九章节硅酸盐各论分类按结构特点分岛状结构硅酸盐类
第九章硅酸盐矿物
Al的作用
Al可以呈4次配位，代替部分的Si4+进入络阴离子，形成 铝硅酸盐，如钠长石Na[AlSi3O8]
Al可以呈6次配位，存在于硅氧骨干之外，作为阳离子， 形成铝的硅酸盐，如高岭石Al4[Si4O10](OH)8
Al的两种配位形式可以同时存在于同一构造中，形成铝 的铝硅酸盐，如白云母KAl2[AlSi3O8](OH)2 ［A1O4］四面体为不稳定的配位形式，在结构中需要由［SiO4］四面
5.5~7，表现出极其显著的各向异性，故蓝晶石又名三硬石。比
重3.53~3.64。 鉴定特征: 根据其颜色，硬度的各向异性以及形态。
岛状结构硅酸盐矿物
红柱石
化学组成: Al2[SiO4]O, 可含少量的Fe3+和Na、K等。 结构特点:正交晶系 晶体形态:单晶体呈柱状，其横切面接近于正方形，类似四方柱。 物理性质:常呈灰白色或肉红色，玻璃光泽。硬度6.5~7.5{110}解
概述
硅酸盐矿物种类繁多，约占矿物种总数的24%，占 地壳总重量75%左右。 化学成分 阳离子元素主要是惰性气体型离子和过渡 型离子。阴离子部分除[SiO4]4-络阴离子及它们相互 连接而成的一系列复杂络阴离子外，有时还存在 (OH)-、F-、Cl-、O2-以及附加阴离子。此外，还存在 水分子H2O。 晶体化学特征 Si4+与O2-结合时以四次配位的形式最 为稳定，所以在硅酸盐矿物中它总是以配位四面体 的形式出现于结构中。因此，硅酸盐矿物的结构中， 总是将[SiO4]4-看成是一个不可分割的整体。
硅酸盐晶体结构
物理性质: 呈不同色调的绿色，翠绿色的亚种 称祖母绿(emerald)，蔚蓝色的亚种称海蓝宝石 (aquamarine)，玻璃光泽，硬度7.5~8, 比重 2.66~2.83。
鉴定特征: 以其六方柱状形态和柱面上具纵为 特征。
层状结构硅酸盐
翡翠（jadeite）， 也称翡翠玉、翠玉、缅甸玉，是 玉的一种。 翡翠的正确定义是以硬玉矿物为主的辉石类矿物组 成的纤维状集合体。但是翡翠并不等于硬玉。翡翠 是在地质作用下形成的达到玉级的石质多晶集合体， 主要由硬玉或硬玉及钠质（钠铬辉石）、钠钙质辉 石（绿辉石）组成，可含有角闪石、长石、铬铁矿、 褐铁矿等。
岛状结构硅酸盐
橄榄石 化学组成: Olivine (Mg, Fe)2[SiO4]
结金构属阳特点离子:正M交g2+晶Fe系2+连；接晶起体来结。构氧表离现子为近[S似iO成4]4六-由方 紧密堆积，八面体空隙被二价阳离子占据。
物理性质: 灰橄榄绿色；玻璃光泽。硬度6~7，比 重随成分不同而变化大。
3、链状硅氧骨干
硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成延伸 的单链[Si2O6]4-
硅氧四面体部分共用两个角顶，部分共用三 个角顶相互联接构成延伸的双链[Si4O11]6-
4、层状硅氧骨干
硅氧四面体共用三个角顶构成二向延展 的平面层状[Si4O10]4-
架状硅氧骨干
这种络阴离子可用通式 [(AlxSin-x)O2n]x-表示
概述
1．硅酸盐结构特点与分类 硅酸盐是数量极大的一类无机物。硅酸盐晶体可以按硅（铝）氧骨干的形式 分成岛状结构、环状结构、链状结构、层状结构和架状结构。
2. 硅酸盐化学式表示法： 1）用氧化物表示 如钾长石可写成K2O•Al2O3•6SiO2;高岭石可写为： Al2O3•2SiO2•2H2O 2)用无机配合物的形式表示 如钾长石可写成KAlSi3O8; 高岭石可写为： Al4[Si4O10](OH)8
链状硅酸盐
等轴晶系。孤立的［SiO4］四面体由［ BO6］八面体 联结；其间为立方配位多面体［AO8］。
【晶体结构】
常呈完好晶形，菱形十二面体晶面上常有平行四边形长对角 线的聚形纹。集合体常为致密粒状或致密块状。
【形态】
颜色受成分影响(如钙铬榴石因含铬呈鲜绿色)，；玻 璃光泽，断口油脂光泽。无解理。硬度6.5～7.5。相对密度3.5～4.2，一般铁、 锰、钛含量增加，相对密度增大。有脆性(如薄片中常见石榴子石裂纹发育，是 脆性引起)。
钙铁榴石系列：Ca3(Al,Fe,Cr,Ti,V,Zr)2［SiO4］3
