第十一章 第四大类：含氧盐(一)(硅酸盐类)

其中M2的位置对于辉石的晶体结构产生了明显的影响： 当M2为小半径离子Fe、Mg时则为斜方晶系； 当M2位置为大半径离子时，则为单斜晶系。 斜方辉石：顽火辉石（ En ） Mg2[Si2O6]—— 斜方铁辉石 （Fs）Fe2[Si2O6]系列 顽 火 辉 石 —— 古 铜 辉 石 —— 紫 苏 辉 石——铁紫苏辉石——尤莱辉石——斜方铁辉石 单斜辉石： 钙铁辉石亚族：透辉石 CaMg[Si2O6]—— 钙铁辉石CaFe[Si2O6] 碱性辉石亚族
硅灰石（单链）： 化学成分为 Ca3[Si3O9] ，每三个硅氧四面体为一个重复单元，硅氧 四面体链与链之间由钙来联结，钙与硅氧四面体中的氧形成钙氧八 面体，二个钙氧八面体的长度与三个硅氧四面体的长度相等。 是典型的变质作用产物，常为碳酸盐岩石与酸性岩浆岩反应生成硅 灰石： 3CaCO3 + 3SiO2 = Ca3[Si3O9] + 3 CO2 角闪石族: 化学成分通式：A0~1X2Y5[T4O11]（OH，F，Cl），角闪石的 化学成分复杂，一般Al取代Si不能超过1/3。 其中A=Na、Ca、K、H3O X=Na、Li、K、Ca、Mg、Fe（2+）、Mn Y=Mg、Fe（2+、3+）、Mn、AL、Ti、Cr T=Si、Al、Ti 根据X位置中的（Na+Ca）X和（Na）X 的原子数分为四组
第十一章 含氧盐（一）（硅酸盐类）
硅和氧是地壳中分布最广的两种元素，其克拉克值分别为 27.72%和 46.6%。两者总计为74.32%,形成矿物的总量占地壳总重量的85%。 两者组成SiO2外，还组成地壳中最为广泛的硅酸酸盐。
一．前言
1．化学成分：阳离子——主要是惰性气体型离子和部分过渡性离子， 而铜型离子少见。阴离子 ——是主要由硅和氧组成的络阴离子，及 附加阴离子O、OH、F、CL、S、CO3、SO4、H2O。 2．硅氧骨干：每一个硅周围有 4 个O包围着，构成 [SIO4]四面体， 它是硅酸盐的基本构造单元。每个硅氧四面体都有四个氧离子，氧 离子的一半电价与硅结合，而另一半则与四面体外的其它阳离子相 联、或与其它硅氧四面体相联，在空间形成形成网格。硅氧四面体 骨干在空间的联结方式主要有： （1）岛状硅氧骨干：硅氧骨被其他阳离子所隔开，彼此分开如岛状。 进一步分为孤立的单四面体或双四面体。
3. 层状硅酸盐结构单元层的基本型式： 四面体片（T）和八面体片（O）是组成层状硅酸盐的结构单元层。 它有两种基本型式： 1：1型（TO型）—— 2：1型（TOT型）—— 4. 层间域: T和O组成的结构单元层，进一步组合而形成层状硅酸盐。这种构 造单元层之间的空隙，即为层间域。当结构单元层内的电价已平 衡，层间域中只充填少量的吸附水或有机分子——如高岭土、叶 腊石；当结构单元层中电价不平衡，层间域则充填一些大个阳离 子，并吸附一定的水分子、或有机分子等，如云母、蒙脱石。 层间域 中不同离子的存在或分子吸附，将影响晶胞参数和矿物的 物理性质。 5. 多型性、间层（混合）物 多型性：由于同种矿物的结构层结构单元层的叠置方式不同形成 多型性。 间层（混合）矿物：由于结构层底面的相似性，不同矿物结构单 元层呈规则或不规则的间层（混层），如伊利石、蒙皂石间层等。
三．第二亚类——链状硅酸盐主要矿物介绍
辉石族 1．化学成分 辉石的化学通式为：XY[T2O6]，其中X=Na、Ca、Mn、Fe、Mg、Li等； 占据M2的位置 Y=Mn、Fe（2+、3+）、Mg、Cr、Al、Ti占据M1的位置
T=Si、Al（Al：Si之比值要小于1/3） 2．内部结构 其中X和Y的元素有相当多是一样的，这里的X和Y 对元素并无专指 意义，而是对结构位置的专指意义。 X位置是指占据M2的位置， Y占据M1的位置，T则占据硅氧四体的中心。 为单链，每两个四面体一重复，故为[Si2O6]，M1位置是硅氧四面 体角顶位置之间，为八面体的六次配位，M1为小空隙；而M2位置是 硅氧四面体多个底面相对之间的位置，斜方辉石中——为畸变的八 面体的六次配位，而在单斜辉石中——为八次配位，M2为大空隙。
