第二章硅酸盐矿物结构ppt课件

1、12.6.6 硅酸盐矿物的晶体构造硅酸盐矿物的晶体构造一、岛状构造一、岛状构造 镁橄榄石镁橄榄石 Mg2SiO4或或 2MgOSiO2二、组群状构造二、组群状构造绿宝石绿宝石Be3Al2Si6O18 或或 3BeOAl2O3 6SiO2) 三、连状构造三、连状构造透辉石透辉石CaMg Si2O6 的构造的构造CaOMgO2SiO2 四、层状构造层状构造矿物的特点四、层状构造层状构造矿物的特点1、高岭石构造、高岭石构造 Al2O32SiO2 2H2O 或或Al4Si4O10(OH)82、 蒙脱石微晶高龄石的构造蒙脱石微晶高龄石的构造Al2Si4O10(OH)8nH2O实际式实际式3、滑石的构造、

2、滑石的构造(Mg3Si4O10(OH)24、伊利石构造化学式、伊利石构造化学式K11.5Al4Si76.5Al11.5O20(OH)45、白云母化学式、白云母化学式KAl2AlSi3O10(OH)2 五、架状构造五、架状构造1、石英晶体构造；、石英晶体构造；2、长石晶体、长石晶体构造构造2六、硅酸盐矿物的晶体构造六、硅酸盐矿物的晶体构造概述概述 硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅酸盐工业的主要原料。酸盐工业的主要原料。硅酸盐的化学组成复杂。由于硅酸盐中的正离子、负离子硅酸盐的化学组成复杂。由于硅酸盐中的正离子、负离子都有能够被其他离

3、子部分或全部取代。都有能够被其他离子部分或全部取代。3 硅酸盐的化学式有两种写法：硅酸盐的化学式有两种写法： 氧化物陈列法氧化物陈列法按金属氧化物的价态由低到高陈列，按金属氧化物的价态由低到高陈列，最后是最后是SiO2。如钾长石，化学式为。如钾长石，化学式为K2OAl2O36SiO2； 无机络盐写法无机络盐写法按离子价态从高到低陈列，最后是按离子价态从高到低陈列，最后是O2-，并按一定的比例写出其化学式。，并按一定的比例写出其化学式。 如：钾长石，如：钾长石，KAlSi3O8。 硅酸盐的构造也很复杂，不象其化学式表示的那样简单。硅酸盐的构造也很复杂，不象其化学式表示的那样简单。鉴于此，对硅酸盐

4、的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏鉴于此，对硅酸盐的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏硅酸盐划分，而是根据硅酸盐划分，而是根据SiO4四面体在构造中的结合陈四面体在构造中的结合陈列方式进展分类。列方式进展分类。X-ray衍射构造分析证明，硅酸盐中衍射构造分析证明，硅酸盐中的的SiO4四面体结合方式有岛状、组群状、链状、层状四面体结合方式有岛状、组群状、链状、层状和架状五种方式。如表和架状五种方式。如表2-5所列。所列。4硅酸盐构造分类硅酸盐构造分类SiO4SiO4是构造的根本构造单元，是构造的根本构造单元，SiO4SiO4彼此经过共用彼此经过共用O2-O2-衔接衔接起来，由于衔接方式不同，而构成了不

5、同型式的硅氧骨干起来，由于衔接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干，硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进展分类，硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进展分类SiO4SiO4的陈列方式的陈列方式1 1 岛状岛状 SiO4 SiO4不直接衔接，没有公共的顶角，不直接衔接，没有公共的顶角，SiO4SiO4经过其它离子经过其它离子连结成一个完好的构造。这种构造称为岛状构造。连结成一个完好的构造。这种构造称为岛状构造。单四面体、单四面体、5双四面体双四面体 三元环三元环 四元环四元环 六元环六元环2 组群状组群状 双四面体：两个双四面体：两个SiO4经过公共经过公共“氧桥相互连成氧桥相互连成Si2O76-团，

6、再经过其它金属离子衔接。团，再经过其它金属离子衔接。Si/O=2:7=1:3.5 孤立环状：由三个、四个或六个孤立环状：由三个、四个或六个SiO44-彼此共用两个顶点彼此共用两个顶点而组成封锁平面孤立环，称为三节环、四节环、六节环。而组成封锁平面孤立环，称为三节环、四节环、六节环。Si/O=1:36 单链单链 双链双链(3) (3) 链状链状单链单链 ：SiO4SiO4彼此共用两个顶彼此共用两个顶点，在一维方向上连结成无限的点，在一维方向上连结成无限的长链，每一四面体仍有长链，每一四面体仍有2 2个活性个活性氧，借此与存在于链间的金属离氧，借此与存在于链间的金属离子相连，子相连，Si/O=1:

7、3Si/O=1:3；双链双链 ：双链是由两个单链经过：双链是由两个单链经过共用氧平行衔接而成，或者看成共用氧平行衔接而成，或者看成是单链经过一个镜面反映而得。是单链经过一个镜面反映而得。Si/O=4:11Si/O=4:117(4)延续层状延续层状 由无穷个由无穷个SiO4彼此共彼此共用三个顶点，在二维用三个顶点，在二维方向上连结成无限的方向上连结成无限的六方平面网，借助于六方平面网，借助于剩下的活性氧离子与剩下的活性氧离子与 金属阳离子相连，而金属阳离子相连，而再于其它平面层衔接再于其它平面层衔接。Si/O=1:2.5;层状构造层状构造8-鳞石英的构造架状鳞石英的构造架状(5)架状架状每个每个

8、SiO4的四个顶角都与的四个顶角都与相邻相邻 SiO4相连结，构成三相连结，构成三维方向延续延伸的架状骨架维方向延续延伸的架状骨架。Si/O=1:2.上述五种构造概括于表上述五种构造概括于表2-5P47中，经过分析后应中，经过分析后应掌握其规律。掌握其规律。910硅酸盐晶体的几个特点硅酸盐晶体的几个特点1硅酸盐构造中硅酸盐构造中Si4+间不存在直接的键，键的间不存在直接的键，键的联接是经过联接是经过O2-来实现的，来实现的，SiOSi键角为键角为145；2每一个每一个Si4+存在于四个存在于四个O2-为顶点的四面体为顶点的四面体中心，构成中心，构成SiO4四面体，它是硅酸盐晶体构造四面体，它是

9、硅酸盐晶体构造的根底；的根底；3SiO4四面体的每个顶点，即四面体的每个顶点，即O2-最多只能为最多只能为两个两个SiO4四面体所共用电价平衡；四面体所共用电价平衡；4相邻的相邻的SiO4四面体之间只能以共顶而不能四面体之间只能以共顶而不能以共棱或共面相衔接；以共棱或共面相衔接；5构造中常出现同晶置换景象，除含有构造中常出现同晶置换景象，除含有Si以外，以外，还有还有Mg2+、Al3+、Be2+、Na+、K+等，这些离等，这些离子可以取代子可以取代Si4+，相互置换，并不改动晶体的构，相互置换，并不改动晶体的构造，这种景象称为同晶置换。造，这种景象称为同晶置换。6有些硅酸盐矿物组成中还存在一些

10、有些硅酸盐矿物组成中还存在一些“附加阴附加阴离子最常见的有离子最常见的有F-、Cl-、OH-等，此外还能等，此外还能够有构造水或吸附水。够有构造水或吸附水。11 1、岛状构造、岛状构造 SiO4四面体在构造中以孤立形状存在。四面体在构造中以孤立形状存在。 即即SiO4各顶角之间并不相互衔接，每个各顶角之间并不相互衔接，每个O2-除曾经与一个除曾经与一个Si4+相连外，不再与其他相连外，不再与其他SiO4中的中的Si4+相配位，没个相配位，没个O2-剩余的一价可与金属离子相配位而到达点价平衡。因此，剩余的一价可与金属离子相配位而到达点价平衡。因此，SiO4四面体之间是经过其他金属离子联络起来的。

11、四面体之间是经过其他金属离子联络起来的。 属于岛状构造的晶体有：属于岛状构造的晶体有： 锆英石锆英石ZrSiO4；橄榄石；橄榄石(Mg,Fe)2SiO4；硅线石；硅线石Al2O3SiO2；莫来石；莫来石3Al2O32SiO2及水泥熟料中的及水泥熟料中的C2S、C3S等。等。12镁橄榄石镁橄榄石Mg2SiO4构造构造 2MgOSiO2属斜方晶系，属斜方晶系，Pbmm空间群，空间群，a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm，Z=4；以下图为镁橄榄石的晶胞立体构造图和以下图为镁橄榄石的晶胞立体构造图和100面投影图。面投影图。镁橄榄石晶胞立体图镁橄榄石晶胞立体图13镁橄榄石晶体构造

12、镁橄榄石晶体构造100面投影面投影黄球标高黄球标高25，绿球标高，绿球标高75；镁橄榄石的镁橄榄石的 特征：特征：O2-近似排成平行于近似排成平行于100面的两层六方密堆；面的两层六方密堆；Si4+填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的1/8；14Mg2+填入八面体空隙三个填入八面体空隙三个25，三个三个75位置位置O2-，构成，构成MgO6八面八面体，占据八面体空隙的体，占据八面体空隙的1/2；SiO4四面体经过四面体经过Mg2+联络起来。联络起来。MgO6间共棱、间共棱、SiO4与与MgO6共共面相连面相连在镁橄榄石构造中，电价是平衡的。在镁橄榄石构造中，电价

