第十八講層狀和架狀硅酸鹽亞類

第十八講層狀和架狀硅酸鹽亞類演示文稿本文檔共52頁；當(dāng)前第1頁；編輯于星期六\12點40分（優(yōu)選）第十八講層狀和架狀硅酸鹽亞類本文檔共52頁；當(dāng)前第2頁；編輯于星期六\12點40分一概述分類：依結(jié)構(gòu)單元層的配置：

——TO型：蛇紋石-高嶺石族；

——TOT型：滑石-葉蠟石族；云母族；綠泥石族；伊利石（水云母）族；埃洛石（敘永石、多水高嶺石）族；蒙脫石-蛭石族。依八面體片中陽離子數(shù)目：

——三八面體型

——二八面體型成因：巖漿作用，區(qū)域變質(zhì)作用，熱液蝕變作用。本文檔共52頁；當(dāng)前第3頁；編輯于星期六\12點40分二晶體結(jié)構(gòu)特征：1、四面體片及八面體片：

[SiO4]四面體連接成層，活性氧指向一邊，即形成四面體片，用T表示；兩層四面體片的活性氧相對（活性氧形成的六方環(huán)中央有OH），并位移一定距離以達到最緊密堆積方式排列，形成八面體片，用O表示。O層也可能是由一層活性氧與一層OH組成。本文檔共52頁；當(dāng)前第4頁；編輯于星期六\12點40分TOOH本文檔共52頁；當(dāng)前第5頁；編輯于星期六\12點40分2、三八面體型與二八面體型：八面體片（O層）里面如果充填2價離子（如Mg2+），則可以全部充滿，這時形成的O層結(jié)構(gòu)叫三八面體型；如果充填3價離子（如Al3+），則不可以全部充滿，只能充填2/3的八面體，這時形成的O層結(jié)構(gòu)叫二八面體型。本文檔共52頁；當(dāng)前第6頁；編輯于星期六\12點40分3、結(jié)構(gòu)單元層的基本類型：四面體T層八面體O層組合起來形成更大一級的單位層，并以此周期性地堆跺起來形成整個層狀結(jié)構(gòu)，這種單位層叫結(jié)構(gòu)單元層，有兩種基本類型：1:1型（TO型）2:1型（TOT型）TOTOT本文檔共52頁；當(dāng)前第7頁；編輯于星期六\12點40分高嶺石型葉臘石型云母型綠泥石型本文檔共52頁；當(dāng)前第8頁；編輯于星期六\12點40分4、層間域：結(jié)構(gòu)單元層之間的空隙層叫層間域，其間可充填大陽離子（K,Na,Ca等）、水分子、有機分子等，也可以空著，決定于層內(nèi)電荷是否平衡（思考：層內(nèi)電荷平衡性決定于什么？）。層間域里的內(nèi)容直接影響層狀硅酸鹽礦物的硬度、解理、彈性、撓性、吸附性、離子交換性等。本文檔共52頁；當(dāng)前第9頁；編輯于星期六\12點40分5、多型：結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)，兩層相對的T層活性氧要位移才能形成最緊密堆積層，這個位移矢量可以有多種選擇，使得結(jié)構(gòu)單元層的疊置方式不同，形成多型：1M多型2O多型本文檔共52頁；當(dāng)前第10頁；編輯于星期六\12點40分6、混層礦物：不同礦物之間的結(jié)構(gòu)單元層，以相似的兩個T層為基礎(chǔ)，可以相互連生在一起，形成混層礦物：云母層蒙皂石層云母層蒙皂石層云母與蒙皂石1:1混層，形成累托石本文檔共52頁；當(dāng)前第11頁；編輯于星期六\12點40分片狀，有時可見假六方片。一組極完全解理，解理片具彈性或撓性（決定于什么？），硬度低，較輕，玻璃光澤，珍珠光澤。此外，層狀硅酸鹽礦物還有一些特殊物理性質(zhì)：吸附性、離子交換性、膨脹性、可塑性、燒結(jié)性。具有很大的工業(yè)應(yīng)用價值。黏（粘）土礦物：粒度小于2um的層狀硅酸鹽礦物。黏土礦物強調(diào)粒度小，是因為粒度越小，上述物理性質(zhì)越突出，工業(yè)應(yīng)用越好。三、形態(tài)及物理性質(zhì)：本文檔共52頁；當(dāng)前第12頁；編輯于星期六\12點40分礦物形態(tài)和特性特點與成分和構(gòu)造的關(guān)系（1）層狀硅氧骨干決定了該亞類礦物均呈片狀，無一例外。（2）結(jié)構(gòu)中，八面體片和四面體片內(nèi)主要是共價鍵，而O片和T片之間的聯(lián)結(jié)力主要是離子鍵，因而礦物在光學(xué)性質(zhì)上表現(xiàn)為玻璃光澤，條痕無色或淺色，透明至半透明，顏色決定于所含陽離子的類型：陽離子為惰性氣體型離子者無色或淺色，如滑石和白云母；陽離子為過渡型離子者一般顏色較深，如黑云母。（3）結(jié)構(gòu)中的結(jié)構(gòu)單元層之間的聯(lián)結(jié)力均很弱，因而決定了礦物在力學(xué)性質(zhì)上均為硬度小于小刀，有些甚至小于指甲；同時，均具有平行結(jié)構(gòu)單元層的完全至極完全的底面解理；由于結(jié)構(gòu)堆積不緊密，陽離子的原子量也不大，因而礦物的比重均為中等—偏輕的范圍。這些特征都是無例外的。本文檔共52頁；當(dāng)前第13頁；編輯于星期六\12點40分

