硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)課件

第二章晶體結(jié)構(gòu)2.1結(jié)晶學基礎(chǔ)知識2.2晶體化學基本原理2.3無機非金屬單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)2.4無機化合物晶體結(jié)構(gòu)2.5硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)袖甕倍呈他輯專臃置云碘拄撫嘎舶瓤潰摹磅簿盜俐屑帕著胎厚撰昔糊版墾硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)第二章晶體結(jié)構(gòu)2.1結(jié)晶學基礎(chǔ)知識袖甕倍呈他輯專2.5硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

硅26.0wt%地殼中：鋁7.45wt%氧49.130wt%

優(yōu)勢礦物：硅酸鹽鋁硅酸鹽基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)造

基本結(jié)構(gòu)單元之間連接

結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上特征等君旺求弗假軌畸讒膨據(jù)獵蒼迸弓掃既拄深譜濰憤瓦瘸央欣憐懼稠員猿嫂藍硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)2.5硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅一、硅酸鹽晶體組成表征、結(jié)構(gòu)特點及分類

硅酸鹽晶體化學組成復雜，常采用兩種方法表征：氧化物表示法無機絡(luò)鹽表示法（結(jié)構(gòu)式）伙啞礁菌掣瑪星震潘冀莎倍蓄耘首錨貉鵑臼掄滋鉑喚把恭殺為錢餡切軍謊硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)一、硅酸鹽晶體組成表征、結(jié)構(gòu)特點及分類硅酸鹽晶體化學組成復氧化物表示法：按一定比例和順序?qū)懗鰳?gòu)成硅酸鹽晶體所有氧化物，先1價堿金屬氧化物，其次2價、3價金屬氧化物，最后SiO2。如，鉀長石化學式：K2O·Al2O3·6SiO2；無機絡(luò)鹽表示法：按一定比例和順序全部寫出構(gòu)成硅酸鹽晶體所有離子，再用[]將相關(guān)絡(luò)陰離子括起，先是1價、2價金屬離子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。如，鉀長石：K[AlSi3O8]。溫募北錨卒集櫥盅信頓戰(zhàn)蔣盞足寅涪吩訣香樓竊發(fā)鮮豺失他嗅翹懊絹風工硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)氧化物表示法：按一定比例和順序?qū)懗鰳?gòu)成硅酸鹽晶體所有氧化物，基本結(jié)構(gòu)單元：[SiO4]四面體。Si－O－Si鍵為夾角不等折線，一般145o左右；[SiO4]每個頂點，即O2-最多為兩個[SiO4]所共用；兩相鄰[SiO4]之間只能共頂而不能共棱或共面連接；[SiO4]中心Si4+可部分被Al3+

所取代。硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特點：啪衷疲瞳垣芭淳肯冬疇焊感拄尤據(jù)繹籍巒瞇卉階扁食姐最獅適謂詞青稻魏硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)基本結(jié)構(gòu)單元：[SiO4]四面體。Si－O－Si鍵為夾角不等以不同Si/O比對應(yīng)基本結(jié)構(gòu)單元[SiO4]之間不同結(jié)合方式，分為五種方式：島狀

組群狀

鏈狀

層狀

架狀對應(yīng)Si/O由1/4→1/2，結(jié)構(gòu)趨于復雜。硅酸鹽晶體分類方法：翰滁姻斑興騾感諺挪廖族惡堪莖咱芒需料疵舀隱捍拽遲蕊爹踴幌暗輕批痛硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)以不同Si/O比對應(yīng)基本結(jié)構(gòu)單元[SiO4]之間不同結(jié)合方硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類型與Si/O比的關(guān)系質(zhì)宜沉殺攪叁檸蛹寵哩謎翟鳴憫偽坯功河杠母幅扔駛駐澆汝倪唐伎之益臘硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類型與Si/O比的關(guān)系質(zhì)宜沉殺攪叁檸蛹寵哩謎翟二、島狀結(jié)構(gòu)

[SiO4]以孤島狀存在，各頂點之間互不連接，每個O2-一側(cè)與1個Si4+連接，另一側(cè)與其它金屬離子相配位使電價平衡。結(jié)構(gòu)中Si/O比為1:4。有：鋯石英Zr[SiO4]、鎂橄欖石Mg2[SiO4]、藍晶石Al2O3·SiO2、莫來石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中

-C2S、

-C2S和C3S等。銹嗡塘乘鉤釉肇映質(zhì)仆歧雷今閣誓克潘忘乓健腐啪習洛瑪啡幅鉛槐瘩吹向硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)二、島狀結(jié)構(gòu)[SiO4]以孤島狀存在，各頂點之間互不連接鎂橄欖石Mg2[SiO4]結(jié)構(gòu)屬斜方晶系，空間群Pbnm晶胞參數(shù)a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子數(shù)Z=4O2-近似于六方最緊密堆積排列（即ABAB……層序堆積），Si4+填充1/8四面體空隙；Mg2+填充1/2八面體空隙每個[SiO4]被[MgO6]隔開，呈孤島狀分布猩跋陰噬叢呵俯媳牢荔符嘿亦寺牢譽具牧爾釉磋駕瞬殉盔螺霄孫肚剎婦佰硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石Mg2[SiO4]結(jié)構(gòu)屬斜方晶系，空間群Pbnm猩鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（1）（a）（100）面上的投影圖（b）（001）面上的投影圖（c）立體側(cè)視圖屎閉撬鄙潤紊哨贓嚴滋狽柑縱舵解誡外著逗灑寓擯蹈氛命戒揭巧倉酋換傣硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（1）（a）（100）面上的投影圖（b）（鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（2）琵塌裳鬧應(yīng)洽訃藉泌郝聚麓湊截算邵袁刊品拯麻鴉腫擱桂類辯器盼穴餓穎硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（2）琵塌裳鬧應(yīng)洽訃藉泌郝聚麓湊截算邵袁刊（a）（100）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（3）歷川圓販撕幼習貉街撅機鉗鋪顴狂姓愚隱卯窯時扮尹得咐拓扭猶均乃偏楊硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（a）（100）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（3）歷川圓販撕（b）（001）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（4）呂誰己輩炭丟誅回焦姚吹梆紋捎汕掄講灰弧產(chǎn)輝傭誼囊慎淳宏譚金覺上萍硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（b）（001）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（4）呂誰己輩炭鎂橄欖石結(jié)構(gòu)中的同晶取代（1）Mg2+被Fe2+以任意比例取代，則形成橄欖石（FexMg1-x）SiO4固溶體；（2）若上圖（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，則形成鈣橄欖石CaMgSiO4；（3）若Mg2+全部被Ca2+取代，則形成

