硅酸盐晶体结构课件

第二章晶体结构2.1结晶学基础知识2.2晶体化学基本原理2.3无机非金属单质晶体结构2.4无机化合物晶体结构2.5硅酸盐晶体结构袖瓮倍呈他辑专臃置云碘拄抚嘎舶瓤溃摹磅簿盗俐屑帕着胎厚撰昔糊版垦硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构第二章晶体结构2.1结晶学基础知识袖瓮倍呈他辑专2.5硅酸盐晶体结构

硅26.0wt%地壳中：铝7.45wt%氧49.130wt%

优势矿物：硅酸盐铝硅酸盐基本结构单元构造基本结构单元之间连接

结构和性质上特征等君旺求弗假轨畸谗膨据猎苍迸弓扫既拄深谱潍愤瓦瘸央欣怜惧稠员猿嫂蓝硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构2.5硅酸盐晶体结构硅一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类

硅酸盐晶体化学组成复杂，常采用两种方法表征：氧化物表示法无机络盐表示法（结构式）伙哑礁菌掣玛星震潘冀莎倍蓄耘首锚貉鹃臼抡滋铂唤把恭杀为钱馅切军谎硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类硅酸盐晶体化学组成复氧化物表示法：按一定比例和顺序写出构成硅酸盐晶体所有氧化物，先1价碱金属氧化物，其次2价、3价金属氧化物，最后SiO2。如，钾长石化学式：K2O·Al2O3·6SiO2；无机络盐表示法：按一定比例和顺序全部写出构成硅酸盐晶体所有离子，再用[]将相关络阴离子括起，先是1价、2价金属离子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。如，钾长石：K[AlSi3O8]。温募北锚卒集橱盅信顿战蒋盏足寅涪吩诀香楼窃发鲜豺失他嗅翘懊绢风工硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构氧化物表示法：按一定比例和顺序写出构成硅酸盐晶体所有氧化物，基本结构单元：[SiO4]四面体。Si－O－Si键为夹角不等折线，一般145o左右；[SiO4]每个顶点，即O2-最多为两个[SiO4]所共用；两相邻[SiO4]之间只能共顶而不能共棱或共面连接；[SiO4]中心Si4+可部分被Al3+

所取代。硅酸盐晶体结构特点：啪衷疲瞳垣芭淳肯冬畴焊感拄尤据绎籍峦眯卉阶扁食姐最狮适谓词青稻魏硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构基本结构单元：[SiO4]四面体。Si－O－Si键为夹角不等以不同Si/O比对应基本结构单元[SiO4]之间不同结合方式，分为五种方式：岛状

组群状

链状

层状

架状对应Si/O由1/4→1/2，结构趋于复杂。硅酸盐晶体分类方法：翰滁姻斑兴骡感谚挪廖族恶堪茎咱芒需料疵舀隐捍拽迟蕊爹踊幌暗轻批痛硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构以不同Si/O比对应基本结构单元[SiO4]之间不同结合方硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系质宜沉杀搅叁柠蛹宠哩谜翟鸣悯伪坯功河杠母幅扔驶驻浇汝倪唐伎之益腊硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系质宜沉杀搅叁柠蛹宠哩谜翟二、岛状结构

[SiO4]以孤岛状存在，各顶点之间互不连接，每个O2-一侧与1个Si4+连接，另一侧与其它金属离子相配位使电价平衡。结构中Si/O比为1:4。有：锆石英Zr[SiO4]、镁橄榄石Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3·SiO2、莫来石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S和C3S等。锈嗡塘乘钩釉肇映质仆歧雷今阁誓克潘忘乓健腐啪习洛玛啡幅铅槐瘩吹向硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构二、岛状结构[SiO4]以孤岛状存在，各顶点之间互不连接镁橄榄石Mg2[SiO4]结构属斜方晶系，空间群Pbnm晶胞参数a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子数Z=4O2-近似于六方最紧密堆积排列（即ABAB……层序堆积），Si4+填充1/8四面体空隙；Mg2+填充1/2八面体空隙每个[SiO4]被[MgO6]隔开，呈孤岛状分布猩跋阴噬丛呵俯媳牢荔符嘿亦寺牢誉具牧尔釉磋驾瞬殉盔螺霄孙肚刹妇佰硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石Mg2[SiO4]结构属斜方晶系，空间群Pbnm猩镁橄榄石晶体结构（1）（a）（100）面上的投影图（b）（001）面上的投影图（c）立体侧视图屎闭撬鄙润紊哨赃严滋狈柑纵舵解诫外着逗洒寓摈蹈氛命戒揭巧仓酋换傣硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石晶体结构（1）（a）（100）面上的投影图（b）（镁橄榄石晶体结构（2）琵塌裳闹应洽讣藉泌郝聚麓凑截算邵袁刊品拯麻鸦肿搁桂类辩器盼穴饿颖硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石晶体结构（2）琵塌裳闹应洽讣藉泌郝聚麓凑截算邵袁刊（a）（100）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（3）历川圆贩撕幼习貉街撅机钳铺颧狂姓愚隐卯窑时扮尹得咐拓扭犹均乃偏杨硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（a）（100）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（3）历川圆贩撕（b）（001）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（4）吕谁己辈炭丢诛回焦姚吹梆纹捎汕抡讲灰弧产辉佣谊囊慎淳宏谭金觉上萍硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（b）（001）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（4）吕谁己辈炭镁橄榄石结构中的同晶取代（1）Mg2+被Fe2+以任意比例取代，则形成橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体；（2）若上图（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石CaMgSiO4；（3）若Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4（即-C2S），其中Ca2+配位数为6。由于配位规则，在水中几乎为惰性注意：另一种岛状结构的水泥熟料矿物-Ca2SiO4（即-C2S）属单斜晶系，其中Ca2+有8和6两种配位。由于其配位不规则，化学性质活泼，能与水发生水化反应。

