k硅酸盐矿物概述

1、第21章 含氧盐大类 (一)含氧盐大类矿物概述硅酸盐类硫酸盐类碳酸盐类含氧盐大类 (一)硅酸盐类矿物概述1含氧盐矿物：金属阳离子与各种含氧酸根络阴离子结合而成的盐类化合物。本大类矿物种数约占已知矿物总数的2/3，重量超过地壳总重量的4/5。1 含氧盐大类矿物概述21. 化学组成阳离子： 惰性气体型离子最为重要；其次为部分过渡型离子。络阴离子： SiO44-、SO42-、CO32-、PO43-、 WO42-、BO43-、AsO43-、VO43-、 MoO42-、NO3-、CrO42- 2. 晶体化学特点 络阴离子内中心阳离子的半径小、电价高，主要以共价键与O2-牢固相联，是晶体结构中的独立单位；

2、络阴离子主要藉助O2-与外部金属阳离子以离子键结合；层状结构者层间以分子键联系。 总体看含氧盐属离子晶格。3含氧盐矿物晶体化学特点石榴子石晶体结构4含氧盐矿物晶体化学特点53. 物理性质 具离子晶格的特性1光学性质：通常为浅色，条痕白色，透明，玻璃光泽；少数为金刚光泽、半金属光泽。 2其他性质： 1）H 变化极大（18）：无水的含氧盐特别是硅酸盐(层状硅酸盐除外)矿物一般具较高的硬度和熔点，一般不溶于水；其他矿物硬度较小 2）G中等轻。 3）不同类矿物及同一类矿物不同矿物种，其解理发育不同。 4）导热性差，不导电。 64. 分类据络阴离子种类的不同，分为：硅酸盐类硫酸盐类碳酸盐类磷酸盐类钨酸盐

3、类硼酸盐类砷酸盐类钒酸盐类钼酸盐类硝酸盐类铬酸盐类71. 硅酸盐类矿物概述概念SiO4硅氧四面体或它们彼此共用顶角氧联接形成的各种硅氧四面体骨干，借助其它阳离子结合而成的化合物，称硅酸盐矿物。分布硅酸盐矿物种类繁多，已知硅酸盐矿物有800余种，约占矿物种总数的24%，占地壳岩石圈重量的85%。2 硅酸盐类矿物8意义：1）是三大类岩石的主要造岩矿物，是组成地壳的物质基础；2）对研究岩石或矿床的成因、构造带的划分均有特殊意义；3）许多硅酸盐矿物本身，作为非金属矿物原料或特种非金属材料，广泛用于工业、国防、尖端技术及其他领域，并日益发挥重要作用。 4）是许多金属元素特别是稀有金属Be、Li、Rb、C

4、s、Zr、Hf等的主要或唯一来源。5）不少硅酸盐矿物是珍贵的宝玉石矿物，如绿柱石(祖母绿和海蓝宝石)、硬玉(翡翠)、软玉、电气石(碧玺)、黄玉、石榴子石（紫牙乌）等。91.1 化学组成阳离子：阳离子元素有57种之多，主要是惰性气体型离子及部分过渡型离子；铜型离子很少见。最主要为Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，其次有Mn、Ti、Li、Be、Zr等。 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：配位数为4：B3+、Be2+、Al3+、Ti4+、Li+、Fe3+、Zn2+、Mg2+；配位数为6：Al3+、Ti4+、Fe3+、Mg2+、Li+、Zr4+、Mn2+、Ca2+、Fe2+

5、、Se3+、K+；配位数为8：Na+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Zr4+、Mg2+、K+、Ba2+；配位数为12：K+、Ba2+。阴离子：除SiO44-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F-、Cl-、(OH) -、O2- 及 S2-、CO32-、SO42-附加阴离子。此外，还存在水分子H2O。10硅酸盐化学组成11 注意： 1）各种不同元素间普遍存在类质同像。 2）硅酸盐中的水，常为(OH)- 和H2O； (H3O)+只在某些层状硅酸盐中少量存在，且易于转变为H+H2O。H2O多呈沸石水或层间水，仅在少数硅酸盐中才以结晶水的形式存在，起着充填空隙或水化阳离子的作用

