硅酸盐晶体结构

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第3章 晶体结构 Crystal Structure
3.3.3 硅酸盐晶体结构 (Silicate crystal structure)
1. 无机非金属材料(inorganic nonmetallic materials)（广义的陶瓷，Ceramics）： 硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐以及某些
水泥/陶瓷/玻璃/耐火材料的主要原料/组成（主晶相）。
（2）化学组成：硅Si和氧O，50多种阳离子。
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（3）硅酸盐结构特点：
①硅酸盐的结构虽然复杂， 但都是以[SiO4]四面体作为基础的。
② 结构中Si4+间没有直接的键， 通过O2–连接起来的。
③ 氧O的电负性大于硅Si，
Si－O键：极性共价键，
电子偏向O原子，Si原子---正电荷。
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④每个O2–只能连接 2个[SiO4] 四面体。
⑤ [SiO4]的联接方式?
A.共顶：通常
B. 不共棱； C. 不共面。
⑥硅酸盐化学式表达方法：两种
（1）氧化物：
钾长石：K2O·Al2O3·6SiO2 ； 高岭土：Al2O3·2SiO2·2H2O； 绿宝石： 3BeO·Al2O3·6SiO2。
高度稳定， 熔点高达1890℃， 是镁质耐火材料中的主 要矿物组成。
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• 岛状硅酸盐
• 镁橄榄石(Mg2[SiO4])：
• 同型结构
• 锆石 Zr[SiO4]、 • 橄榄石(MgFe)2[SiO4])、 • 蓝晶石Al2O3·SiO2、Al2(SiO4)O ，三斜晶系 • 莫来石3Al2O3·2SiO2 • 水泥熟料中的C2S（Ca2SiO4）和C3S等。
晶体结构 Crystal Structure
3.1 晶体化学（Crystal chemical）
3.1.1 原子半径与离子半径 3.1.2 球体紧密堆积与间隙 3.1.3 配位数与配位多面体
3.2 金属的晶体结构（Crystal structure of metals）
3.2.1 单质金属的晶体结构 3.2.2金属合金的晶体结构
✓压电、铁电、导电、半导体、磁性、超硬、高强度、
超高温、生物工程材料及无机复合材料等。
✓先进陶瓷、非晶材料、人工晶体、无机涂层、无机 纤维等。
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第3章 晶体结构 Crystal Structure
3.3.3 硅酸盐晶体结构(Silicate crystal structure)
（1）硅酸盐晶体----构成地壳的主要矿物，
3.3.3 硅酸盐晶体结构(Silicate crystal structure)
掌握要点：
（1）硅酸盐晶体结构的分析思路
√！！表2-7 结构类型 和 Si:O比
（2）材料化学组成
结构（聚集态）晶态或非晶态。
金属材料： 无机材料： 高分子：
？？ 晶态（体）
非晶态（体） 准晶态（体）来自17:10（2）结构式: 无机络盐（络阴离子）
钾长石：KAlSi3O8 ；
高岭土：A1[Si2O5](OH)4， 绿宝石：Be3A12[Si6O18]。
√
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K2O·Al2O3·6SiO2 ； KAlSi3O8 ； √
➢ 氧化物（化学式） ➢结构式（无机络盐）
✓可以一目了然地 反映晶体的化学 组成.
✓可以按此配料进 行晶体的实验室 合成。
✓可以直观地反映晶体 所属的结构类型，
✓可以预测晶体结构和 性质。
➢ 两种表示方法可以互换。
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(4)硅酸盐结构形式
根据[SiO4]间的共顶情况，硅酸盐结构形式：
一、岛状结构硅酸盐 二、组群状（环状）结构硅酸盐 三、链状结构硅酸盐 四、层状结构硅酸盐 五、架状结构
非活性氧
桥氧：6个
氧的状态？？
活性（非桥氧）：四面体群
中电价未饱和的氧。
非活性氧（桥氧）：四面体
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群中电价饱和的氧。
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Si:O=1:4
Si:O=1:3.5
Si:O=1:3 三节环
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Si:O=1:3 四节环
六节环
Si:O=1:3
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Be3Al2[Si6O18]
Be Al
绿宝石Be3Al2[Si6O18]为典型的六节环状结构。
元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、 硼化物等 。
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（1）传统无机材料
（传统陶瓷, Traditional ceramic ）:
水泥/陶瓷/玻璃/耐火材料等。
（2）新型无机材料(功能陶瓷,Advanced
ceramics, Functional ceramics ）：特殊性质和用
途的氧化物、碳化物、氮化物、硼化物等材料。
绿宝石Be3Al2[Si6O18]六方晶系
☺基本结构
单元：6个
[SiO4]形成
的六节环；
☺六节环之间
靠Al3+和 Be2+ 离子 连接；
3.3 无机非金属材料结构 (Crystal structure of inorganic non-metallic materials）
3.3.1离子晶体的结构规则 3.3.2典型的离子晶体结构 3.3.3 硅酸盐晶体结构(Silicate crystal structure)
3.4高分子的晶态结构 (Crystalline structure of polymers)
γ-C2S配位规则，惰性大， β-C2S配位不规则，活性大。
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二、（组群状）环状结构硅酸盐
Group structure (ring structure)
六节环
四节环
三节环
[SiO4] 共顶联接，闭合环。 络阴离子团结构通式为 [SiO3]n2n－。
桥氧：1个
桥氧：3个
桥氧：4个
活性氧
√！！表2-7 结构类型 和 Si:O比
一、岛状结构硅酸盐 island structure
• 硅氧四面体间孤立存在。
2种多面体：[SiO4]四面体 [MO6]八面体。
[SiO4] 被金属离子[MO6]八面体隔开 形成孤立的岛状。
• 镁橄榄石(Mg2[SiO4], forsterite ) :孤岛状结构硅酸盐。
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• 镁橄榄石(Mg2[SiO4])： 斜方（正交）晶系,Z=4
2种多面体： [SiO4] 和 [MgO6]八面体。 孤立的[SiO4]4－由Mg2＋ 连接。
• 镁橄榄石(Mg2[SiO4])：
强Si-O，Mg-O键， 各方向相差不大。
有较高的硬度，结构稳定。 没有明显的解理， 破碎后呈粒状。