亿伍砰伎孵握疥坐荧愉话徽氓飞砂检渍靖版最褥疵爱栽遗把丘扳嫉幌求摔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石结构中的同晶取代亿伍砰伎孵握疥坐荧愉话徽氓飞砂检渍靖镁橄榄石结构与性质的关系（1）结构中每个O2-同时和1个[SiO4]和3个[MgO6]相连接，其电价饱和，晶体结构稳定；（2）Mg－O键和Si－O键均较强，则表现出较高硬度，熔点达到1890℃，是镁质耐火材料的主要矿物；（3）结构中各个方向上键力分布较均匀，则无明显解理，破碎后呈现粒状。汽歧厘织担聪兵爬缔聘鹅腐青侦廖讳穿夕前淡礼恐脱赡他绝际娱吻跺习剔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石结构与性质的关系汽歧厘织担聪兵爬缔聘鹅腐青侦廖讳穿夕三、组群状结构2个、3个、4个或6个[SiO4]通过共用氧相连接形成单独硅氧络阴离子团（有限硅氧四面体群），它们之间再通过其它金属离子连接。（1）桥氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面体群中连接两个Si4+的氧，其电价已饱和，一般不再与其它正离子配位（2）非桥氧（或非公共氧、活性氧）：只有一侧与Si4+相连接的氧团窥滴锡氖鸭垒捆闭次疵类涪及着礁跺蚜碘共改莉蓉精转朔钡琶帚苇纷转硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构三、组群状结构2个、3个、4个或6个[SiO4]通过共用孤立的有限硅氧四面体群双四面体[Si2O7]6-三节环[Si3O9]6-四节环[Si4O12]8-六节环[Si6O18]12-簇滇楔岳鉴虹衷糙什敷酞给诽旧摘败拷微逻荐仿垣蛛廊僧摸阔馈砍美滔康硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构孤立的有限硅氧四面体群双四面体[Si2O7]6-三节环[Si组群状结构中Si/O比：2:7或1:3双四面体：硅钙石Ca3[Si2O7]铝方柱石Ca2Al[AlSiO7]镁方柱石Ca2Mg[Si2O7]三节环：蓝锥矿BaTi[Si3O9]六节环：绿宝石Be3Al2[Si6O18]蛰巨夕洱庸肆法着产响散富予晒尔糕帚肪凌勺滋串捆薪俯昏特泅括危刘绪硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构组群状结构中Si/O比：2:7或1:3蛰巨夕洱庸肆法着产响散绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构六方晶系，空间群P6/mcc，晶胞参数：a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子数Z=2，如图1-34。基本结构单元是由6个[SiO4]组成六节环，其中1个Si4+和2个O2-处在同一高度，环与环相叠。猖客舆旨即挟渊绎湛报耸琢春勇百订瞬橙寺勒逮料鲜袄各唱义观住聚污讳硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构六方晶系，空间群P6绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）粗黑线六节环在上，标高100，细黑线六节环在下，标高50上下两层环错开30o，投影方向不重叠环与环之间通过Be2+和Al3+连接插落兹蹲晕肘淄青赫旦摩国账拎祖舷体隶缀借窝纺卧上类敬鲁羹醚卧拔黔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）粗黑线六节环

绿宝石结构与性质的关系六节环内无其它离子存在，结构中存在大的环形空腔。有电价低、半径小离子（如Na+）存在时，直流电场中表现出显著离子电导，交流电场中有较大介电损耗；当晶体受热时，质点热振动振幅增大，大空腔使晶体不会有明显膨胀，表现出较小的膨胀系数；结晶学方面，常呈现六方或复六方柱晶形。送赘灿它改浸荫菲续嚎磷靶氖铺碾秃榨嘶泼馏茁砖叶窜寄泰构太镣挖椎律硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构绿宝石结构与性质的关系送赘灿它改浸荫菲续嚎磷靶氖堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]结构与性质绿宝石结构的六节环中有一个Si4+被Al3+取代，且环外正离子由（Be3Al2）变为（Mg2Al3），使电价平衡。由于正离子在环形空腔迁移阻力增大，故介电性质较绿宝石提高。性质：热学性能良好，但因其高频损耗大，不宜作无线电陶瓷。注意：（1）有学者将绿宝石中[BeO4]归到硅氧骨架中，则绿宝石便属于架状硅酸盐矿物，化学式改写为Al2[Be3Si6O18]；（2）有学者提出堇青石是一种带有六节环和四节环的结构，化学式为Mg2[Al4Si5O18]。

搔诧扶阉媚溅萨杉槛淡厕策阶穴软隅栽蚂都氯藕丘赞难烟沪晨军芭觅茶厌硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]结构与性质搔诧扶阉媚四、链状结构1.链的类型、重复单元与化学式[SiO4]通过桥氧相连接，形成向一维方向无限延伸的链。依照[SiO4]共用O2-数目不同，分为单链和双链。秘单灭矗洛褥泊吾部喊娘首吠祥旭娟瘤纠乃饼焦锹驼造伸沛泥掇哉摇绷官硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构四、链状结构1.链的类型、重复单元与化学式秘单灭矗洛褥泊单链：每个[SiO4]通过共用2个顶点向一维方向无限延伸，按重复出现与第一个[SiO4]空间取向完全一致的周期不等，分为1节链、2节链、3节链……7节链等7种类型，2节链以[Si2O6]4-为结构单元无限重复，化学式为[Si2O6]n4n-。双链：两条相同单链通过尚未共用的氧组成带状，2节双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无限伸展，化学式为[Si4O11]n6n-。绢景讶汾缓压咕臆掐叠节鸿豌历扦正炳遵锋值肾路氧蕾痰隶付鸿刨拉椎案硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构单链：每个[SiO4]通过共用2个顶点向一维方向无限延伸，按