6、。 121.2 晶体化学特征Si4+与O2-结合时以四次配位的形式最为稳定，键长1.6，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，键角为1092816，与相应的氧原子构成四个键力很强的键。因此，硅酸盐矿物的结构中，总是将SiO44-看成是一个不可分割的整体。SiO44-四面体是硅酸盐矿物的基本结构单元，可孤立地存在；也可以角顶相联形成多种复杂的络阴离子，即各种形式的硅氧骨干，再与金属阳离子结合形成多种硅酸盐矿物。SiO44-四面体13 活性氧（非桥氧，端氧）： SiO44-四面体中 与1

7、个Si相联结的O。惰性氧（桥氧）： SiO44-四面体中 与2个Si相联结的O， 其电荷已中和。 141.2.1 硅氧骨干的基本形式在硅酸盐矿物晶体结构中， SiO44-四面体是基本结构单元， SiO44-四面体联成各种形式的络阴离子骨干，因SiO44-的联结方式的不同而异，骨干与骨干之间再借助其它阳离子互相联接成许多类型的硅酸盐结构。目前已发现的硅氧骨干有几十种，常见的基本形式主要有： 1）岛状硅氧骨干硅氧骨干被其他阳离子隔开，彼此分离犹如孤岛。15（1）孤立四面体： SiO44- SiO = 14 SiO44-间彼此互不连接，孤立地分布。如橄榄石 (Mg，Fe)2SiO4 。（2）双四面体

8、： Si2O76- SiO = 13.5 2个SiO44-共用1个角顶相互连接。 如异极矿 Zn4Si2O7(OH)216孤立四面体17橄榄石 (Mg，Fe)2SiO418双四面体1920 2）环状硅氧骨干：SinO3n2n- SiO = 13 由n个SiO44-彼此共用角顶相联形成封闭的环，每个SiO44-与相邻的SiO44-共用2个角顶。最常见六环Si6O1812-，如绿柱石Be3Al2Si6O18等；也有三环Si3O96-、四环Si4O128- 。 2122环状硅氧骨干2324环状硅氧骨干返回 25绿柱石Be3Al2Si6O18263）链状硅氧骨干无数个SiO44-间通过共用2或3个角顶

9、，沿一个方向彼此相连，无限延伸成链。链间为其他金属阳离子联结。常见单链和双链。（1）单链： 每个SiO44-以2个桥氧分别与相邻的2个SiO44-联结。 按重复周期和联结方式分： 辉石型： SiO = 13： 硅灰石型： 蔷薇辉石型：2728硅灰石蔷薇辉石辉石单链29（2）双链双链：相当于2个单链联结而成。角闪石型： SiO = 12.75 由互成镜像关系的2个辉石型单链并联而成，每个SiO44-中有2或3个桥氧。30双链3132334）层状硅氧骨干层状硅氧骨干： SiO = 12.5每个SiO44-均以3个角顶分别与相邻的3个SiO44-相连结而形成向二维空间无限延展的硅氧四面体层。 34层

10、状硅氧骨干35365）架状硅氧骨干： (AlxSin-x)O2nx- (Si + Al)O = 12所有SiO44-均以4个角顶分别与相邻的4个SiO44-共用相连形成三维空间无限扩展的架状结构。所有O2-皆为桥氧，为电性中和的结构，不再是硅酸盐的络阴离子。 37架状硅氧骨干3839故 在硅酸盐的架状骨干中，必须有部分的SiO44-为AlO45-（个别情况下可被BeO46-或BO45-等）所替代，这样才能出现过剩的负电荷成为架状络阴离子，得以与骨干之外的一定的金属阳离子结合成铝硅酸盐。如：正长石 KAlSi3O8，霞石 (Na，K)AlSiO4， 香花石 Ca3Li2BeSiO43F2 ，钠硼

