架状结构硅酸盐晶体
硅酸盐晶体结构
• 蒙脱石是2:1型结构(见结构模 型),即两层硅氧四面体中间夹一 层铝氧八面体层。在铝氧八面体层 中大约有三分之一的Al3+被Mg2+离 子所取代,为了平衡多余的负电价, 在结构单位层之间有其它阳离子平 衡。化学式中的的M即为其它阳离 子,在蒙脱石中,一般是Na1+和 Ca2+离子。而且以水化阳离子的形 式进入结构。
• 它将与硅氧层以外的阳离子相连。 这种自由氧在空间排列也形成六边 形网格。层状结构中络阴离子的基 本单元是[Si4O10]4-,其a、b轴的方 向分别为a=0.520nm, b=0.90nm。在 各种层状硅酸盐晶体结构中,其晶 胞参数中α0和b0的值大致与此值相 近。
• 在层状结构硅酸盐晶体结构中,自 由氧一般和Al3+、Mg2+、Fe3+、 Fe2+等阳离子相连,它们的配位数 为6,构成Al-O,Mg –O等八面体。 由于硅氧层中自由氧形成六边形网 格,因此Al-O或Mg–O八面体也连 成六边形网格,它们之间有两种连 接方式。
• 在层状硅酸盐晶体结构中,硅氧四 面体层和铝氧或镁氧八面体层的连 接方式有两种,一种是由一层四面 体层和一层八面体层相连,称为1: 1型或两层型层状结构(见高岭土结 构模型)。另一种是由两层四面体 层中间夹一层八面体层,称为2:1 型或三层型层状结构(见滑石结构 模型)。
• 不论是两层还是三层,从这样的结 构单位来看,电荷已经平衡。因此 层状结构中,二层与二层或三层与 三层之间只能以微弱的分子键或 OH1-离子产生的氢键来联系。由于 这种键力很弱。所以,在二层或三 层的结构单位之间可以有水分子存 在。
• 在α-方石英中,两个共顶的硅氧四 面体相连,相当于以共用氧为对称 中心。由于这三种石英的硅氧四面 体的连接方式不同,因此它们之间 的转变将拆开Si-O键,重新组合成 新的骨架。
硅酸盐晶体结构
22:15
41
22:15
42
22:15
43
存在对称中心
存在对称面
22:15
45
α-方石英
• 立方晶系,
• 空间群: Fd3m
• 晶格常数,
a 0.713nm
• 晶胞分子数Z=8,
22:15
α-方石英结构
46
α-磷石英
• 六方晶系, • 空间群 P 63 mc
沿链间结合较弱处劈裂成纤维 (如:石棉细长纤维状)。
各向异性, 解理易在链间发生, 解理面间有一定的角度。
四、层状结构硅酸盐 Layer Structure
[SiO4]中共用三个顶角氧。
??络阴离子式:
[Si4O10]4-
单网层结构:
复网层结构:一层八面体+
一八面体层 + 一四面体层 二层四面体连接。
K[AlSi3O8] Na[AlSi3O8] Ca[Al2Si2O8] Ba[Al2Si2O8]
高温钾长石K[AlSi3O8]: 四分之一的Si4+被Al3+置换。
为保持电中性,同时引入K+。
[SiO4]和[AlO4]四面体组成架状结构, 形成一个四联环。
2.长石晶型结构
① 吸附作用:孔道和内表面很大,加热把空穴内 的水排出。
• 进行单、双杠器械运动时, 滑石等常用作固体润滑剂。
脱水效应:陶瓷和玻璃工业的重要原料。 39
五、架状结构 framework structure
• [SiO4]所有四个顶角氧均共用, 在三维空间形成规则的架状网络。
• 纯晶态SiO2(石英 quartz )的晶体结构。
硅酸盐晶体结构
ڻ以SiO2为例讨论,SiO2分
为三类晶型(石英、鳞石 英、方石英)七种变体。
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(1)α-方石英结构
立方晶系,Fd3m 空间群, a=0.705nm,Si4+在立方 晶胞中的配置与金刚石 构造中的相同,而 O2-位于每两个 Si4+之间, Si4+、O2-均作面心立方排 列。