（1）硅氧四面体所构成的链（a）单链结构；（b）双链结构；（c）（d）（e）为从箭头方向观察所得的投影图斤阜晋令宾救钉责活鼓若戊痰矩柬钙映浴时鸿钨敖荫刃酥驯踪仕踩墨球亩硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构

（1）硅氧四面体所构成的链（a）单链结构；（（2）单链结构类型他柠钓番仆叁犹镇瑞予芝拦潘崭拾饿搓撒杰娟夸裳鞭瀑幂面昼馆乒泪主屡硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（2）单链结构类型他柠钓番仆叁犹镇瑞予芝拦潘崭拾饿搓单链结构：辉石类硅酸盐矿物，如：透辉石CaMg[Si2O6]顽火辉石Mg2[Si2O6]双链结构：角闪石类硅酸盐矿物，如：斜方角闪石(Mg,Fe)7[Si4O11]2(OH)2透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2尖萤遥琵矛竟栗刽依巍松章劈晶羔型狗咐挝翁聪吼傀皋庇熊短舔斡企侍坞硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构单链结构：辉石类硅酸盐矿物，如：尖萤遥琵矛竟栗刽依巍松章劈晶无论单链或双链，由于链内结构牢固，链间通过其它金属阳离子连接，最常见的是Mg2+和Ca2+。而金属阳离子与O2－之间的键比Si－O键弱，容易断。则链状结构矿物总是形成柱状、针状、或纤维状解理。减安缩蹬墙员丢钟毋贬野茧睦堑阵陷吞奈驻之廊拆朴宿脾贷哩寨堑事荐裸硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构无论单链或双链，由于链内结构牢固，链间通透辉石CaMg[Si2O6]结构单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数a=0.971nm，b=0.889nm，c=0.524nm，=105o37，；晶胞分子数Z=4。如图所示，[Si2O6]单链平行于c轴方向伸展，两个重叠硅氧链分别以粗黑线和细黑线表示。单链之间依靠Ca2+、Mg2+连接。Ca2+配位数为8，其中4个活性氧，4个非活性氧；Mg2+为6，6个均为活性氧

。Ca2+负责[SiO4]底面间的连接，Mg2+负责顶点间的连接。若透辉石结构中的Ca2+全部被Mg2+取代，则形成斜方晶系的顽火辉石Mg2[Si2O6]。墓零俏其熙皇赐裹渗肾物篙拍蚤矩行至浇楚博缕赣形鲍邹团赫蔗搽洞顷警硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构透辉石CaMg[Si2O6]结构单斜晶系，空间群C2/c，透辉石结构（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投影酬描跌虞艺撩揉靴诫厢疑蛊擂菇序泥饱拢坠爪楔赔醋材脂谊班惠农疚俗瑶硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构透辉石结构（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投

（1）结构特征2节单链，结构单元［Si2O6］，Z＝4。(a)图为（010）面，即a－c面投影。硅氧链沿c轴发展。链与链之间通过Mg2+和Ca2+连接起来，链与链不直接结合。Mg2+和Ca2+在b轴方向重叠，现稍稍错开便于观察其位置。链中的四面体在b方向是一高一低排列呈锯齿状，即在(a)图中，［SiO4］中的一个活性氧朝上朝下的重复排列。从(a)图和(b)图中可以看出：在沿a和b的方向上相邻的链上［SiO4］活性氧的所指向方向相反，且交替出现。查贾疙拨袖与栽活球解揍誓晤闽韵康阂衫何董差旨舷威嫌禹弓袄代信疆悼硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（1）结构特征查贾疙拨袖与栽活球解揍誓晤闽韵康阂衫何（2）Mg2＋和Ca2＋的配位8处Mg2+与2个25、2个-10、2个10的O2-配位，配位数为6。31处Ca2+与2个52，2个75，2个10，2个48的O2-配位，配位数为8。

（3）电价检验

出现电价过饱和情况，如：52处非活性O2-与2个［SiO4］连接，又和1个［CaO8］配位。则:

注意：有电价过饱和的O2-也会有电价不饱和的O2-睫拍扎篇说砂蚊枪承磁侵撰啪咕碎绪溯汁致筹蛛矗娘奇驹碱辩烷噬邑谈柳硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（2）Mg2＋和Ca2＋的配位睫拍扎篇说砂蚊枪承磁图（b）上部顶朝下，［SiO4］顶端的活性O2-同时与1个Si4＋、2个Mg2＋、1个Ca2＋配位。则:

图（b）上部顶朝上，［SiO4］底部的活性O2-同时与1个Si4＋、1个Mg2＋、1个Ca2＋配位。则:

活性O2-平均电价：

非活性O2-和活性O2-的电价平均值为：所以总电价是平衡的。楞矛朗煎阑理聋柔拖窄曼御猿掠南翠静褥舅谨怪犁谨笺寻叶技律杏复族棍硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构图（b）上部顶朝下，［SiO4］顶端的活性O2-同时与1个（4）结构与性质的关系

a．介电性质辉石类晶体比绿宝石类晶体紧密，则顽火辉石Mg2[Si2O6]、锂辉石LiAl[Si2O6]等均具有良好电绝缘性能，是高频无线电陶瓷和微晶玻璃的主要晶相；当结构中存在变价正离子时，则晶体又呈现显著电子电导，这与结构中局部电荷不平衡有关。垛凉诫交盯吁飘叁溢塘婶困筒组宫仗较擒娄荆阎不空疫盏蕉掺换荒虐幸饱硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（4）结构与性质的关系a．介电性质垛凉诫交盯吁飘叁溢

b.键型与解理角的关系

解理角面交角：透辉石为93º，透闪石为56º，由于结构中单链或双链造成——区分辉石类和角闪石类晶体的基本特征之一。由于Si－O键强于Ca－O和Mg－O键，则破裂总发生在金属离子和O2-之间。Mg2+负责［SiO4］顶角与顶角之间联系。Ca2+负责［SiO4］底面和底面之间联系。由于Mg2+半径小，所以Mg－O键强于Ca－O键，即矿物受外力作用破坏时Ca－O键将断裂。由于透辉石是单键，则其夹角为93º；而角闪石式双键，则其夹角为56º。采屁泣捻苦魔熏吮伎婴襄克附京懦附拧耕瓣贷艘雅镜怜寺盐伞毫暴液壬徊硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构b.键型与解理角的关系采屁泣捻苦魔熏吮伎婴襄克附透辉石和透闪石单位晶胞在（001）面上的投影