（4）礦物的硬度在低范圍內(nèi)的變化和其它性質(zhì)的差異與層間域的鍵力類型和強弱關(guān)系非常密切，表現(xiàn)為：

A．對于T-O-T型，當(dāng)四面體片中無Al3+代Si4+的現(xiàn)象時，其結(jié)構(gòu)單元層之間無任何離子，結(jié)構(gòu)單元層之間僅靠微弱的分子鍵聯(lián)系，這就決定了硬度可能低至小于指甲，而且解理薄片具撓性，手摸具滑感，如滑石和葉臘石。當(dāng)四面體中出現(xiàn)Al3+代Si4+時，為了平衡電價，必然在層間域空隙內(nèi)充填K+或Na+等半徑大，電價低的堿金屬離子，這樣，其結(jié)構(gòu)單元層之間的聯(lián)系力為弱的離子鍵，這種弱的離子鍵力比分子鍵和氫氧鍵明顯地強，但又比T片和O片之間的離子鍵弱得多，這就決定硬度可明顯地近于或大于指甲，并導(dǎo)致解理薄片具彈性，如白云母、黑云母。本文檔共52頁；當(dāng)前第14頁；編輯于星期六\12點40分B．對于T-O型，一般不出現(xiàn)Al3+代Si4+的情況，其結(jié)構(gòu)單元層之間的聯(lián)系力主要靠弱的氫氧鍵力，這種鍵力比分子鍵力強，因而表現(xiàn)在礦物的硬度上可明顯地近于或大于指甲，如蛇紋石的硬度可明顯地大于滑石，但解理薄片仍具撓性。由于無Al3+代Si4+的現(xiàn)象，因而層間域一般無其它離子進入。至于高嶺石的硬度明顯比蛇紋石低，這可能與Al3+和Si4+的排斥力大，引起結(jié)構(gòu)的松馳所致有關(guān)。本文檔共52頁；當(dāng)前第15頁；編輯于星期六\12點40分巖漿型、偉晶型、熱液型、變質(zhì)型、沉積型等各種地質(zhì)作用。在表生條件下具有極大的穩(wěn)定性。四、成因及產(chǎn)狀：本文檔共52頁；當(dāng)前第16頁；編輯于星期六\12點40分TO型：

高嶺石(Al)，蛇紋石(Mg)（層間域空）TOT型：

白云母(Al)，黑云母－金云母(Fe-Mg)，鋰云母(Li)（層間域有K＋）滑石(Mg)，葉臘石(Al)（層間域空）蒙脫石(Al,Mg)，蛭石(Mg,Fe,Al)（層間域有水分子和水合Na,Ca,Mg離子）TOTO’型：

