成因矿物学一些硅酸盐矿物的晶体化学式计算
硅酸盐晶体结构
五、层状结构
单网层相当于一个硅氧层加上一个水铝石或水 镁石层，称为1:1层。复网层相当于两个硅氧 层中间加上一个水铝石或水镁石层，称为2:1 层，见图。
根据水铝石或水镁石层中八面体空隙的填充情 况，结构又分为三八面体型和二八面体型。前 者八面体空隙全部被金属离子所占据，后者只 有2/3的八面体空隙全部被金属离子所填充。
四、链状结构
1、链的类型、重复单元与化学式 硅氧四面体通过共用氧离子相连，在
一维方向延伸成链状，依照硅氧四面体共 用氧离子数目的不同，这种链又可以分为 单链和双链。
链于链之间是通过其它阳离子按一定 的配位关系连结起来。
四、链状结构
单链：如果两个硅氧四面体通过共用两个顶
点向一维方向无限延伸，则形成单链状。单 链结构以[Si2O6]4-为结构单元不断重复，结构 单元的化学式为[Si2O6]。
2）岛状结构晶体：
岛状结构的硅酸盐晶体有锆石英 Zr[SiO4]、镁橄榄石Mg2[SiO4]、蓝晶石 Al2O3•SiO2、莫来石3Al2O3•2SiO2以及水 泥熟料中的γ-C2S、β-C2S和C3S等
3）举例：镁橄榄石Mg2[SiO4] 结构说明：正交晶系Pbmm空间群；晶格常 数，a0=0.476nm，b0=1.021nm, c0=0.598nm， 晶胞分子数Z=4；镁橄榄石结构中，O2-离子 近似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。 孤立的[SiO4]四面体之间通过镁氧八面体相连； 每个O2-连接一个Si4+和三个Mg2+，电价平衡。
架状
4
骨架
[SiO2]
1:2
石英SiO2
[(AlxSi1-x)O8] x
矿物晶体化学式计算方法
矿物晶体化学式计算方法矿物晶体化学式计算方法一、有关晶体化学式的几个基本问题1.化学通式与晶体化学式化学通式(chemical formula)是指简单意义上的、用以表达矿物化学成分的分子式，又可简单地称为矿物化学式、矿物分子式。
晶体化学式(crystal-chemical formula)是指能够反映矿物中各元素结构位置的化学分子式，即能反映矿物的晶体化学特征。
举例：(1)钾长石的化学通式为：KAlSi3O8或K2O⋅Al2O3⋅6SiO2，而其晶体化学式则必须表示为K[AlSi3O8]；(2)磁铁矿的化学式可以写为：Fe3O4，但其晶体化学式为：FeO⋅Fe2O3。
(3)具Al2SiO5化学式的三种同质多像矿物：红柱石、蓝晶石和夕线石具有不同的晶体化学式：2. 矿物中的水自然界中的矿物很多是含水的，这些水在矿物中可以三种不同的形式存在：吸附水、结晶水和结构水。
层间水等。
由于H3O+与K+大小相近，白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2在风化过程中K+易被H3O+置换形成水云母(K, H3O+)Al2[AlSi3O10](OH)2。
由于结晶水和结构水要占据一定的矿物晶格位置，所以在计算矿物晶体化学式要考虑它们的数量。
3. 定比原理定比是指组成矿物化学成分中的原子、离子、分子之间的重量百分比是整数比，即恒定值。
举例：(1) 某产地的磁铁矿的化学分析结果为：FeO=31.25%，Fe2O3=68.75%，已知它们的分子量分别为：71.85和159.70。
因此，FeO和Fe2O3的分子比为：FeO:Fe2O3=(31.25/71.85):68.75/159.70)=1.01:1因此，磁铁矿的化学式可写为：FeO Fe2O3或Fe3O4。
(2) 某金绿宝石的化学成分为BeO=19.8%，Al2O3=80.2%，它们的分子量分别为25和102，因此两者之间的分子比为：BeO:Al2O3=(19.8/25) 80.2/102)=1:1金绿宝石的化学式可简写为BeO Al2O3或BeAl2O4。
矿物晶体化学式计算方法汇总