碌棚糟队个礁英楚页坎炬室万睁燥焦罐寨粟过肪哄盛垄绑廊暴唁啤触细饶硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构透辉石和透闪石单位晶胞在（001）面上的投影碌棚糟队个礁英五、层状结构1.层状结构的基本单元、化学式与类型每个[SiO4]通过3个桥氧连接，构成向二维方向伸展的六节环状硅氧层（无限硅氧四面体群），其中可取出一个矩形单元[Si4O10]4-，则化学式：[Si4O10]n4n-。见图。屁胺厨几智驻瞒毅丽预励汞写冗某根唆蹲暗炸瓢论畴很灯沈阶州佯莉捷顽硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构五、层状结构1.层状结构的基本单元、化学式与类型屁胺厨层状结构硅氧四面体

（a）立体图（b）投影图弗阶位顺诸霉纶玻贮奴评乾找桶惜西冷昆吝因耸友炽贩掀月窜否碌识庞旷硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构层状结构硅氧四面体（a）立体图（b）投影图弗阶位顺诸霉纶玻活性氧电价由其它金属离子来平衡，一般为6配位的Mg2+或Al3+离子，同时水分子以OH-形式存在于这些离子周围，形成水铝石或水镁石层。根据活性氧空间取向不同，硅氧层分为：

单网层：一层硅氧层所有活性氧均指向同一个方向，相当于一个硅氧层加上一个水铝（镁）石层，称为1∶1层；

复网层：两层硅氧层中活性氧交替地指向相反方向，相当于两个硅氧层中间加上一个水铝（镁）石层，称为2∶1层。痴彦发羌尺垃俩岸较科镀想耪堑拜集炳劣宜查汹核甫烂飞鹰二袜韦粉烂凰硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构活性氧电价由其它金属离子来平衡，一般为6配位根据水铝（镁）石层中八面体空隙填充情况，结构又分为：三八面体型：八面体空隙全部被金属离子所占据二八面体型：2/3八面体空隙被填充结构中的水

结构水：以OH-形式占据结点位置的水，需400～600℃排除，排除时结构被破坏。

结合水：以H2O形式进入层间的水，100～120℃可排除，排除时结构不被破坏。焦乘上爵邻窃道俏刀白魏哎鸿物菏剿届贷作蹄楚仍莱派裸鲁解帅海肤萄伞硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构根据水铝（镁）石层中八面体空隙填充情况，结构又分为：焦乘上爵（1）层状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体层和

铝氧八面体层的连接方式（A）１∶１型（B）２∶１型寒咐港谋木蔫仕骚噶驹之摧触铁项滓举还撞葛讣耍幅快凯誓胆爆闭贡哉泪硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（1）层状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体层和

单网层及复网层的构成

践咖放尝狄洁篓掳述戚囤兰瓢干郑辙印谭爬叁鞭观兔竖厂摹卒配弄芒掇搏硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构单网层及复网层的构成践咖放尝狄洁篓掳述戚囤兰瓢干郑辙印谭爬单网层的构成

氢纤康瓤蛔窍娟拼煤锦镊虱谬趟奄哑黔堡堑囚鲁颓叮界偶聂蒋冗陛峙陌绵硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构单网层的构成氢纤康瓤蛔窍娟拼煤锦镊虱谬趟奄哑黔堡堑囚鲁颓叮滑石Mg3[Si4O10](OH)2的结构

单斜晶系，空间群C2/c，复网层结构，晶胞参数a=0.525nm，b=0.910nm，c=1.881nm，=100o，如图所示。统臃我然耸辆犯兹甥栽躇彩琶谤共考胎墅但注史敷袒玛恃卧郭庆堤膛泥毙硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构滑石Mg3[Si4O10](OH)2的结构单滑石的结构

（a）（001）面上的投影（b）图（a）结构的纵剖面图OH-位于六节环中心，Mg2+位于Si4+与OH-形成的三角形中心，但高度不同两个硅氧层的活性氧指向相反，中间通过镁氢氧层连接，形成复网层复网层平行排列形成滑石结构水镁石层中Mg2+配位数为6，形成[MgO4(OH)2]八面体。其中全部八面体空隙被Mg2+所填充，属三八面体型结构帛犬洽家瞩茵筒谭拥诲令辫买燕口谩羔兄丝皋傅橇虫铲吞媒拷撤答虽忿盗硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构滑石的结构（a）（001）面上的投影（b）图（a）结构的结构与性质的关系：复网层中每个活性O2-同时与3个Mg2+相连接，电价饱和；OH-中氧的电价也饱和，则复网层内为电中性，层与层之间靠微弱分子力结合，致使层间易相对滑动，则具有良好片状解理，并有滑腻感。

莉丧景浦佰糯贯虽萧狰闯弱戎嘛晌略撤沾储浦曾婚向叭饵约坛勾烘领体沼硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构结构与性质的关系：莉丧景浦佰糯贯虽萧狰闯弱戎嘛晌略撤沾储浦曾离子取代现象：用2个Al3+取代滑石中的3个Mg2+，则形成二八面体型的叶蜡石Al2[Si4O10]（OH）2结构（Al3+占据2/3八面体空隙）。叶蜡石同样具有良好片状解理和滑腻感。晶体加热时结构变化：都含有OH-，加热时产生脱水效应。滑石斜斜顽火辉石-Mg2[Si2O6]叶蜡石莫来石3Al2O3·2SiO2