钙铝石榴子石 (Grossularite) Ca3Al2 ［SiO4］3 钙铁石榴子石 (Andradite) Ca3Fe3+2 ［SiO4］3 钙铬石榴子石 (Uvarovite) Ca3Cr2 ［SiO4］3 钙钒石榴子石 (Goldmanite) Ca3V2 ［SiO4］3 钙锆石榴子石 (Kimzeyite) Ca3Zr2 ［SiO4］3
(1)红柱石为柱状晶体，｛110｝解理发育，其柱体及解理 都平行于［AlO6 AlⅥAlⅤ［SiO4］O ］八面体链；
(2)蓝晶石为板状晶体，最发育的解理是｛100｝，其板状 晶形及解理都平行于［AlO6］八面体链相联所形成的层； (3)夕线石为针状、纤维状晶体，解理｛010｝发育，其针 状晶形及解理也都平行［AlO6］八面体链及［AlO4］、［SiO4］ 四面体双链，之所以发育成针状、纤维状晶形，是因为结构中 存在一个［AlO6］八面体链和一个［AlO4］、［SiO4］四面体 双链导致结构异向性十分强烈所致。
与其成分多变有关；玻璃至金刚光泽，断口油脂光泽；透明至半透明。解理不完 全；断口不平坦或贝壳状。硬度7.5～8。相对密度4.4～4.8。性脆。
简要说明硅酸盐的几种结构单元的主要特点
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关于硅酸盐晶体结构
硅酸盐晶体结构的共同特点：
（1）构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体。SiO-Si键是一条夹角不等的折线，一般在145o左右。
（2）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-离子最多只能为两 个[SiO4]四面体所共用。
（3）两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或 共面连接。
1、镁橄榄石Mg2[SiO4]结构
属斜方晶系，空间群Pbnm；晶胞参数a=0.476nm ，b=1.021nm，c=0.599nm；晶胞分子数Z=4。如图13-1、1-3-2、1-3-3所示。
镁橄榄石结构中，O2-离子近似于六方最紧密堆 积排列，Si4+离子填于四面体空隙的1/8；Mg2+离子填 于八面体空隙的1/2。
三、组群状结构
组群状结构是2个、3个、4个或6个[SiO4]四面体通 过共用氧相连接形成单独的硅氧络阴离子团，如图1-3-4 所示。硅氧络阴离子团之间再通过其它金属离子连接起 来，所以，组群状结构也称为孤立的有限硅氧四面体群 。
双四面体 [Si2O7]6-
三节环 [Si3O9]6-
四节环 [Si4O12]8-
结构与性质的关系：结构中每个O2-离子同时 和1个[SiO4]和3个[MgO6]相连接，因此，O2-的电价 是饱和的，晶体结构稳定。由于Mg-O键和Si-O键都 比较强，所以，镁橄榄石表现出较高的硬度，熔点 达到1890℃，是镁质耐火材料的主要矿物。同时， 由于结构中各个方向上键力分布比较均匀，所以， 橄榄石结构没有明显的解理，破碎后呈现粒状。
二、岛状结构
[SiO4]四面体以孤岛状存在，各顶点之间并不互相 连接，每个O2-一侧与1个Si4+连接，另一侧与其它金属 离子相配位使电价平衡。结构中Si/O比为1：4。
硅酸盐的性质与结构
硅酸盐的配位性还可以影响其化学 性质，如酸碱性、溶解性等
硅酸盐的化学性质：具有较强的反应活性，能与多种物质发生化学反应 反应类型：酸碱反应、氧化还原反应、络合反应等 反应条件：温度、压力、催化剂等 反应产物：硅酸盐的化学反应产物多种多样，包括无机物、有机物等
硅酸盐的结构类 型
硅酸盐的岛状结构是由硅氧四面体 和氧化物四面体组成的
岛状结构中的硅氧四面体和氧化物 四面体可以相互转化添加标题添加标题来自添加标题添加标题
硅氧四面体和氧化物四面体通过共 用氧原子连接，形成岛状结构
岛状结构是硅酸盐中常见的结构类 型，具有较高的稳定性和热稳定性
硅酸盐的链状结构是由硅氧四面体通过共 用氧原子连接而成的
链状结构中的硅氧四面体可以是单链、双 链或多链
硅氧十二面体：硅原子与十二个氧原子形成十 二面体结构
硅氧二十面体：硅原子与二十个氧原子形成二 十面体结构
硅氧四面体与硅氧六面体的组合：硅氧四面体 与硅氧六面体通过共用氧原子形成骨架结构