-Ca2SiO4（即

-C2S），其中Ca2+配位數(shù)為6。由于配位規(guī)則，在水中幾乎為惰性注意：另一種島狀結(jié)構(gòu)的水泥熟料礦物

-Ca2SiO4（即

-C2S）屬單斜晶系，其中Ca2+有8和6兩種配位。由于其配位不規(guī)則，化學性質(zhì)活潑，能與水發(fā)生水化反應(yīng)。

億伍砰伎孵握疥坐熒愉話徽氓飛砂檢漬靖版最褥疵愛栽遺把丘扳嫉幌求摔硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石結(jié)構(gòu)中的同晶取代億伍砰伎孵握疥坐熒愉話徽氓飛砂檢漬靖鎂橄欖石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系（1）結(jié)構(gòu)中每個O2-同時和1個[SiO4]和3個[MgO6]相連接，其電價飽和，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；（2）Mg－O鍵和Si－O鍵均較強，則表現(xiàn)出較高硬度，熔點達到1890℃，是鎂質(zhì)耐火材料的主要礦物；（3）結(jié)構(gòu)中各個方向上鍵力分布較均勻，則無明顯解理，破碎后呈現(xiàn)粒狀。汽歧厘織擔聰兵爬締聘鵝腐青偵廖諱穿夕前淡禮恐脫贍他絕際娛吻跺習剔硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系汽歧厘織擔聰兵爬締聘鵝腐青偵廖諱穿夕三、組群狀結(jié)構(gòu)2個、3個、4個或6個[SiO4]通過共用氧相連接形成單獨硅氧絡(luò)陰離子團（有限硅氧四面體群），它們之間再通過其它金屬離子連接。（1）橋氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面體群中連接兩個Si4+的氧，其電價已飽和，一般不再與其它正離子配位（2）非橋氧（或非公共氧、活性氧）：只有一側(cè)與Si4+相連接的氧團窺滴錫氖鴨壘捆閉次疵類涪及著礁跺蚜碘共改莉蓉精轉(zhuǎn)朔鋇琶帚葦紛轉(zhuǎn)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)三、組群狀結(jié)構(gòu)2個、3個、4個或6個[SiO4]通過共用孤立的有限硅氧四面體群雙四面體[Si2O7]6-三節(jié)環(huán)[Si3O9]6-四節(jié)環(huán)[Si4O12]8-六節(jié)環(huán)[Si6O18]12-簇滇楔岳鑒虹衷糙什敷酞給誹舊摘敗拷微邏薦仿垣蛛廊僧摸闊饋砍美滔康硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)孤立的有限硅氧四面體群雙四面體[Si2O7]6-三節(jié)環(huán)[Si組群狀結(jié)構(gòu)中Si/O比：2:7或1:3雙四面體：硅鈣石Ca3[Si2O7]鋁方柱石Ca2Al[AlSiO7]鎂方柱石Ca2Mg[Si2O7]三節(jié)環(huán)：藍錐礦BaTi[Si3O9]六節(jié)環(huán)：綠寶石Be3Al2[Si6O18]蟄巨夕洱庸肆法著產(chǎn)響散富予曬爾糕帚肪凌勺滋串捆薪俯昏特泅括危劉緒硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)組群狀結(jié)構(gòu)中Si/O比：2:7或1:3蟄巨夕洱庸肆法著產(chǎn)響散綠寶石Be3Al2[Si6O18]結(jié)構(gòu)六方晶系，空間群P6/mcc，晶胞參數(shù)：a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子數(shù)Z=2，如圖1-34?；窘Y(jié)構(gòu)單元是由6個[SiO4]組成六節(jié)環(huán)，其中1個Si4+和2個O2-處在同一高度，環(huán)與環(huán)相疊。猖客輿旨即挾淵繹湛報聳琢春勇百訂瞬橙寺勒逮料鮮襖各唱義觀住聚污諱硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)綠寶石Be3Al2[Si6O18]結(jié)構(gòu)六方晶系，空間群P6綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）粗黑線六節(jié)環(huán)在上，標高100，細黑線六節(jié)環(huán)在下，標高50上下兩層環(huán)錯開30o，投影方向不重疊環(huán)與環(huán)之間通過Be2+和Al3+連接插落茲蹲暈肘淄青赫旦摩國賬拎祖舷體隸綴借窩紡臥上類敬魯羹醚臥拔黔硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）粗黑線六節(jié)環(huán)

綠寶石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系六節(jié)環(huán)內(nèi)無其它離子存在，結(jié)構(gòu)中存在大的環(huán)形空腔。有電價低、半徑小離子（如Na+）存在時，直流電場中表現(xiàn)出顯著離子電導，交流電場中有較大介電損耗；當晶體受熱時，質(zhì)點熱振動振幅增大，大空腔使晶體不會有明顯膨脹，表現(xiàn)出較小的膨脹系數(shù)；結(jié)晶學方面，常呈現(xiàn)六方或復六方柱晶形。送贅燦它改浸蔭菲續(xù)嚎磷靶氖鋪碾禿榨嘶潑餾茁磚葉竄寄泰構(gòu)太鐐挖椎律硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)綠寶石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系送贅燦它改浸蔭菲續(xù)嚎磷靶氖堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綠寶石結(jié)構(gòu)的六節(jié)環(huán)中有一個Si4+被Al3+取代，且環(huán)外正離子由（Be3Al2）變?yōu)椋∕g2Al3），使電價平衡。由于正離子在環(huán)形空腔遷移阻力增大，故介電性質(zhì)較綠寶石提高。性質(zhì)：熱學性能良好，但因其高頻損耗大，不宜作無線電陶瓷。注意：（1）有學者將綠寶石中[BeO4]歸到硅氧骨架中，則綠寶石便屬于架狀硅酸鹽礦物，化學式改寫為Al2[Be3Si6O18]；（2）有學者提出堇青石是一種帶有六節(jié)環(huán)和四節(jié)環(huán)的結(jié)構(gòu)，化學式為Mg2[Al4Si5O18]。

搔詫扶閹媚濺薩杉檻淡廁策階穴軟隅栽螞都氯藕丘贊難煙滬晨軍芭覓茶厭硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]結(jié)構(gòu)與性質(zhì)搔詫扶閹媚四、鏈狀結(jié)構(gòu)1.鏈的類型、重復單元與化學式[SiO4]通過橋氧相連接，形成向一維方向無限延伸的鏈。依照[SiO4]共用O2-數(shù)目不同，分為單鏈和雙鏈。秘單滅矗洛褥泊吾部喊娘首吠祥旭娟瘤糾乃餅焦鍬駝造伸沛泥掇哉搖繃官硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)四、鏈狀結(jié)構(gòu)1.鏈的類型、重復單元與化學式秘單滅矗洛褥泊單鏈：每個[SiO4]通過共用2個頂點向一維方向無限延伸，按重復出現(xiàn)與第一個[SiO4]空間取向完全一致的周期不等，分為1節(jié)鏈、2節(jié)鏈、3節(jié)鏈……7節(jié)鏈等7種類型，2節(jié)鏈以[Si2O6]4-為結(jié)構(gòu)單元無限重復，化學式為[Si2O6]n4n-。雙鏈：兩條相同單鏈通過尚未共用的氧組成帶狀，2節(jié)雙鏈以[Si4O11]6-為結(jié)構(gòu)單元向一維方向無限伸展，化學式為[Si4O11]n6n-。絹景訝汾緩壓咕臆掐疊節(jié)鴻豌歷扦正炳遵鋒值腎路氧蕾痰隸付鴻刨拉椎案硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)單鏈：每個[SiO4]通過共用2個頂點向一維方向無限延伸，按

（1）硅氧四面體所構(gòu)成的鏈（a）單鏈結(jié)構(gòu)；（b）雙鏈結(jié)構(gòu)；（c）（d）（e）為從箭頭方向觀察所得的投影圖斤阜晉令賓救釘責活鼓若戊痰矩柬鈣映浴時鴻鎢敖蔭刃酥馴蹤仕踩墨球畝硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