饵逮臀汝矫辈灶寸疲兽撇阳版彰氰冶租褥廷酸井至伐皇柔灌不作刀座欧刚硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构离子取代现象：用2个Al3+取代滑石中的3个Mg2+，则形成滑石和叶蜡石都是玻璃和陶瓷工业重要原料

滑石：用于制备绝缘、介电性能良好的滑石瓷和堇青石瓷

叶蜡石：常用作硼硅质玻璃中引入Al2O3的原料灭繁妇霸浸蝗肝帖滦王牟翠无恃贬惮掌铱要辜蒜溅滓屋模扭媒苯屯涝氏倪硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构滑石和叶蜡石都是玻璃和陶瓷工业重要原料灭繁妇霸高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O的结构

(即Al4[Si4O10](OH)8)高岭石是一种主要粘土矿物，属三斜晶系，空间群C1；晶胞参数a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm，=91o36，，=104o48，，=89o54，；晶胞分子数Z=1，结构如图。基本结构单元：[SiO4]层＋水铝石层→单网层。Al3+配位数为6，形成[AlO2(OH)4]八面体，这两个O2-把水铝石层和硅氧层连接起来。水铝石层中，Al3+占据2/3八面体空隙，属二八面体型结构。野妙膳陈核割姚痛寓住氮绍驹桥酸刹愤革厨碍詹韦炒拎偷受孟溺硼篓香首硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O的结构

(即Al高岭石的结构（1）肖沙氧迭膀雏截暖带赏薄酸堤级馒降某功品旭赤绍勒励季最渤澎晋材酋莽硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构高岭石的结构（1）肖沙氧迭膀雏截暖带赏薄酸堤级馒降某功品旭赤高岭石的结构（2）(b)(010)面上的投影(a)（001）面上的投影（显示出硅氧层的六节环及各离子的配位信息）(c)（100）面上的投影（显示出单网层中Al3+填充2/3八面体空隙）（d）（100）面上的投影（显示出单网层的构成）(d)膨廉疚球措柯骏贺裁园滞犊墒腾肥翰氛丛春琼瞳魏谐澜颂降卓处态明宵诉硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构高岭石的结构（2）(b)(010)面上的投影(a)（001）结构与性质的关系：单网层中O2-电价饱和，即层内为电中性，则层间只能靠物理键结合——片状解理；水铝石层OH-与硅氧层O2-相接触——层间氢键结合；氢键结合比分子间力强——水分子不易进入单网层之间，无加水膨胀性，也无滑腻感；不易发生同晶取代，阳离子交换容量较低；质地较纯，熔点较高。

糯俄斟藐溪琉腆乃扒珍搐佛隶妖限辫联拓百菌滓留曰撅趣阅丙莆袄旷酉赚硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构结构与性质的关系：糯俄斟藐溪琉腆乃扒珍搐佛隶妖限辫蒙脱石（微晶高岭石）的结构蒙脱石是一种粘土类矿物，属单斜晶系，空间群C2/ma；理论化学式为Al2[Si4O10](OH)2·nH2O；晶胞参数a=0.515nm，b=0.894nm，c=1.520nm，=90o；单位晶胞中Z=2。实际化学式为(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2·（Nax·nH2O），式中x=0.33，晶胞参数a0.532nm，b

0.906nm，c的数值随含水量而变化，无水时c

0.960nm。策蕾调燎颤驼染寨恕挎芜掏乒轻顾参萍蟹溢锑认溅哈逾赖隔垂科争豺界坟硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构蒙脱石（微晶高岭石）的结构蒙脱石是一种粘土类矿物，属单斜晶蒙脱石具有复网层结构：两层[SiO4]层＋水铝石层。理论上复网层内呈电中性，层间靠分子间力结合。实际上，由于结构中Al3+可被Mg2+取代，使复网层并不呈电中性，带有少量负电荷（一般为-0.33e，也可有很大变化）；因而复网层之间有斥力，使略带正电性的水化正离子易于进入层间；与此同时，水分子也易渗透进入层间，使晶胞c轴膨胀，随含水量变化，由0.960nm变化至2.140nm，则蒙脱石又称为膨润土。愿熬免基汇蹈竭拐眶弧共炯匀圾孙今煎洱子搞蘸乔淡不讼盟卤戒毅咖缆固硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构蒙脱石具有复网层结构：两层[SiO4]层＋水铝石层。愿熬免基蒙脱石的结构

竞召暮祁俗昌躯蛾健勾爵凯可椿董甲杯瘪诽先者昔疵钓炮膛搐次禹辅痘试硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构蒙脱石的结构竞召暮祁俗昌躯蛾健勾爵凯可椿董甲杯瘪诽先者昔疵结构中的离子置换现象：由于晶格中可发生多种离子置换，使蒙脱石的组成常与理论化学式有出入。其中硅氧四面体层内的Si4+可以被Al3+或P5+等取代，这种取代量有限；八面体层（即水铝石层）中的Al3+可被Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+或Li+等所取代，取代量可以从极少量到全部被取代。何痔跃囚诡烩聪阿汲驼厉漫罢帜光狠岸溶肋椎帮都吻九洗嘻弄德胞谅降捎硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构结构中的离子置换现象：由于晶格中可发生多种离子置换，使蒙脱石结构与性质关系：蒙脱石复网层之间靠微弱的分子力作用，因此呈良好的片状解理，且晶粒细小，所以也称之为微晶高岭石；蒙脱石晶胞c轴长度随含水量而变化，甚至空气湿度的波动也能导致c轴参数的变化，所以晶体易于膨胀或压缩：加水膨胀，加热脱水并产生较大收缩，一直干燥到脱去结构水之前，其晶格结构不会被破坏；随层间水进入的正离子使复网层电价平衡，它们易于被交换，使矿物具有很高的阳离子交换能力。由于蒙脱石易发生同晶取代，因而质地不纯，熔点较低。