硅酸盐的合成与 制备
熔融法：将硅酸盐原料在高温下熔融，形成硅酸盐 水热法：将硅酸盐原料在高温高压下与水反应，形成硅酸盐 溶剂热法：将硅酸盐原料在溶剂中加热，形成硅酸盐 固相反应法：将硅酸盐原料在高温下直接反应，形成硅酸盐 气相沉积法：将硅酸盐原料在高温下蒸发，形成硅酸盐 电化学法：将硅酸盐原料在电场作用下反应，形成硅酸盐
优良性能
陶瓷材料广泛 应用于建筑、 电子、化工等
领域
陶瓷材料在环 保、新能源等 领域也有广泛
应用
硅酸盐是玻璃的主要成分 硅酸盐的性质决定了玻璃的物理和化学性质 硅酸盐的结构决定了玻璃的透明度和强度 硅酸盐的应用领域广泛，包括建筑、汽车、电子等领域
硅酸盐在高分子合成中的应用
无机材料科学基础-之-硅酸盐的晶体结构
Crystal Structure of Silicates
1
第一节 硅酸盐结构的一般特点及分类 第二节 硅酸盐晶体结构
● 2.1 岛状结构 ● 2.2 组群状结构 ● 2.3 链状结构 ● 2.4 层状结构 ● 2.5 架状结构
2
第一节 硅酸盐结构的一般特点及分类
一、硅酸盐结构的特点
22
硅氧四面体组群状结构包括：双四面 体、三节环、四节环和六节环，如下：
23
2）绿宝石(绿 柱石)
绿宝石的化
学式是
Be3A12(Si6018)。 其晶体结构属于 六方晶系；空间 群为P6∕mcc
ao=0.921nm co=0.917nm Z＝2。
（001）面投影图
115
35
100
50
85 65
50
4
（4）[SiO4]中O—Si—O的结合键不是一条直线， 而是一折线( ≈145° )。
（5）在硅酸盐晶体中，除了硅和氧以外，组成 中还含有其他阳离子多达50多种，因此其结构十 分复杂。常发生同晶取代。
145°
5
(6)在硅酸盐晶体 中，对于每个硅氧 四面体之中的氧， 又可分为桥氧和非 桥氧。
16
硅氧四面体是孤
立的，硅氧四面体 之间是由镁离子按 镁氧八面体的方式 相连的。每一个O2离子和三个Mg2+离 子以及一个Si4+离 子相连，电价是平 衡的。
（001）面投影图
17
按照晶体结构的局部电中性要求， L.C.鲍林提出以下五项规则：
第一规则 在每一正离子周取决于半径和， 正离子的配位数取决于正、负离子的半径比。
当[SiO4]之间完全相互直接连接形成架状结 构时，O/Si=2。
硅酸盐结构类型
硅酸盐结构类型
硅酸盐是指由硅酸根离子 SiO4 与金属离子或其他离子组成的
化合物。
硅酸盐可以分为多种不同的结构类型，最常见的有以下几种：
1. 正二硅酸盐结构：也称为硅酸四面体链结构，是由SiO4四
面体链相互联结而成的结构。
每个四面体的一个氧原子与相邻四面体的硅原子共享一个氧原子，形成链状结构。
例如石英和云母等。
2. 环状硅酸盐结构：也称为硅酸四面体环结构，是由四面体相互连接形成环状结构。
每个四面体的一个氧原子与相邻四面体的硅原子共享一个氧原子，形成闭合的环状结构。
例如玉髓等。
3. 框架硅酸盐结构：也称为硅酸四面体框架结构，是由四面体直接相连形成三维立体框架结构。
框架结构中硅原子与四面体的相连方式决定了硅酸盐的不同种类。
例如长石和石墨烯等。
4. 层状硅酸盐结构：也称为硅酸四面体层结构，是由四面体层相互连接形成层状结构。
每个四面体的一个氧原子与相邻四面体的硅原子共享一个氧原子，形成层状结构。
例如云母等。
总的来说，硅酸盐的结构类型多样，其结构类型决定了硅酸盐的物理化学性质和用途。
硅酸盐结构的基本特点和类型
硅酸盐结构的基本特点和类型硅酸盐是指由硅酸根离子和金属离子或氢离子组成的化合物，广泛存在于自然界中，是地壳中最丰富的化合物之一。
硅酸盐结构的基本特点是，硅酸盐晶体的构成单位是硅酸根离子和金属离子或氢离子，硅酸根离子的结构是四面体结构，晶体结构中的硅酸根离子和金属离子或氢离子以离子键和共价键相结合。
本文将介绍硅酸盐结构的基本特点和类型。
一、硅酸盐结构的基本特点硅酸盐结构的基本特点是硅酸根离子的四面体结构，硅酸根离子是以四面体结构存在的，其结构图如下：硅酸根离子的结构为四面体结构，其中硅原子为中心，周围有四个氧原子，硅原子与每个氧原子之间都有共价键相连，形成四面体结构。
硅酸根离子的四面体结构使硅酸盐晶体的结构具有一定的稳定性和坚硬度。
硅酸根离子和金属离子或氢离子之间的结合是通过离子键和共价键相结合形成的。
