晶体结构及缺陷

晶体结构与晶体中的缺陷

17、Li 2O 的结构是O2-作面心立方堆积，Li +占据所有四面体空隙位置，氧离子半径为0.132nm 。求：

(1)计算负离子彼此接触时，四面体空隙所能容纳的最大阳离子半径，并与书末附表Li +半径比较，说明此时O 2-能否互相接触。

(2)根据离子半径数据求晶胞参数。

(3)求Li 2O 的密度。

解：（1）如图2-2是一个四面体空隙，O 为四面体中心位置。

-++=r r AO ，-=r BC 2， -=r CE 3， 3/323/2-==r CE CG 3/62-=r AG ，

OGC ∆∽EFC ∆，CF EF CG OG //=，6/6/-=⨯=r CG CF EF OG 2/6-=-=r OG AG AO ，301.0)12/6(=-=-=--+r r AO r

查表知Li r + +=0.68>0.301，∴O 2-不能互相接触；

（2）体对角线=a 3=4(r ++r -)，a=4.665；（3）ρ=m/V=1.963g/cm 3

图2-2 四面体空隙

28、下列硅酸盐矿物各属何种结构类型：

Mg 2[SiO 4]，K[AISi 3O 8]，CaMg[Si 2O 6]， Mg 3[Si 4O 10](OH)2，Ca 2Al[AlSiO 7]。 解：岛状；架状；单链；层状（复网）；组群（双四面体）。

23、石棉矿如透闪石Ca 2Mg 5[Si 4O 11](OH)2具有纤维状结晶习性，而滑石Mg 2[Si 4O 10](OH)2却具有片状结晶习性，试解释之。

解：透闪石双链结构，链内的Si-O 键要比链5的Ca-O 、Mg-O 键强很多，所以很容易沿链间结合力较弱处劈裂成为纤维状；滑石复网层结构，复网层由两个

[SiO4]层和中间的水镁石层结构构成，复网层与复网层之间靠教弱的分之间作用力联系，因分子间力弱，所以易沿分子间力联系处解理成片状。

24、石墨、滑石和高岭石具有层状结构，说明它们结构的区别及由此引起的性质上的差异。

解：石墨中同层C原子进行SP2杂化，形成大Π键，每一层都是六边形网状结构。由于间隙较大，电子可在同层中运动，可以导电，层间分子间力作用，所以石墨比较软。

解：石墨C：属六方晶系，配位数为3，具有平面三角形配位，6个碳原子分别以共价键结合成六边形碳环，各环之间共棱组成无限大的碳网层，层与层之间靠范德华力作用，作用力很弱，同时由于碳网层上的原子与电价没有饱和，多余的自由电子分布在层之间，电子间的相互排斥，使得层与层之间更容易断裂，因而石墨的硬度很低，易破碎有滑腻感和良好的片状解理且结构中的大π键（SP2杂化轨道形成大π键）使其能导电，不含结构水能耐高温。

Mg3[Si4O10](OH)2滑石复网层结构属单斜晶系，上下为2层[SiO4]四面体层上层活性氧全向下，下层活性氧全向上，在顶角相对的两层硅氧层中间配入了Mg2+和OH-形成镁氢氧层[MgO4(OH)2] ，Mg2+填充全部的三八面体空隙，复网层为电中性的，层与层之间靠很弱的范德华力作用具有滑腻感和良好的片状解理，硬度较石墨大，但解理不如石墨完全，含有结构水，排除时结构会破坏。高岭石：Al4[Si4O10](OH)8单网层结构属三斜晶系，层内一层为[SiO4]四面体层一层为[AlO2(OH)4]八面体层，层与层之间靠氢键作用，用于氢键稍强于范德华健所以高岭石也具有片状解理，但颗粒较粗，硬度较石墨，滑石大，不如石墨，滑石腻（无滑腻感），含有结构水，排除时结构会破坏。

6. 试比较两类粘土类矿物：高岭石Al4[ Si4O10](OH)8和蒙脱石Al2 [Si4O10](OH)2 ·n H2O的结构和性质的异同。

解：高岭石Al4[Si4O10](OH)8为单网层结构。

一层为[SiO4]四面体层每个活性O2-同时与一个Si4+

一层为[AlO2(OH)4]八面体层2个Al3+相连，电价饱和。

单层网之间靠氢键结合，结合力氢键稍强于范德华健1）具有片状解理，但解理程度较小，颗粒较粗，分散度较小。2）同晶取代很少质地较纯，熔点较高，较稳定。3）无层间结合水，无加水膨胀性。

蒙脱石Al2[ Si4O10](OH)2 ·n H2O为复网层为二八面体型[SiO4]四面体层，每个活性O2-同时与一个Si4+[AlO4(OH)2]八面体层相连，Al3+填充2/3八面体空隙，[SiO4]四面体层与2个Al3+相连，电价饱和。

复网层之间靠很弱的范德华力结合。

1）、具有良好的片状解理性，解理程度较高岭石大，颗粒较小，分散度大。

2）、层间具有结合水，有加水膨胀，排水收缩性（又称膨润土），有较好的可塑性，粘结性。

3）、有同晶取代现象，实际分子式为O nH Na (OH)]O S i [Mg Al 233.0210433.067.1∙∙

4）、有高的阳离子交换能力（层间所吸附的水化阳离子如Na +容易被其它阳离子交换）

5）、质地不纯，熔点较低。

7. 层状硅酸盐结构中，有一层八面体配位的Al 和一层四面体配位的Si ，在这些结构中，Al 经常取代Si ，但Si 从来不会置换Al ，试解释之：

已知：CN=6时 r +4Si =0.48 Å r +3l A =0.61 Å r

-2O =1.32 Å CN=4时 r +4Si =0.34 Å r +3l A =0.47 Å r -2O =1.320 Å

解：∵ r +4Si < r +3l A 又 ∵ CN=4时 r +4Si / r

-2O =1.300.34=0.2615 r +3l A /r -2O =1.30

0.47=0.3615 CN=6时 r +4Si / r -2O =1.320.48=0.3636 r +3l A /r -2O =1.32

0.61=0.4621（接近0.414） Al 3+既可以6配位也可以4配位，而Si 4+最多只能4配位，故在层状结构中常出现4 配位的硅被铝所取代，但6配位的铝不会被硅置换。

15. 试解释 1）硅酸盐结构中由[SiO4]4-共顶连接成链状，环状，层状，架状等结构形式，在磷酸盐[PO4]3-及硫酸盐[SO4]2-中也有相似的四面体结构单元，但常常是呈孤岛状结构，而[AlPO4]却具有与石英[SiO2]类似的结构，为什么？

2）许多氧化物是以负离子与立方密堆积为基础的，而较少一六方密堆积为基础，尽管两者的密堆积密度是相等的。

解：[PO 4]3-和[SO 4]2-中P 5+和S 6+的电价较Si 4+高，静电斥力大，这两种四面体互相连接使结构不稳定成分增大，故[PO 4]3-和[SO 4]2-四面体结构单元常常是孤立的，而[AlPO 4]结构中，Al 3+也可与O 2-构成[AlO 4]5-四面体，[AlO 4]5-与[PO 4]3-互相