11、长石 NaBSi3O8等。 40注意： 架状硅氧骨干内，O2-剩余电荷低，且空隙较大，要求低电价、大半径、高配位数的金属阳离子与之结合。有时并有附加阴离子和水分子存在。 AlO45-不稳定，在硅氧骨干结构中，2个AlO45-不能直接相连，而必需有 SiO44-的支持，并由SiO44-将其分隔。故Al替代Si的数量不能超过Si总数的一半；孤立硅氧骨干中AlO45-四面体难以存在。411.2.2 化学键硅氧骨干内部Si与O之间主要是共价键，硅氧骨干与金属阳离子间则以离子键为主。Si O键的性质与SiO比值及其他金属阳离子存在的情况有关：随着SiO比值由14递增至12，Si O的作用递增，而O2-与

12、金属阳离子作用递减，致使Si的离子化趋势逐渐增强。421.2.3 Al 的作用Al在硅酸盐结构中起着特殊的双重作用。1）Al3+呈六次配位，与O2- 结合成 AlO6八面体，存在于硅氧骨干之外，起联结络阴离子的普通金属阳离子（如Mg2+、Fe2+）的作用，形成 铝的硅酸盐。如高岭石Al4Si4O10(OH)8，黄玉Al2SiO4(F， OH)2 2）Al3+呈四次配位，进入硅氧骨干，替代部分的Si4+，形成AlO4四面体，构成铝硅酸盐。如钾长石KAlSi3O8 3）有时，Al可在同一晶体结构中，同时呈四次和六次配位，形成铝的铝硅酸盐。如白云母KAl2AlSi3O10(OH)2 43SiO4OH

13、OAlAl 的作用1）高岭石 Al4Si4O10(OH)8 44(Si，Al)O4K2）钾长石KAlSi3O845(Si，Al)O4AlO4(OH)23）白云母KAl2AlSi3O10(OH)246 Al 的氧化物的两性： 酸性条件下Al 起阳离子的作用，CN=6； 碱性条件下形成铝酸根，CN=4 。 rAl / rO = 0.386 （近于0.414） 高压条件下CN = 6 ；高温条件下CN = 4 高温或碱性条件下易形成铝硅酸盐， 如夕线石AlAlSiO5 ； 高压或酸性条件下易形成铝的硅酸盐， 如蓝晶石Al2SiO4 。 47 小结： 具单四面体岛状结构的硅酸盐，晶体一般最紧密；具链状

14、层状架状结构者，空隙度依次加大，结构的紧密度依次降低。硅酸盐矿物因晶体结构和化学组成特点的不同，其形态和物理性质各具特征。结构内键力的键强及强键的取向 晶体习性及力学性质；结构的紧密程度和金属阳离子的性质 光学性质 48硅氧四面体骨干SiO4四面体为其基本结构单元，这种络阴离子团是由一个Si及其周围的四个配位氧构成，四个配位氧呈四面体形态包围Si，故称为硅氧四面体按照络阴离子团骨干的形式不同可划分亚类：岛状硅氧四面体骨干这种硅氧四面体骨干是硅氧四面体以单个SiO44-形式，或每两个共角顶桥式氧相连组成双四面体SI2O76-形式；结构中彼此通过其它阳离子联系起来，而硅氧四面体骨干之间，彼此不直接

15、相连，如沧海中之弧岛，故名“岛状”。环状硅氧四面体骨干这种硅氧四面体骨干是硅氧四面体SiO4以顶角桥式氧相连形成封闭的环。附硅氧四面体骨干小结49 链状硅氧四面体骨干 这种硅氧四面体骨干是SiO4以顶角桥式氧联接成的沿一个方向无限延伸的连续链。最常见的有单链和双链。 单链：在单链中，每一个SiO4四面体以两个顶角氧与相邻的SiO4四面体共用。 双链：双链即由两个单链在侧向共用顶角氧并行排列而成。 层状硅氧四面体骨干 每一个SiO4四面体，组成二维空间无限展开的层。架状硅氧四面体骨干 每一个SiO4四面体，组成三度空间无限扩展的骨架。 两个性质：其一，架状骨干中的孔隙较大，阳离子半径大；其二，氧

16、离子的剩余电荷少，阳离子电价低。50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SiO44-或双四面体Si2O76-等，在结构中孤立存在。它们彼此间靠其它金属阳离子连接。此外， 还有罕见的形式：一是Si3O108-，它是由三个硅氧四面体连接而成的，在铍密黄石(aminoffite)中存在；另一种是由五个硅氧四面体连接而成的Si5O1612-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。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