13、是平衡的。由于由于O2-同时与三个同时与三个MgO6八面体中八面体中的的Mg2+和一个和一个SiO4四面体中的四面体中的Si4+相配位，正离子分配给相配位，正离子分配给O2-的电价是：的电价是： ，所以，所以O2-的电价是饱的电价是饱和的。和的。244362镁橄榄石晶体构造镁橄榄石晶体构造100面投影面投影O2-:黄球标高黄球标高25，绿球标高，绿球标高75；Mg2+ :标高标高50，标高为，标高为0的未画出的未画出15根据根据Pauling规那么分析：规那么分析：1镁橄榄石中有镁橄榄石中有SiO4和和MgO6两种配位体符合规那么一、两种配位体符合规那么一、五；五；2电价平衡规那么二；电价平衡

14、规那么二；3 MgO6间共棱、间共棱、SiO4与与MgO6共面相连，共面相连， SiO4间不相连间不相连三、四。三、四。镁橄榄石的构造是稳定的。镁橄榄石的构造是稳定的。Mg-O，Si-O键力都较强，该矿物熔点键力都较强，该矿物熔点高高1890 ，硬度大，硬度大67级。且键力分布均匀，晶形呈粒级。且键力分布均匀，晶形呈粒状，无显著解理。状，无显著解理。镁橄榄石中的镁橄榄石中的Mg2+被被Ca2+取代，就构成钙橄榄石取代，就构成钙橄榄石- Ca2SiO4。 Ca2+的配位数为的配位数为6，化学稳定性好，几乎无水硬性；而，化学稳定性好，几乎无水硬性；而- Ca2SiO4 ， Ca2+的配位数为的配位

15、数为6、8两种，而不是全部为两种，而不是全部为6，化学稳，化学稳定性差，即水化反响活性大，有很好的水硬性。定性差，即水化反响活性大，有很好的水硬性。C3S 中中Ca2+的配位数也是的配位数也是6，但，但 CaO6的的O2-分布不规那么，留有分布不规那么，留有较大的空腔，水化反响更快。较大的空腔，水化反响更快。162、组群状构造、组群状构造组群状构造是两个、三个、四个、六个组群状构造是两个、三个、四个、六个SiO4四面体经过公共氧四面体经过公共氧相衔接，构成单独的硅氧负离子团。如图相衔接，构成单独的硅氧负离子团。如图1-35所示。硅氧负离所示。硅氧负离子团再经过其他金属正离子联络起来，这类构造又

16、称为孤立的子团再经过其他金属正离子联络起来，这类构造又称为孤立的有限硅氧四面体群。有限硅氧四面体群。这类构造中这类构造中SiO4之间公用的之间公用的O2-电价到达饱和，普通不再与其他电价到达饱和，普通不再与其他金属离子配位，称公共氧为非活性氧或桥氧；只用去一价的金属离子配位，称公共氧为非活性氧或桥氧；只用去一价的O2-称为活性氧或非桥氧。非桥氧还可与其他金属离子配位。称为活性氧或非桥氧。非桥氧还可与其他金属离子配位。组群状构造的典型组群状构造的典型硅酸盐晶体是绿宝硅酸盐晶体是绿宝石石Be3Al2Si6O18)和镁方柱石和镁方柱石Ca2MgSi2O7)。17绿宝石构造分析绿宝石构造分析Be3Al

17、2Si6O18 或或 3BeOAl2O3 6SiO2) Si : O=1: 3属六方晶系，属六方晶系，P6/mcc空间群，空间群，a=0.921nm，c=0.917nm，Z=2；在绿宝石构造中，在绿宝石构造中，SiO4四面体构成六节环，环与环之间靠四面体构成六节环，环与环之间靠BeO4四面体中的四面体中的Be2+和和AlO6八面体中的八面体中的Al3+衔接。衔接。如图如图2-61所示为绿宝石构造在所示为绿宝石构造在0001面上面上1/2个晶胞的投影。在个晶胞的投影。在c轴高度上还有一半未画出。轴高度上还有一半未画出。Be2+个数个数=1/24+1=3个；个；Al3+个数个数=12=2个个所以为