綠泥石(Mg,Al,Fe)（層間域有O’層，即OH組成的八面體層）每種礦物具體特征請在實習(xí)課上自己總結(jié)。五、主要礦物：本文檔共52頁；當(dāng)前第17頁；編輯于星期六\12點40分黑云母白云母本文檔共52頁；當(dāng)前第18頁；編輯于星期六\12點40分葉臘石滑石本文檔共52頁；當(dāng)前第19頁；編輯于星期六\12點40分高嶺石高嶺石電子顯微鏡下形態(tài)本文檔共52頁；當(dāng)前第20頁；編輯于星期六\12點40分6.粘土礦物簡介

（1）基本概念（定義）：由熱液蝕變交代作用以及風(fēng)化作用中由水的膠凝作用形成的，肉眼看不到結(jié)晶形態(tài)、顆粒極其細小，達粘土級（<0.005mm或<2μm）的層狀硅酸鹽類礦物；簡言之，顆粒細小達粘土級的層狀硅酸鹽類礦物總稱為粘土礦物。粘土礦物在成分上都是含水的鋁的硅酸鹽或鋁的鋁硅酸鹽；從形態(tài)上來說，多呈疏松鱗片狀、土狀和（致密）塊狀，在結(jié)晶程度上均呈隱晶質(zhì)，在光澤上多呈土狀光澤（致密）塊狀者可呈蠟狀或油脂光澤。粘土礦物是構(gòu)成土壤的主體，主要礦物成分是高嶺石、蒙脫石，其它還有多水高嶺石、綠高嶺石等，其它粘土礦物如海綠石、綠泥石、蛭石、伊利石、葡萄石等，它們也可以是組成土壤的成分，但更主要是分布于相應(yīng)巖類的風(fēng)化部位。粘土礦物主要具有以下幾方面的特性：本文檔共52頁；當(dāng)前第21頁；編輯于星期六\12點40分

1）吸附性：是指粘土礦物顆粒具有吸附其它物質(zhì)成分的性能。吸附的方式主要表現(xiàn)為兩種：一種是顆粒表面吸附。如高嶺石顆粒表面常吸附各種有機分子而被染成各種顏色。這是由于粘土礦物顆粒細小使其表面能增大而導(dǎo)致顆粒表面的吸附性。一種是層間域中水合離子的吸附。如蒙脫石的層間域中的水合離子常吸附某些極性有極分子。這是由于水合離子帶有不平衡電荷而導(dǎo)致的吸附性，土壤的肥效是這一性能發(fā)揮的自然效果。

2）離子交換性：是指層間域中的陽離子或陰離子在一定的物質(zhì)環(huán)境下具有與環(huán)境的特質(zhì)成分發(fā)生交換的性能。例如蒙脫石層間域中水合離子中的陽離子在一定程度上可發(fā)生陽離子交換，利用這一性能，人們將蒙脫石用作漂白劑；高嶺石具有較強的陰離子交換能力，即結(jié)構(gòu)單元層中羥層的(OH)-離子在一定程度上可被[PO4]3-替代；利用這一性能，人們對土壤施以磷肥以增強肥效。本文檔共52頁；當(dāng)前第22頁；編輯于星期六\12點40分

3）膨脹性：是指某些粘土礦物具有遇水膨脹的性質(zhì)。含有層間水的粘土礦物在沒有完全失水的條件下都具有程度不同的遇水膨脹的性質(zhì)，膨脹性能最明顯的就是蒙脫石，這是因為層間域中的水合離子{Mg(H2O)6}2+可以部分地自由進出層間域而顯示其膨脹性。

4）可塑性：是指某些粘土礦物在遇水濕潤的條件下具有可任意造型的性質(zhì)。含有層間水的粘土礦物在沒有完全失水的條件下可塑性最明顯。可塑性是粘土礦物薄片具撓性的宏觀體現(xiàn)。

