨Fe含量

4、增多，可由淺黃綠色至深綠色，玻璃光澤，透明至半透明透明色美的橄欖石可作寶石橄欖石是組成上地幔的主要礦物，也是隕石和月巖的主要礦物成分。我國河北張家口漢諾壩玄武巖包體中也有寶石級的橄欖石。 12鎂橄欖石的結(jié)構(gòu)： Mg2SiO4 = O/Si4 O2-可看成是近似的六方密堆結(jié)構(gòu) Si4位于其四面體間隙，四面體有四種類型；Mg2+位于其八面體間隙中 SiO44-是孤立的，周圍對稱發(fā)布著三個(gè)Mg2+，33/631/6=2個(gè)，分子式為Mg2SiO4 簡單正交點(diǎn)陣13(2) 含成對的硅氧團(tuán) = O/Si3.5 硅鈣石 Ca3(Si2O7)，即3CaO2SiO2，正交晶系14 六節(jié)環(huán)： = O/Si3代表性

5、礦物： 綠柱石 Be3Al2Si6O18 堇青石 cordierite 2MgO2Al2O35SiO2(3) 含環(huán)狀硅氧團(tuán) 三節(jié)環(huán)： 四節(jié)環(huán)：(Si3O9)6(Si4O12)8(Si6O18)12152、鏈狀硅酸鹽 Chained silicates由大量的SiO44共頂連接而成的一維結(jié)構(gòu)(1) 單鏈：結(jié)構(gòu)單元SiO32, = O/Si3 輝石類 pyroxenes，如透輝石 CaMgSi2O6、頑火輝石 Mg2Si2O616(2) 雙鏈：結(jié)構(gòu)單元Si4O116, = O/Si2.75 閃石類 amphiboles，如透閃石 tremolite 鏈型硅酸鹽中，鍵內(nèi)的SiO鍵要比鏈間的AO鍵強(qiáng)的

6、多（A一般為金屬正離子）。因此，這些硅酸鹽很容易沿鏈間結(jié)合較弱之處劈裂成柱體或纖維 。舉例：典故“以火浣衣”工業(yè)石棉asbestos（纖維蛇紋石） (OH)6Mg6(Si4O11)H2O173、層狀硅酸鹽 Layered silicates硅氧四面體通過三個(gè)O2在二維平面內(nèi)相互連接，延伸成一個(gè)硅氧四面體層，二維無限結(jié)構(gòu)具有六角對稱性結(jié)構(gòu)單元 Si4O104, = O/Si2.5自由氧可與Mg2+、Al3+、Fe2+、OH等鍵合，形成不同類型的層狀硅酸鹽礦物18滑石 talcMg3(OH)2Si4O10白云母 muscoviteKAl2(OH)2AlSi3O10高嶺土 KaoliniteAl2(

7、OH)4Si2O6典型的層狀硅酸鹽：19 層與層之間是分子鍵或氫鍵結(jié)合，故結(jié)合較弱 H2O可以進(jìn)入層內(nèi)，而使該材料具有好的可塑性、觸變性特征：舉例： 能“爆米花”的礦物和巖石 能吸水膨脹的膨潤土204、骨架狀硅酸鹽 Network silicates方石英結(jié)構(gòu)特征：FCC點(diǎn)陣，Si4排成金剛石結(jié)構(gòu)， O2位于方向上的一對Si4之間，形成橋氧； Si4位于O2的四面體間隙， O2四面體在空間通過橋氧相連，形成三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)所有的氧均為橋氧 = O/Si2石英玻璃(1). 硅石 silica（石英） SiO2 硅氧四面體在空間組成的三維網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)21(1). 水晶石英家族：(2). 瑪瑙22 硅氧四面體的Si4被Al3取代，形成鋁氧八面體，由于Al3和Si4的電價(jià)不同，則網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)負(fù)電性，故常與K+、Na