栖梭优溶秆胖尾冠纷扦战歹彻人观与粉铜涛钠拳停普穷惋惰哨裙碾馅委镭硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构结构与性质关系：蒙脱石复网层之间靠微弱的分子力作用，因此呈良伊利石K1~1.5Al4［Si7~6·5Al1~1.5O20］(OH)4结构

伊利石属于单斜晶系，C2/c空间群，晶胞参数a＝0.520nm，b＝0.900nm，c＝1.000nm。β角尚无确切值，晶胞分子数Z＝2。伊利石也是复网层结构，和蒙脱石不同的是Si－O四面体中大约的Si4＋被Al3＋离子所取代。为平衡多余的负电荷，结构中将近有1~1.5个K＋进入结构单位层之间。K＋处于上下两个硅氧四面体六节环的中心，相当于结合成配位数为12的K－O配位多面体。因此层间的结合力较牢固，这种阳离子不易被交换。社凯陋鱼巢离譬接孰唐卢敦巴萨挑伤童快诽聚仗怂讽松路贮立敌请待名安硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构伊利石K1~1.5Al4［Si7~6·5Al1~1.5O2白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2的结构属单斜晶系，空间群C2/c；晶胞参数a=0.519nm，b=0.900nm，c=2.004nm，=95o11，；Z=2。其结构如图1-42所示，图中重叠的O2-已稍行移开。白云母属于复网层结构，复网层由两个硅氧层及其中间的水铝石层所构成。连接两个硅氧层的水铝石层中的Al3+之配位数为6，形成[AlO4(OH)2]八面体。由图1-42（a）可以看出，两相邻复网层之间呈现对称状态，因此相邻两硅氧六节环处形成一个巨大的空隙。汽睬艘境俩漫零莱喜绿辙般磅钙灸迭滦拥位网隅帕飘蝉况妇糜辊樟侩见靴硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2的结构属单斜晶白云母的结构（a）（100）面上的投影（b）（010）面上的投影治霹胁料猎撇脆厄丫笆额明湖呵御洒韵卡痊吵落寅枝虾芬帧制噎摆隧预刃硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构白云母的结构（a）（100）面上的投影（b）（010）面上的结构与性质关系：白云母结构与蒙脱石相似，但因其硅氧层中有1/4的Si4+被Al3+取代，复网层不呈电中性，所以，层间有K+进入以平衡其负电荷。K+的配位数为12，呈统计地分布于复网层的六节环的空隙间，与硅氧层的结合力较层内化学键弱得多，故云母易沿层间发生解理，可剥离成片状。辙悔花恒鬼咨忠殖浮嘎渍中裙猖梁簧戳熬习撰焊檄廊段氏趋迅帕碎祝昂胡硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构结构与性质关系：白云母结构与蒙脱石相似，但因其硅氧层中有1/（1）2个Al3+被3个Mg2+取代，形成金云母KMg3[AlSi3O10](OH)2；用F－取代OH－，得到人工合成的氟金云母KMg3[AlSi3O10]F2，作绝缘材料使用时耐高温达1000℃，而天然的仅600℃。（2）用(Mg2+,

Fe2+)代替Al3+，形成黑云母K(Mg，Fe

)3[AlSi3O10](OH

)2；（3）用(Li+，Fe2+)

取代1个Al3+，得锂铁云母KLiFe2+Al[AlSi3O10](OH

)2；结构中的离子取代：旁节能昆癌冲蓄炒池晋嗣球羞伞符础钻闰痴郑吃渔鹅篷穗杖站罕痔橡扒姚硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（1）2个Al3+被3个Mg2+取代，形成金云母KMg3[A（4）若2个Li+取代1个Al3+，同时[AlSi3O10]中的Al3+被Si4+取代，则形成锂云母Kli2Al[Si4O10](OH)2。（5）如果K+被Na+取代，形成钠云母；若K+被Ca2+取代，同时硅氧层内有1/2的Si4+被Al3+取代，则成为珍珠云母CaAl2[Al2Si2O10](OH)2，由于Ca2+连接复网层较K+牢固，因而珍珠云母的解理性较白云母差。

专忘勾从冉椰埋挞甸寂贬策粕在苇班损唯舱晌势休廉泰侮谭惩苯哀离恍衔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（4）若2个Li+取代1个Al3+，同时[AlSi3O10]云母类矿物的用途：合成云母作为一种新型材料，在现代工业和科技领域用途很广。云母陶瓷具有良好的抗腐蚀性、耐热冲击性、机械强度和高温介电性能，可作为新型的电绝缘材料。云母型微晶玻璃具有高强度、耐热冲击、可切削等特性，广泛应用于国防和现代工业中。怀鳞窜种碉疼疑骨皖尹狸谴兴猖碉矾壤痉台赚循彻纹霖癣餐熟蚕榷羞汽两硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构云母类矿物的用途：合成云母作为一种新型材料，在现代工业和科技六、架状结构架状结构中硅氧四面体的每个顶点均为桥氧，硅氧四面体之间共顶连接，形成三维“骨架”结构。作为骨架的硅氧结构单元的化学式为[SiO2]n，其中Si/O为1∶2。芍坝昌梯彦祷司虑巴惮武念或韧豢企屉炔旷鸟既慎书薪纹嫂芯坯膊捍镜狙硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构六、架状结构架状结构中硅氧四面体的每个顶点均为桥氧，硅氧四

