硅酸盐矿物

结晶学与矿物学
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岛状结构硅酸盐矿物
锆石
化学组成: 化学组成: Zircon Zr[SiO4], 常含有少量的Hf。 常含有少量的Hf。 结构特点: 四方晶系，点群4/mmm。空间群I4 /amd； 结构特点: 四方晶系，点群4/mmm。空间群I41/amd；a0=6.53Ǻ, c0=5.94Ǻ；Z=4。晶体结构中[SiO4]4-J是孤立的，彼此间借Zr4+连 =5.94Ǻ；Z=4。晶体结构中 是孤立的，彼此间借Zr 接起来，Zr 的配位数为8 接起来，Zr4+的配位数为8。 晶体形态: 晶体形态:一般都呈单晶体出现，呈柱状习性。 物理性质: 物理性质: 常呈黄色至红棕色，无色者少见；金刚光泽，浅色者 透明度较好，深色者在薄片中透明。硬度7.5，比重4.6~4.7 透明度较好，深色者在薄片中透明。硬度7.5，比重4.6~4.7 。 鉴定特征: 鉴定特征: 以其呈四方柱及四方双锥的聚形为特征。
架状结构硅酸盐矿物
长石, 霞石, 白榴石, 长石, 霞石, 白榴石, 沸石
结晶学与矿物学
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 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。 75%左右。 化学成分 阳离子元素有57种之多，主要是惰性气体型离子和过 阳离子元素有57种之多， 渡型离子。阴离子部分除[SiO 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) 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H 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，键 结合时以四次配位的形式最为稳定， 长 1.6Ǻ ， 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。在结构化学上是用硅的sp 杂轨道加以解释的， 于结构中。在结构化学上是用硅的sp3杂轨道加以解释的，这四 个杂化轨道形状相同， 分别指向四面体的四个角顶 ， 个杂化轨道形状相同 ， 分别指向四面体的四个角顶， 键角为 109°28′16″ 与相应的氧原子构成四个键力很强的σ 109°28′16″，与相应的氧原子构成四个键力很强的σ键。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 硅酸盐矿物的结构中，总是将[SiO 的整体。 的整体。
橄榄石Olivine （Mg,Fe)2［SiO4］ 橄榄石
橄榄石是组成上地幔的主要矿物， 橄榄石是组成上地幔的主要矿物，也是陨石和月岩的主 要矿物成分。 要矿物成分。它作为主要造岩矿物常见于基性和超基性火成 岩中。镁橄榄石还可产于镁夕卡岩中。 岩中。镁橄榄石还可产于镁夕卡岩中。橄榄石受热液作用蚀 变变成蛇纹石。透明色美的橄榄石可作宝石 变变成蛇纹石。
结晶学与矿物学
硅酸盐矿物
概述 岛状结构硅酸盐矿物
锆石, 橄榄石, 红柱石, 蓝晶石, 石榴石, 黄晶, 锆石, 橄榄石, 红柱石, 蓝晶石, 石榴石, 黄晶, 符山石
环状结构硅酸盐矿物
绿柱石, 绿柱石, 电气石
链状结构硅酸盐矿物
辉石, 硅灰石, 辉石, 硅灰石, 角闪石
层状结构硅酸盐矿物
蛇纹石, 高岭石, 滑石, 叶腊石, 云母, 蛇纹石, 高岭石, 滑石, 叶腊石, 云母, 绿泥石
配位数为4 配位数为4：B3+、Be2+、Al3+、Ti4+、Li+、Fe3+、Zn2+、Mg2+； 配位数为6 配位数为6：Al3+、Ti4+、Fe3+、Mg2+、Li+、Zr4+、Mn2+、Ca2+、Fe2+、 Se3+、K+； 配位数为8 配位数为8：Na+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Zr4+、Mg2+、K+、Ba2+； 配位数为12： 配位数为12：K+、Ba2+。
结晶学与矿物学
概述
链状络阴离子：有单链和双链等。单链中每个硅氧四面体以两 链状络阴离子：有单链和双链等。单链中每个硅氧四面体以两 个角顶分别与相邻的柄个硅氧四面体连接成一维无限延伸的连 4n续链。其络阴离子可以用[Si 续链。其络阴离子可以用[Si2O6]n4n-表示。双链相当于两个单链 组合而成，例如角闪石族矿物中的双链，其络阴离子可以用 6n[Si4O11]n6n-表示。 层状络阴离子：每一硅氧四面体均以三个角顶分别与相邻的三 层状络阴离子：每一硅氧四面体均以三个角顶分别与相邻的三 个硅氧四面体相边接，组成在二维空间内无限延展的层。例如 4n，其络阴离子可以用[Si 滑石Mg 滑石Mg3[Si4O10](OH)2，其络阴离子可以用[Si4O10]n4n-来表示。 架状络阴离子：每一硅氧四面体均以其全部四个角顶与相邻的 架状络阴离子：每一硅氧四面体均以其全部四个角顶与相邻的 四面体连接，组成在三维空间中无限扩展的骨架。此时，每个 氧离子都是桥氧。
1、岛状硅氧骨干 、
活性氧） 端氧（活性氧） 惰性氧） 桥氧（惰性氧） 孤立四面体[SiO 孤立四面体[SiO4]4两个硅氧四面体共用一个 角顶构成双四面体 [Si2O7]6-
2、环状硅氧骨干 、
