硅酸盐矿物结构PPT课件.pptx

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六、硅酸盐矿物的晶体结构
概述
硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅酸盐工业的主要原料。
硅酸盐的化学组成复杂。因为硅酸盐中的正离子、负离子都有可能被其他离子部分或全部取代。
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硅酸盐的化学式有两种写法：
①氧化物排列法——按金属氧化物的价态由低到高排列，最后是SiO2。如钾长石，化学式为K2O·Al2O3·6SiO2；
②无机络盐写法——按离子价态从高到低排列，最后是O2-，并按一定的比例写出其化学式。
如：钾长石，KAlSi3O8。
硅酸盐的结构也很复杂，不象其化学式表示的那样简单。鉴于此，对硅酸盐的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏硅酸盐划分，而是根据[SiO4]四面体在结构中的结合排列方式进行分类。X-ray衍射结构分析证明，硅酸盐中的[SiO4]四面体结合方式有岛状、组群状、链状、层状和架状五种形式。如表2-5所列。
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硅酸盐结构分类
[SiO4]是结构的基本构造单元，[SiO4]彼此通过共用O2-连接起来，由于连接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干，硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进行分类（[SiO4]的排列方式）
（1） 岛状
[SiO4]不直接连接，没有公共的顶角，[SiO4]通过其它离子连结成一个完整的结构。这种结构称为岛状结构。
单四面体、
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双四面体 三元环 四元环 六元环
（2） 组群状
①双四面体：两个[SiO4]通过公共“氧桥”相互连成[Si2O7]6-团，再通过其它金属离子连接。Si/O=2:7=1:
②孤立环状：由三个、四个或六个[SiO4]4-彼此共用两个顶点而组成封闭平面孤立环，称为三节环、四节环、六节环。Si/O=1:3
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单链 双链
(3) 链状
单链 ：[SiO4]彼此共用两个顶点，在一维方向上连结成无限的长链，每一四面体仍有2个活性氧，借此与存在于链间的金属离子相连，Si/O=1:3；
双链 ：双链是由两个单链通过共用氧平行连接而成，或者看成是单链通过一个镜面反映而得。Si/O=4:11
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(4)连续层状
由无穷个[SiO4]彼此共用三个顶点，在二维方向上连结成无限的六方平面网，借助于剩下的活性氧离子与 金属阳离子相连，而再于其它平面层连接。Si/O=1:;
层状结构
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α-鳞石英的结构（架状）
(5)架状
每个[SiO4]的四个顶角都与相邻 [SiO4]相连结，构成三维方向连续延伸的架状骨架。Si/O=1:2.
上述五种结构概括于表2-5（P47）中，通过分析后应掌握其规律。
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硅酸盐晶体的几个特点
（1）硅酸盐结构中Si4+间不存在直接的键，键的联接是通过O2-来实现的，Si－O－Si键角为145°；
（2）每一个Si4+存在于四个O2-为顶点的四面体中心，构成[SiO4]四面体，它是硅酸盐晶体结构的基础；
（3）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-最多只能为两个[SiO4]四面体所共用（电价平衡）；
（4）相邻的[SiO4]四面体之间只能以共顶而不能以共棱或共面相连接；
（5）结构中常出现同晶置换现象，除含有Si以外，还有Mg2+、Al3+、Be2+、Na+、K+等，这些离子可以取代Si4+，相互置换，并不改变晶体的结构，这种现象称为同晶置换。
（6）有些硅酸盐矿物组成中还存在一些“附加阴离子”最常见的有F-、Cl-、OH-等，此外还可能有结构水或吸附水。
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1、岛状结构
——[SiO4]四面体在结构中以孤立状态存在。
即[SiO4]各顶角之间并不互相连接，每个O2-除已经与一个Si4+相连外，不再与其他[SiO4]中的Si4+相配位，没个O2-剩余的一价可与金属离子相配位而达到点价平衡。因此，[SiO4]四面体之间是通过其他金属离子联系起来的。
属于岛状结构的晶体有：
锆英石Zr[SiO4]；橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]；硅线石Al2O3·SiO2；莫来石3Al2O3·2SiO2及水泥熟料中的C2S、C3S等。
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