离子键是指金属离子和氧化物离子（如硅酸根离子）之间的电子互相转移形成的化学键。
共价键是指两个非金属原子之间的电子共享形成的化学键。
硅酸盐晶体中的硅酸根离子和金属离子或氢离子之间的离子键和共价键相结合，形成了硅酸盐晶体的基本结构。
这种结构具有一定的稳定性和坚硬度，是硅酸盐晶体所具有的基本特点。
二、硅酸盐的类型硅酸盐按照化学成分和结构分为多种类型，常见的硅酸盐类型有以下几种：1. 硅酸盐矿物硅酸盐矿物是指在自然界中存在的以硅酸盐为主要成分的矿物，如石英、长石、云母等。
硅酸盐矿物的结构和成分比较复杂，其中的硅酸根离子和金属离子或氢离子之间的离子键和共价键相结合形成了硅酸盐矿物的基本结构。
2. 硅酸盐水泥硅酸盐水泥是指以熟料和石膏为主要原料，经过研磨、混合、加水等工艺制成的水泥，是建筑材料中常用的一种。
硅酸盐水泥的主要成分是三钙硅酸盐（C3S）和双钙硅酸盐（C2S），其中的硅酸根离子和金属离子或氢离子之间的离子键和共价键相结合形成了硅酸盐水泥的基本结构。
3. 硅酸盐玻璃硅酸盐玻璃是指以硅酸盐为主要成分的无定形固体，具有透明、坚硬、耐腐蚀等特点。
九章节硅酸盐各论分类按结构特点分岛状结构硅酸盐类
九章节硅酸盐各论分类按结构特点分岛状结构硅酸盐类
1.透闪石类：透闪石是一种含水的岛状结构硅酸盐，其晶体结构中的硅酸根离子形成岛状结构。
透闪石通常呈片状、纤维状或粉末状，透明至半透明，颜色多样。
2.石榴子石类：石榴子石是一种含铝的岛状结构硅酸盐，其晶体结构中的硅酸根离子和铝离子形成岛状结构。
石榴子石的颜色多样，常见的有红色、绿色、黄色等。
3.水镁石类：水镁石也是一种岛状结构硅酸盐，其晶体结构中的硅酸根离子和镁离子形成岛状结构。
水镁石的颜色通常为无色或白色，具有良好的光学性质。
4.霞石类：霞石是一种岛状结构硅酸盐，其晶体结构中的硅酸根离子形成岛状结构。
霞石的颜色多样，常见的有紫色、粉红色等。
另外，岛状结构硅酸盐还可以根据硅酸根离子的不同连接方式进一步分类。
1.单独硅酸根离子型：硅酸盐晶体结构中的硅酸根离子之间没有形成硅氧四面体框架，每个硅酸根离子都是独立存在的。
2.输运体硅酸根离子型：硅酸盐晶体结构中的硅酸根离子通过共享氧原子形成岛状结构，也被称为硅酸岛。
岛与岛之间的连通通道形成硅氧四面体框架。
3.锦纶型硅酸根离子型：硅酸盐晶体结构中的硅酸根离子通过共享氧原子形成相互连接的岛状结构，硅酸岛与硅酸岛之间通过氧桥键形成三维硅氧四面体框架网状结构。
以上是九章节硅酸盐按照结构特点分为岛状结构硅酸盐类的分类，并对几种常见的岛状结构硅酸盐进行了介绍。
这些硅酸盐在地质学、矿物学和材料科学等领域都具有重要的应用价值。
硅酸盐晶体结构
结构稳定，熔点高达1800℃，是一类重要的耐火材料。 同时在各个方向上结合力分布差异不大，所以没有显 著的解理，常呈粒状。
示意图
无机材料科学基础
50
OH 0 100
OH 50
OH 0
50
13
50
50 75
50
镁橄榄石在（100）面投影
• 按鲍林第一规则: rsi4+ /rO2- =0.041/0.140=0.293 • 所以Si4＋的配位数为4，形成[SiO4]四面
体；rMg2+ /rO2- =0.065/0.140=0.464 ，所以Mg2＋的配位数为 6，形成[MgO6]八面体。 • 按鲍林第三规则，[SiO4]四面体应该孤立存在， 而[MgO6]八面体可以共棱。
75 Al 50
0 50 13
50
镁橄榄石结构中的同晶取代：
无机材料科学基础
➢ 镁橄榄石中的Mg2+可以被Fe2+以任意比例取代，形成铁 橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体。
➢ 部分Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石CaMgS水iO泥4。的主要 ➢ 如果Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4组，成即矿-物C2S之，一
无机材料科学基础
一、硅酸盐晶体的一般特点及分类
硅酸盐结构的一般特点:
（1）据鲍林第一规则，r si
4+
/rO2-
=0.041/0.140=0.293，Si4＋的配位数为