3．铝的作用 铝具有双重性质，既可以替代硅，形成四次配位的铝硅酸盐； 又可以成六次配位，构成铝的硅酸盐。有时在同一种结构中同时 具有这两种结构。 铝氧四面体比硅氧四面体稍大，在硅氧四面体为主的架状结构 中是不稳定的因素，且两个铝氧四面体不能相联，因此铝替代硅 的最大限度是1：1。 另一方面，由于铝氧四面体掺入到硅氧四面体为主的结构中是 不稳定的，因此，在低温不稳定，常会发生转变。即发生铝四次 配位转向六次配位。 硅和铝在架状结构中可以是有序的，也可以是无序的。 1晶体化学特征 2矿物形态 3矿物的性质
由于A离子中的钙与其他的二价离子半径分为两个系列： 铁铝石榴石系列：（Mg，Fe，Mn）3Al2[SiO4]3 镁铝石榴石系列Mg3Al2[SiO4]3 铁铝石榴石系列Fe3Al2[SiO4]3 锰铝石榴石系列Mn3Al2[SiO4]3 钙铁石榴石系列：Ca3（Al，Fe，Cr，Ti，V，Zr）2[SiO4]3 钙铝石榴石Ca3Al2[SiO4]3 钙铁石榴石Ca3Fe2[SiO4]3 钙铬石榴石Ca3Cr2[SiO4]3 钙钒石榴石Ca3V2[SiO4]3 钙锆石榴石Ca3Zr2[SiO4]3 这两个系列经常发生类质同象.
1 长石 1.1化学通式：为M[T4O8]，其中的M=Na、Ca、K和Ba，少量的Li、 Rb、Cs、Sr、NH4 T=Si、Al，少量的三价的铁、B等 Or钾长石：K[AlSi3O8] Ab钠长石：Na[AlSi3O8] An钙长石：Ca[Al2Si2O8]
1.2碱性长石 碱性长石由两个端元组分组成：即钾长石和钠长石
四.第三亚类——层状硅酸盐主要矿物介绍
1. 四面体片和八面体片： 在层状硅酸盐中，硅氧四面体中的三个角顶在平面中与其他硅氧四 面体相联，形成六方网格状，另一自由角顶朝同一方向；两两相对 的角顶通过OH和其他阳离子M形成八面体层。四面体片为T层，八面 体片为O层。 2. 八面体和二八面体： 在两个四面体层夹一八面体层的结构中，在每一个由硅氧四面体组 成的六方环中对应着有三个八面体与相对应； 每个八面体是由四个氧和两个OH组成，每个八面体共有6- 价； 当这三个八面体被二价离子占据时，三个八面体空隙可以被完全充 满，此时，则称为三八面体； 若三个八面体被三价离子占据，6- 价只能容纳二个离子，即三个 八面体中只能有两个八面体被充填，此时，称二八面体。 若三个八面体同时被二价、三价离子充填，则称为过渡性结构。
角闪石族石棉 自然界中的石棉主要有两类，一为蛇纹石石棉（也称温石棉）， 另一为角闪石石棉。另外还有少量的水镁石石棉。 在角闪石族中的呈纤维状的矿物，统称角闪石石棉。即为：
斜方角闪石亚族：直闪石石棉 单斜面角闪石亚族：镁铁闪石石棉 铁闪石石棉 透闪石石棉 阳起石石棉 镁钠闪石石棉 高铁钠闪石石棉（青石棉） 钠铁闪石石棉 蓝透闪石石棉 工业上对石棉的要求：纤维长、劈分性好、质地柔软、搞拉性 大、耐酸、酸碱、耐高温。
6.氧四面体的层状结构与矿物的物理性质之间的关系 形态上——单斜晶系，假六方板、片状、短柱状 物理性质 ——底面的一组极完全解理，低硬度，薄片具有弹性和 挠性，少数具脆性，相对密度小。 7. 粘土矿物都是层状硅酸盐矿物，颗粒非常细小，比表面积巨大， 具有吸附性、膨胀性、可塑料性等。
1滑石 化学通式Mg3[Si4O10]（OH）2 为镁的硅酸盐，晶体结构为 TOT 型，八面体片是由 MgO4 （ OH ） 2 组 成，属三八面体。结构单元层电价平衡，层间域无离子充填，结 构单元层间为微弱的分子键。 2 叶腊石： Al2[Si4O10] （ OH ） 2 与滑石的结构相似，不同的是八 面体是由AlO4（OH）2组成，为二八面体。
A 钾长石： 包括透长石、正长石、微斜长石，它们的化学成分都是K[AlSi3O8]， 它们之间是同质多象变体。
三者相同之处——化学成相同，硅氧骨干相同。 三者不同之处——从透长石-正长石-微斜长石，Al取代Si的方 式不同，由完全无序向完全有序转变。均匀地取代则为透长石； 均匀地分布于八元环的一种位置（4个）硅氧四面体时则为正长 石；只分布于八元环的对角线位置的两个四面体上时则为微斜长 石。 由于铝的取代位置不同，造成碱性长石由单斜晶系向三斜面晶 系转变，以三斜度表示即为偏离单斜对称的程度。从透长石-正 长石-微斜长石，对应的是有序度升高，三斜度增大，由高温相 长石转变到低温相长石。 由于微斜长石是低温长石，与岩浆系结晶较晚的石英同时晶出， 从而可形成文象结构。