结构式Mg6[Si4O10](OH)
8
结构组成:相当于在高 岭石结构中,用Mg2+取 代Al3+,为保持电价平
衡,需用3个Mg2+取代2
个Al3+
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4、叶腊石类 (属三层结构) 主要有叶腊石、蒙脱石、 滑石。
叶腊石
构成:将高岭石的双层结
构再加上一层[SiO4]四面
体层。
成分:Al2O3· 4SiO2· 2O H
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3)四面体不相连,八面体共棱相连。
4)Si-O形成[SiO4]四面体,弧立存在,由
[MgO6]连接起来。 5)Si-O→[SiO4],Mg-O→[MgO6]
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(2)
结构特点
1)各[SiO4]4- 是单独存在的,其顶角相互地朝上朝下。 2)各[SiO4]4-四面体只通过O-Mg-O键连接一起。
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(2)叶蛇纹石 又称岫玉, 形成于镁质碳酸岩的变质大 理石中,全国最大的蛇纹石 玉矿在辽宁省岫岩县哈达碑 镇瓦沟,岫岩玉以绿色为主, 还有红、黄、白、青、蓝、 紫色和墨绿、淡黄、乳白色。 可谓七彩斑斓,五光十色。 硬度一般介于3.5至5之间。
矿物鉴定:架状硅酸盐矿物亚类
1.概述
➢ 概念:由阳离子与架状 Si-O骨干形成的硅酸盐矿 物。
➢ 内部结构:每个[SiO4]四面体的所有4个角顶都 与毗邻的四面体相联。这时形成的是类似于石英 的架状结构,但石英(SiO2)的架状结构内电性已中 和,不需架状外阳离子。如果要形成架状的硅酸 盐,则必须有一部分Si4+被Al3+代替,产生多余的 负电荷,与架状骨干外的阳离子进行中和。
➢ 主要矿物:
天河石
↑含Rb
透长石—正长石—微斜长石—歪长石 (Na ↑)
特殊形态↓
↓固溶体离溶
冰长石 条纹长石
↓“浮光”效应
月光石
斜长石亚族
➢ 斜长石亚族是由钠长石和钙长石两个端员组份组成的 类质同像系列,即NaAlSi3O8—CaAl2Si2O8,
➢ 本亚族人为地划分成6种:
名称 钠长石 更长石 中长石 拉长石 培长石 钙长石
➢ 具架状骨干硅盐矿物还有霞石族、白榴石族、方 钠石族、日光榴石族和方柱石族等,因为它们与 长石矿物相似,统称为似长石矿物。
➢ 具有下列特点: ①SiO2 含量较低,最高约达碱性长石中SiO2 含量
的2/3。故似长石矿物多是在富碱贫硅的介质中 形成的,一般不与石英共生。 ②相对密度较低,一般在2.3—2.6;硬度较小: 5—6.5;折射率低,一般在1.480—1.541。
➢ 各种沸石结晶形态、物性相差不大。多为纤维状、束状; 常呈无色或白色,因含杂质而染成其它颜色,或因阳离 子交换后,有色素离子的进入而染色。相对密度小(一 般在1.9—2.3)、硬度低(一般为3.5—5.5)、折射率低及 易分解的特点。一般都有一组完全解理。
➢ 天然沸石最早是在玄武岩中发现的。现已知主要 产于未受变质的沉积岩层中,尤其是火山碎屑的 沉积岩层中。在土壤中也有产出。此外也可作为 某些硅酸盐矿物次生产物。
硅酸盐晶体结构
长石族 结构特点:
长石的结构中的四个面体[TO4](T代表Si或Al)相互共顶,形成一个四联环。四联环与四联
环又相互共用角顶,连接成曲轴状的链,平行于a轴伸展,链与链之间,又以桥氧相接,形成 整个三维的骨架。
主要
种: K[AlSi3O8]
透长石 Sanidine 正长石 Orthoclase 微斜长石 Microcline 斜长石 (钠长石_奥长石_中长石_拉长石_培长石_钙长石)
PS:翡翠的A货、B货和C货的含意
