第十八讲层状和架状硅酸盐亚类

间域进入相应的阳离子，而其中的某些阳离子又易于与
H2O分子结合成带电性的水合离子，因而可使粘土矿物具 有吸附性；
由于水分子个体大，围成的空隙也大，而具水分子对其包围的
阳离子的作用力是很弱的，因而水合离子中的阳离子在一定程度上
可以自由进出而使粘土矿物具有离子交换性； 由于结构单元层之间的作用力也很微弱，因而层间域中的水合离
以复得；高岭石和蒙脱石具有显著的烧结性，因而可利用来制作陶瓷
制品和砖瓦等。
6）耐火性：是指粘土矿物在加热焙烧完全失水而烧
结后，具有熔点特高而耐高温烘烤的特性；许多粘土矿物
都是制作耐火材料的原料，如滑石、蛇纹石等。 （2）粘土矿物特性的晶体化学机理 上述粘土矿物的特性主要是由层状硅酸盐的成分和构 造特点所决定的。 在许多粘土矿物中，由于阳离子间的异价类质同象替 换，或络阴离子中的Al3+代Si4+，为了平衡电荷，则在层
在钾长石（K[AlSi3O8]）中，恰好Al:Si=1:3，即 这四个四面体中有1个是被Al占据。
一性能，人们对土壤施以磷肥以增强肥效。
3）膨胀性：是指某些粘土矿物具有遇水膨胀的性质。含有层间 水的粘土矿物在没有完全失水的条件下都具有程度不同的遇水膨胀的 性质，膨胀性能最明显的就是蒙脱石，这是因为层间域中的水合离子 {Mg(H2O)6}2+可以部分地自由进出层间域而显示其膨胀性。 4）可塑性：是指某些粘土矿物在遇水湿润的条件下具有可任意 造型的性质。含有层间水的粘土矿物在没有完全失水的条件下可塑性 最明显。可塑性是粘土矿物薄片具挠性的宏观体现。 5）烧结性：是指粘土矿物在加热熔烧完全失水后，变成坚硬块 体，失去的水再也不可能复得的性质；所有粘土矿物都具有加热焙烧 而脱水的效应，但若脱水不彻底，在水饱和的条件下，失去的水又可
致的吸附性，土壤的肥效是这一性能发挥的自然效果。 2）离子交换性：是指层间域中的阳离子或阴离子在一定的物质
环境下具有与环境的特质成分发生交换的性能。例如蒙脱石层间域中
水合离子中的阳离子在一定程度上可发生阳离子交换，利用这一性能 ，人们将蒙脱石用作漂白剂；高岭石具有较强的阴离子交换能力，即
结构单元层中羟层的(OH)-离子在一定程度上可被[PO4]3-替代；利用这
2、有序度： 高温无序态－－单斜；低温有序态－－三斜。
所以：钾长石高 温无序一定是单 斜，低温有序可 以变为三斜；
思考：钠长石、钙 长石高温无序是什 么对称？低温有序 是什么对称？
架状结构硅酸盐亚类－长石族 概述
钾长石有序化过程：
因为在长石结构中有4种类型的四面体： t1(o), t1(m), t2(o), t2(m)
长石族
化学成分：
概述
长石族包括两个系列（亚族）：碱性长石系列（亚族） 和斜长石系列（亚族），由3个矿物种作为端员组成：
K[AlSi3O8](Or)
A
长 石
系 列
B
C
NaAlSi3O8
碱
性
斜长石系列
CaAl2Si3O8
Na[AlSi3O8](Ab)
Ca[Al2Si2O8](An)
架状结构硅酸盐亚类－长石族 概述
1）吸附性：是指粘土矿物颗粒具有吸附其它物质成分的性能。吸
附的方式主要表现为两种： 一种是颗粒表面吸附。如高岭石颗粒表面常吸附各种有机分子而
被染成各种颜色。这是由于粘土矿物颗粒细小使其表面能增大而导致
颗粒表面的吸附性。 一种是层间域中水合离子的吸附。如蒙脱石的层间域中的水合离
子常吸附某些极性有极分子。这是由于水合离子带有不平衡电荷而导
第十八讲
• 层状硅酸盐亚类 • 架状硅酸盐亚类
层状结构硅酸盐亚类 一、 概述 结构： Si-O 骨干共用三个角顶构成六方网层（ SHEETS），
与骨干外阳离子互相联系组成结构层。 化学成分： ——本亚类均出现附加阴离子（OH）-、F-、Cl-； ——Si-O骨干中可有AlIV代替Si，AlIV / Si ≤1∶3。 络阴离 子——[T4O10]4-。 阳离子——惰气型和过渡型 泋离子：（H3O）+ 水分子： 少数有H2O 形态：平行结构层的片状、短柱状。 物性： ——发育平行结构层的极完全解理； ——依阳离子由惰气型向过渡型转变，颜色由浅而深； ——玻璃光泽，不依颜色而变化。