4，形成[SiO4]四面体。Si－O之间的平均距离为0.160nm，
此值小于硅氧离子半径之和0.181nm，说明硅氧键并非简单
结构化学《结构化学》第9章 第2讲(9.5)8.2 《结构化学》第9章第2讲
每一种晶型又存在两种变体：低温晶型(α型，对 称性较低)和高温晶型(β型，对称性较高)。例如，α石英为三方晶系，β-石英为六方晶系。
在自然界中，最常见的SiO2多晶型体是α-石英， 其次是β-石英。
24
4. 骨架型硅酸盐 在硅石、长石、沸石等骨架型硅酸盐中，[SiO4]四 面体的4个顶点都相互连接形成三维的骨架。除硅石 外，各种骨架型硅酸盐均有Al3+置换Si4+，使骨架带 有一定的负电荷，需在骨架外引入若干正离子。 硅石(quartz stone)是脉石英、石英岩、石英砂岩 的总称，主要用于冶金工业用的酸性耐火砖。纯硅 石可作石英玻璃或提炼单晶硅。换而言之，硅石即 二氧化硅（石英）；而石英是骨架型硅酸盐。
12
Mg2SiO4晶体结构(正交晶系)
13
2. 链型硅酸盐 可分为单链和双链两类。单链的特点是每个[SiO4] 四面体共用两个顶点，连成一维无限长链(见图9.5.2)， 如硅灰石(CaSiO3)、透辉石(CaMg(SiO3)2)等。
CaSiO3 晶 体结构(单 斜晶系)
14 14
CaSiO3晶体结构(单斜晶系)
4
4）[SiO4]四面体的每个顶点上的O2-最多只能公用 于2个这样的四面体之间；
5）在硅酸盐中，硅铝氧骨干外的金属离子容易被 其它金属离子置换；置换不同的离子，对骨干结构 影响较小，但对骨干性能影响很大。
5
9.5.2 SiO2的结构和性质 1. SiO2的晶型种类 在常压下，SiO2有3种晶型：石英(quartz)、鳞石
11
9.5.3 硅酸盐的分类及结构特点 根据硅酸盐结构中硅铝氧骨干的结构型式，可将
硅酸盐晶体结构
Si/O
实例
1：4
2：7 1：3 1：3
1：3 1：3 4：11 4：10
1：2
镁橄榄石 Mg2[SiO4] 镁铝石榴石 Al2Mg3[SiO4]3 硅钙石 Ca3[Si2O7] 蓝锥矿 BaTi[Si3O9] 斧石
Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH) 绿宝石 Be3Al2[Si6O18] 透辉石 CaMg[Si2O6] 透闪石 Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2 滑石 Mg3[Si4O10](OH)2 石英 SiO2 钾长石 K[AlSi3O8] 方钠石 Na[AlSiO4] 4/3H2O
堇青石Mg2Al3[AlSi5O18] 与绿宝石结构相同，但六节环中有一 个Si4+被Al3+取代；同时，环外的正离子由（Be3Al2）变为 （Mg2Al3），使电价得以平衡。此时，正离子在环形空腔迁移阻力 增大，故堇青石的介电性质较绿宝石有所改善。堇青石陶瓷热学性 能良好，但不宜作无线电陶瓷，因为其高频损耗大。
立体图
投影图
图1-37 层状结构硅氧四面体
按照硅氧层中活性氧的空间取向不同，硅氧层分为单网层和复网 层。单网层结构中，硅氧层的所有活性氧均指向同一个方向。而复网 层结构中，两层硅氧层中的活性氧交替地指向相反方向。活性氧的电 价由其它金属离子来平衡，一般为6配位的Mg2+或Al3+离子，同时，水 分子以OH－形式存在于这些离子周围，形成所谓的水铝石或水镁石层。
双四面体 [Si2O7]6-
三节环 [Si3O9]6-
四节环 [Si4O12]8-
六节环 [Si6O18]12-
图1-33 孤立的有限硅氧四面体群
组群状结构中Si/O比为2：7或1：3。其中硅钙石 Ca3[Si2O7]，铝方柱石Ca2Al[AlSiO7]和镁方柱石 Ca2Mg[Si2O7]等具有双四面体结构。蓝锥矿BaTi[Si3O9] 具有三节环结构。绿宝石Be3Al2[Si6O18]具有六节环结 构。
简述硅酸盐晶体的基本结构特点
硅酸盐晶体是一类具有硅氧四面体结构基本单元的结晶物质，具有多种不同的结构特点。
以下是对硅酸盐晶体基本结构特点的简要描述：1. 硅氧四面体结构硅酸盐晶体的基本结构特点之一就是其由硅氧四面体构成的结构。
硅酸盐晶体的结构单位是由一个硅原子和四个氧原子构成的硅氧四面体。