------------------------------------------------------------精品文档-------------------------------------------------------- 成岩成矿矿物学––矿物晶体化学式计算方法矿物晶体化学式计算方法一、有关晶体化学式的几个基本问题1.化学通式与晶体化学式化学通式(chemical formula)是指简单意义上的、用以表达矿物化学成分的分子式，又可简单地称为矿物化学式、矿物分子式。
晶体化学式(crystal-chemical formula)是指能够反映矿物中各元素结构位置的化学分子式，即能反映矿物的晶体化学特征。
举例：(1)钾长石的化学通式为：KAlSiO或KO?AlO?6SiO，而其晶体化学式则282332必须表示为K[AlSiO]；83(2)磁铁矿的化学式可以写为：FeO，但其晶体化学式为：FeO?FeO。
3432(3)具AlSiO化学式的三种同质多像矿物：红柱石、蓝晶石和夕线石具有不同的晶52体化学式：2. 矿物中的水自然界中的矿物很多是含水的，这些水在矿物中可以三种不同的形式存在：吸附水、结晶水和结构水。
吸附水：吸附水以机械吸附方式成中性水分子状态存在于矿物表面或其内部。
吸附水不参加矿物晶格，可以是薄膜水、毛细管水、胶体水等。
当温度高于110?C 时则逸散，它可以呈气态、液态和固态存在于矿物中。
吸附水不写入矿物分子式。
结晶水：结晶是成中性水分子参加矿物晶格并占据一定构造位置。
常作为配位体围绕某一离子形成络阴离子。
结晶水的数量与矿物的其它组份呈简单比例。
如石膏：Ca[SO] ?2HO。
24++-+等离子形式参加H、OHH(或称化合水)：常以OO表示，结构水呈H、结构水32-+离子少见，O最常见。
H矿物晶格。
占据一定构造位置，具有一定比例。
通常以OH3+++与HO + HO。
结构水如沸石水、层间水等。
矿物晶体化学式计算方法汇总
55.88 56.08 0.996 0.996 0.996 Ca2+ 10.01
3.72 19 0.196 0.196 0.196 F 1.968
101.66 2.672
1.57 -0.083
12.56 71.80 0.175 0.175 0.175 Fe2+ 0.201
19.32 40.31 0.479 0.479 0.479 Mg2+ 0.751
99.46
=1.569
A1 A2 A3 A4
重量百
(%) 氧化物分子量 分子数=A1/A2 阳离子系数Y’ 氧原子系数 阳离子数Y
已知通式中的氧原子数/(m氧化物重量百分比/氧化物分子量)
A1 A2 A3 A4
重量百
(%) 氧化物分子量 分子数=A1/A2 阳离子系数Y’ 氧原子系数 阳离子数Y
O3 57.89 101.96 0.568 1.136 1.704 Al3+ 1.782
O3 9.72 152 0.064 0.128 0.192 Cr3+ 0.200
Na[AlSi
O8]和Ca[Al2Si2O8]，虽然发生了Na+ +
4+ Ca2+ + Al3+的复杂替代，但它们的氧原子数总是8。
已知氧原子数的一般计算法
––矿物晶体化学式计算方法
X (Y为单位晶胞中的阳离子数；Y’为阳离子系数；X氧原子系数)
Y
Om为例，
氧化物重量百分比/氧化物分子量；
13.17 40.31 0.327 0.327 0.327 Mg2+ 2.913
硅酸盐矿物的化学成分和应用
地壳中：硅酸盐矿物是地壳中最常见的矿物之一，广泛分布于各种地质环境中。
海洋中：硅酸盐矿物在海洋中也有分布，如硅藻土、海绿石等。
生物体中：硅酸盐矿物在生物体中也有分布，如骨骼、牙齿等。
工业生产中：硅酸盐矿物在工业生产中也有广泛应用，如玻璃、陶瓷、水泥等。
形成过程
பைடு நூலகம்
硅酸盐矿物的形成与地壳中的元素组成、温度、压力、水等条件有关。
硅酸盐矿物作为冶金原料，用于生产钢铁、铝、铜等金属
添加标题
硅酸盐矿物作为耐火材料，用于冶金炉衬、耐火砖等
添加标题
硅酸盐矿物作为熔剂，用于冶炼金属和合金
添加标题
硅酸盐矿物作为脱氧剂，用于冶炼过程中去除金属中的氧元素
添加标题
硅酸盐矿物在科学研究中的意义
05
在地质学研究中的意义
硅酸盐矿物是地球岩石的主要成分，研究其化学成分和应用有助于了解地球的演化历史。
制备工艺
原料选择：选择合适的硅酸盐矿物原料
制备方法：选择合适的制备方法，如高温熔融、水热合成等
反应条件：控制反应温度、时间、压力等条件