18、半个晶胞。所以为半个晶胞。18绿宝石晶体构造绿宝石晶体构造0001面投影面投影19绿宝石构造分析：绿宝石构造分析：1绿宝石的根本构造单元是绿宝石的根本构造单元是SiO4六节环，且每个六节环，且每个SiO4中有两中有两个个O2-是公共氧，它们与四面体中的是公共氧，它们与四面体中的Si4+处于同一高度。六节环处于同一高度。六节环两层相迭，交叉错开两层相迭，交叉错开30，构成复六环，环之间由，构成复六环，环之间由Be2+和和Al3+衔接。衔接。2图中有图中有5个个Be2+处在以处在以c轴为轴为100的的75标高处，所以属于该晶胞标高处，所以属于该晶胞的的Be2+为为1/24+13个。个。Be2+分别

19、与分别与2个个65标高的标高的O2-下面下面一层上面的一层上面的O2-和和2个个85标高的标高的O2-上面一层下面的上面一层下面的O2-相相连构成连构成BeO4四面体。四面体。3图中有图中有2个个Al3+也处在也处在75标高，与标高，与3个个85的的O2-和和3个个65的的O2-构构成成AlO6八面体，这些八面体，这些O2-也与也与 Be2+相配位，所以相配位，所以 O2-的电价是饱和的。的电价是饱和的。BeO4与与AlO6共棱共棱相连；相连； BeO4与与 SiO4、 AlO6与与 SiO4共顶共顶相连相连204以标高为以标高为50的的Si4+和和O2-处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即

20、单处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即单位晶胞中有位晶胞中有2个绿宝石分子。个绿宝石分子。绿宝石构造对性能的影响：绿宝石构造对性能的影响：由于构造中有较大的环形孔隙，由于构造中有较大的环形孔隙，当有半径小、电价低的离子当有半径小、电价低的离子K+，Na+存在时，呈现出存在时，呈现出离子导电。离子导电。堇青石堇青石Mg2Al3AlSi5O18 与绿宝石构造一样，六节与绿宝石构造一样，六节环中的环中的SiO4被被AlO4取代，取代，而环外的而环外的Be3Al2 被被Mg2Al3取代，坚持电取代，坚持电价平衡。价平衡。213、连状构造、连状构造硅氧四面体经过公共氧连起来组成延续的链，构成一维空间无

21、限延硅氧四面体经过公共氧连起来组成延续的链，构成一维空间无限延伸的连状构造，如图伸的连状构造，如图2-62。在单链中，在单链中，SiO4中有中有2个氧变成非桥氧，链中的构造单元为个氧变成非桥氧，链中的构造单元为Si2O64-，单链的化学式为，单链的化学式为Si2O6n4n-， Si : O=1: 3。两条一样的单链经过非桥氧可组成带状两条一样的单链经过非桥氧可组成带状双链，图双链，图2-62D。 双链的双链的SiO4中平均有中平均有2.5个桥氧一个桥氧一半有半有2个，一半有个，一半有3个，链中的构造个，链中的构造单元为单元为Si4O116-，双链的化学式为，双链的化学式为Si4O11n6n-，

22、 Si : O=1: 2.75。在单链中，按周期长短，即第一个在单链中，按周期长短，即第一个SiO4反复出现的位置，分为一节链，反复出现的位置，分为一节链，二节链二节链七节链目前发现的只需七节链目前发现的只需七种，图七种，图2-62A为二节链。为二节链。22 辉石类硅酸盐如透辉石，玩火辉石含有辉石类硅酸盐如透辉石，玩火辉石含有Si2O6n4n-单链，链与链之间经过金属正离子相衔接，最单链，链与链之间经过金属正离子相衔接，最常见的为常见的为Mg2+和和Ca2+ ，也有被其他正离子取代的情况，也有被其他正离子取代的情况，Mg2+可被可被Fe2+替代，替代，Mg2+Ca2+可被可被Na+Al3+,

23、Na+Fe3+, Li+Al3+等离子对所取代。等离子对所取代。 角闪石类硅酸盐含有角闪石类硅酸盐含有Si4O11n6n-双链，如斜方角闪双链，如斜方角闪石石 (Mg,Fe)7 Si4O112(OH)2，透闪石，透闪石 Ca2Mg5Si4O112(OH)2，具有硅氧链的硅酸盐矿物，因链内具有硅氧链的硅酸盐矿物，因链内Si-O键要比链之间键要比链之间的的M-O键强得多，所以这类矿物易沿链或带方向键强得多，所以这类矿物易沿链或带方向劈裂为柱状或纤维状。劈裂为柱状或纤维状。 以透辉石为例阐明该类矿物的构造。以透辉石为例阐明该类矿物的构造。23透辉石透辉石CaMg Si2O6 的构造的构造CaOMgO