在这种结构中，一个硅原子通过共价键连接着四个氧原子，形成了一个类似于四面体的结构。
这种硅氧四面体的结构单位是硅酸盐晶体结构的基础，它决定了硅酸盐晶体的物理化学性质和结构特征。
2. 多样的配位结构硅酸盐晶体的另一个结构特点是其具有多样的配位结构。
在硅氧四面体结构的基础上，硅酸盐晶体可以通过不同的配位方式形成多种不同的晶体结构。
硅酸盐晶体中的硅原子和氧原子可以通过共价键、离子键或氢键等不同的配位方式结合在一起，形成了不同的晶体结构。
这种多样的配位结构使得硅酸盐晶体拥有丰富多彩的物理化学性质，适应了不同的应用领域和需求。
3. 多种晶体形态硅酸盐晶体还具有多种不同的晶体形态。
基于硅酸盐晶体的结构特点和配位结构，硅酸盐晶体可以形成多种不同的晶体形态，包括直角棱柱形、六方柱形、正四面体形等。
这些不同的晶体形态反映了硅酸盐晶体内部结构的多样性和复杂性，也为其在不同领域的应用提供了丰富的选择。
4. 特殊的物理化学性质硅酸盐晶体的基本结构特点还表现在其特殊的物理化学性质上。
由于硅氧四面体结构的存在，硅酸盐晶体具有较高的热稳定性、化学稳定性和机械强度，这使得硅酸盐晶体在陶瓷、玻璃等领域有着广泛的应用。
不同的配位结构和晶体形态也赋予了硅酸盐晶体不同的光学、电学和磁学性质，为其在光学器件、电子器件等领域的应用提供了可能性。
硅酸盐晶体具有独特的硅氧四面体结构、多样的配位结构、多种不同的晶体形态以及特殊的物理化学性质。
这些结构特点赋予了硅酸盐晶体丰富的应用前景和发展空间，使其成为当代材料科学领域中备受关注和研究的重要材料之一。
5. 应用领域的多样性硅酸盐晶体在多个领域都有广泛的应用，其中最为显著的是在玻璃和陶瓷工业中。
层状硅酸盐的分类和特点
层状硅酸盐的分类和特点硅酸盐结构层状复合物是一类由水溶液聚合到具有特定几何形状的层状结构的无机或有机高分子材料。
它们具有优异的电绝缘、机械、高温冲击和耐腐蚀性，依据原料不同可大致分为三种：有机层状硅酸盐、无机层状硅酸盐和混合型层状硅酸盐。
有机层状硅酸盐以具有多种硅酸酯官能团（如硅氯烷、硅甲烷、卤代硅氧烷、芳基硅氧烷等）为主要构成单元，是由芳香族有机硅树脂、硅氯烷、硅甲烷或硅氧烷等有机物经温度控制溶解，经表面活性剂的添加而制成、经热激聚合还原而形成的层状结构材料，比如耐热层状硅酸盐、疏水层状硅酸盐、低介电硅酸盐和结晶型有机硅器件等。
无机层状硅酸盐由无机成分单元主要由硅氢离子和六价以上离子组成，其中包括了水分解性硅酸盐层状复合物、电解质性硅酸盐层状复合物和掺硅酸盐层状复合物等。
水分解性硅酸盐层状复合物多种无机元素与硅原子通过水解反应来形成的故而具有良好的耐腐蚀性，如：α型硅酸铝、γ型硅酸铝、β型硅酸钠、地塞米松硅酸钠等；而掺硅酸盐层状复合物则是将六价以上金属（如铝、铁、锰、锌、钡、钙）离子与硅离子掺集到一起，进行水分解反应而聚合形成的层状结构，主要有新特型硅酸铝、Pica硅酸钠、Cape型硅酸盐等。
混合型层状硅酸盐是结合有机硅树脂与无机硅层状复合物的优势形成的一类层状结构，如含羟基的有机无机复杂硅酸盐的多孔层状体，包含苯醇和水分解性硅酸盐的复杂结构体等。
混合型层状硅酸盐有利于在较低温下热激聚合反应的前驱体的形成，也具有更优的机械强度和耐磨性。
总的来说，硅酸盐层状复合物具有良好的耐腐蚀性，机械强度和电绝缘性能。
硅酸盐层状复合物用于许多领域：自行车轮胎、粘合剂、照明器件、电子器件封装、车辆排放控制、燃料电池分离膜、节能设备渗透膜、乙烯坦熔融膜等。
硅酸盐晶体的结构特点
• 1.无规则网络学说 玻璃的结构与相应的晶体结构相似，同样形
成连续的三维空间网络结构。但玻璃的网络与晶 体的网络不同，玻璃的网络是不规则的、非周期 性。 意义：解释玻璃的各向同性、内部性质的均匀性、 成分变化是其性能变化的连续性等现象
37
玻璃的生成条件及性质（了解）
• 玻璃的生成条件 • 黏度：表征流体中两流体层相对位移时，内摩擦
离子半径大小的一般规律P70。
7
3.配位数：最邻近的异号离子数 • 配位多面体：晶体中最邻近的配位原子所组成的
多面体。
氧离子 硅离子 铝离子
硅氧四面体和铝氧八面体
8
4.离子堆积
• 离子晶体通常由负离子堆积成骨架，正离子按其自身 大小居于相应负离子空隙（负离子配位多面体）。