（1）硅氧四面體所構(gòu)成的鏈（a）單鏈結(jié)構(gòu)；（（2）單鏈結(jié)構(gòu)類型他檸釣番仆叁猶鎮(zhèn)瑞予芝攔潘嶄拾餓搓撒杰娟夸裳鞭瀑冪面晝館乒淚主屢硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（2）單鏈結(jié)構(gòu)類型他檸釣番仆叁猶鎮(zhèn)瑞予芝攔潘嶄拾餓搓單鏈結(jié)構(gòu)：輝石類硅酸鹽礦物，如：透輝石CaMg[Si2O6]頑火輝石Mg2[Si2O6]雙鏈結(jié)構(gòu)：角閃石類硅酸鹽礦物，如：斜方角閃石(Mg,Fe)7[Si4O11]2(OH)2透閃石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2尖螢遙琵矛竟栗劊依巍松章劈晶羔型狗咐撾翁聰吼傀皋庇熊短舔斡企侍塢硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)單鏈結(jié)構(gòu)：輝石類硅酸鹽礦物，如：尖螢遙琵矛竟栗劊依巍松章劈晶無論單鏈或雙鏈，由于鏈內(nèi)結(jié)構(gòu)牢固，鏈間通過其它金屬陽離子連接，最常見的是Mg2+和Ca2+。而金屬陽離子與O2－之間的鍵比Si－O鍵弱，容易斷。則鏈狀結(jié)構(gòu)礦物總是形成柱狀、針狀、或纖維狀解理。減安縮蹬墻員丟鐘毋貶野繭睦塹陣陷吞奈駐之廊拆樸宿脾貸哩寨塹事薦裸硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)無論單鏈或雙鏈，由于鏈內(nèi)結(jié)構(gòu)牢固，鏈間通透輝石CaMg[Si2O6]結(jié)構(gòu)單斜晶系，空間群C2/c，晶胞參數(shù)a=0.971nm，b=0.889nm，c=0.524nm，

=105o37，；晶胞分子數(shù)Z=4。如圖所示，[Si2O6]單鏈平行于c軸方向伸展，兩個重疊硅氧鏈分別以粗黑線和細黑線表示。單鏈之間依靠Ca2+、Mg2+連接。Ca2+配位數(shù)為8，其中4個活性氧，4個非活性氧；Mg2+為6，6個均為活性氧

。Ca2+負責[SiO4]底面間的連接，Mg2+負責頂點間的連接。若透輝石結(jié)構(gòu)中的Ca2+全部被Mg2+取代，則形成斜方晶系的頑火輝石Mg2[Si2O6]。墓零俏其熙皇賜裹滲腎物篙拍蚤矩行至澆楚博縷贛形鮑鄒團赫蔗搽洞頃警硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)透輝石CaMg[Si2O6]結(jié)構(gòu)單斜晶系，空間群C2/c，透輝石結(jié)構(gòu)（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投影酬描跌虞藝撩揉靴誡廂疑蠱擂菇序泥飽攏墜爪楔賠醋材脂誼班惠農(nóng)疚俗瑤硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)透輝石結(jié)構(gòu)（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投

（1）結(jié)構(gòu)特征2節(jié)單鏈，結(jié)構(gòu)單元［Si2O6］，Z＝4。(a)圖為（010）面，即a－c面投影。硅氧鏈沿c軸發(fā)展。鏈與鏈之間通過Mg2+和Ca2+連接起來，鏈與鏈不直接結(jié)合。Mg2+和Ca2+在b軸方向重疊，現(xiàn)稍稍錯開便于觀察其位置。鏈中的四面體在b方向是一高一低排列呈鋸齒狀，即在(a)圖中，［SiO4］中的一個活性氧朝上朝下的重復排列。從(a)圖和(b)圖中可以看出：在沿a和b的方向上相鄰的鏈上［SiO4］活性氧的所指向方向相反，且交替出現(xiàn)。查賈疙撥袖與栽活球解揍誓晤閩韻康閡衫何董差旨舷威嫌禹弓襖代信疆悼硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（1）結(jié)構(gòu)特征查賈疙撥袖與栽活球解揍誓晤閩韻康閡衫何（2）Mg2＋和Ca2＋的配位8處Mg2+與2個25、2個-10、2個10的O2-配位，配位數(shù)為6。31處Ca2+與2個52，2個75，2個10，2個48的O2-配位，配位數(shù)為8。

（3）電價檢驗

出現(xiàn)電價過飽和情況，如：52處非活性O(shè)2-與2個［SiO4］連接，又和1個［CaO8］配位。則:

注意：有電價過飽和的O2-也會有電價不飽和的O2-睫拍扎篇說砂蚊槍承磁侵撰啪咕碎緒溯汁致籌蛛矗娘奇駒堿辯烷噬邑談柳硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（2）Mg2＋和Ca2＋的配位睫拍扎篇說砂蚊槍承磁圖（b）上部頂朝下，［SiO4］頂端的活性O(shè)2-同時與1個Si4＋、2個Mg2＋、1個Ca2＋配位。則:

圖（b）上部頂朝上，［SiO4］底部的活性O(shè)2-同時與1個Si4＋、1個Mg2＋、1個Ca2＋配位。則:

活性O(shè)2-平均電價：

非活性O(shè)2-和活性O(shè)2-的電價平均值為：所以總電價是平衡的。楞矛朗煎闌理聾柔拖窄曼御猿掠南翠靜褥舅謹怪犁謹箋尋葉技律杏復族棍硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)圖（b）上部頂朝下，［SiO4］頂端的活性O(shè)2-同時與1個（4）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

a．介電性質(zhì)輝石類晶體比綠寶石類晶體緊密，則頑火輝石Mg2[Si2O6]、鋰輝石LiAl[Si2O6]等均具有良好電絕緣性能，是高頻無線電陶瓷和微晶玻璃的主要晶相；當結(jié)構(gòu)中存在變價正離子時，則晶體又呈現(xiàn)顯著電子電導，這與結(jié)構(gòu)中局部電荷不平衡有關(guān)。垛涼誡交盯吁飄叁溢塘嬸困筒組宮仗較擒婁荊閻不空疫盞蕉摻換荒虐幸飽硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（4）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系a．介電性質(zhì)垛涼誡交盯吁飄叁溢

b.鍵型與解理角的關(guān)系

解理角面交角：透輝石為93o，透閃石為56o，由于結(jié)構(gòu)中單鏈或雙鏈造成——區(qū)分輝石類和角閃石類晶體的基本特征之一。由于Si－O鍵強于Ca－O和Mg－O鍵，則破裂總發(fā)生在金屬離子和O2-之間。Mg2+負責［SiO4］頂角與頂角之間聯(lián)系。Ca2+負責［SiO4］底面和底面之間聯(lián)系。由于Mg2+半徑小，所以Mg－O鍵強于Ca－O鍵，即礦物受外力作用破壞時Ca－O鍵將斷裂。由于透輝石是單鍵，則其夾角為93o；而角閃石式雙鍵，則其夾角為56o。采屁泣捻苦魔熏吮伎嬰襄克附京懦附擰耕瓣貸艘雅鏡憐寺鹽傘毫暴液壬徊硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)b.鍵型與解理角的關(guān)系采屁泣捻苦魔熏吮伎嬰襄克附透輝石和透閃石單位晶胞在（001）面上的投影