24、2SiO2 属单斜晶系，属单斜晶系，C2/c空间群，空间群，a=0.975nm，b=0.890nm，c=0.525nm，=10537 ，Z =4；图；图2-63为透辉石构造在为透辉石构造在010和和001面的投影。面的投影。 各硅氧链平行于各硅氧链平行于c轴伸展，沿轴伸展，沿c轴链中轴链中SiO4的位置是一个向上一个向下更迭的位置是一个向上一个向下更迭地陈列着，以粗黑线和细黑线分别表示两个重叠的硅氧链地陈列着，以粗黑线和细黑线分别表示两个重叠的硅氧链(稍有挪动稍有挪动)。透辉石晶体构造透辉石晶体构造010面投影图面投影图24由图由图2-63A，链之间由，链之间由Mg2+和和Ca2+ 相连，相连

25、， Mg2+的配位数是的配位数是6图中图中2个个“25 O2-，2个个“10，2个个“-10；Ca2+的配位数是的配位数是8，其中，其中4个非桥氧和个非桥氧和4个桥氧个桥氧图中图中2个个“75 O2-，2个个“10，2个个“48， 2个个“52 ； ，由图由图B透辉石的透辉石的001面投影和见，面投影和见，Mg2+主要担任硅氧链中主要担任硅氧链中SiO4的顶角之的顶角之间衔接。间衔接。Ca2+主要担任硅氧链中主要担任硅氧链中SiO4的底面之间衔接。的底面之间衔接。 a轴，轴，(1)、(3)二条顶角相背，二条顶角相背，(2)(4)二条顶角相对。二条顶角相对。c轴，轴，(1)、(2)二条链二条链顶

26、角指向左、右。顶角指向左、右。A-010面投影面投影25 假设构造中的假设构造中的Ca2+ 全部被全部被 Mg2+所替代，那么变为玩火辉石所替代，那么变为玩火辉石Mg2Si2O6斜方晶系。斜方晶系。 辉石类晶体构造比环状构造的绿宝石类严密，因此它们具有辉石类晶体构造比环状构造的绿宝石类严密，因此它们具有良好的电绝缘性。良好的电绝缘性。 辉石类和角闪石类矿物都具有典型的解理，解理方向发生在辉石类和角闪石类矿物都具有典型的解理，解理方向发生在金属正离子与金属正离子与O2-之间，而不在之间，而不在Si-O之间。之间。透辉石和透闪石解理角的差别在于，辉石类构造中是单链，而透辉石和透闪石解理角的差别在于

27、，辉石类构造中是单链，而角闪石类构造中是双链。角闪石类构造中是双链。264、层状构造、层状构造层状构造是层状构造是SiO4四面体经过三个公共氧所构成的向二维平面无限四面体经过三个公共氧所构成的向二维平面无限延伸的六节环硅氧层。图延伸的六节环硅氧层。图2-64。在硅氧层中可取出一个在硅氧层中可取出一个a=0.52nm，b=0.90nm的矩形单位的矩形单位Si4O104-，SiO=12.5。所以硅氧层的化学式应为。所以硅氧层的化学式应为Si4O10n4n-。每个。每个SiO4四面体上有三个桥氧电荷已到达平衡；一个非桥氧可与硅四面体上有三个桥氧电荷已到达平衡；一个非桥氧可与硅氧层以外的其他正离子氧层

28、以外的其他正离子(Mg2+、Al3+、Fe3+、Fe2+等相连。等相连。硅氧层可分为二类：硅氧层可分为二类：一类是一切的活性氧指向同一个方向；一类是一切的活性氧指向同一个方向；另一类是活性氧交替的指向上，指向下。另一类是活性氧交替的指向上，指向下。属于层状构造的晶体有：属于层状构造的晶体有：高岭石、滑石、蒙脱石、伊利石、高岭石、滑石、蒙脱石、伊利石、白云母、叶蜡石等。白云母、叶蜡石等。硅氧层的构造六边形网络硅氧层的构造六边形网络0.52nm0.90nm27 在层状硅酸盐晶体构造中，与自在氧相连的在层状硅酸盐晶体构造中，与自在氧相连的Mg2+、Al3+等离子配位数为等离子配位数为6，构，构成成M