产物处理：对制备出的硅酸盐矿物进行清洗、干燥等处理
性能测试：对制备出的硅酸盐矿物进行性能测试，如硬度、耐磨性等
影响因素
反应时间：反应时间对硅酸盐矿物的合成与制备的影响
硅酸盐矿物在陶瓷生产中起到粘结、成型、烧结等作用
在玻璃工业中的应用
硅酸盐矿物是玻璃的主要原料之一
添加标题
硅酸盐矿物在玻璃生产中起到熔融、成型、冷却等作用
添加标题
硅酸盐矿物的种类和含量对玻璃的性能和品质有重要影响
添加标题
硅酸盐矿物在玻璃工业中的应用广泛，包括建筑玻璃、汽车玻璃、电子玻璃等
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。
第二讲晶体化学式计算案例
Y=Y’ X (Y为单位晶胞中的阳离子数；Y’为阳离子 系数；X氧原子系数)
以YnOm为例，
Y’=n氧化物重量百分比/氧化物分子量；
X=已知通式中的氧原子数/(m氧化物重量百分比/ 氧化物分子量)
尖晶石
Al
Wt%
A2
分子量
A3
A1/A2
A4
阳离子 系数 氧原子 系数 阳离子 数
Al2O3 Al2O3 Cr2O3 Cr2O3 FeO FeO MgO MgO Total Total
57.89 57.89 9.72 9.72 12.56 12.56 19.32 19.32 99.46 99.46
101.96 101.96 152 152 71.80 71.80 40.31 40.31
钙铁辉石的近似矿物化学式：CaOFeO2SiO2
2. 氧原子计算法
(1) 已知氧原子数的一般计算法
(2) 含(OH)– 矿物化学式的计算法
(3) 含F、Cl矿物化学式的计算法
(4) 含水矿物的计算法
(5) 阳离子总数固定计算法
(6) 理想化学配比计算法
(1) 已知氧原子数的一般计算法
以固定的氧原子数为计算基础
根据定比原理，磁铁矿的化学式可写为
FeOFe2O3或Fe3O4。
4. 矿物晶体式的书写
(1) 单质元素的化学式只写元素符号；如石墨：C
(2) 金属互化物的化学式按元素的电负性递增顺序从
左到右。呈类质同像替代的元素用圆括号包括，
按数量多少先后排列。
楚碲铋矿：BiTe
(3) 离子化合物的化学式的书写顺序为： 正离子排左，负离子排右，正离子电价由低到高； 附加的负阴离子放在主要的阴离子后面；
成因矿物学
1.深成岩和岩浆矿床的矿物共生组合 2.伟晶岩和伟晶矿床的矿物共生组合 例：花岗伟晶岩，云母、绿柱石
正长伟晶岩，稀土、稀有元素矿物
岩浆岩及岩浆矿床的矿物共生组合
方解石 + 透闪石 + 透辉石 + 钙铝榴石 + 绿帘石 + 斜长石（石 灰 岩、中压）
方解石 + 普通角闪石 + 单斜辉石 + 斜长石 ± 绿帘石（石灰岩、 低压）
变质相 特征矿物
典型矿物组合
夕线石
夕线石 + 铁铝榴石 + 黑云母 + 钾长石 + 石英 ± 斜长石（泥质 岩、中压）
高
夕线石 + 堇青石 + 黑云母 + 钾长石 + 石英 ± 斜长石（泥质岩、
低温热液，Sb、Hg、As，辉锑矿、辰砂、 雄黄、雌黄
化学沉积作用的矿物共生组合
原生岩石的化学风化产物，在水体系中沉 积和成岩过程中的“化学分异”，其化学成分 中的Al、Si、Fe、Mn、P、Ca、Na、K、Mg、 等主要化学元素，在迁移过程中发生分离，并 在水体低部的不同地点分别沉积。这与水动力 学环境、生物作用和化学作用（pH、Eh、胶体 吸附等）相关。
二.晶体化学式的内涵（书写方法）
①阳离子写在化学式的开始，在复盐中阳离子 按碱性强弱顺序排列。
②阴离子写在阳离子的后边，络阴离子则用方 括号[ ]括起来。
③附加阴离子写在主要阴离子或络阴离子之后。
④含水化合物的水分子写在最后，并用圆点 “·”相隔，当含水量不定时，用H2O表示。例：蛋 白石 SiO2·nH2O 或 SiO2·aq (aqua含水缩写)
硅酸盐晶体结构(无机材料科学)
双四面体
三元环
四元环
六元环
5
(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