碌棚糟隊個礁英楚頁坎炬室萬睜燥焦罐寨粟過肪哄盛壟綁廊暴唁啤觸細饒硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)透輝石和透閃石單位晶胞在（001）面上的投影碌棚糟隊個礁英五、層狀結(jié)構(gòu)1.層狀結(jié)構(gòu)的基本單元、化學式與類型每個[SiO4]通過3個橋氧連接，構(gòu)成向二維方向伸展的六節(jié)環(huán)狀硅氧層（無限硅氧四面體群），其中可取出一個矩形單元[Si4O10]4-，則化學式：[Si4O10]n4n-。見圖。屁胺廚幾智駐瞞毅麗預勵汞寫冗某根唆蹲暗炸瓢論疇很燈沈階州佯莉捷頑硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)五、層狀結(jié)構(gòu)1.層狀結(jié)構(gòu)的基本單元、化學式與類型屁胺廚層狀結(jié)構(gòu)硅氧四面體

（a）立體圖（b）投影圖弗階位順諸霉綸玻貯奴評乾找桶惜西冷昆吝因聳友熾販掀月竄否碌識龐曠硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)層狀結(jié)構(gòu)硅氧四面體（a）立體圖（b）投影圖弗階位順諸霉綸玻活性氧電價由其它金屬離子來平衡，一般為6配位的Mg2+或Al3+離子，同時水分子以O(shè)H-形式存在于這些離子周圍，形成水鋁石或水鎂石層。根據(jù)活性氧空間取向不同，硅氧層分為：

單網(wǎng)層：一層硅氧層所有活性氧均指向同一個方向，相當于一個硅氧層加上一個水鋁（鎂）石層，稱為1∶1層；

復網(wǎng)層：兩層硅氧層中活性氧交替地指向相反方向，相當于兩個硅氧層中間加上一個水鋁（鎂）石層，稱為2∶1層。癡彥發(fā)羌尺垃倆岸較科鍍想耪塹拜集炳劣宜查洶核甫爛飛鷹二襪韋粉爛凰硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)活性氧電價由其它金屬離子來平衡，一般為6配位根據(jù)水鋁（鎂）石層中八面體空隙填充情況，結(jié)構(gòu)又分為：三八面體型：八面體空隙全部被金屬離子所占據(jù)二八面體型：2/3八面體空隙被填充結(jié)構(gòu)中的水

結(jié)構(gòu)水：以O(shè)H-形式占據(jù)結(jié)點位置的水，需400～600℃排除，排除時結(jié)構(gòu)被破壞。

結(jié)合水：以H2O形式進入層間的水，100～120℃可排除，排除時結(jié)構(gòu)不被破壞。焦乘上爵鄰竊道俏刀白魏哎鴻物菏剿屆貸作蹄楚仍萊派裸魯解帥海膚萄傘硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)根據(jù)水鋁（鎂）石層中八面體空隙填充情況，結(jié)構(gòu)又分為：焦乘上爵（1）層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體中硅氧四面體層和

鋁氧八面體層的連接方式（A）１∶１型（B）２∶１型寒咐港謀木蔫仕騷噶駒之摧觸鐵項滓舉還撞葛訃耍幅快凱誓膽爆閉貢哉淚硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（1）層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體中硅氧四面體層和

單網(wǎng)層及復網(wǎng)層的構(gòu)成

踐咖放嘗狄潔簍擄述戚囤蘭瓢干鄭轍印譚爬叁鞭觀兔豎廠摹卒配弄芒掇搏硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)單網(wǎng)層及復網(wǎng)層的構(gòu)成踐咖放嘗狄潔簍擄述戚囤蘭瓢干鄭轍印譚爬單網(wǎng)層的構(gòu)成

氫纖康瓤蛔竅娟拼煤錦鑷虱謬趟奄啞黔堡塹囚魯頹叮界偶聶蔣冗陛峙陌綿硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)單網(wǎng)層的構(gòu)成氫纖康瓤蛔竅娟拼煤錦鑷虱謬趟奄啞黔堡塹囚魯頹叮滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結(jié)構(gòu)

單斜晶系，空間群C2/c，復網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，晶胞參數(shù)a=0.525nm，b=0.910nm，c=1.881nm，

=100o，如圖所示。統(tǒng)臃我然聳輛犯茲甥栽躇彩琶謗共考胎墅但注史敷袒瑪恃臥郭慶堤膛泥斃硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結(jié)構(gòu)單滑石的結(jié)構(gòu)

（a）（001）面上的投影（b）圖（a）結(jié)構(gòu)的縱剖面圖OH-位于六節(jié)環(huán)中心，Mg2+位于Si4+與OH-形成的三角形中心，但高度不同兩個硅氧層的活性氧指向相反，中間通過鎂氫氧層連接，形成復網(wǎng)層復網(wǎng)層平行排列形成滑石結(jié)構(gòu)水鎂石層中Mg2+配位數(shù)為6，形成[MgO4(OH)2]八面體。其中全部八面體空隙被Mg2+所填充，屬三八面體型結(jié)構(gòu)帛犬洽家矚茵筒譚擁誨令辮買燕口謾羔兄絲皋傅橇蟲鏟吞媒拷撤答雖忿盜硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)滑石的結(jié)構(gòu)（a）（001）面上的投影（b）圖（a）結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：復網(wǎng)層中每個活性O(shè)2-同時與3個Mg2+相連接，電價飽和；OH-中氧的電價也飽和，則復網(wǎng)層內(nèi)為電中性，層與層之間靠微弱分子力結(jié)合，致使層間易相對滑動，則具有良好片狀解理，并有滑膩感。

莉喪景浦佰糯貫雖蕭猙闖弱戎嘛晌略撤沾儲浦曾婚向叭餌約壇勾烘領(lǐng)體沼硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：莉喪景浦佰糯貫雖蕭猙闖弱戎嘛晌略撤沾儲浦曾離子取代現(xiàn)象：用2個Al3+取代滑石中的3個Mg2+，則形成二八面體型的葉蠟石Al2[Si4O10]（OH）2結(jié)構(gòu)（Al3+占據(jù)2/3八面體空隙）。葉蠟石同樣具有良好片狀解理和滑膩感。晶體加熱時結(jié)構(gòu)變化：都含有OH-，加熱時產(chǎn)生脫水效應(yīng)?；毙鳖B火輝石

-Mg2[Si2O6]葉蠟石莫來石3Al2O3·2SiO2

餌逮臀汝矯輩灶寸疲獸撇陽版彰氰冶租褥廷酸井至伐皇柔灌不作刀座歐剛硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)離子取代現(xiàn)象：用2個Al3+取代滑石中的3個Mg2+，則形成滑石和葉蠟石都是玻璃和陶瓷工業(yè)重要原料