29、gO6 、AlO6八面体，它们之间有二种联接方式：八面体，它们之间有二种联接方式： 二八面体型二八面体型八面体以共棱方式联接，八面体中的八面体以共棱方式联接，八面体中的O2-只被二个正离子所只被二个正离子所共用或者说八面体空隙只需共用或者说八面体空隙只需2/3被正离子填充。被正离子填充。 AlO6八面体即为二八面八面体即为二八面体构造体构造3/62=1，电价平衡。，电价平衡。三八面体型三八面体型八面体以八面体以共棱方式联接，八面体中的共棱方式联接，八面体中的O2-被三个正离子所共用或被三个正离子所共用或者说八面体空隙全部被正离者说八面体空隙全部被正离子填充。子填充。 MgO6八面体即为三八面体

30、八面体即为三八面体构造构造2/63=1，电价平衡。，电价平衡。28 在层状硅酸盐晶体构造中，在层状硅酸盐晶体构造中，SiO4四面体层和四面体层和MgO6 、AlO6八面体层的联接方式有二种：八面体层的联接方式有二种： 一种是一层四面体层与一层八面体层相连，称为一种是一层四面体层与一层八面体层相连，称为11型两层型型两层型或单网层层状构造；或单网层层状构造； 另一种是由两四面体层中间夹一层八面体层，称为另一种是由两四面体层中间夹一层八面体层，称为21型三层型三层型或复网层层状构造；型或复网层层状构造；21型型11型型29 层状构造矿物的特点：层状构造矿物的特点： 由硅氧层组成的矿物，层间为分子间

31、力由硅氧层组成的矿物，层间为分子间力(也能够有氢也能够有氢键结合键结合)，较弱，都具有完全的片状解理；，较弱，都具有完全的片状解理； 层状矿物中都含有构造水，以层状矿物中都含有构造水，以OH方式存在；方式存在； 存在于复网层间的结合水，不结实，除去时不会破坏晶存在于复网层间的结合水，不结实，除去时不会破坏晶体构造；体构造； 八面体层中有阳离子交换时，可呵斥电价不平衡，层八面体层中有阳离子交换时，可呵斥电价不平衡，层间可进入低电价离子间可进入低电价离子(K+、Na+等等)。301高岭石构造高岭石构造 Al2O32SiO2 2H2O 或或Al4Si4O10(OH)8高岭石属三斜晶系，高岭石属三斜晶

32、系，C1空间群，空间群， a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm， =9136 ，=10448 ， =8954， Z =1；高岭石是高岭石是1:1型构造，由一层型构造，由一层SiO4和一层和一层AlO6相连。相连。图图2-67是高岭石构造在是高岭石构造在010和和100面上的投影，由图可看出面上的投影，由图可看出SiO4 层和层和AlO6层的衔接情况。层的衔接情况。构造中构造中Al3+的配位数是的配位数是6，每个，每个Al3+同时与同时与2个个O2-和和4个个OH-相连，相连，构成构成AlO2 (OH)4八面体，即八面体，即O2-起着桥梁作用，把硅氧层与水铝起着桥梁作用，把

33、硅氧层与水铝石层联络在一同。石层联络在一同。Al3+只填充了只填充了由由2个个O2-和和4个个OH-构成的八面体构成的八面体空隙的空隙的2/3二八面体型。二八面体型。31图图2-67A是高岭石在是高岭石在001面的投影，并注明了面的投影，并注明了c轴方向各离子的轴方向各离子的高度及高度及SiO4和和AlO2 (OH)4，可清楚看到硅氧层的六节环构造。，可清楚看到硅氧层的六节环构造。 SiO4与与AlO2 (OH)4共顶相连。共顶相连。高岭石的单网层之间主要以氢键高岭石的单网层之间主要以氢键OHO相连，起作用力比分相连，起作用力比分子间力大，所以，其构造特点为：子间力大，所以，其构造特点为：1解

34、理成小片状晶体；解理成小片状晶体；2单网层之间水分子不易进入，单网层之间水分子不易进入，不会因水含量添加而膨胀；不会因水含量添加而膨胀；3可交换的阳离子容量较小。可交换的阳离子容量较小。322蒙脱石微晶高岭石的构造蒙脱石微晶高岭石的构造Al2Si4O10(OH)8nH2O实际式实际式属单斜晶系，属单斜晶系，C2/m空间群，空间群， a=0.523nm，b=0.906nm，c值可变，值可变，Z=2。图图2-68是蒙脱石构造在是蒙脱石构造在100面投影，该矿物是面投影，该矿物是2:1型构造，由两型构造，由两层层SiO4层中间夹一层铝氧八面体层中间夹一层铝氧八面体层水铝石。层水铝石。Al3+的配位数