云母与蒙皂石1:1混层，形成累托石
三、形态及物理性质：
片状，有时可见假六方片。一组极完全解理，解理片具弹 性或挠性（决定于什么？），硬度低，较轻，玻璃光泽， 珍珠光泽。 此外，层状硅酸盐矿物还有一些特殊物理性质：吸附性、 离子交换性、膨胀性、可塑性、烧结性。具有很大的工 业应用价值。 黏（粘）土矿物：粒度小于2um的层状硅酸盐矿物。 黏土矿物强调粒度小，是因为粒度越小，上述物理性质 越突出，工业应用越好。
B．对于T-O型，一般不出现Al3+代Si4+的情况，其结构
单元层之间的联系力主要靠弱的氢氧键力，这种键力比分
子键力强，因而表现在矿物的硬度上可明显地近于或大于 指甲，如蛇纹石的硬度可明显地大于滑石，但解理薄片仍 具挠性。 由于无Al3+代Si4+的现象，因而层间域一般无其它离子
进入。
至于高岭石的硬度明显比蛇纹石低，这可能与Al3+和 Si4+的排斥力大，引起结构的松驰所致有关。
晶体ห้องสมุดไป่ตู้构：
[SiO4]四面体组成四元环，再由四元环连接成沿a轴 的链和沿c轴的链；链与链再连接形成整个架状结构。
两种四元环
沿a轴的链
沿c轴的链
长石结构投影图
所有长石的结构形式是一样的，但是，还因为下面两个 因素使得不同长石的结构具有单斜或三斜两种对称： 1、阳离子大小： 大阳离子K－－单斜；小阳离子Ca,Na－－三斜。
当四面体中出现Al3+代Si4+时，为了平衡电价，必然在层 间域空隙内充填K+或Na+等半径大，电价低的碱金属离子，这
样，其结构单元层之间的联系力为弱的离子键，这种弱的离子
键力比分子键和氢氧键明显地强，但又比T片和O片之间的离 子键弱得多，这就决定硬度可明显地近于或大于指甲，并导致 解理薄片具弹性，如白云母、黑云母。
（4）矿物的硬度在低范围内的变化和其它性质的差异与层
间域的键力类型和强弱关系非常密切，表现为： A．对于T-O-T型，当四面体片中无Al3+代Si4+的现象时 ，其结构单元层之间无任何离子，结构单元层之间仅靠微弱的 分子键联系，这就决定了硬度可能低至小于指甲，而且解理薄
片具挠性，手摸具滑感，如滑石和叶腊石。
子也可在一定的条件下以一定的程度自由进出于层间域而使粘土矿
物具有膨胀性； 同时以薄片挠性的宏观反映而表现可塑性； 当粘土矿物在加热焙烧的条件下彻底失水后，则其原有的结构被 破坏，因而失去的水再也不可能复得而表现出烧结性； 具有烧结性的粘土矿物往往相应具有一定程度的耐火性。这就是 成分、结构与粘土矿物特性的相互关系。（可以蒙脱石晶体为例）
二 晶体结构特征：
1、四面体片及八面体片： [SiO4]四面体连接成层，活性氧指向一边， 即形成四面体片，用T表示；两层四面体片的 活性氧相对（活性氧形成的六方环中央有 OH），并位移一定距离以达到最紧密堆积方 式排列，形成八面体片，用O表示。O层也可 能是由一层活性氧与一层OH组成。
[SiO4]
TOTO’型：
绿泥石(Mg,Al,Fe) （层间域有O’层，即OH组成的八面体层）
每种矿物具体特征请在实习课上自己总结。
黑云母
白云母
滑石
叶腊石
高岭石电子显微镜下形态
高岭石
6. 粘土矿物简介
（1）基本概念（定义）：由热液蚀变交代作用以及风化作用中由水的
胶凝作用形成的，肉眼看不到结晶形态、颗粒极其细小，达粘土级（ <0.005mm或<2μ m）的层状硅酸盐类矿物；简言之，颗粒细小达粘土级 的层状硅酸盐类矿物总称为粘土矿物。粘土矿物在成分上都是含水的铝的 硅酸盐或铝的铝硅酸盐；从形态上来说，多呈疏松鳞片状、土状和（致密 ）块状，在结晶程度上均呈隐晶质，在光泽上多呈土状光泽（致密）块状 者可呈蜡状或油脂光泽。 粘土矿物是构成土壤的主体，主要矿物成分是高岭石、蒙脱石，其它 还有多水高岭石、绿高岭石等，其它粘土矿物如海绿石、绿泥石、蛭石、 伊利石、葡萄石等，它们也可以是组成土壤的成分，但更主要是分布于相 应岩类的风化部位。 粘土矿物主要具有以下几方面的特性：