5）燒結(jié)性：是指粘土礦物在加熱熔燒完全失水后，變成堅硬塊體，失去的水再也不可能復(fù)得的性質(zhì)；所有粘土礦物都具有加熱焙燒而脫水的效應(yīng)，但若脫水不徹底，在水飽和的條件下，失去的水又可以復(fù)得；高嶺石和蒙脫石具有顯著的燒結(jié)性，因而可利用來制作陶瓷制品和磚瓦等。本文檔共52頁；當(dāng)前第23頁；編輯于星期六\12點40分

6）耐火性：是指粘土礦物在加熱焙燒完全失水而燒結(jié)后，具有熔點特高而耐高溫烘烤的特性；許多粘土礦物都是制作耐火材料的原料，如滑石、蛇紋石等。（2）粘土礦物特性的晶體化學(xué)機理上述粘土礦物的特性主要是由層狀硅酸鹽的成分和構(gòu)造特點所決定的。在許多粘土礦物中，由于陽離子間的異價類質(zhì)同象替換，或絡(luò)陰離子中的Al3+代Si4+，為了平衡電荷，則在層間域進入相應(yīng)的陽離子，而其中的某些陽離子又易于與H2O分子結(jié)合成帶電性的水合離子，因而可使粘土礦物具有吸附性；本文檔共52頁；當(dāng)前第24頁；編輯于星期六\12點40分

由于水分子個體大，圍成的空隙也大，而具水分子對其包圍的陽離子的作用力是很弱的，因而水合離子中的陽離子在一定程度上可以自由進出而使粘土礦物具有離子交換性；由于結(jié)構(gòu)單元層之間的作用力也很微弱，因而層間域中的水合離子也可在一定的條件下以一定的程度自由進出于層間域而使粘土礦物具有膨脹性；同時以薄片撓性的宏觀反映而表現(xiàn)可塑性；當(dāng)粘土礦物在加熱焙燒的條件下徹底失水后，則其原有的結(jié)構(gòu)被破壞，因而失去的水再也不可能復(fù)得而表現(xiàn)出燒結(jié)性；具有燒結(jié)性的粘土礦物往往相應(yīng)具有一定程度的耐火性。這就是成分、結(jié)構(gòu)與粘土礦物特性的相互關(guān)系。（可以蒙脫石晶體為例）

本文檔共52頁；當(dāng)前第25頁；編輯于星期六\12點40分結(jié)構(gòu)特征：Si-O骨干共用四個角頂構(gòu)成三維延伸的架狀（FRAMEWORK），四面體的連接方式多樣，結(jié)構(gòu)體中空隙或孔道較大。成分特征：——Si-O骨干中必有AlIV代替Si，AlIV/Si≤1∶2?！歉赏怅栯x子主要為低價高配位數(shù)大離子，如K+、Na+、Ca2+、B2+等；——有的出現(xiàn)附加陰離子，如方柱石中的Cl-、（CO3）-；有的出現(xiàn)H2O，如沸石。架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類概述本文檔共52頁；當(dāng)前第26頁；編輯于星期六\12點40分形態(tài)特征：四面體在不同方向排列的緊密程度不同，故有板柱狀、粒狀。物性特征：——幾乎不含過渡型離子，顏色淺；——玻璃光澤，不依顏色而變化；——發(fā)育平行結(jié)構(gòu)密實方向的完全解理；——因強健骨干架狀分布，故硬度大；

——因骨干間空隙大，幾乎不含重陽離子，故比重低；

本文檔共52頁；當(dāng)前第27頁；編輯于星期六\12點40分分類：——長石族正長石亞族；斜長石亞族；——似長石：白榴石族；霞石族；方柱石族；方鈉石族；——沸石族本文檔共52頁；當(dāng)前第28頁；編輯于星期六\12點40分長石族概述化學(xué)成分：長石族包括兩個系列（亞族）：堿性長石系列（亞族）和斜長石系列（亞族），由3個礦物種作為端員組成：K[AlSi3O8](Or)Ca[Al2Si2O8](An)Na[AlSi3O8](Ab)本文檔共52頁；當(dāng)前第29頁；編輯于星期六\12點40分架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類－長石族概述晶體結(jié)構(gòu)：