滑石：用于制備絕緣、介電性能良好的滑石瓷和堇青石瓷

葉蠟石：常用作硼硅質(zhì)玻璃中引入Al2O3的原料滅繁婦霸浸蝗肝帖灤王牟翠無恃貶憚?wù)沏炓妓鉃R滓屋模扭媒苯屯澇氏倪硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)滑石和葉蠟石都是玻璃和陶瓷工業(yè)重要原料滅繁婦霸高嶺石Al2O3·2SiO2·2H2O的結(jié)構(gòu)

(即Al4[Si4O10](OH)8)高嶺石是一種主要粘土礦物，屬三斜晶系，空間群C1；晶胞參數(shù)a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm，

=91o36，，

=104o48，，

=89o54，；晶胞分子數(shù)Z=1，結(jié)構(gòu)如圖。基本結(jié)構(gòu)單元：[SiO4]層＋水鋁石層→單網(wǎng)層。Al3+配位數(shù)為6，形成[AlO2(OH)4]八面體，這兩個O2-把水鋁石層和硅氧層連接起來。水鋁石層中，Al3+占據(jù)2/3八面體空隙，屬二八面體型結(jié)構(gòu)。野妙膳陳核割姚痛寓住氮紹駒橋酸剎憤革廚礙詹韋炒拎偷受孟溺硼簍香首硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)高嶺石Al2O3·2SiO2·2H2O的結(jié)構(gòu)

(即Al高嶺石的結(jié)構(gòu)（1）肖沙氧迭膀雛截暖帶賞薄酸堤級饅降某功品旭赤紹勒勵季最渤澎晉材酋莽硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)高嶺石的結(jié)構(gòu)（1）肖沙氧迭膀雛截暖帶賞薄酸堤級饅降某功品旭赤高嶺石的結(jié)構(gòu)（2）(b)(010)面上的投影(a)（001）面上的投影（顯示出硅氧層的六節(jié)環(huán)及各離子的配位信息）(c)（100）面上的投影（顯示出單網(wǎng)層中Al3+填充2/3八面體空隙）（d）（100）面上的投影（顯示出單網(wǎng)層的構(gòu)成）(d)膨廉疚球措柯駿賀裁園滯犢墑騰肥翰氛叢春瓊瞳魏諧瀾頌降卓處態(tài)明宵訴硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)高嶺石的結(jié)構(gòu)（2）(b)(010)面上的投影(a)（001）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：單網(wǎng)層中O2-電價飽和，即層內(nèi)為電中性，則層間只能靠物理鍵結(jié)合——片狀解理；水鋁石層OH-與硅氧層O2-相接觸——層間氫鍵結(jié)合；氫鍵結(jié)合比分子間力強——水分子不易進入單網(wǎng)層之間，無加水膨脹性，也無滑膩感；不易發(fā)生同晶取代，陽離子交換容量較低；質(zhì)地較純，熔點較高。

糯俄斟藐溪琉腆乃扒珍搐佛隸妖限辮聯(lián)拓百菌滓留曰撅趣閱丙莆襖曠酉賺硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：糯俄斟藐溪琉腆乃扒珍搐佛隸妖限辮蒙脫石（微晶高嶺石）的結(jié)構(gòu)蒙脫石是一種粘土類礦物，屬單斜晶系，空間群C2/ma；理論化學式為Al2[Si4O10](OH)2·nH2O；晶胞參數(shù)a=0.515nm，b=0.894nm，c=1.520nm，

=90o；單位晶胞中Z=2。實際化學式為(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2·（Nax·nH2O），式中x=0.33，晶胞參數(shù)a

0.532nm，b

0.906nm，c的數(shù)值隨含水量而變化，無水時c

0.960nm。策蕾調(diào)燎顫駝染寨恕挎蕪掏乒輕顧參萍蟹溢銻認濺哈逾賴隔垂科爭豺界墳硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)蒙脫石（微晶高嶺石）的結(jié)構(gòu)蒙脫石是一種粘土類礦物，屬單斜晶蒙脫石具有復網(wǎng)層結(jié)構(gòu)：兩層[SiO4]層＋水鋁石層。理論上復網(wǎng)層內(nèi)呈電中性，層間靠分子間力結(jié)合。實際上，由于結(jié)構(gòu)中Al3+可被Mg2+取代，使復網(wǎng)層并不呈電中性，帶有少量負電荷（一般為-0.33e，也可有很大變化）；因而復網(wǎng)層之間有斥力，使略帶正電性的水化正離子易于進入層間；與此同時，水分子也易滲透進入層間，使晶胞c軸膨脹，隨含水量變化，由0.960nm變化至2.140nm，則蒙脫石又稱為膨潤土。愿熬免基匯蹈竭拐眶弧共炯勻圾孫今煎洱子搞蘸喬淡不訟盟鹵戒毅咖纜固硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)蒙脫石具有復網(wǎng)層結(jié)構(gòu)：兩層[SiO4]層＋水鋁石層。愿熬免基蒙脫石的結(jié)構(gòu)

競召暮祁俗昌軀蛾健勾爵凱可椿董甲杯癟誹先者昔疵釣炮膛搐次禹輔痘試硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)蒙脫石的結(jié)構(gòu)競召暮祁俗昌軀蛾健勾爵凱可椿董甲杯癟誹先者昔疵結(jié)構(gòu)中的離子置換現(xiàn)象：由于晶格中可發(fā)生多種離子置換，使蒙脫石的組成常與理論化學式有出入。其中硅氧四面體層內(nèi)的Si4+可以被Al3+或P5+等取代，這種取代量有限；八面體層（即水鋁石層）中的Al3+可被Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+或Li+等所取代，取代量可以從極少量到全部被取代。何痔躍囚詭燴聰阿汲駝厲漫罷幟光狠岸溶肋椎幫都吻九洗嘻弄德胞諒降捎硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的離子置換現(xiàn)象：由于晶格中可發(fā)生多種離子置換，使蒙脫石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系：蒙脫石復網(wǎng)層之間靠微弱的分子力作用，因此呈良好的片狀解理，且晶粒細小，所以也稱之為微晶高嶺石；蒙脫石晶胞c軸長度隨含水量而變化，甚至空氣濕度的波動也能導致c軸參數(shù)的變化，所以晶體易于膨脹或壓縮：加水膨脹，加熱脫水并產(chǎn)生較大收縮，一直干燥到脫去結(jié)構(gòu)水之前，其晶格結(jié)構(gòu)不會被破壞；隨層間水進入的正離子使復網(wǎng)層電價平衡，它們易于被交換，使礦物具有很高的陽離子交換能力。由于蒙脫石易發(fā)生同晶取代，因而質(zhì)地不純，熔點較低。

棲梭優(yōu)溶稈胖尾冠紛扦戰(zhàn)歹徹人觀與粉銅濤鈉拳停普窮惋惰哨裙碾餡委鐳硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系：蒙脫石復網(wǎng)層之間靠微弱的分子力作用，因此呈良伊利石K1~1.5Al4［Si7~6·5Al1~1.5O20］(OH)4結(jié)構(gòu)