层状结构硅酸盐
滑石
化学组成:
Talc Mg3[Si4O10](OH)2
晶体形态:偶见假六方或菱形的片状单晶体。
物理性质:无色透明或白色,硬度1,{001}解理完全,比重2.58~2.83, 能耐
火。
鉴定特征:低硬度,有滑感,较浅的颜色以及片状形态。
架状结构硅酸盐
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。
参考文献: 高等无机结构化学 麦松威,周公度,李伟基 北京大学出版社 第二版 化学中的多面体 周公度 北京大学出版社 结构和物性 周公度 高等教育出版社 第三版 维基百科
感谢聆听
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-
硅酸盐晶体结构
(3) 层状硅酸盐 layered silicates
9
二、硅酸盐矿物的分类
2、根据Si-O四面体在空间的连接情况
(4) 架状硅酸盐 network silicates
10
三、硅酸盐的结构
1、岛状硅酸盐 Island silicates (limited Si-O group) (1) 单一硅氧团(孤立有限硅氧团)
举例:
• 能“爆米花”的矿物和岩石
• 能吸水膨胀的膨润土
20
4、骨架状硅酸盐 Network silicates
(1). 硅石 silica(石英) SiO2 硅氧四面体在空间组成的三维网 络状结构
方石英结构特征:
• FCC点阵,Si4+排成金刚石结构, O2-位于<111>方向上 的一对Si4+之间,形成桥氧; Si4+位于O2-的四面体间隙, O2-四面体在空间通过桥氧相连,形成三维网络结构 • 所有的氧均为桥氧
13
(2) 含成对的硅氧团
• = O/Si=3.5
• 硅钙石 Ca3(Si2O7),即3CaO· 2SiO2,正交晶系
14
(3) 含环状硅氧团
• 三节环:(Si3O9)6- • 四节环:(Si4O12)8-
• 六节环:(Si6O18)12-
= O/Si=3
代表性矿物:
绿柱石 Be3Al2[Si6O18] 堇青石 cordierite 2MgO· 2O3· 2Al 5SiO2
15
2、链状硅酸盐 Chained silicates
由大量的[SiO4]4-共顶连接而成的一维结构
(1) 单链:结构单元[SiO3]2-, = O/Si=3
架状结构硅酸盐矿物
沸石族
沸石族矿物具有特殊的结构通道, 沸石族矿物具有特殊的结构通道,因而具有巨大的 比表面积、强吸附性、离子交换性, 比表面积、强吸附性、离子交换性,用作离子交换剂和 分子筛。 分子筛。 硬水软化、淡化海水或从海水中提钾;除去废水中的 硬水软化、淡化海水或从海水中提钾; 放射性元素、重金属、磷酸根; 放射性元素、重金属、磷酸根;处理和回收放射性元 处理核废料; 素—处理核废料;土壤改良剂;净化提纯;载体等 处理核废料 土壤改良剂;净化提纯;
斜长石Plagioclase 斜长石
斜长石属于NaAlSi3O8(Ab)-CaAl2Si2O8(An)类质同象 斜长石属于 ) ) 系列的长石矿物的总称,共分为6个矿物种 钠长石、奥长石、 个矿物种: 系列的长石矿物的总称,共分为 个矿物种:钠长石、奥长石、 中长石、拉长石、倍长石和钙长石。 中长石、拉长石、倍长石和钙长石。 晶体属三斜晶系的架状结构硅酸盐矿物,多为柱状或板状, 晶体属三斜晶系的架状结构硅酸盐矿物,多为柱状或板状, 常见聚片双晶,在晶面或解理面上可见细而平行的双晶纹。 常见聚片双晶,在晶面或解理面上可见细而平行的双晶纹。白 至灰白色,有些呈微浅蓝或浅绿色,玻璃光泽,半透明。 至灰白色,有些呈微浅蓝或浅绿色,玻璃光泽,半透明。两组 解理(一组完全、一组中等)相交成86° ,故得名斜长石。 解理(一组完全、一组中等)相交成 °24′,故得名斜长石。 摩氏硬度6-6.5,比重2.6-2.76。 摩氏硬度 ,比重 。 斜长石广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积碎屑岩中。 斜长石广泛分布于岩浆岩、变质岩和沉积碎屑岩中。斜长 石是陶瓷业和玻璃业的主要原料,色泽美丽者可作宝玉石材料, 石是陶瓷业和玻璃业的主要原料,色泽美丽者可作宝玉石材料, 如日光石
