第十章 硅酸盐矿物

第十章硅酸盐矿物

硅酸盐晶体结构种类很多，它们是构成地壳的主要矿物，也是水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等硅酸盐工业的主要原料，学习并掌握它们的晶体结构特点，对于理解硅酸盐矿物结构与性能的关系，合理的选择原料，都具有重要意义。

硅酸盐晶体的写法：

i 氧化物法：把构成硅酸盐的演化物按价数依次写出

如：钾长石： K2O·Al2O3·6SiO2简式：KAS6

钠长石： Na2O·Al2O3·6SiO2简式：NAS6

镁橄榄石：2MgO·SiO2简式：M2S

ii 无机络盐法：按络阴离子来写

如：钾长石：K2Al2Si6O16→KAlSi3O8

第一节硅酸盐晶体结构分类

一、硅酸盐晶体结构的特点

1、每个Si4+存在于4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，叫硅氧骨干。

2、硅氧四面体的顶点的O2-最多为两个[SiO4]四面体所共用。

3、两个临近的[SiO4]四面体之间只以共顶形式连接。

4、当O/Si≥4时，[SiO4]四面体趋向于不共用任何顶点。

5、每种晶体中只有一种硅氧骨干。

6、若Al3+为四配位，[AlO4]四面体和[SiO4]四面体共同组成铝硅氧骨干；若Al3+为六配位，则Al3+位于硅氧骨干之外。

* 利用鲍林规则来分析：

1.根据鲍林第一规则，硅酸盐晶体中存在[SiO4]四面体，键型为共价键与离子键的过渡型键。

2. 根据鲍林第二规则，

Si = 4/4 = 1 Wo = 2 = 1*i

∴i = 2，即[SiO4]顶角的O2-最多能为两个[SiO4]所公用。

3.根据鲍林第三规则，两个[SiO4]之间最多只能共用一个顶点。

4.根据鲍林第四规则，当O/Si≥4时，两个[SiO4]倾向于互不相连。

5. 根据鲍林第五规则，晶体中只能有一种硅氧骨干类型。

* 硅酸盐晶体中Al3+的存在方式

[AlO6]八面体：Al3+只能在硅氧骨干外，无法取代[SiO4]

[AlO4]四面体：Al3+可以取代Si4+，形成硅铝氧骨干，称为铝硅酸盐。

二.硅酸盐晶体结构的分类

1.岛状结构

[SiO4]四面体孤立存在，四面体之间互不连接，不共用任何顶点，而由其它金属离子连接。

氧硅比为4。

2.组群状结构

[SiO4]四面体以两个、三个、四个或六个通过共用O2-来构成一个[SiO4]四面体群，这些四面体群之间通过其它金属离子连接。其中连接两个[SiO4]四面体之间的O2-叫桥氧（非活性氧），其余的O2-叫非桥氧（活性氧）。

双四面体氧硅比为3.5。

环状结构氧硅比为3。

3、链状结构：[SiO4]四面体通过共用顶点构成了在一维方向无限延伸的链。

单链：氧硅比为3。

双链：氧硅比为2.75。

4.层状结构

[SiO4]四面体通过三个共用O2-在二维平面内延伸成一个[SiO4]四面体层，在层中[SiO4]四面体间构成一个六元环，[SiO4]中的活性氧都指向同一个方向。

氧硅比为2.5。

5.架状结构

每个[SiO4]四面体的O2-都是共用O2-，通过四个桥氧在三维空间形成架状结构。

氧硅比为2。

结论：随O/Si ↓，[SiO4]连接程度↑，[SiO4]四面体连接由点→体。

第二节硅酸盐晶体结构举例

1.镁橄榄石Mg2[SiO4]（岛状）

（1）由[MgO6]八面体和[SiO4]四面体堆积而成。

（2）O2-做近似的六方最紧密堆积，Mg2+填充一半的八面体空隙，Si4+填充1/8的四面体空隙。

（3）每个O2-是一个[SiO4]和三个[MgO6]的共用顶点

∵W02-=2=∑Si

在[SiO4]中：Si=4/4=1，在[MgO6]中：Si=2/6=1/3

∴∑Si=1+1/3*3=2= W02-

2.层状结构的硅酸盐晶体

八面体层的种类：

i Mg(OH)2：水镁石——三八面体型（三个八面体共用一个顶点）

iiAl(OH)3：水铝石——二八面体型（二个八面体共用一个顶点）

四面体层与八面体层的组合方式：

i 双层型（单网层型）

ii 三层型（复网层型）

层状典型矿物：

（1）高岭石（Al2O3·2SiO2·2H2O），即Al4[Si4O10](OH)8

结构：双层型二八面体型。一层[SiO4]四面体和一层[AlO6]八面体相连。在[AlO6]八面体中，每个Al3+和四个OH-及两个O2-离子相连，在二维平面内形成层状结构。层间为氢键结合。

（2）滑石（3MgO4· SiO2· H2O），即Mg3[Si4O10](OH)2

结构：三层型、三八面体型。三个Mg2+共用一个O2-形成三八面体。两层[SiO4]四面体中间夹一层水镁层（镁氧三八面体层）。层间结合力为范氏键。

（3）叶蜡石（Al2O3·4SiO2·H2O），即Al2[Si4O10](OH)2

结构：三层型、二八面体型。2个Al3+共用一个O2-形成二八面体。层间结合力为范氏键。

（4）蒙脱石（微晶高岭石）

结构：在叶蜡石的水镁层中发生晶格置换（1/3的Al3+被Mg2+或其它低价离子进行1：1置换），复网层带负电，复网层间产生斥力，为平衡电荷，在复网层间进入其它低价正离子（如Na+），正离子是水化的，靠复网层中八面体中的晶格置换造成的负价吸引，所以吸引力小，自由水可以自由出入，则C轴间距随水含量的多少而变化。（5）白云母：KAl2[（AlSi3）O10]（OH）2

结构：在叶蜡石基础上发生晶格置换（在四面体中1/4的Si4+被Al3+所置换，其中Al3+为四配位），复网层带负电，为平衡电荷，复网层间进入低价阳离子K+，K+处于两个相对氧面的六角边网眼中，吸引力较大，可认为参与结构。

（6）伊利石（水云母）：云母类矿物经风化得到。