形态特征： 四面体在不同方向排列的紧密程度不同，故有板 柱状、粒状。 物性特征： ——几乎不含过渡型离子，颜色浅； ——玻璃光泽，不依颜色而变化； ——发育平行结构密实方向的完全解理； ——因强健骨干架状分布，故硬度大； ——因骨干间空隙大，几乎不含重阳离子，故 比重低；
分类：
——长石族
正长石亚族； 斜长石亚族； ——似长石： 白榴石族； 霞石族； 方柱石族； 方钠石族； ——沸石族
四、成因及产状：
岩浆型、伟晶型、热液型、变质型、沉积型等各种 地质作用。在表生条件下具有极大的稳定性。
五、主要矿物：
TO型：
高岭石(Al)，蛇纹石(Mg) （层间域空）
TOT型：
白云母(Al)，黑云母－金云母(Fe-Mg)，锂云母(Li) （层间域有K ＋） 滑石(Mg)， 叶腊石(Al) （层间域空） 蒙脱石(Al,Mg)， 蛭石(Mg,Fe,Al) （层间域有水分子和水合 Na,Ca,Mg离子）
5、多型： 结构单元层内，两层相对的T层活性氧要位移 才能形成最紧密堆积层，这个位移矢量可以有 多种选择，使得结构单元层的叠置方式不同， 形成多型：
1M多型
2O多型
6、混层矿物： 不同矿物之间的结构单元层，以相似的两个T 层为基础，可以相互连生在一起，形成混层矿 物：
云母层 蒙皂石层 云母层 蒙皂石层
四面体T层八面体O层 组合起来形成更大 一级的单位层，并 以此周期性地堆跺 起来形成整个层状 结构，这种单位层 叫结构单元层，有 两种基本类型： 1:1型（TO型） 2:1型（TOT型）
T O T T
O
K
K
高岭石型
叶腊石型
云母型
绿泥石型
M g S i O H O K A l
4、层间域： 结构单元层之间的空隙层叫层间域，其间可充 填大阳离子（K,Na,Ca等）、水分子、有机分 子等，也可以空着，决定于层内电荷是否平衡 （思考：层内电荷平衡性决定于什么？）。 层间域里的内容直接影响层状硅酸盐矿物的硬 度、解理、弹性、挠性、吸附性、离子交换性 等。
一 概述
分类：
依结构单元层的配置： ——TO型：蛇纹石-高岭石族； ——TOT 型：滑石 - 叶蜡石族；云母族；绿泥石 族；伊利石（水云母）族；埃洛石（叙永石、多水高 岭石）族；蒙脱石-蛭石族。 依八面体片中阳离子数目： ——三八面体型 ——二八面体型 成因：岩浆作用，区域变质作用，热液蚀变作用。
矿物形态和特性特点与成分和构造的关系
（1）层状硅氧骨干决定了该亚类矿物均呈片状，无一例外。
（2）结构中，八面体片和四面体片内主要是共价键，而O片和T片 之间的联结力主要是离子键，因而矿物在光学性质上表现为玻璃光泽
，条痕无色或浅色，透明至半透明，颜色决定于所含阳离子的类型：
阳离子为惰性气体型离子者无色或浅色，如滑石和白云母；阳离 子为过渡型离子者一般颜色较深，如黑云母。 （3）结构中的结构单元层之间的联结力均很弱，因而决定了矿物 在力学性质上均为硬度小于小刀，有些甚至小于指甲；同时，均具有 平行结构单元层的完全至极完全的底面解理；由于结构堆积不紧密， 阳离子的原子量也不大，因而矿物的比重均为中等—偏轻的范围。这 些特征都是无例外的。
T
OH
O
2、三八面体型与二八面体型：
八面体片（O层）里面如果充填2价离子（如Mg2+）， 则可以全部充满，这时形成的O层结构叫三八面体型； 如果充填3价离子（如Al3+），则不可以全部充满， 只能充填2/3的八面体，这时形成的O层结构叫二八 面体型。
M M M M M M
M1
M2
3、结构单元层的 基本类型：
架状结构硅酸盐亚类
结构特征：
概述
Si-O 骨 干 共 用 四 个 角 顶 构 成 三 维 延 伸 的 架 状 （FRAMEWORK ），四面体的连接方式多样，结构 体中空隙或孔道较大。
成分特征：
——Si-O 骨干中必有 AlIV 代替 Si ， AlIV/Si ≤1∶2 。 ——骨干外阳离子主要为低价高配位数大离子，如 K+、 Na+、Ca2+、B2+等； —— 有 的 出 现 附 加 阴 离 子 ， 如 方 柱 石 中 的 Cl- 、 （CO3）-；有的出现H2O，如沸石。