品种
白独山玉(水白玉, 白独山玉(水白玉 白 玉) 绿独山玉(绿翠 翠玉, 绿翠,翠玉 绿独山玉 绿翠 翠玉, 青玉 紫玉,亮橙 紫独山玉 (紫玉 亮橙 玉) 黄独山玉 杂色玉(墨玉, 杂色玉(墨玉,翠白 菜花玉, 玉, 菜花玉,黑花 五花玉) 玉 五花玉)
实验3硅酸盐矿物的晶体结构
实验3 硅酸盐矿物的晶体结构一、实验目的:巩固硅酸盐矿物的晶体结构知识。
二、硅酸盐晶体结构概述硅酸盐晶体按结构中硅氧四面体的连接方式,可以分为岛状、组群状、链状、层状和架状五种。
1. 岛状结构岛状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体以孤立形式存在,硅氧四面体之间没有共用的氧。
典型的矿物是镁橄榄石,其结构如图3-1所示。
镁橄榄石(Mg2SiO4)的晶体结构属正交晶系P bmm空间群,a0=0.476nm,b0=1.021nm,c0=0.598nm,Z=4。
镁橄榄石的结构中O2-近似于六方紧密堆积,Si4+充填在四面体空隙,Mg2+充填于八面体空隙,硅氧四面体之间由Mg2+按镁氧八面体的方式相连。
图3-1 镁橄榄石晶体理想结构图3-2 绿宝石的晶体结构2. 组群状结构组群状结构是指硅氧四面体以两个、三个、四个或六个,通过共用氧连成硅氧四面体群体,群体之间由其它阳离子按一定的配位形式将它们连接在一起。
典型的矿物是绿宝石,其晶体结构如图7-2所示。
绿宝石(Be3Al2[Si6O18])的晶体结构属于六方晶系P6/mcc空间群,a0=0.921nm,c0=0.917nm,Z=2。
绿宝石的基本结构单元是六个硅氧四面体形成的六节环,六节环之间由Al3+和Be2+相连。
六节环中的四面体有两个氧是共同的,它们与硅氧四面体中的S i4+处于同一高度。
图7-2中示出了八个这样的六节环,上面四个和下面四个错开30 排列,上下叠置的六节环内形成了一个巨大的通道,可以存在一些如K+、Cs+等大的阳离子以及H2O分子。
Al3+的配位数为6,形成Al-O八面体,Be2+的配位数为4,构成Be-O四面体。
3. 链状结构硅氧四面体可以由共用氧离子相连,在一维方向延伸成链状,链与链之间再通过其它阳离子按一定的配位关系连接而形成链状结构。
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。
2-2硅酸盐晶体结构
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:
r (1)据鲍林第一规则,si /rO =0.041/0.140=0.293 ,Si4+的配位数为 4,形成[SiO 4]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 的离子键,尚含有相当成分的共价键,一般认为,离子键和 共价键各占50%。Si4+之间不直接相连,而必须通过O2-相 连。
表 硅酸盐晶体结构分类
Si:O 公用氧 硅氧骨干 类型 例子
无机材料科学基础
1:4
0
[SiO4]4[Si2O7]6[Si3O9]6[Si4O12]8-
孤岛状
1:3.5 1
1:3 2 2
有 双四面体 限 硅 三元环 氧 四元环 基 团
镁橄榄石Mg2[SiO4] 硅钙石Ca3[Si2O7]