17、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属阳离子来维系。它们分别用Si3O96-、Si4O128-、Si6O1812-、Si8O2416-、Si9O2718-、Si12O3624-表示。51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续链。其络阴离子可以用Si2O6n4n-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Si4O11n6n-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个硅氧四面体相边接，组成在二维空间内无限

18、延展的层。例如滑石Mg3Si4O10(OH)2，其络阴离子可以用Si4O10n4n-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。52岛状硅氧骨干环状硅氧骨干孤立四面体SiO44-两个硅氧四面体共用一个角顶构成双四面体Si2O76-端氧（活性氧）桥氧（惰性氧） 硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成封闭的环状SinO3n2n-(n 3)三方环Si3O96-、四方环Si4O128-及六方环Si6O1812-53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Si2O64-硅氧四面体部分共用两个角顶，部分

19、共用三个角顶相互联接构成一向延伸的双链Si4O116-硅氧四面体共用三个角顶构成二向延展的平面层状Si4O104-层状硅氧骨干54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，而必须有一部分硅氧四面体（Si-O4）被铝氧四面体（Al-O4）所代替，这样才能出现多余的负电荷，而成为架状络阴离子，这种络阴离子可用通式(AlxSin-x)O2nx-表示架状硅氧骨干55 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、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

20、种矿物，并命名为“云辉闪石(biopyribole)”族。561.3 形态与硅氧骨干形式密切相关。一般地：1）具孤立SiO44-四面体骨干的硅酸盐矿物，常表现为三向等长的形态，呈等轴状或粒状，如石榴子石，橄榄石。若不同方向的键力有差异，则呈非三向等长的形态，如红柱石呈柱状，蓝晶石呈板条状 。2）具环状硅氧骨干者，垂直环平面（沿c轴）的方向上环与环之间的联结力一般较强，晶体常呈柱状形态，往往属三方、六方晶系，如电气石， 绿柱石。57石榴子石58橄榄石石榴子石59红柱石蓝晶石60电气石绿柱石61彩色电气石623）具链状硅氧骨干者，均链的方向而成柱状、针状、纤维状，如 辉石，角闪石。4）层状结构矿物

21、晶体结构层的方向而成板状、片状、鳞片状，如滑石，云母。5）架状结构矿物较复杂，其形态 主要取决于SiO44-与AlO45-骨干内部的连接形式及化学键分布的情况，可呈粒状、片状、板状、板柱状或柱状。 如沸石族矿物因骨干内部有的沿一个方向联结力特强而似链状，有的在某一平面内联结力特强而似层状，有的则呈典型的架状，故钠沸石呈柱状、片沸石呈片状、方沸石呈三向等长形态。 63 辉石64角闪石65滑石66云母 67681.4 物理性质硅氧骨干内部主要是共价键，硅氧骨干与金属阳离子之间主要以离子键结合。硅酸盐矿物一般具离子晶格的性质，明显表现出非金属性：大多为透明或半透明，玻璃光泽或金刚光泽，条痕白色或近白

22、色的浅色等。但颜色、解理、硬度、比重等性质变化很大，主要受硅氧骨干形式及金属阳离子的种类的影响。 691）颜色：取决于金属阳离子的种类： 惰性气体型离子的硅酸盐矿物为无色或浅色； 含Fe、Mn、Ti等过渡型离子者，颜色较深。 2）解理：明显受结构中强键的分布所控制： 具岛状结构之三向等长者，一般无完全解理；而红柱石具c轴方向的柱状解理，蓝晶石具100的完全解理。 环状者，如有解理，则为柱状或底轴面的解理。 链状者，具链的方向的柱状完全解理。 层状者，具层的极完全解理。（完全的底面解理） 架状者，视其晶体格架类型而有所不同，解理完善程度视键力情况 而不同。如长石族矿物具001和 010中等完全解理。 703）硬度：一般均较高(小刀)，仅层状结构者例外。 岛状结构者，结构紧密，H 最高，通常为68； 环状