35、为的配位数为64个个O2-和和2个个OH-，且为二八，且为二八面体型。面体型。铝氧八面体层中的铝氧八面体层中的Al3+可可 被被Mg2+取代，取代，使复网层不呈电中性，而带有少量负电荷，使复网层不呈电中性，而带有少量负电荷，层之间有斥力，使带有正电的水化正离子层之间有斥力，使带有正电的水化正离子易进入平衡电价。所以其化学式为易进入平衡电价。所以其化学式为(MxnH2O)(Al2-xMgx)Si4O10(OH)233蒙脱石的根本性质：蒙脱石的根本性质： (1)水化正离子进入层间，可使其膨胀，水化正离子进入层间，可使其膨胀，c轴方向的晶胞尺寸在轴方向的晶胞尺寸在0.962.14nm之间之间又称为膨

36、润土；又称为膨润土； (2)加水那么膨胀，脱水那么收缩，在脱去构造水之前不破坏其晶加水那么膨胀，脱水那么收缩，在脱去构造水之前不破坏其晶格构造；格构造； (3)随层间水进入的正离子易于随层间水进入的正离子易于交换，使该矿物具有较高的阳交换，使该矿物具有较高的阳离子交换容量。离子交换容量。343滑石的构造滑石的构造(Mg3Si4O10(OH)2 属单斜晶系，属单斜晶系， C2/c空间群空间群, a=0.526nm，b=0.910nm，c=1.881nm， =9136 ，2:1型构造。型构造。滑石构造与蒙脱石相近，将蒙脱石中滑石构造与蒙脱石相近，将蒙脱石中的的Al-O八面体换成八面体换成Mg-O八

37、面体，且八面体，且三个三个Mg2+共用一个共用一个O2-成为三八面体成为三八面体构造。构造。如图如图2-69，两层，两层SiO4层中间夹一层层中间夹一层镁氧八面体层水镁石层，镁氧八面体层水镁石层， Mg2+的配位数为的配位数为64个个O2-和和2个个OH-。复网层是电中性的，层之间靠分子间复网层是电中性的，层之间靠分子间力联络。所以，滑石具有良好的片状力联络。所以，滑石具有良好的片状解理，并有滑腻感。解理，并有滑腻感。354伊利石构造化学式伊利石构造化学式K11.5Al4Si76.5Al11.5O20(OH)4 属单斜晶系，属单斜晶系， C2/c空间群，空间群， a=0.520nm，b=0.9

38、00nm，c=1.00nm， 角尚未确定角尚未确定 ，Z=2，2:1型构造。型构造。 伊利石具有蒙脱石类似的复网层，不同的是伊利石具有蒙脱石类似的复网层，不同的是SiO4中中约有约有1/6的的Si4+被被Al3+取代，为平衡多余的负电荷，约有取代，为平衡多余的负电荷，约有11.5个个K+进入构造单位层之间。处于上下两层进入构造单位层之间。处于上下两层SiO4六六节环中心，相当于配位数为节环中心，相当于配位数为12的的K-O配位多面体，使层结配位多面体，使层结合结实，且这种阳离子不易被交换。因此，伊利石与水合结实，且这种阳离子不易被交换。因此，伊利石与水接触，不发生膨胀。接触，不发生膨胀。 36

39、5白云母化学式白云母化学式KAl2AlSi3O10(OH)2 属单斜晶系，属单斜晶系， C2/c空间群空间群, a=0.519nm，b=0.900nm，c=2.000nm， =9547 ，Z=2，2:1型构造。型构造。两层两层SiO4层经过层经过Al3+联接，联接，Al3+的配位数为的配位数为6 4个个O2-和和2个个OH-。由图由图2-28可见，相邻复网层间呈对称形状，使相邻两硅氧六节环处可见，相邻复网层间呈对称形状，使相邻两硅氧六节环处构成宏大空隙；构成宏大空隙；硅氧层内有硅氧层内有1/4的的Si4+被被Al3+取代，取代，由由K+进入层之间宏大空隙处平衡进入层之间宏大空隙处平衡多余的负电

40、荷，其多余的负电荷，其 配位数也是配位数也是12，且比伊利石中的且比伊利石中的K+多，使层间的多，使层间的结合较结实但相对于层内仍较结合较结实但相对于层内仍较弱，为片状解理。弱，为片状解理。白云母中的白云母中的Al3+可被可被Mg2+、Fe2+、(Li+Fe2+)等取代；等取代；K+可可被被Na+、Ca2+ 、H3O+取代，构取代，构成云母族的其他类型。成云母族的其他类型。375、架状构造、架状构造每个每个SiO4中的四个角顶都与相邻的中的四个角顶都与相邻的SiO4共顶，共顶，使使SiO4四面体群陈列成具有三维空间的四面体群陈列成具有三维空间的“架。架。SiO4中的中的O2-全部为公共氧，全部