蓝锥矿BaTi[Si3O9] 斧石 Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH) 绿宝石Be3Al2[Si6O18]
其它同类型晶体:蓝晶石Al2O3· 2、莫来石 SiO
3Al2O3· 2以及水泥熟料中的-C2S、-C2S和C3S等。 2SiO
无机材料科学基础
橄榄石
• 自然界中,橄榄石(Peridot或 Olivine)因具有橄榄绿色而得名, 以酷似祖母绿色者最佳,次为浓绿 色和黄绿色,为八月诞辰石,产于 河北,吉林。
Neo-: from Greek Means:island
无机材料科学基础
(1)镁橄榄石(Mg2SiO4)(Olivine)
• 基本特征:斜方晶系,Pbnm空间群。晶格常数 a=0.467nm,b=1.020nm,c=0.598nm,每个晶胞中有4 个“分子”,故可以写成Mg8Si4O16。 • 按鲍林第一规则: r /r =0.041/0.140=0.293 • 所以Si4+的配位数为4,形成[SiO4]四面 rMg 体; /rO =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。
1.3 硅酸盐晶体结构
C、链状硅酸盐
1.单链状
共用2顶: [Si2O6]4-
硅氧四面体通过桥氧相连,在一维方 向无限延伸的链状结构
辉石R2[Si2O6]
硅灰石中[Si3O9]
[Si2O6]n4n-
2、双链状硅酸盐
平均共用两个半顶 [Si4O11]6-
两条相同的单链通过尚未公用的氧连 起来在一维方向无限延伸的带状结构
双链:闪石中[Si4O11]通过一个辉石单链镜面的反映 成双而得
23
链状结构硅酸盐的解理
链状结构硅酸盐中,链上为键合较 强的 Si-O 共价键,不易断裂;链间 M-O 键合相对较弱,易断裂
因此在受外力作用时,沿链间一定 角度解理为柱体或纤维 Eg. 角闪石石棉呈细长纤维状-由于 双链结构单元的解理所致
环状结构单独存在,通过其他阳离子相连
实例:绿柱石 Be3Al2[Si6O18] 六方晶系 [Si6O18]12-六节环
桥氧和非桥氧 [SiO4]之间的共用O2-电价已饱和,不和 其他阳离子相配位,该O2-为桥氧 [SiO4]中O2-仅与一个Si4+相连,尚有剩 余电价与其他阳离子相配位,称该O2-为 非桥氧
(2) 硅氧四面体 Si 的四个等价 SP3 杂化轨道各与一
个氧键合,形成硅氧四面体[SiO4]4-―――
无机硅酸盐结构亚单元;极性结构
Si-O键:离子键和共价键各占1/2 硅氧四面体可孤立存在也可共顶连 接,每个O最多被两个四面体共有
2、无机硅酸盐在空间的结合 (1) 结构亚单元间的结合形式 A、直接连接--共顶(棱、面) 共用顶角氧 B、间接连接 a、离子键键合:为达电中性引入 正离子而形成的离子键 b、分子间力:亚单元(及其结合体) 间的Van der waals力
硅酸盐各论分类按结构特点分岛状结构硅酸盐类_OK
为1 ,可作为电瓷用料。无可塑性。
矿物,硬度
28
叶腊石: Al2[Si4O10](OH)2 属2:1型层状结构的硅酸盐矿
物,层间靠
范德华力连结.有滑感,具挠性,烧成
收缩小,线膨胀系数不大,适
宜于快速烧成。
29
[5] 黏土矿物的基本性质 (1) 可塑性 (3) 稠性 (5) 凝聚性 (7) 触变性
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
--400oC有微量失水,430oC--500oC结构水突
然迅速失去。在1650oC---1775oC熔
化。在室温下失 去的层间水不可复得。
22
23
地开石及珍珠陶石:单斜晶系,化学式: Ai4[Si4O10](OH)8
具多型性。形
态与高岭石基本相同,为六角板状,
或六角柱状或宝塔状。结晶度较
高。差热曲线表现