1266硅酸盐矿物的晶体结构一岛状结构镁橄榄石mg2sio4或2mgosio2二组群状结构绿宝石be3al2si6o18或3beoal2o36sio2三连状结构透辉石camgsi2o6的结构caomgo2sio2四层状结构层状结构矿物的特点1高岭石结构al2o3?2sio2?2h2o或al4si4o10oh82蒙脱石微晶高龄石的结构al2si4o10oh8?nh2o理论式3滑石的结构mg3si4o10oh24伊利石结构化学式k115al4si765al115o20oh45白云母化学式kal2alsi3o10oh2五架状结构1石英晶体结构
透辉石晶体结构（010）面投影图
23
由图2-63A，链之间由Mg2+和Ca2+ 相连， Mg2+的配位数是6（图中2个“25” O2-， 2个“10”，2个“-10”）；Ca2+的配位数是8，其中4个非桥氧和4个桥氧（图中2 个“75” O2-，2个“10”，2个“48”， 2个“52” ）； ， 由图B透辉石的（001）面投影和见，Mg2+主要负责硅氧链中[SiO4]的顶角之 间连接。Ca2+主要负责硅氧链中[SiO4]的底面之间连接。 ‖c轴，(1)、(2)二条 链顶角指向左、右。 ‖a轴，(1)、(3)二条顶角相背， (2)(4)二条顶角相对。
堇青石Mg2Al3[AlSi5O18] 与 绿宝石结构相同，六节环 中的[SiO4]被[AlO4]取代， 而环外的（Be3Al2 ）被 （Mg2Al3）取代，保持电 价平衡。
硅酸盐矿物
结晶学与矿物学
岛状结构硅酸盐矿物
橄榄石
包括一组成分类似同属正交晶系的矿物。一般化学式为X 包括一组成分类似同属正交晶系的矿物。一般化学式为X2[SiO4]。 其X通常为Mg2+、Fe2+、Mn2+等。Mg2+和Fe2+是最常见的组成部 通常为Mg 等。Mg 镁橄榄石(forsterite)及 分，可以形成以Mg 分，可以形成以Mg2[SiO4]镁橄榄石(forsterite)及Fe2[SiO4]铁橄榄 石(fayalite)为两个端员组份的完全类质同象系列。其中间成员， (fayalite)为两个端员组份的完全类质同象系列。其中间成员， 是最常见的所谓橄榄石。 化学组成: 化学组成: Olivine (Mg, Fe)2[SiO4] 结构特点:正交晶系；点群mmm。空间群Pbnm；晶体结构表现 结构特点:正交晶系；点群mmm。空间群Pbnm；晶体结构表现 为[SiO4]4-由金属阳离子Mg2+Fe2+连接起来。氧离子近似成六方紧 由金属阳离子Mg 密堆积，八面体空隙被二价阳离子占据。 晶体形态: 晶体形态:单晶少见。 物理性质: 灰橄榄绿色；玻璃光泽。硬度6~7；解理平行{010}和 物理性质: 灰橄榄绿色；玻璃光泽。硬度6~7；解理平行{010}和 {100}不完全；比重随成分不同而变化大。 {100}不完全；比重随成分不同而变化大。 鉴定特征: 鉴定特征: 以其黄绿色、粒状、解理性差、难熔特征。 橄榄石是地幔岩的主要组成矿物之一, 随温度压力条件的增加, 橄榄石是地幔岩的主要组成矿物之一, 随温度压力条件的增加, 其结构将变为beta相gamma相。也是构成石陨石的主要矿物之一。 其结构将变为beta相gamma相。也是构成石陨石的主要矿物之一。
矿物晶体化学式计算方法(new).doc
矿物晶体化学式计算方法一、有关晶体化学式的几个基本问题1. 化学通式与晶体化学式化学通式(chemical formula)是指简单意义上的、用以表达矿物化学成分的分子式，又可简单地称为矿物化学式、矿物分子式。
晶体化学式(crystal-chemical formula)是指能够反映矿物中各元素结构位置的化学分子式，即能反映矿物的晶体化学特征。
举例：(1)钾长石的化学通式为：KAlSi3O8或K2O⋅Al2O3⋅6SiO2，而其晶体化学式则必须表示为K[AlSi3O8]；(2)磁铁矿的化学式可以写为：Fe3O4，但其晶体化学式为：FeO⋅Fe2O3。
(3)具Al2SiO5化学式的三种同质多像矿物：红柱石、蓝晶石和夕线石具有不同的晶体化学式：红柱石：Al V Al VI OSiO4蓝晶石：Al2VI OSiO4矽线石：Al VI SiAl IV O5此外，还要指出的是，晶体化学式是最简化学式的Z倍(Z为单位晶胞分子数)。
如：金红石TiO2，其Z=2，因此，金红石的晶体化学式应该为：Ti2O4，锐钛矿的Z=4，它的晶体化学式为Ti4O8，板钛矿的Z=8，它的晶体化学式为Ti8O16。