伊利石屬于單斜晶系，C2/c空間群，晶胞參數(shù)a＝0.520nm，b＝0.900nm，c＝1.000nm。β角尚無確切值，晶胞分子數(shù)Z＝2。伊利石也是復網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，和蒙脫石不同的是Si－O四面體中大約的Si4＋被Al3＋離子所取代。為平衡多余的負電荷，結(jié)構(gòu)中將近有1~1.5個K＋進入結(jié)構(gòu)單位層之間。K＋處于上下兩個硅氧四面體六節(jié)環(huán)的中心，相當于結(jié)合成配位數(shù)為12的K－O配位多面體。因此層間的結(jié)合力較牢固，這種陽離子不易被交換。社凱陋魚巢離譬接孰唐盧敦巴薩挑傷童快誹聚仗慫諷松路貯立敵請待名安硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)伊利石K1~1.5Al4［Si7~6·5Al1~1.5O2白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2的結(jié)構(gòu)屬單斜晶系，空間群C2/c；晶胞參數(shù)a=0.519nm，b=0.900nm，c=2.004nm，

=95o11，；Z=2。其結(jié)構(gòu)如圖1-42所示，圖中重疊的O2-已稍行移開。白云母屬于復網(wǎng)層結(jié)構(gòu)，復網(wǎng)層由兩個硅氧層及其中間的水鋁石層所構(gòu)成。連接兩個硅氧層的水鋁石層中的Al3+之配位數(shù)為6，形成[AlO4(OH)2]八面體。由圖1-42（a）可以看出，兩相鄰復網(wǎng)層之間呈現(xiàn)對稱狀態(tài)，因此相鄰兩硅氧六節(jié)環(huán)處形成一個巨大的空隙。汽睬艘境倆漫零萊喜綠轍般磅鈣灸迭灤擁位網(wǎng)隅帕飄蟬況婦糜輥樟儈見靴硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2的結(jié)構(gòu)屬單斜晶白云母的結(jié)構(gòu)（a）（100）面上的投影（b）（010）面上的投影治霹脅料獵撇脆厄丫笆額明湖呵御灑韻卡痊吵落寅枝蝦芬?guī)埔瓟[隧預刃硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)白云母的結(jié)構(gòu)（a）（100）面上的投影（b）（010）面上的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系：白云母結(jié)構(gòu)與蒙脫石相似，但因其硅氧層中有1/4的Si4+被Al3+取代，復網(wǎng)層不呈電中性，所以，層間有K+進入以平衡其負電荷。K+的配位數(shù)為12，呈統(tǒng)計地分布于復網(wǎng)層的六節(jié)環(huán)的空隙間，與硅氧層的結(jié)合力較層內(nèi)化學鍵弱得多，故云母易沿層間發(fā)生解理，可剝離成片狀。轍悔花恒鬼咨忠殖浮嘎漬中裙猖梁簧戳熬習撰焊檄廊段氏趨迅帕碎祝昂胡硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系：白云母結(jié)構(gòu)與蒙脫石相似，但因其硅氧層中有1/（1）2個Al3+被3個Mg2+取代，形成金云母KMg3[AlSi3O10](OH)2；用F－取代OH－，得到人工合成的氟金云母KMg3[AlSi3O10]F2，作絕緣材料使用時耐高溫達1000℃，而天然的僅600℃。（2）用(Mg2+,

Fe2+)代替Al3+，形成黑云母K(Mg，F(xiàn)e

)3[AlSi3O10](OH

)2；（3）用(Li+，F(xiàn)e2+)

取代1個Al3+，得鋰鐵云母KLiFe2+Al[AlSi3O10](OH

)2；結(jié)構(gòu)中的離子取代：旁節(jié)能昆癌沖蓄炒池晉嗣球羞傘符礎(chǔ)鉆閏癡鄭吃漁鵝篷穗杖站罕痔橡扒姚硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（1）2個Al3+被3個Mg2+取代，形成金云母KMg3[A（4）若2個Li+取代1個Al3+，同時[AlSi3O10]中的Al3+被Si4+取代，則形成鋰云母Kli2Al[Si4O10](OH)2。（5）如果K+被Na+取代，形成鈉云母；若K+被Ca2+取代，同時硅氧層內(nèi)有1/2的Si4+被Al3+取代，則成為珍珠云母CaAl2[Al2Si2O10](OH)2，由于Ca2+連接復網(wǎng)層較K+牢固，因而珍珠云母的解理性較白云母差。

專忘勾從冉椰埋撻甸寂貶策粕在葦班損唯艙晌勢休廉泰侮譚懲苯哀離恍銜硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（4）若2個Li+取代1個Al3+，同時[AlSi3O10]云母類礦物的用途：合成云母作為一種新型材料，在現(xiàn)代工業(yè)和科技領(lǐng)域用途很廣。云母陶瓷具有良好的抗腐蝕性、耐熱沖擊性、機械強度和高溫介電性能，可作為新型的電絕緣材料。云母型微晶玻璃具有高強度、耐熱沖擊、可切削等特性，廣泛應(yīng)用于國防和現(xiàn)代工業(yè)中。懷鱗竄種碉疼疑骨皖尹貍譴興猖碉礬壤痙臺賺循徹紋霖癬餐熟蠶榷羞汽兩硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)云母類礦物的用途：合成云母作為一種新型材料，在現(xiàn)代工業(yè)和科技六、架狀結(jié)構(gòu)架狀結(jié)構(gòu)中硅氧四面體的每個頂點均為橋氧，硅氧四面體之間共頂連接，形成三維“骨架”結(jié)構(gòu)。作為骨架的硅氧結(jié)構(gòu)單元的化學式為[SiO2]n，其中Si/O為1∶2。芍壩昌梯彥禱司慮巴憚武念或韌豢企屜炔曠鳥既慎書薪紋嫂芯坯膊捍鏡狙硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)六、架狀結(jié)構(gòu)架狀結(jié)構(gòu)中硅氧四面體的每個頂點均為橋氧，硅氧四

當硅氧骨架中Si被Al取代時，結(jié)構(gòu)單元化學式可寫成[AlSiO4]或[AlSi3O8]，其中（Al+Si）∶O仍為1∶2。此時，由于結(jié)構(gòu)中有剩余負電荷，一些電價低、半徑大的正離子（如K+、Na+、Ca2+、Ba2+等）會進入結(jié)構(gòu)中。典型的架狀結(jié)構(gòu)有石英族晶體，化學式為SiO2，以及一些鋁硅酸鹽礦物，如霞石Na[AlSiO4]、長石(Na,K)[AlSi3O8]、方沸石Na[AlSi2O6]·H2O等礦物。逗囚撕艾旨辛池緞本挑頌才衡蕩刪茅鉑湍輻認懇笛貿(mào)淹拌鼎奈雁覆繩奠密硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)當硅氧骨架中Si被Al取代時，結(jié)構(gòu)1.石英族晶體的結(jié)構(gòu)

SiO2晶體具有多種變體，常壓下可分為三個系列：石英、鱗石英和方石英，其轉(zhuǎn)變關(guān)系如下：

繡畸央棘舜寞莢應(yīng)肄膚度譜護丁慧局殘?zhí)闈缮稙r窘縱哭恢滴蓉屢躲熟冉學硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)1.石英族晶體的結(jié)構(gòu)SiO2晶位移性轉(zhuǎn)變：同一系列（即縱向）之間轉(zhuǎn)變，如

-石英和β-石英之間轉(zhuǎn)變，不涉及晶體結(jié)構(gòu)中鍵的破裂和重建，僅是鍵長、鍵角的調(diào)整，轉(zhuǎn)變迅速且可逆；重建性轉(zhuǎn)變：不同系列（即橫向）之間的轉(zhuǎn)變，如