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。
3
4
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
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。
第二讲 硅酸盐晶体结构
维方向无限延伸的链。依照硅氧四面体共用顶点数目 的不同,分为单链和双链两类。
如果每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,见图 。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]。在单链结构中,按照重复出 现与第一个硅氧四面体的空间取向完全一致的 周期不等,单链分为1节链、2节链、3节链……7 节链等7种类型,见图。
四方环
六元环
O2-有两种位置标高 (1)22, 23, 27, 28(约为25附近); (2)72, 73,(-27)73, 77, 78(约75附近)
Mg2+有两种位置标高: (1)0, 50;(2)25, 75
绿宝石晶胞在(0001)面上的投影(上半个晶胞)四、链状结构 Nhomakorabea 、层状结构
某些层状矿物还有另外一个特点,
就是单元层之间 结合力很弱,容易 渗入 大量水分子。
如 蒙脱石
五 、层状结构
五 、层状结构
滑石和叶蜡石都是玻璃和陶瓷工业重要原 料
滑石:用于制备绝缘、介电性能良好的
滑石瓷和堇青石瓷。
叶蜡石:常用作硼硅质玻璃中引入
Al2O3的原料。
五 、层状结构
五 、层状结构
(1)高岭石(1:1型) (kaolinite) [SiO4] + [AlO6]
1
O3
Si2
四
2
3
O 2+ OH
单位晶胞
Al 3 (OH)2 图 高岭石晶体结构
八
离子取代很少 化学组成比较纯净 单元层间不容易渗入水分子 阳离子容量小
架状结构硅酸盐矿物
硅氧四面体首先形成四方环,环 与环之间连接形成沿a轴延伸的曲 折状的链,链间又通过桥氧相连
完全无序的 透长石
完全有序的 微斜长石
完全有序的 钙长石
三、形态与物性
由于四面体在三维空间不同方向上排列的紧密程度不 同,从而形成多种次类型结构 形态上有柱状、片状、块状等; 某些方向有解理;
具较高的硬度(仅次于岛状结构硅酸盐矿物)
长石的矿物的形态和物性
长石族矿物多呈平形于a轴延伸的长柱状或厚板状 颜色:多为浅色,较常见为灰白色或肉红色 解理:{010}和{001}解理完全,解理交角等于或近 于90°(在单斜晶系等于90 °,在三斜晶系中则
近于90 °)
硬度:6-6.5 相对密度:较小,2.5-2.7
成因产状 主要用途
主要形成于岩浆作用和变质作用 主要用于玻璃和陶瓷工业,色泽美丽者可作 宝石
一般为浅色(不含Fe2+、Mn2+等色素离子) 相对密度较小,折射率较低(因为结构中存 在较大的空隙
四、常见矿物 1、长石族 (feldspar)
长石是一种重要的造岩矿物,它大约占地壳重量的50 %, 为其体积的60%。长石族矿物广泛产出于各种成因类 型的岩石中
从化学成分上看:
钾长石(Or) K[AlSi3O8] 钠长石(Ab) Na[AlSi3O8] 钙长石(An) Ca[Al2Si2O8] 钡长石Ba[Aal2Si2O8]
正长石Orthoclase
正长石的化学组成是KAlSi3O8,晶体属单斜晶系的架状结 构硅酸盐矿物。正长石是钾长石的亚稳相变体,钾长石和钠长 石不完全类质同象系列。 短柱状或厚板状晶体,常见卡斯巴双晶、巴温诺双晶和曼尼 巴双晶,集合体为致密块状。肉红或浅黄、浅黄白色,玻璃光 泽,解理面珍珠光泽,半透明。两组解理(一组完全、一组中 等)相交成90°。摩氏硬度6,比重2.56-2.58。900℃以上生 成的无色透明长石称透长石。 正长石广泛分布于酸性和碱性成分的岩浆岩、火山碎屑岩中, 在钾长片麻岩和花岗混合岩以及长石砂岩和硬砂岩中也有分布。 正长石是陶瓷业和玻璃业的主要原料,也可用于制取钾肥。