2. 矿物中的水自然界中的矿物很多是含水的，这些水在矿物中可以三种不同的形式存在：吸附水、结晶水和结构水。
吸附水：吸附水以机械吸附方式成中性水分子状态存在于矿物表面或其内部。
吸附水不参加矿物晶格，可以是薄膜水、毛细管水、胶体水等。
当温度高于110︒C时则逸散，它可以呈气态、液态和固态存在于矿物中。
吸附水不写入矿物分子式。
结晶水：结晶是成中性水分子参加矿物晶格并占据一定构造位置。
常作为配位体围绕某一离子形成络阴离子。
结晶水的数量与矿物的其它组份呈简单比例。
如石膏：Ca[SO4] ⋅2H2O。
结构水(或称化合水)：常以H2O+表示，结构水呈H+、OH-、H3O+等离子形式参加矿物晶格。
占据一定构造位置，具有一定比例。
通常以OH-最常见。
硅酸盐的构成
硅酸盐的构成
硅酸盐是一类化合物，其主要成分是硅氧化物（SiO₂）。
硅
氧化物是由硅离子（Si⁴⁺）和氧离子（O²⁻）组成的。
硅酸
盐可以通过硅氧化物与其他金属离子或非金属离子结合而成。
例如，最常见的硅酸盐是石英，其化学式为SiO₂。
石英中的
硅氧化物以晶格结构形式排列。
其他一些硅酸盐化合物包括：
1. 硅酸钠（Na₂SiO₃）：它是由一个硅氧化物分子和两个钠
离子组成。
2. 硅酸铝（Al₂SiO₄）：它是由一个硅氧化物分子和两个铝
离子组成。
3. 硅酸钙（CaSiO₃）：它是由一个硅氧化物分子和一个钙离
子组成。
4. 硅酸铜（Cu₂SiO₃）：它是由一个硅氧化物分子和两个铜
离子组成。
硅酸盐广泛存在于地壳中，常见的岩石和矿石，如石英、长石、云母、石榴石等都是硅酸盐的一部分。
此外，硅酸盐还存在于许多工业产品中，如陶瓷、玻璃、水泥等。
矿物晶体化学式计算方法
矿物晶体化学式计算方法一、有关晶体化学式的几个基本问题1.化学通式与晶体化学式化学通式(chemical formula)是指简单意义上的、用以表达矿物化学成分的分子式，又可简单地称为矿物化学式、矿物分子式。
晶体化学式(crystal-chemical formula)是指能够反映矿物中各元素结构位置的化学分子式，即能反映矿物的晶体化学特征。
举例：(1)钾长石的化学通式为：KAlSi3O8或K2O⋅Al2O3⋅6SiO2，而其晶体化学式则必须表示为K[AlSi3O8]；(2)磁铁矿的化学式可以写为：Fe3O4，但其晶体化学式为：FeO⋅Fe2O3。
(3)具Al2SiO5化学式的三种同质多像矿物：红柱石、蓝晶石和夕线石具有不同的晶体化学式：2. 矿物中的水自然界中的矿物很多是含水的，这些水在矿物中可以三种不同的形式存在：吸附水、结晶水和结构水。
吸附水：吸附水以机械吸附方式成中性水分子状态存在于矿物表面或其内部。
吸附水不参加矿物晶格，可以是薄膜水、毛细管水、胶体水等。
当温度高于110︒C时则逸散，它可以呈气态、液态和固态存在于矿物中。
吸附水不写入矿物分子式。
结晶水：结晶是成中性水分子参加矿物晶格并占据一定构造位置。
常作为配位体围绕某一离子形成络阴离子。
结晶水的数量与矿物的其它组份呈简单比例。
如石膏：Ca[SO4] ⋅2H2O。
结构水(或称化合水)：常以H2O+表示，结构水呈H+、OH-、H3O+等离子形式参加矿物晶格。
占据一定构造位置，具有一定比例。
通常以OH-最常见。
H3O+离子少见，也最不稳定，易分解：H3O+→ H+ + H2O。
结构水如沸石水、层间水等。
由于H3O+与K+大小相近，白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2在风化过程中K+易被H3O+置换形成水云母(K,H3O+)Al2[AlSi3O10](OH)2。
由于结晶水和结构水要占据一定的矿物晶格位置，所以在计算矿物晶体化学式要考虑它们的数量。
第二章4硅酸盐晶体结构
硅酸盐晶体结构
硅酸盐为主要由硅和氧组成的晶体，是地球上主要矿
物。其成分复杂，结构形式多样，晶体结构有以下特点：
（1）基本结构单元为硅氧四面体[SiO4]4-。硅氧结合为 50%的离子键和50%的共价键。
（2）晶格中，Si4+间只通过O2-连接。 （3）每一个O2-只连接2个硅氧四面体，或以一个键与其 他非Si4+如Al3+、Mg2+等结合，形成不同的硅酸盐。 （4）硅氧四面体只共顶连接，可形成单链、双链、层状、 网状等复杂结构。