41、为公共氧， SiO=12。石英及其变体属于架状构造。假设硅氧骨架中的石英及其变体属于架状构造。假设硅氧骨架中的Si4+被被Al3+取代，那么会产生多余的负电荷，其取代，那么会产生多余的负电荷，其他正离子将会进入构造，以平衡电价。普通是半他正离子将会进入构造，以平衡电价。普通是半径大而电价低的正离子，如径大而电价低的正离子，如K+、Na+、Ca2+ 、Ba2+等。长石等。长石(K,Na)AlSi3O8，霞石，霞石NaAlSiO4，沸石，沸石NaAlSi2O6H2O 等都属于架等都属于架状构造。状构造。381石英晶体构造石英晶体构造石英在不同的热力学条件下有不同的变体，常压下石英变体间的关石英在不

42、同的热力学条件下有不同的变体，常压下石英变体间的关系如下：系如下：上式中纵向之间的变化不涉及晶体构造中键的破裂和重建，上式中纵向之间的变化不涉及晶体构造中键的破裂和重建，只是键角的变化，转变过程迅速而可逆，这种转变称为位移只是键角的变化，转变过程迅速而可逆，这种转变称为位移性转变；性转变；横向间的转变都涉及键的破裂与重建，过程缓慢，这种转变横向间的转变都涉及键的破裂与重建，过程缓慢，这种转变称为重建性转变，见图称为重建性转变，见图2-71。 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 -鳞石英鳞石英 573163117870147018027039图

43、图2-7140石英的三种主要变体石英的三种主要变体-石英、石英、-鳞石英、鳞石英、-方石英在构造上的差方石英在构造上的差别在于别在于SiO4间的衔接方式，图间的衔接方式，图2-72。在在-方石英中，两方石英中，两SiO4之间有一对称中心关系，之间有一对称中心关系，Si-O-Si键角为键角为180； -鳞石英中，两共顶的鳞石英中，两共顶的SiO4间有一对称面，间有一对称面， Si-O-Si键角为键角为180； -石英中，两共顶的石英中，两共顶的SiO4间间无对称关系，无对称关系， Si-O-Si键角为键角为150。它们之间的转变需拆。它们之间的转变需拆开开Si-O键，重新组合成新骨架。键，重新组

44、合成新骨架。 -石英石英411 -石英石英属六方晶系，属六方晶系，P6222空间群，空间群， a=0.501nm，c=0.547nm，Z=3。图图2-73是构造在是构造在0001面上的投影，在面上的投影，在-石英构造中存在六次螺石英构造中存在六次螺旋轴。围绕螺旋轴的旋轴。围绕螺旋轴的Si4+在在0001面上可连成正六边形。面上可连成正六边形。 -石英有左右形之分。离石英有左右形之分。离子群构成螺旋状子群构成螺旋状16、50、83。 -石英属三方晶系，石英属三方晶系，P312或，或，P322空间群，空间群， a=0.491nm，c=0.540nm，Z=3。42 -石英与石英与 -石英的区别在于石

45、英的区别在于 -石英的石英的Si-O-Si键角为，从而使六键角为，从而使六次螺旋轴变为三次螺旋轴。围绕三次螺旋轴的次螺旋轴变为三次螺旋轴。围绕三次螺旋轴的Si4+在在0001面面上的投影不是正六边形，而是复三方形。上的投影不是正六边形，而是复三方形。432-鳞石英鳞石英属六方晶系，属六方晶系，P63/mmc空间群，空间群， a=0.504nm，c=0.825nm，Z=4。其构造可看成平行于其构造可看成平行于0001面，面，SiO4按六节环衔接方式构成四面按六节环衔接方式构成四面体层六方片状网络，任何两个体层六方片状网络，任何两个相邻的相邻的SiO4四面体的顶角指向相四面体的顶角指向相反方向，上

46、下层之间再以顶角相连反方向，上下层之间再以顶角相连而成架状构造这只是一个理想的而成架状构造这只是一个理想的模型。模型。443-方石英方石英属立方晶系，属立方晶系，Fd3m空间群，空间群， a=0.713nm，Z=8。图图2-76为为-方石英的构造晶胞图，方石英的构造晶胞图，Si4+占有全部面心立方结点的位占有全部面心立方结点的位置和立方体内八个小立方体中心的四个。置和立方体内八个小立方体中心的四个。 -方石英与立方方石英与立方ZnS构造类似。构造类似。假设将立方假设将立方ZnS构造中的构造中的Zn和和S全部换成全部换成Si，同时在每两个，同时在每两个Si原原子联线中心处放置一个子联线中心处放置一个O原子，原子，即称为方石英构