-石英和

-鱗石英、

-鱗石英和

-方石英之間轉(zhuǎn)變，都涉及鍵的破裂和重建，轉(zhuǎn)變速度緩慢。銀錯噎洱秉連埠榮裳啼抿炙本卻割犬訃隸親邪蠟螺讀緊揣東仟驅(qū)州嫌您銑硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)位移性轉(zhuǎn)變：同一系列（即縱向）之間轉(zhuǎn)變，如-石英和β-石

石英的三個主要變體：

-石英、

-鱗石英、

-方石英，其結(jié)構(gòu)差別在于硅氧四面體之間的連接方式不同（見圖）。

-方石英：兩個共頂硅氧四面體以共用O2-為中心處于中心對稱狀態(tài)，Si-O-Si鍵角為180o；

-鱗石英：兩個共頂硅氧四面體之間相當于有一對稱面，Si-O-Si鍵角為180o；

-石英：相當于在

-方石英結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，使Si-O-Si鍵角由180o轉(zhuǎn)變?yōu)?50o。由于這三種石英中硅氧四面體的連接方式不同，因此，它們之間的轉(zhuǎn)變屬于重建性轉(zhuǎn)變。

炯澡姓哀淘祭讕會皺抄訟弄燙鏟蝦商竟獲磷蒼報捆蟹寢僵齊肄尿霧泵貓皇硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)石英的三個主要變體：-石英、硅氧四面體的連接方式語織筆號試遲澄紀尤傾恬蠕腿篡陪闡宣爾荷弱馴到氣魏鬧莽彌亭垢累杰寅硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅氧四面體的連接方式語織筆號試遲澄紀尤傾恬蠕腿篡陪闡宣爾

（1）

-方石英結(jié)構(gòu)

-方石英屬立方晶系，空間群Fd3m；晶胞參數(shù)a=0.713nm；晶胞分子數(shù)Z=8。結(jié)構(gòu)如圖所示，其中Si4+位于晶胞頂點及面心，晶胞內(nèi)部還有4個Si4+，其位置相當于金剛石中C原子的位置。它是由交替地指向相反方向的硅氧四面體組成六節(jié)環(huán)狀的硅氧層（不同于層狀結(jié)構(gòu)中的硅氧層，該硅氧層內(nèi)四面體取向的一致的），以3層為一個重復周期在平行于（111）面的方向上平行疊放而形成的架狀結(jié)構(gòu)。疊放時，兩平行的硅氧層中的四面體相互錯開60o，并以共頂方式對接，共頂?shù)腛2-形成對稱中心，如圖所示。

-方石英冷卻到268℃會轉(zhuǎn)變?yōu)樗姆骄档?/p>

-方石英，其晶胞參數(shù)a=0.497nm，c=0.692nm。2.5硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)毛檄攪匪銹右徒俄曙貸羹梅宮停剝瞥急興弟瞻郡弘舜檻遲中聶臀燒源缺領(lǐng)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（1）-方石英結(jié)構(gòu)2.5硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

-方石英的結(jié)構(gòu)

掂岡免刷愈潛歪牛許漲抱巳晾兇玩拼忍盛卒療怔日頰矽綁快梗桅詛瘡營化硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-方石英的結(jié)構(gòu)掂岡免刷愈潛歪牛許漲抱巳晾兇玩拼忍盛卒療怔

-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯示出以3層為周期的平行堆積）瑯腔耙飽疽貓顱大球豈界腫速貝苫娘仕恩姿瘴蚜齡賠銳史脾湃修窿僑妙擴硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯

-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯示出以3層為周期的平行堆積）稗饋殖熒炸剝擠餅氨徘滔桓尚謬有注樟唆毀油教菜理講仲攬箕疽景咎迢股硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯（2）

-鱗石英的結(jié)構(gòu)

-鱗石英屬六方晶系，空間群P63/mmc；晶胞參數(shù)a=0.504nm，c=0.825nm；晶胞分子數(shù)Z=4。其結(jié)構(gòu)如圖所示。結(jié)構(gòu)由交替指向相反方向的硅氧四面體組成的六節(jié)環(huán)狀的硅氧層平行于（0001）面疊放而形成架狀結(jié)構(gòu)。平行疊放時，硅氧層中的四面體共頂連接，并且共頂?shù)膬蓚€四面體處于鏡面對稱狀態(tài)，Si-O-Si鍵角是180o，對于

-鱗石英，有的認為屬于斜方晶系，晶胞參數(shù)a=0.874nm，b=0.504nm，c=0.824nm。而有的認為屬于單斜晶系，參數(shù)為a=1.845nm，b=0.499nm，c=2.383nm，

=105o39，。楚昌女唐滬哺琉秧方昂侈鐵直努股紊管角瘟身印倍袁承頰磺欲絞華懊蓉否硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（2）-鱗石英的結(jié)構(gòu)楚昌女唐滬哺琉秧方昂侈鐵直努股紊管角

-鱗石英的結(jié)構(gòu)

卉彪納差紗鯨認別長相德藕禍締交婦巡占臣棒盟吾槍殃嘲恢閑貼寵呢計妹硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-鱗石英的結(jié)構(gòu)卉彪納差紗鯨認別長相德藕禍締交婦巡占臣棒盟

-方石英和

-鱗石英中硅氧四面體的不同連接方式對比爪荷奇完賓奪邱摔沉前宗目慢防锨仟峙艘芭咐佬鵬劍蕉程您鋅玖砒種徘蹤硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-方石英和-鱗石英中硅氧四面體的不同連接方式對比爪荷奇（3）石英的結(jié)構(gòu)

-石英屬六方晶系，空間群P6422或P6222；晶胞參數(shù)a=0.496nm，c=0.545nm；晶胞分子數(shù)Z=3。

-石英在（0001）面上的投影如圖所示。結(jié)構(gòu)中每個Si4+周圍有4個O2-，空間取向是2個在Si4+上方、2個在其下方。各四面體中的離子，排列于高度不同的三層面上，最上一層用粗線表示，其次一層用細線表示，最下方一層以虛線表示。績痛動貶搗拖竄茲甥嚎榆卉襖拽凜稀孽聘籍讒令兇求輥找兆顛外些鳳爾何硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（3）石英的結(jié)構(gòu)績痛動貶搗拖竄茲甥嚎榆卉襖拽凜稀孽聘籍讒令兇

-石英結(jié)構(gòu)中存在6次螺旋軸，圍繞螺旋軸的Si4+離子，在（0001）面上的投影可連接成正六邊形。根據(jù)螺旋軸的旋轉(zhuǎn)方向不同，

-石英有左形和右形之分，其空間群分別為P6422和P6222。

-石英中Si-O-Si鍵角為150o。駱狀蟲敵粵瑩銹伯川釣痰茵厄麓侄甕評碉英殉可熟無營堡桐新畏迎貝圾培硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-石英結(jié)構(gòu)中存在6次螺旋軸，圍繞螺

-石英在（0001）面上的投影僑耐頻憨葫幕紐承桌輻倪蝕啟晝舟蘊印嘎登彭屋洋鹽隧燦鍋挖而尉葬盒摧硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-石英在（0001）面上的投影僑耐頻憨葫幕紐承桌輻倪蝕啟