（2）双链：两条相同的单链通过非桥氧相连，形成双链结
构，其结构单元为[Si4O11]6- 。
单 链
双 链
四、层状结构
1、层结构 （1）复网层结构单元： 硅氧四面体层(上部)+八面体层(中部)+硅氧四面体层(下部) （2）单网层结构单元： 八面体层(上部)+硅氧四面体层(下部)
硅氧四面体层状结构
2、硅氧四面体层结构 （1）Si4+以三个公共氧连接成二维的六边形网络。 （2）Si4+通过O2-连接，一个O2-连接两个Si4+。 （3）Si4+中，仅有一个非桥氧且与金属离子连接，构成 复网或单网层。
（4）层状结构的络阴离子为[Si4O10]4活性氧 非活性氧
3、典型结构
（1）Mg3[Si4O10](OH)2(滑石)结构 属单斜晶系，复网层结构。
上、下层为硅氧四面体，其非桥氧朝向中间的[MgO4(OH)2] 八面体层。
பைடு நூலகம்每一层单元内，电价饱和，层单元之间为范德华力结合。 加热可使滑石脱水，转变为斜顽火辉石Mg2[Si2O6]（制造 玻璃和陶瓷的原料）
一、岛状结构
硅酸盐化学风化方程式
硅酸盐化学风化方程式硅酸盐化学风化是指岩石中含有硅元素的矿物与水、二氧化碳等自然环境中的化学物质反应，导致岩石结构破坏和溶解的过程。
这种化学风化是地球表面岩石圈中非常常见的一种地质作用，对土壤形成和生态系统的发展都起着重要作用。
硅酸盐是一种结构中含有硅氧键的化合物，它们构成了大部分岩石和矿物的主要成分。
常见的硅酸盐矿物包括长石、石英、云母等。
当这些硅酸盐矿物暴露在地表环境中时，它们会与大气中的二氧化碳、水和其他化学物质接触，发生化学反应，逐渐分解和溶解。
硅酸盐化学风化的过程可以用化学方程式来表示。
以长石为例，长石的化学式是KAlSi3O8，它主要由钾、铝、硅和氧组成。
在风化的过程中，长石会与水和二氧化碳反应，产生硅酸盐溶解和氢氧化物沉淀。
长石的化学风化方程式可以表示为：KAlSi3O8 + 4H+ + 4H2O + 9CO2 → Al2Si2O5(OH)4 + 2K+ + 4HCO3-在这个方程式中，长石与水和二氧化碳反应生成了氢氧化铝（Al2Si2O5(OH)4）、钾离子（K+）和碳酸氢根离子（HCO3-）。
氢氧化铝是一种不溶于水的物质，会沉淀下来形成黏土矿物，而钾离子和碳酸氢根离子则会溶解在水中。
这种化学风化反应会导致岩石的矿物结构发生变化，原本坚硬的长石变成了黏土矿物，岩石逐渐疏松、破碎。
随着时间的推移，岩石表面会逐渐变得光滑，岩屑逐渐磨成细沙，形成土壤。
而溶解出来的硅、钾、铝等元素则被输送到河流和海洋中，参与了地球的物质循环。
硅酸盐化学风化是地球表面岩石圈中不可或缺的一环，它影响着地表岩石的稳定性和形态，也影响着土壤的形成和质地。
在自然环境中，这种化学风化过程是持续进行的，通过这种方式，地球上的岩石逐渐变成了沙土和泥土，为植被生长和生物生存提供了基础。
总的来说，硅酸盐化学风化是地球表面重要的地质作用之一，通过化学反应使岩石结构发生变化，促进了土壤的形成和生态系统的发展。
这种风化过程是自然界中不可或缺的一部分，也是地球生命多样性的重要基础之一。
成因矿物学一些硅酸盐矿物的晶体化学式计算
氧化物
列1 Wt%
列2
1当量质量＝ 分子量/(金属 原子数×金 属电价)
列3 百分当量 ＝列1/列 2
列4 分子式当量 ＝列3×标定系数 ＝电价数
离子系数＝ 列4/阳离子电价
SiO2 TiO2 Al2O3 Fe2O3 FeO
38.16 3.56 12.80 2.57 2.17
15.0211 19.9747 16.9935 26.6154 35.9232
MnO MgO
0.08 35.469 16.14 20.1522
0.0023 0.0104 0.8009 3.6323
0.005 1.816
Mn2+ 0.005 Mg2+ 1.816
CaO
0.28 28.0397 0.0010 0.0450
0.023 Ca2+ 0.023
Na2O K2O H2O+ F
0.22 30.9895 9.56 47.0980 2.31 9.000 2.10 18.998