[SiO4]四面體組成四元環(huán)，再由四元環(huán)連接成沿a軸的鏈和沿c軸的鏈；鏈與鏈再連接形成整個架狀結(jié)構(gòu)。兩種四元環(huán)本文檔共52頁；當(dāng)前第30頁；編輯于星期六\12點40分沿c軸的鏈沿a軸的鏈本文檔共52頁；當(dāng)前第31頁；編輯于星期六\12點40分長石結(jié)構(gòu)投影圖本文檔共52頁；當(dāng)前第32頁；編輯于星期六\12點40分所有長石的結(jié)構(gòu)形式是一樣的，但是，還因為下面兩個因素使得不同長石的結(jié)構(gòu)具有單斜或三斜兩種對稱：1、陽離子大?。捍箨栯x子K－－單斜；小陽離子Ca,Na－－三斜。2、有序度：

高溫?zé)o序態(tài)－－單斜；低溫有序態(tài)－－三斜。所以：鉀長石高溫?zé)o序一定是單斜，低溫有序可以變?yōu)槿?；思考：鈉長石、鈣長石高溫?zé)o序是什么對稱？低溫有序是什么對稱？本文檔共52頁；當(dāng)前第33頁；編輯于星期六\12點40分架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類－長石族概述鉀長石有序化過程：因為在長石結(jié)構(gòu)中有4種類型的四面體：

t1(o),t1(m),t2(o),t2(m)在鉀長石（K[AlSi3O8]）中，恰好Al:Si=1:3，即這四個四面體中有1個是被Al占據(jù)。本文檔共52頁；當(dāng)前第34頁；編輯于星期六\12點40分架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類－長石族概述1、如果在這四種四面體位置上Al代替Si的幾率是相等的：

t1(o)＝t1(m)＝t2(o)＝t2(m)＝0.25則為無序的，叫透長石，單斜晶系；t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)本文檔共52頁；當(dāng)前第35頁；編輯于星期六\12點40分架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類－長石族概述2、當(dāng)溫度下降，長石有序化，這時：

t1(o)＝t1(m)>t2(o)＝t2(m)直至：

t1(o)＝t1(m)＝0.5t2(o)＝t2(m)=0t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)這時對稱面仍保留，單斜對稱，有序度>0，但三斜度＝0本文檔共52頁；當(dāng)前第36頁；編輯于星期六\12點40分架狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類－長石族概述3、進一步有序：

t1(o)>t1(m)t2(o)＝t2(m)=0t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)這時對稱面破壞了，三斜對稱，有序度>0，三斜度>0本文檔共52頁；當(dāng)前第37頁；編輯于星期六\12點40分形態(tài)：

短柱狀、板狀。最值得注意的是長石的雙晶，其中雙晶律主要有：鈉長石律，卡斯巴律；雙晶類型有：簡單雙晶，聚片雙晶，復(fù)合雙晶，格子雙晶，本文檔共52頁；當(dāng)前第38頁；編輯于星期六\12點40分本文檔共52頁；當(dāng)前第39頁；編輯于星期六\12點40分物理性質(zhì)：

所有長石都很相似：淺色，玻璃光澤，兩組解理完全，夾角＝或近似90°：{010}和{001}，硬度大，較輕。成因：

長石成因最廣泛，占地殼總質(zhì)量的50％，但在地表條件下不太穩(wěn)定。

本文檔共52頁；當(dāng)前第40頁；編輯于星期六\12點40分.晶體化學(xué)特征與形態(tài)和物性的關(guān)系（1）盡管架狀硅氧骨干在三維空間呈等向延展，但三維方向聯(lián)結(jié)力的強弱是有差別的，往往沿X軸方向的聯(lián)結(jié)力較強，其次為沿Z軸方向的聯(lián)結(jié)力較強，形成架中有鏈的格局，這在長石族礦物的架狀結(jié)構(gòu)中尤為典型，對礦物的形態(tài)和解理產(chǎn)生顯著的作用，其規(guī)律表現(xiàn)為：