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
第二章2 硅酸盐结构
岛状结构硅酸盐
石榴石族
结构特点: 结构中二价阳离子作八配位,形成畸变配位立方体, 三价阳离子作六配位。这一结构很紧密,各方向的键力很少有 差异 晶体形态: 晶形常呈菱形十二面体、四角三八面体,或二者之聚 形。通常在富Ca岩石(如矽卡岩)中,多形成钙系石榴子石, 以菱 形十二面体为主;而在富Al岩石中,多形成铝系石榴子石,往 往呈四角三八面体晶形。
岛状结构: 该结构中形成两种多面体,[SiO4]四面体 和[MO6]八面体。[SiO4]四面体呈周期性 重复排列,[SiO4]四面体的各顶角之间不 直接连接,而是与[MO6]八面体连接,即 [SiO4]四面体被[MO6]八面体隔离,所以 称岛状结构。典型岛状结构的硅酸盐有 锆英石Zr[SiO4]、橄榄石Mg2[SiO4]、石 榴子石Mg3Al2[SiO4]3以及莫来石、硅线 石等
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
红柱石
化学组成: Andalusite Al2SiO5, 可含少量的Fe3+和Na、K等。 结构特点:正交晶系 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 理清晰。
鉴定特征:以柱状形态,解理交角近于垂直,常呈肉红色为特征。
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、组群状结构、链状结构、层状结构和架 状结构。它们都具有下列结构特点: 1)结构中Si4+之间没有直接的键,而是通过 O2-连接起来的 2)结构是以硅氧四面体为结构的基础 3)每一个O2-只能连接2个硅氧四面体 4)硅氧四面体间只能共顶连接,而不能共棱 和共面连接
体的支持,
只有在具有无限延伸的硅氧骨干(链、层、架)的结构中,Al代Si才有可
硅氧四面体的排列方式
硅氧四面体的排列方式
硅酸盐晶体结构是按晶体中硅氧四面体在空间的排列方式为孤岛状、组群状、链状、层装和架状五类。
扩展资料:
硅酸盐的基本构造单元中Si和O组成的硅氧四面体[SiO4]4-,既可以孤立地被其他阳离子包围起来,也可以彼此以共角顶的方式连结形成各种形式的硅氧骨架与其他阳离子结合。
这种硅氧骨架主要有层状、架状和针状。
状硅氧骨架中,硅氧四面体分布在同一个平面内,彼此以三个角顶相连形成二维延展的平面层状。
层状硅酸盐类矿物填料主要有滑石粉、云母粉以及高岭土,其形貌如图1所示。
其中,滑石粉属于硅酸镁矿物,层状基本单元结构通过极弱的范德华力互相堆叠在一起,层间容易分离,赋予其一定的柔软度。
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Plagioclase series:
Albite
Na[Si3AlO8](Ab) , , An 0-10 ;
Anorthite
Ca[Si2Al2O8](An), Ab10-0 ,An 90-100 ;
Oligoclase Ab90-70 ,An 10-30 ; Andesine Ab 70-50 , An 30-50 ;
沸石亚族:
斜发沸石 (Na,KCa)2-3[Al3(Al,Si)2Si13O16].12H2O; 菱沸石 Ca2[Al4Si8O24].13H2O; 方沸石 Na2[AlSi2O6]2.2H2O ; 束沸石 NaCa2[Ai5Si13O36].17H2O。 浊沸石 Ca[AlSi2O6]2.4H2O .