0.0071 0.2030 0.2565 0.1105
0.0322 0.9206 1.1633 0.5011
0.032 0.921 1.163 0.501
Ti4+ Na+ K+ OH-
0.202 B 0.032 A 0.921 A 1.163
差即为的Fe3+阳离子系数； • C、据分子式由Fe3+求出Fe2O3含量（重量%） • D、由Fe2+ ＝ FeO*－ Fe3+ 求出Fe2+的阳离子
系数并求出FeO含量。
• 下面以辉石为例，计算电子探针数据中的 Fe2+ 和Fe3+：
结构矿物学 2011-08b 硅酸盐
T O T - vdw T O T - vdw T O T
层状硅酸盐
T
O
T
K
covite 白云母: K Al2 [Si3AlO10] (OH)2 (coupled K - AlIV)
T O
四面体层 – 二八面体 (Al3+) 层 – 四面体层 - K
T
K 位于 T - O - T 层之间，较 vdw 键要强
坡缕石晶体结构沿c轴的投影，沿c轴存在贯通的 宽大通道
结构沿a轴的投影，[SiO4]四面体和[Mg(O,OH)6] 八面体各自成层平行(100)
海泡石 Sepiolite
【化 学 式】Mg8[Si6O15]2(OH)4·12H2O 【空 间 群】Pncn (no.52) 【晶 系】斜方晶系 【点 群】mmm 【晶胞参数】a=13.40 Å, b=36.80 Å, c=5.28 Å, a=b=g=90, Z=2 【原子位置】
结构沿a轴的投影，沿c轴的贯 通通道横截面约3.7 Å×10.6 Å
绿泥石 Chlorite
绿泥石可看成是矿物族的名称，其化学通式可写成Yx[T4O10](OH)8。其中Y主要为Mg2+， Al3+，Fe2+，Fe3+，也可有少量的Mn2+、Cr3+、Li+等；T主要是Si4+和Al3+，x在5和6之间。由于 类质同像发育，成分间置换比例变化较大，因此矿物种属也较多。绿泥石的晶体结构可以看成 滑石型结构单元层（TOT）与水镁石层（O）相间排列构成，可用TOT·O表示。此外，由于结 构层之间的键力较弱，故绿泥石的多型也很常见。
Brauner K, Preisinger A. Struktur und Entstehung des Sepioliths. Tschermaks Mineralogische und Petrographische Mitteilungen (1978)( 31142-ICSD)
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应为: • Fe2+(M2)+#43; Mg2+ (M2)
辉石族晶体结构
M2 M2 M1 M1
辉石晶体沿c轴的投影
• 辉石族矿物的阳离子理想占位
T(∑＝2.000) Si4+ Al3+ Fe3+
晶体化学式：
换算系数 O f .u. /
O 6 2.2081 2.7173
∑if.u.=4.000 ∑(+)=12.000
Ca Na Mg Fe Fe Al Mn Ti Si Al O 0.960
0.040 1.000
0.820
2 0.060
3 0.050
0.030
0.020 0.020 1.000
第5 章
一些硅酸盐矿物的晶体化学式计算 和电子探针数据中Fe2+Fe3+的计算
参考文献：
1、结晶岩热力学概论，马鸿文，高等教育出版社，2001
2、 郑巧荣，1983.由电子探针分析值计算Fe3+和Fe2+.矿物 学报，1983，第一期;55-62
3、肖平,刘军.2001.多硅白云母晶体化学式几种方法的讨论. 华东地质学院 学报,24(1):11-14.
14.97 40.30 0.3715 0.3715 0.3715 0.820
24.38 0.56
56.08 0.4347 0.4347 61.98 0.0090 0.0090
0.4347 0.0090
0.960 0.040
1.000--X
0.11
合量
99.93
∑O=2.7173
去除 H2O∑ωB%
99.82
表 2-4 某单斜辉石晶体化学式的氧原子计算法
质量百分数
ωB%
分子量 摩尔数 氧原子数
阳离子数
以Of.u.=6 为基准的阳离子数(if.u.)