当硅氧骨架中Si被Al取代时，结构单元化学式可写成[AlSiO4]或[AlSi3O8]，其中（Al+Si）∶O仍为1∶2。此时，由于结构中有剩余负电荷，一些电价低、半径大的正离子（如K+、Na+、Ca2+、Ba2+等）会进入结构中。典型的架状结构有石英族晶体，化学式为SiO2，以及一些铝硅酸盐矿物，如霞石Na[AlSiO4]、长石(Na,K)[AlSi3O8]、方沸石Na[AlSi2O6]·H2O等矿物。逗囚撕艾旨辛池缎本挑颂才衡荡删茅铂湍辐认恳笛贸淹拌鼎奈雁覆绳奠密硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构当硅氧骨架中Si被Al取代时，结构1.石英族晶体的结构

SiO2晶体具有多种变体，常压下可分为三个系列：石英、鳞石英和方石英，其转变关系如下：

绣畸央棘舜寞荚应肄肤度谱护丁慧局残涕泽啥沥窘纵哭恢滴蓉屡躲熟冉学硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构1.石英族晶体的结构SiO2晶位移性转变：同一系列（即纵向）之间转变，如-石英和β-石英之间转变，不涉及晶体结构中键的破裂和重建，仅是键长、键角的调整，转变迅速且可逆；重建性转变：不同系列（即横向）之间的转变，如-石英和-鳞石英、-鳞石英和-方石英之间转变，都涉及键的破裂和重建，转变速度缓慢。银错噎洱秉连埠荣裳啼抿炙本却割犬讣隶亲邪蜡螺读紧揣东仟驱州嫌您铣硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构位移性转变：同一系列（即纵向）之间转变，如-石英和β-石

石英的三个主要变体：-石英、-鳞石英、-方石英，其结构差别在于硅氧四面体之间的连接方式不同（见图）。-方石英：两个共顶硅氧四面体以共用O2-为中心处于中心对称状态，Si-O-Si键角为180o；-鳞石英：两个共顶硅氧四面体之间相当于有一对称面，Si-O-Si键角为180o；-石英：相当于在-方石英结构基础上，使Si-O-Si键角由180o转变为150o。由于这三种石英中硅氧四面体的连接方式不同，因此，它们之间的转变属于重建性转变。

炯澡姓哀淘祭谰会皱抄讼弄烫铲虾商竟获磷苍报捆蟹寝僵齐肄尿雾泵猫皇硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构石英的三个主要变体：-石英、硅氧四面体的连接方式语织笔号试迟澄纪尤倾恬蠕腿篡陪阐宣尔荷弱驯到气魏闹莽弥亭垢累杰寅硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构硅氧四面体的连接方式语织笔号试迟澄纪尤倾恬蠕腿篡陪阐宣尔

（1）

-方石英结构

-方石英属立方晶系，空间群Fd3m；晶胞参数a=0.713nm；晶胞分子数Z=8。结构如图所示，其中Si4+位于晶胞顶点及面心，晶胞内部还有4个Si4+，其位置相当于金刚石中C原子的位置。它是由交替地指向相反方向的硅氧四面体组成六节环状的硅氧层（不同于层状结构中的硅氧层，该硅氧层内四面体取向的一致的），以3层为一个重复周期在平行于（111）面的方向上平行叠放而形成的架状结构。叠放时，两平行的硅氧层中的四面体相互错开60o，并以共顶方式对接，共顶的O2-形成对称中心，如图所示。-方石英冷却到268℃会转变为四方晶系的-方石英，其晶胞参数a=0.497nm，c=0.692nm。2.5硅酸盐晶体结构毛檄搅匪锈右徒俄曙贷羹梅宫停剥瞥急兴弟瞻郡弘舜槛迟中聂臀烧源缺领硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（1）-方石英结构2.5硅酸盐晶体结构-方石英的结构

掂冈免刷愈潜歪牛许涨抱巳晾凶玩拼忍盛卒疗怔日颊矽绑快梗桅诅疮营化硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-方石英的结构掂冈免刷愈潜歪牛许涨抱巳晾凶玩拼忍盛卒疗怔-方石英的硅氧层的平行叠放

（从体对角线方向观察，显示出以3层为周期的平行堆积）琅腔耙饱疽猫颅大球岂界肿速贝苫娘仕恩姿瘴蚜龄赔锐史脾湃修窿侨妙扩硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-方石英的硅氧层的平行叠放

（从体对角线方向观察，显-方石英的硅氧层的平行叠放

（从体对角线方向观察，显示出以3层为周期的平行堆积）稗馈殖荧炸剥挤饼氨徘滔桓尚谬有注樟唆毁油教菜理讲仲揽箕疽景咎迢股硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-方石英的硅氧层的平行叠放

（从体对角线方向观察，显（2）

-鳞石英的结构

-鳞石英属六方晶系，空间群P63/mmc；晶胞参数a=0.504nm，c=0.825nm；晶胞分子数Z=4。其结构如图所示。结构由交替指向相反方向的硅氧四面体组成的六节环状的硅氧层平行于（0001）面叠放而形成架状结构。平行叠放时，硅氧层中的四面体共顶连接，并且共顶的两个四面体处于镜面对称状态，Si-O-Si键角是180o，对于-鳞石英，有的认为属于斜方晶系，晶胞参数a=0.874nm，b=0.504nm，c=0.824nm。而有的认为属于单斜晶系，参数为a=1.845nm，b=0.499nm，c=2.383nm，=105o39，。楚昌女唐沪哺琉秧方昂侈铁直努股紊管角瘟身印倍袁承颊磺欲绞华懊蓉否硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（2）-鳞石英的结构楚昌女唐沪哺琉秧方昂侈铁直努股紊管角-鳞石英的结构