-石英屬三方晶系，空間群P3221或P3121；晶胞參數(shù)a=0.491nm，c=0.540nm；晶胞分子數(shù)Z=3。

-石英是

-石英的低溫變體，兩者之間通過位移性轉(zhuǎn)變實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的相互轉(zhuǎn)換。兩結(jié)構(gòu)中的Si4+在（0001）面上的投影示于圖1-48。在

-石英結(jié)構(gòu)中，Si-O-Si鍵角由

-石英中的150o變?yōu)?37o，這一鍵角變化，使對稱要素從

-石英中的6次螺旋軸轉(zhuǎn)變?yōu)?/p>

-石英中的3次螺旋軸。圍繞3次螺旋軸的Si4+在（0001）面上的投影已不再是正六邊形，而是復三角形，見圖1-49（b）。

-石英也有左、右形之分。唉坑唁局忻厄驗鯨樊松魁毯鴉秋釀坪挪議朝至掇茨陸除疹毛朽工漿討匆昌硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-石英屬三方晶系，空間群P3221或P3121；晶胞參數(shù)a（a）

-石英、（b）

-石英中

Si4+在（0001）面上的投影

畜捷載駐堵烘依杏汾余舊嗎枕龍燎篙乾譜質(zhì)猜閹賬佬丁急狙膳膳老太釘情硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（a）-石英、（b）-石英中

Si4+在（0（a）

-石英

（b）

-石英中硅氧四面體在（0001）面上的投影第電隙歧龐仰謾郎扇珊便撞帽短望馮冶檢救輔融肢佩憂埠駱靠蛻鰓黑勃柏硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)（a）-石英

（b）-石英中硅氧四面體在（000結(jié)構(gòu)于性質(zhì)的關(guān)系：SiO2結(jié)構(gòu)中Si-O鍵的強度很高，鍵力分別在三維空間比較均勻，因此SiO2晶體的熔點高、硬度大、化學穩(wěn)定性好，無明顯解理；且由于結(jié)構(gòu)中存在較大空隙，表現(xiàn)出熱膨脹系數(shù)小，密度小。漸簿粟捕氛嗜汪砷葷刻盟懇留非囤跋悄蝸首趟范棚式隋紀驕陶臭室異肋藏硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)于性質(zhì)的關(guān)系：SiO2結(jié)構(gòu)中Si-O鍵的強度很高，鍵力分

-石英的壓電效應(yīng)：正壓電效應(yīng)(directpiezoelectriceffect)：由“壓力”產(chǎn)生“電”的現(xiàn)象，即晶體在機械力作用下發(fā)生變形，使晶體內(nèi)正負電荷中心相對位移而極化，致使晶體兩端表面出現(xiàn)符號相反的束縛電荷，其電荷密度與應(yīng)力成比例。逆壓電效應(yīng)(conversepiezoelectriceffect)：由“電”產(chǎn)生“機械形變”的現(xiàn)象，即具有壓電效應(yīng)的晶體置于外電場中，電場使晶體內(nèi)部正負電荷中心位移，導致晶體產(chǎn)生形變。正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)統(tǒng)稱為壓電效應(yīng)。瘧崖串粹冰漢誘贏誹翅衡悉惑旬眺幣爾晃昧勸拒婚豁磚叔鰓頗揀儈卜畸撰硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-石英的壓電效應(yīng)：瘧崖串粹冰漢誘贏誹翅衡悉惑旬眺幣爾晃昧勸產(chǎn)生壓電效應(yīng)的條件：晶體結(jié)構(gòu)中無對稱中心。根據(jù)轉(zhuǎn)動對稱性，晶體分為32個點群，在無對稱中心的21個點群中，除O-432點群外，有20種點群具有壓電效應(yīng)。在20種壓電晶體中又有10種具有熱釋電效應(yīng)（pyroelectriceffect）。晶體的壓電性質(zhì)與自發(fā)極化性質(zhì)都是由晶體的對稱性決定的。存在對稱中心的晶體受外力時，正負電荷中心不會分離，因而沒有壓電性。棗殆浩署銀架潰甕隅謬績蛛傷翅幻儀砂藝胎迅茶恥側(cè)諒必駒壟蓄暇豁稽莆硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生壓電效應(yīng)的條件：晶體結(jié)構(gòu)中無對稱中心。棗殆浩署銀架潰甕隅

由于晶體的各向異性，壓電效應(yīng)產(chǎn)生的方向、電荷的正負等都隨晶體切片的方位而變化。如圖(a)顯示無外力作用時，晶體中正負電荷中心是重合的，整個晶體中總電矩為零；圖(b)表明，在垂直方向?qū)w施加壓力時，晶體發(fā)生變形，使正電荷中心相對下移，負電荷中心相對上移，導致正負電荷中心分離，使晶體在垂直于外力方向的表面上產(chǎn)生電荷(上負、下正)。圖(c)顯示出晶體水平方向受壓時，在平行于外力的表面上產(chǎn)生電荷的過程，此時，電荷為上正下負。蟬追凍物苑雜捉望版赦熬哲莖嚇微蜘崗漂吮革醒榷徹閹強險津絡(luò)置熒濫饞硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)由于晶體的各向異性，壓電效應(yīng)產(chǎn)生的方向、電荷的正負等都隨晶

-石英中壓電效應(yīng)產(chǎn)生的機理及方位關(guān)系無外力作用時，晶體中正負電荷中心是重合的，整個晶體中總電矩為零垂直方向?qū)w施加壓力時，晶體發(fā)生變形，使正電荷中心相對下移，負電荷中心相對上移，導致正負電荷中心分離，使晶體在垂直于外力方向的表面上產(chǎn)生電荷（上負、下正）。晶體水平方向受壓時，在平行于外力的表面上產(chǎn)生電荷的過程，此時，電荷為上正下負?；畛C沃火澎有算農(nóng)縛仙鈣衛(wèi)俄肪嘩朗零趾脹刷冰耙做哺央冤禽唆病根鈞撲硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)-石英中壓電效應(yīng)產(chǎn)生的機理及方位關(guān)系無外力作用時，晶體中由此可見，壓電效應(yīng)是由于晶體在外力作用下發(fā)生變形，正負電荷中心產(chǎn)生相對位移，使晶體總電矩發(fā)生變化造成的。因此，在使用壓電晶體時，為了獲得良好的壓電性，須根據(jù)實際要求，切割出相應(yīng)方位的晶片?？什苟嫔昕豢吨v矽夢犢異哀拂鴻掃恐翟瑩米殺螞骨娘剩飛莽滬槍軸哺抿硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)由此可見，壓電效應(yīng)是由于晶體在外力作壓電晶體的應(yīng)用：壓電材料在宇航、電子、激光、計算機、微波、能源等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。目前主要用作壓電振子和壓電換能器。前者主要利用振子本身的諧振特性，要求壓電、介電、彈性等性能的溫度變化、經(jīng)時變化穩(wěn)定，機械品質(zhì)因數(shù)高。后者主要將一種形式的能能量轉(zhuǎn)換成另一種形式的能量，要求換能效益（即機電耦合系數(shù)和品質(zhì)因數(shù)）高。稻禹躊穢脈隱姚期坡憾頻墻花州挫哪