• 其堆积方式主要有立方最密堆积、六方最密堆积、立方体 心密堆积和四面体堆积等
力大小的性能参数 黏度——重要条件
冷却条件——外部因素
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玻璃的种类
• 无机玻璃 结构玻璃
P94表2－37
功能玻璃
玻璃陶瓷：由玻璃相基体和大量弥散的微小晶体
金属玻璃：金属元素，原子无规则排列成玻璃态
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非晶态材料的制备方法
• 由气相直接凝固成非晶态固体，如溅射，化学气 相沉积
• 由液态通过快速淬火 • 由结晶材料通过辐照、离子注入等。
材料科学基础
2.3 陶 瓷 的 晶 体 结 构
主讲 徐敏虹
1. 陶瓷的概述
“陶瓷”是指所有以粘土为主要原料与其它天然矿物原料 经过粉碎、混炼、成形、烧结等过程而制成的各种制品。
日用陶瓷－餐具
建筑陶瓷－地砖
电瓷
性能：耐高温、耐磨、耐腐蚀、高硬度、高强度及其 它特殊性能(压电性、磁性和光学性能)，但脆性大
硅酸盐结构特点
硅酸盐结构特点
硅酸盐建筑材料是室内建筑和装饰建筑中广泛使用的建筑材料，因其的出众的性能而受到越来越多的欢迎。
硅酸盐建筑材料有着特殊的结构和性能特点，其中最重要的就是有机硅酸盐，无机硅酸盐和复合硅酸盐。
有机硅酸盐具有良好的热隔离性能，具有抗老化、抗污染和抗气候影响能力，是构建高质量建筑外墙和室内护墙等装饰建筑材料的理想选择。
有机硅酸盐具有优异的耐久性和耐热性，可用于厨房、浴室等室内环境中，不怕湿气和室外有恶劣环境外部空调系统。
无机硅酸盐具有较低的强度，但具有良好的密封性能，因此是构建水泥结构建筑物的理想材料。
它的抗折强度一般比石灰岩高，但具有更低的耐久性，这就是为什么很多建筑物使用硅酸盐建筑材料来进行内部墙面和地面的装饰的原因。
复合硅酸盐是由有机硅酸盐和无机硅酸盐组合而成的新型建筑材料，具有良好的密封性能和良好的抗腐蚀性能。
复合硅酸盐具有非常好的热隔离性能，可以改善建筑物的能源效率，节省能源。
硅酸盐建筑材料的结构具有坚韧性、稳定性、耐磨性、防火性、耐腐蚀性、耐潮湿性、阻尼性等特点，可以抵抗外界的恶劣天气、自然灾害以及人为污染，从而保证建筑物的安全和维持原有稳定状态。
综上所述，硅酸盐建筑材料具有优异的力学性能和特殊的结构，可以适应各种环境，是现代建筑室内外装饰施工中最理想的选择之一。
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2.1.3 化学键和结晶结构
本亚类矿物络阴离子团与外阳离子的结合以离子键为 主，具有附加阴离子时，既有离子键，同时还有共价 键或氢键性质。 硅氧骨干整体以及氧原子和金属阳离子都具有紧密排 列的特点。
2.1.4 形态和物理性质 本亚类矿物的形态决定于络阴离子团与团外阳离子的 排列形式以及附加阴离子的存在与否。无附加阴离 子的常成三向等长的粒状；含有附加阴离子时，多成 一向延伸的柱状、针状；MO6等配位多面体与 [SiO4] 在二维相联时，呈一向延伸与二向延伸的中间型，板 柱状。 本亚类矿物的物理性质，决定于阳离子成分、化学键 性质及结晶结构。 阳离子为Mg2+、Al3+、Ca2+等S、 P区元素时呈无色；Fe2+、Fe3+、 Cr3+、Ti2+、Zr4+ 等d区元素时，呈现各种不同深彩色。本亚类矿物多 为离子键、共价键性质为主，多数矿物透明、玻璃光 泽。多数阳离子电价高、半径小、排列紧密，故硬度 （6~8）和比重较其它亚类为大。
三方环
四方环
六方环
2.2.2
化学成分 在络阴离子团中Si：O＝1：3--1：2.5硅氧骨干在结 构中均呈“岛状”弧立存在，且较紧密排列，要求 离子半径小、电价高。 团外阳离子与硅氧骨干以附加阴离子之间以离子键 结合为主，团内的键有共价键性质。
阳
2.2.3
化学键和结晶结构 化氧骨干的环面垂直于Z轴， 沿Z轴累迭。因此，在Z轴方向形成隧道状孔隙，其 中常由大半径阳离子占据。
云母型
绿泥石型
2.4.5
[1] 概念 粘土：