52.25 2.54 0.72
60.08 0.8697 1.7294 101.96 0.0249 0.0747 79.90 0.0090 0.0180
0.8697 0.0498 0.0090
• 举例： • 云母族矿物的一般化学式为
• AB3[T4O10](OH,F,Cl)2 • A=K,Na,(Ca) • B(M1,2M2)=Mg,Fe2+,Mn,Li,Fe3+,
• 如辉石族Mef.u.=4
• 3）氢当量法（Jackson,1976） • 是一种以阴离子为基准计算矿物化学式的方法。 当量：
表示元素或化合物相互作用的质量比的数值。
元素的当量，是该元素与8个质量单位的氧或1.008个 质量单位的氢相化合（或从化合物中置换出这些质 量单位的氧或氢）的质量单位。
• 氧化物的1当量质量＝ • 分子量/(单位分子式中金属阳离子数×阳离子电价)
(1)必须有矿物的化学全分析数据 (2)必须已知矿物的化学通式
• 2、计算方法：
• （1）阴离子法（氧原子法） • （2）阳离子法 • （3）氢当量法（具体可参考《结晶岩热力学概论》，马鸿文编著）
(1)阴离子法
阴离子法的理论基础是矿物单位分子内作最紧密堆积的阴离子数是固定不变的， 它不受阳离子之间的类质同像替代的影响，其晶格中基本不出现阴离空位。
1.920 0.110 0.020
0.080 0.030
2.000--Z
1.81
159.68 0.0113 0.0339 0.02260. 0.050
1.95
71.85 0.0271 0.0271 0271
0.060
1.000--Y
0.64
70.94 0.0090 0.0090 0.0090 0.020
注意：单矿物的化学全分析的结果，其一般允许误差≤1%，即矿物中的各元素或 氧化物的质量百分含量（WB%）之总和应在99%～101%；但是由于一些矿物 如黑云母中含有“水”，因此黑云母电子探针数据往往为95%左右。
计算原则:
(1)尽量使占位的离子数目保持合理 (2)尽量使正负电荷总数保持平衡
计算前提:
自然界矿物大多属含氧盐和氧化物。由于如辉石族等矿物的单位分子内的氧一般 极少被其它元素置换，其原子数为常数。故常采用以单位分子中的氧原子数 （Of.u.）为基准的氧原子法来计算矿物的晶体化学式。 Of.u.＝6
举例:辉石族矿物的晶体化学式计算
• 辉石的通式：X(M2)Y(M1)[T2O6]
• X：Na+ Ca2+ Li+——单斜晶系 • （大半径、低电价） • Mn2+Fe2+Mg2+——斜方晶系 • （小半径、高电价） • Y : （半径小、电价高） • Mg2+Fe2+Fe3+Mn2+Cr3+Al3+Ti4+ • T: Si4+ Al3+
1.920
0.080 2.000 6
(矿物的化学全分析数据源于徐登科，1979)
注：f.u.系 formula unit（单位分子）之缩写；i 为 ion（离子）之缩写；if.u.表示矿物单位分子中的阳离子
数
• 2)阳离子法
• 阳离子法的理论基础是矿物内部某些晶格位置上 的阳离子数目相对较固定。它对于成分、结构较复 杂的链状、层状结构的硅酸盐如角闪石族、云母族 等矿物的化学式计算较为适用。这类矿物单位晶胞 中阳离子的位置较多，类质同像替代十分复杂。一 般来说，结构内大空隙位置往往未被占满；而小空 隙的晶格位置上则极少出现空位，其中的阳离子数 相对较稳定，占据这些位置的是一些电价高、半径 小、配位数低的阳离子。因此，其晶体化学式计算 时，常以这些小空隙位置上单位分子内的阳离子数 为基准。
M1(∑＝1.000) Al3+ Fe3+ Ti4+ Cr3+ V3+ Ti3+ Zr4+ Sc3+ Zn2+ Mg2+ Fe2+ Mn2+
M2(∑＝1.000) Mg2+ Fe2+ Mn2+ Li+ Ca2+ Na+
组分
SiO2 Al2O3 TiO2 Fe2O3 FeO MnO MgO CaO Na2O H2O-
4、角闪石电子探针分析数据中三价铁比值的估算 . 岩石矿 物学杂志， 2001，第二期.
一、矿物晶体化学式的计算依据 与方法
1、计算依据
①单矿物的化学全分析数据；
②晶体化学理论及晶体结构知识，对矿物中各元素的存在形式作出合理的判断， 并按照电价平衡原则，将其分配到适当的晶格位置上；
③X-射线结构分析资料。