1）架狀結(jié)構(gòu)中可以四元環(huán)為基本單元看出架中有鏈：①四元環(huán)在平行X軸方向聯(lián)結(jié)成折線鏈，鏈內(nèi)作用力很強，但具韌性，不容易折斷，由此決定了長石礦物形態(tài)多呈沿X軸延伸的短柱狀；②四元環(huán)在平行Z軸方向也聯(lián)結(jié)成鏈，鏈內(nèi)作用力也很強，但具剛性，容易折斷，結(jié)合平行X軸方向的強鏈，由此決定了長石發(fā)育垂直Z軸方向的（板面）完全解理及平行X軸和Z軸相交平面的（柱面）完全解理。本文檔共52頁；當(dāng)前第41頁；編輯于星期六\12點40分正長石晶體本文檔共52頁；當(dāng)前第42頁；編輯于星期六\12點40分

（2）架狀硅酸鹽礦物的陽離子主要是惰性氣體型離子，因而大多數(shù)常見礦物的顏色都是淺色的，條痕色也是無色或淺色的，均呈玻璃光澤，透明；為什么？因為架狀硅酸鹽中，除絡(luò)陰離子與陽離子之間為離子鍵連結(jié)外，架狀絡(luò)陰離子內(nèi)部的鍵性也是離子鍵和共價鍵各占一半，再加之陽離子中不含過渡型離子，所以架狀硅酸鹽礦物均呈典型的玻璃光澤。（3）架狀硅酸鹽礦物的硬度主要決定于架狀絡(luò)陰離子內(nèi)部的鍵力，而不是決定于絡(luò)陰離子和陽離子之間的鍵力。由于架狀絡(luò)陰離子內(nèi)部以較強的共價鍵和離子鍵連接成整體結(jié)構(gòu)，所以本亞類礦物的硬度比較高，一般為5~6，大于小刀，與陽離子電價低、半徑大無關(guān)；本文檔共52頁；當(dāng)前第43頁；編輯于星期六\12點40分

（4）由于架狀絡(luò)陰離子構(gòu)成的整體結(jié)構(gòu)，質(zhì)點堆積松馳，空隙大，再加之陽離子的原子量也不大，所以，礦物的比重在硅酸鹽各亞類中是較低的。（5）一般說來，鉀長石的解理比斜長石發(fā)育；這是因為鉀長石中K+和Na+的半徑總體較大，四元環(huán)膨脹，聯(lián)結(jié)力相對減弱，因而Z軸方向的剛性強鏈更易折斷；而斜長石中Na+和Ca2+的半徑總體減小，且電價增高，四元環(huán)收縮，聯(lián)結(jié)力增強，因而Z軸方向的剛性強鏈相對來說不易折斷；本文檔共52頁；當(dāng)前第44頁；編輯于星期六\12點40分補充.關(guān)于雙晶的概念和特征

（1）基本概念：所謂雙晶，即指由兩個或兩個以上的同種晶體按一定的對稱關(guān)系相互結(jié)合而形成的規(guī)則連生體，其中一個晶體為另一個晶體的鏡象反映；或者其中一個晶體旋轉(zhuǎn)180后，與另一晶體發(fā)生重合或平行。以石膏燕尾雙晶為例示范講解。本文檔共52頁；當(dāng)前第45頁；編輯于星期六\12點40分方解石的接觸式雙晶

金綠寶石的輪式雙晶

本文檔共52頁；當(dāng)前第46頁；編輯于星期六\12點40分（2）根據(jù)雙晶個體間的連生方式可將雙晶分為兩種類型：

①

接觸雙晶——雙晶個體間以簡單平面相接觸而連生者稱為接觸雙晶，如石膏的燕尾雙晶，也可以這樣說：具有簡單而平整接合面的雙晶歸為接觸雙晶類型。由許多片狀單體按同一雙晶律連生，接合面相互平行的一組接觸雙晶又特稱為聚片雙晶，如鈉長石的聚片雙晶。聚片雙晶紋看起來是一條條互相平行的密集的細線。

②

穿插雙晶——雙晶個體間相互穿插而形成的雙晶。如螢石的穿插雙晶和長石的卡斯巴雙晶。也可以這樣說：具曲折復(fù)雜的不平整接合面的雙晶歸為穿插雙晶類型。接觸雙晶和穿插雙晶還可依連生晶體的