2n-(n≥ 硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成封闭的环状[Si 硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成封闭的环状[SinO3n]2n-(n≥ 3) 12三方环[Si 四方环[Si 及六方环[Si 三方环[Si3O9]6-、四方环[Si4O12]8-及六方环[Si6O18]12-
Al的作用 的作用
Al可以呈 次配位，代替部分的 4+进入络阴离子，形成 可以呈4次配位 代替部分的Si 进入络阴离子， 可以呈 次配位， 铝硅酸盐，如钠长石Na[AlSi3O8] 铝硅酸盐，如钠长石 Al可以呈 次配位，存在于硅氧骨干之外，作为阳离子， 可以呈6次配位 存在于硅氧骨干之外，作为阳离子， 可以呈 次配位， 形成铝的硅酸盐 如高岭石Al 铝的硅酸盐， 形成铝的硅酸盐，如高岭石 4[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 的两种配位形式可以同时存在于同一构造中，形成铝 配位形式可以同时存在于同一构造中 的铝硅酸盐，如白云母KAl2[AlSi3O8](OH)2 的铝硅酸盐，如白云母
5、架状硅氧骨干 、 当硅氧四面体彼此共用四个角 顶时构成向三维空间发展的骨 架状[SiO 但是在硅酸盐中， 架状[SiO2]，但是在硅酸盐中， 这种架状结构并不完全由硅氧 四面体组成， 四面体组成，而必须有一部分 硅氧四面体（Si-O4）被铝氧四 硅氧四面体（Si面体（Al所代替， 面体（Al-O4）所代替，这样才 能出现多余的负电荷， 能出现多余的负电荷，而成为 架状络阴离子， 架状络阴离子，这种络阴离子 可用通式[(Al 可用通式[(AlxSin-x)O2n]x-表示
结晶学与矿物学
概述
此外, 根据最近研究结果(主要根据透射电镜研究结果) 此外, 根据最近研究结果(主要根据透射电镜研究结果)，还发现 一种具有单链、 双链、 一种具有单链 、 双链 、三链和层状络阴离子共同存在同一个晶 体中的特殊结构，属于层链状的混合结构。 已发现有几种矿物， 体中的特殊结构，属于层链状的混合结构。 已发现有几种矿物， 并命名为“云辉闪石(biopyribole)”族 并命名为“云辉闪石(biopyribole)”族。 构成硅酸盐矿物的主要阳离子依常见的配位数区分时， 构成硅酸盐矿物的主要阳离子依常见的配位数区分时， 可分下 列几类：
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。
3、链状硅氧骨干 、
硅氧四面体彼此之间共用两个角顶 构成一向延伸的单链[Si 构成一向延伸的单链[Si2O6]4硅氧四面体部分共用两个角顶， 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一向 延伸的双链[Si 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[Si 二向延展的平面层状[Si4O10]4-
四面体为不稳定的配位形式，在结构中需要由［ ［A1O4］四面体为不稳定的配位形式，在结构中需要由［SiO4］四面 体的支持， 体的支持， 只有在具有无限延伸的硅氧骨干(链 的结构中， 代 才有可 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 的结构中 而在具有架状硅氧骨干的硅酸盐中， 代 是必须的 是必须的。 代 的 能，而在具有架状硅氧骨干的硅酸盐中，Al代Si是必须的。Al代Si的 易难顺序如下、架状、层状、双链和和单链。 易难顺序如下、架状、层状、双链和和单链。 在晶体结构，两个［ 在晶体结构，两个［AlO4］不能相连，Al代Si的数目不能超过硅氧骨 ］不能相连， 代 的数目不能超过硅氧骨 干中Al和 的总数的一半 的总数的一半。 干中 和Si的总数的一半。即Al:Si = 1:1。 。
结晶学与矿物学
概述
根据硅氧四面体在结构中的连接方式的不同，可以区分出下列 五种类型的络阴离子，也可以说成是五种骨干。 岛状络阴离子：常见的岛状络阴离子有单个硅氧四面体[SiO 岛状络阴离子：常见的岛状络阴离子有单个硅氧四面体[SiO4]4或双四面体[Si2O7]6-等，在结构中孤立存在。它们彼此间靠其它 双四面体[Si 金属阳离子连接。此外, 还有罕见的形式：一是[Si 金属阳离子连接。此外, 还有罕见的形式：一是[Si3O10]8-，它是 由三个硅氧四面体连接而成的，在铍密黄石(aminoffite)中存在； 由三个硅氧四面体连接而成的，在铍密黄石(aminoffite)中存在； 12-络阴离子, 另一种是由五个硅氧四面体连接而成的[Si 另一种是由五个硅氧四面体连接而成的[Si5O16]12-络阴离子, 一个 四面体居中，其四个角顶分别与其余四个硅氧四面体连接，仅 在氯黄晶(zunyite)存在。 在氯黄晶(zunyite)存在。 环状络阴离子：按环中四面体的数目，可分别称做三联环、 环状络阴离子：按环中四面体的数目，可分别称做三联环、六 联环、八联环、九联环和十二联环。环内每一个四面体均以两 联环、八联环、九联环和十二联环。环内每一个四面体均以两 个角顶分别与相今的两个四面体连接；环与之间则借助其它金 12属阳离子来维系。它们分别用[Si 属阳离子来维系。它们分别用[Si3O9]6-、[Si4O12]8-、[Si6O18]12-、 161824[Si8O24]16-、[Si9O27]18-、[Si12O36]24-表示。