2.3.2 化学成分 单链硅氧骨干中，一般很少或不存在Al取代Si的现象；双 链硅氧骨干中，允许Al取代Si，形成铝硅酸盐。 阳离子：除了S、P、d区小半径元素外，S区的低电价、 大半径阳离子Li、Na、K等元素，是某些链状硅酸盐矿物 的重要组成元素。阳离子之间广泛形成类质同象 2.3.3 化学键和结晶 结构 链状硅氧四面体骨干与骨干外阳离子之间的结合以离子 键为主，双链硅酸盐中必有氢键存在。具有多键性。硅氧 骨干沿Z轴方向延伸，结晶结构简单，但链与链之间，具 有不同类型的孔隙，可以被不同的阳离子（M）充填，构 成不同的M—O配位多面体。
2.4.3
化学键和结晶结构
硅氧骨干内以共价键性为主，骨干外阳离子与骨干以离子 键性为主。 结构特点：每个[SiO4]四面体以三个桥式氧与相邻的硅氧四面 体联接成层状硅氧骨干。每一层状骨干中所有的 桥式氧位于同一平面上，非桥式氧朝该平面的一 边，从而构成四面体结构层。
中、小半径的阳离子Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+ 等，形 成二维连续的六次配位的铝氧八面体结构层或镁氧八面体 结构层。八面体层与硅氧四面体层联合组成结构单元层， 或称复合层。
四面体结构层（标记为T）和八面体结构层（标记为O） 结构单元层有两种形式：
（1） 由一个四面体层与一个八面体层重迭构成的二重层（标 记为T—O）；
（2） 由两个四面体层和一个八面体层构成的三重层，八面体 层夹在两个四面体层之间（标记为T—O—T）。 2.4.4 分类 按其单元层的形式及联接方式，主要有四种类型： 高岭石型 滑石—叶蜡石型
2.1.5
分类 橄榄石族 石榴石族 红柱石族—夕线石、莫莱石
橄榄石
石榴石
红柱石
2.2 2.2.1
群组状硅酸盐亚类 概念 群组硅氧骨干[SiO3] n2 n－ 或双环骨干[Si2O5] n2 n－ （n=3，4，6）络阴离子团与团外离子相结合形成的 化合物。 骨干可分三方环、四方环、六方环和六方双环等
2.4.2
化学成分
A 络阴离子团：既有单纯的硅氧骨干层的[Si4O10] ，也有部
分Si被Al3+、Fe3+等的替代 [Si4--XAlXO10]n B 附加阴离子：多数为（OH）－，有时还可有F－ C 阳离子：主要为S区和P区元素，部分d区元素。 D 部分矿物含有层间水，特别是蒙脱石等粘土矿物。
在八面体层中，其八面体内的中心阳离子，有的是二 价的Mg2+、Fe2+，有的是三价的Fe3+、Al3+ ，通常按八面体 层中八面体的中心阳离子性质和充填数量，将八面体划分 为两种类型： 其一为三八面体层；具有与氢氧镁石Mg（OH）2结构 相同的特点，故又称氢氧镁石层；
其二为二八面体层；这种八面体结构层具有与三水铝石 Al（OH）3结构相同的特点，所以又称氢氧铝石层。若八 面体层中，二价和三价阳离子同时存在，则属于上述两者 之间的中间类型。
2.2.4 形态和物理性质
本亚类矿物多呈柱状、针状等一向延伸者为主。 物理性质决定于成分、化学键和结晶结构。
本亚类矿物呈玻璃光泽、透明，浅颜色，硬度较高， 解理不明显，有时具有垂直Z轴的裂开。
2.2.5 分类 绿柱石族 —电气石族
绿 柱 石
电 气 石
2.3
链状硅酸盐亚类
2.3.1 概念
本亚类矿物是指由链状硅氧四面体骨干与金属阳离子 相结合形成的化合物，其中包括单链、双链和三链等 硅氧四面体骨干。
第九章
1 分类
硅酸盐各论
按结构特点分
岛状结构的硅酸盐类
群组状结构的硅酸盐类
链状结构的硅酸盐类
层状结构的硅酸盐类
架状结构的硅酸盐类 2 分述
2.1
岛状硅酸盐亚类
由[SiO4]4-弧立四面体和[Si2O7]6-硅氧双四面体单独或 两者一起与团外阳离子结合形成的化合物。
2.1.1 概念
四面体
双四面体
2.1.2 化学成分 硅氧骨干[SiO4]、[Si2O7]均呈弧立的岛状，排列得紧 密（比其它亚类），Si：O ＝1：4 ~1：3.5，要求阳 离子半径不能太大。 本亚类矿物的阳离子成分，电价高、半径小或中等。
2.3.4 形态和物性
硅氧骨干的特征决定了晶体的形态为一向延伸，表现为 柱状、针状等特点。
光学性质与岛、环亚类相似。但表现明显的解理特征。
2.3.5 分类
辉石族—斜方辉石和单斜辉石两个亚族。 角闪石族—包括斜方晶系和单斜晶系两个亚族。
2.4
2.4.1
层状硅酸盐亚类
概念 本亚类矿物，由层状硅氧四面体，骨干[Si4O10]n4n－ 及 （OH）－与骨干外阳离子结合形成的矿物。