钠柱石 Na4[AlSi3O8]3Cl(Ma) , Ma100-90 ,Me 0-10 ; 钙柱石 Ca4[Al2Si2O8]3[CO3](Me) , Ma10-0 ,Me 90-100 ; 韦柱石 Ma90-60 ,Me 10-40 ;中柱石 Ma 60-40 ,Me 40-60 ;
针柱石 Ma 40-10 ,Me 60-90 。
歪长石 (Na,K)[Si3AlO8] 。 斜长石亚族:
钠长石 Ab100-90 , An0-10 ;更(奥)长石 Ab90-70 ,An10-30; 中长石 Ab70-50 ,An30-50 ;拉长石 Ab50-30 ,An50-70 ; 培长石 Ab30-10 ,An 70-90 ;钙长石 Ab 10-0 , An90-100 。
似长石亚族:
霞石 Na3K[AlSiO4]4 ; 白榴石 K[AlSi2O6] ; 方钠石 Na8[AlSiO4]6Cl2 ; 黝方石 Na8[AiSiO4]6[SO4] ; 蓝方石 (Na,Ca)4-8[AlSiO4]6[SO4]1-2 ; 香花石 Li2Ca3[BeSiO4]3F2。 方柱石亚族
ness and smaller density. The minerals have been :
Alkli feldspar series:
Sanidine
K[Si3AlO8] ;
Orthoclase K[Si3AlO8] ;
Microcline K[Si3Al)8] ;
Anorthoclase (Na,K)[Si3AlO8] .
Labradorite Ab50-30 ,An 50-70 ; Bytownite Ab30-10 , An70-90 .
Feldspathoid group :
Nepheline KNa3[AlSiO4]4 ;
Sodalite
Na8[AlSiO4]6Cl2 ;
Hsianghualite Ca3Li2[BeSiO4]3F2 .
Framework silicate minerals
The framework silicates are the compounds of metallic cations with framework
silicate radicals. Tyer are wide variety. Cations in the minerals are Ca , K , Na ,
架状结构硅酸盐矿物
架状结构硅酸盐矿物为金属元素与架状硅酸络阴离子形成的化 合物。它分布广泛。矿物中阳离子为K、Na、Ca、Ba、Al及Cs、 Rb 、NH4+等,矿物呈等轴状或板状、柱状及针状晶形,具有 颜色浅,硬度高,密度小为特征。主要的矿物是: 缄性长石亚族:
透长石 K[Si3AlO8] ; 正长石 K[Si3AlO8] ; 微斜长石 K[Si3AlO8] ; 天河石 (K,Rb)[Si3AlO8] ;
Scapolite group:
Leucite K[AlSi2O6] ; Helvite Mn8[BeSiO4]6S2 ;
Marialite Na4[AlSi3O8]3Cl (Ma)
Ma100-80 , Me 0-20 ;
Meionite Ca4[Al2Si2O8]3[CO3](Me)
Ma20-0 ,Me 80-100 ;
Al , Ba , Cs , Rb and NH4+.The minerals are charecterized by isometric crystal form ,with sometimes tabular , prismatic or acicular form ,light color ,high hard-
Dipyre
Ma 80-50 ,Me 20-50 ;
Mizzonite Ma 50-20 ,Me 50-80 .
Zeolite group :
Glinoptilolite Chabazite Analcite Stilbite Laumontite
(Na,K,Ca)2-3[Al3(Al,Si)2Si13O16].12H2O ; (Ca,Na2) [AlSi2O6]2.6H2O ; Na2[AlSi2O6]2.2H2O ; NaCa2[Al5Si13O36].17H2O Ca[AlSi2O6]2.4H2O .