（1）环状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联形成封闭的环状，要 形成环状结 构至少需要3个。进一步又可分为单层环、双层环。 （2）链状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联沿一个方向无限地延 伸，可分为单链和双链。据联结方式和重复规律双可以分为多种形 式。 （3）层状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联，形成两度空间的无 限延伸的面，在平面内硅氧四面体共用三个角顶，在平面内的O两 价态都有被利用，即为“惰性氧”，或称为“氧桥”。每个硅氧四 面体的剩余的一个氧即为“活性氧”，这种活性氧可以指向一侧， 变可以指向两侧，因此据硅氧四面体的联结方式及活性氧的朝向等 到层状硅酸骨干可细分若干类。 （4）架状硅氧骨干：硅氧骨干四个氧都是惰性氧，硅氧四面在空 间三个方向无限延伸，，典型的架状结构是石英。由于这种结构无 剩余余电价，其他离子不能进入晶格，因此必须要有部分AL代替硅 进入架状结构中，从而使O有剩余的电价，与其阳离子结合，形成 牢固 的架状硅酸盐结构。由于架状硅酸盐剩余电价少、且会形成 较大的空隙，因此架状硅酸盐离子大多是低电价的、大离子半径的、 高配位的离子。有时并有附加阴离子和水分子存在。
B 钠长石：化学成分为Na[AlSi3O8] 随着温度降低，依次出现高钠长石、中钠长石、低钠长石。 三者皆为三斜晶系。所谓单钠长石为单斜钠长石，仅产于 980以上 接近于熔点时的高温变体。
C 条纹长石 自然界中最常见的碱性长石是钾 —钠长石的固溶体，高温 时是完全互溶的。在低温时则离溶，从而形成条纹长石。若钾长石 多于钠长石，则为正条纹长石；否则为反条纹长石。 1.3 斜长石 均为三斜晶系 是Na[AlSi3O8]和Ca[Al2Si2O8]的固溶体系列。 1.4 正长石与斜长石肉眼鉴定特征
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二．第一亚类——岛状硅酸盐主要矿物介绍
1橄榄石 化学成分：橄榄石的晶体化学式是 R2[SiO4]，其中R为Mg、Fe、Mn 等，也有 Ni 、 Co 、 Zn 等，都为 2价的离子，三价的离子少见。当 R 为钙离子时则出现复盐矿物。习惯上的橄榄石为（Mg，Fe）2SiO4， 铁和镁是完全类质同象系列。依次分为六个亚种，即为镁、贵、 透铁、镁铁、铁镁、铁橄榄石。 晶体结构：典型的孤立的单硅氧四面体结构，四面体之间靠其他 阳离子联结， 物理性质：镁橄榄石为白色、淡黄色、淡绿色，随着 2 价铁的增 加，颜色加深，而成深黄色、墨绿色和黑色，但一般为橄榄绿色。 玻璃光泽，透明至半透明，解理 {010} 中等， {100} 不完全，贝壳 状断口，硬度 65~7 ，相对密度为 327~437 ， 随 2 价的铁含量增加 密度变大。 2.锆石 3. 石榴子石：化学成分 ——A3B2[SiO4]3 ，其中 A 为二价离子的镁 铁锰钙等到离子，而B为三价的的铝、铁、铬、钒、钛等。
五.第四亚类——架状硅酸盐
通论 硅氧四面体的四个角顶与相邻的四个硅氧四面体相联，形成硅氧 架状结构，由于硅氧四面体中的部分硅被铝所取代，就需要有其 他阳离子加入，从而形成铝硅酸盐。 架状硅酸盐中的阳离子一般为大个的、低价的阳离子，如K、Na、 Ca、Ba、Rb、Cs、NH4等，一般不存在六次配位的Fe、Mg、Mn、Al 等。这是由于架状硅氧骨干所具有大的空隙、少量的多余的电荷 所决定的。 由架状结构，在三度空间连结，可以形成 巨大的空间，甚至可 以连通成孔道，矿物中的F、Cl、（OH）、[SO4]、[CO3]等附加阴 离子即可存在于其中。最主要是长石族和沸石族，此外还有方柱 石族、似长族、霞石族等。