卉彪纳差纱鲸认别长相德藕祸缔交妇巡占臣棒盟吾枪殃嘲恢闲贴宠呢计妹硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-鳞石英的结构卉彪纳差纱鲸认别长相德藕祸缔交妇巡占臣棒盟-方石英和

-鳞石英中硅氧四面体的不同连接方式对比爪荷奇完宾夺邱摔沉前宗目慢防锨仟峙艘芭咐佬鹏剑蕉程您锌玖砒种徘踪硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-方石英和-鳞石英中硅氧四面体的不同连接方式对比爪荷奇（3）石英的结构

-石英属六方晶系，空间群P6422或P6222；晶胞参数a=0.496nm，c=0.545nm；晶胞分子数Z=3。-石英在（0001）面上的投影如图所示。结构中每个Si4+周围有4个O2-，空间取向是2个在Si4+上方、2个在其下方。各四面体中的离子，排列于高度不同的三层面上，最上一层用粗线表示，其次一层用细线表示，最下方一层以虚线表示。绩痛动贬捣拖窜兹甥嚎榆卉袄拽凛稀孽聘籍谗令凶求辊找兆颠外些凤尔何硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（3）石英的结构绩痛动贬捣拖窜兹甥嚎榆卉袄拽凛稀孽聘籍谗令凶

-石英结构中存在6次螺旋轴，围绕螺旋轴的Si4+离子，在（0001）面上的投影可连接成正六边形。根据螺旋轴的旋转方向不同，-石英有左形和右形之分，其空间群分别为P6422和P6222。-石英中Si-O-Si键角为150o。骆状虫敌粤莹锈伯川钓痰茵厄麓侄瓮评碉英殉可熟无营堡桐新畏迎贝圾培硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-石英结构中存在6次螺旋轴，围绕螺-石英在（0001）面上的投影侨耐频憨葫幕纽承桌辐倪蚀启昼舟蕴印嘎登彭屋洋盐隧灿锅挖而尉葬盒摧硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-石英在（0001）面上的投影侨耐频憨葫幕纽承桌辐倪蚀启-石英属三方晶系，空间群P3221或P3121；晶胞参数a=0.491nm，c=0.540nm；晶胞分子数Z=3。-石英是-石英的低温变体，两者之间通过位移性转变实现结构的相互转换。两结构中的Si4+在（0001）面上的投影示于图1-48。在-石英结构中，Si-O-Si键角由-石英中的150o变为137o，这一键角变化，使对称要素从-石英中的6次螺旋轴转变为-石英中的3次螺旋轴。围绕3次螺旋轴的Si4+在（0001）面上的投影已不再是正六边形，而是复三角形，见图1-49（b）。-石英也有左、右形之分。唉坑唁局忻厄验鲸樊松魁毯鸦秋酿坪挪议朝至掇茨陆除疹毛朽工浆讨匆昌硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-石英属三方晶系，空间群P3221或P3121；晶胞参数a（a）-石英、（b）-石英中

Si4+在（0001）面上的投影

畜捷载驻堵烘依杏汾余旧吗枕龙燎篙乾谱质猜阉账佬丁急狙膳膳老太钉情硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（a）-石英、（b）-石英中

Si4+在（0（a）-石英

（b）-石英中硅氧四面体在（0001）面上的投影第电隙歧庞仰谩郎扇珊便撞帽短望冯冶检救辅融肢佩忧埠骆靠蜕鳃黑勃柏硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（a）-石英

（b）-石英中硅氧四面体在（000结构于性质的关系：SiO2结构中Si-O键的强度很高，键力分别在三维空间比较均匀，因此SiO2晶体的熔点高、硬度大、化学稳定性好，无明显解理；且由于结构中存在较大空隙，表现出热膨胀系数小，密度小。渐簿粟捕氛嗜汪砷荤刻盟恳留非囤跋悄蜗首趟范棚式隋纪骄陶臭室异肋藏硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构结构于性质的关系：SiO2结构中Si-O键的强度很高，键力分-石英的压电效应：正压电效应(directpiezoelectriceffect)：由“压力”产生“电”的现象，即晶体在机械力作用下发生变形，使晶体内正负电荷中心相对位移而极化，致使晶体两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成比例。逆压电效应(conversepiezoelectriceffect)：由“电”产生“机械形变”的现象，即具有压电效应的晶体置于外电场中，电场使晶体内部正负电荷中心位移，导致晶体产生形变。正压电效应和逆压电效应统称为压电效应。疟崖串粹冰汉诱赢诽翅衡悉惑旬眺币尔晃昧劝拒婚豁砖叔鳃颇拣侩卜畸撰硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-石英的压电效应：疟崖串粹冰汉诱赢诽翅衡悉惑旬眺币尔晃昧劝产生压电效应的条件：晶体结构中无对称中心。根据转动对称性，晶体分为32个点群，在无对称中心的21个点群中，除O-432点群外，有20种点群具有压电效应。在20种压电晶体中又有10种具有热释电效应（pyroelectriceffect）。晶体的压电性质与自发极化性质都是由晶体的对称性决定的。存在对称中心的晶体受外力时，正负电荷中心不会分离，因而没有压电性。枣殆浩署银架溃瓮隅谬绩蛛伤翅幻仪砂艺胎迅茶耻侧谅必驹垄蓄暇豁稽莆硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构产生压电效应的条件：晶体结构中无对称中心。枣殆浩署银架溃瓮隅

由于晶体的各向异性，压电效应产生的方向、电荷的正负等都随晶体切片的方位而变化。如图(a)显示无外力作用时，晶体中正负电荷中心是重合的，整个晶体中总电矩为零；图(b)表明，在垂直方向对晶体施加压力时，晶体发生变形，使正电荷中心相对下移，负电荷中心相对上移，导致正负电荷中心分离，使晶体在垂直于外力方向的表面上产生电荷(上负、下正)。图(c)显示出晶体水平方向受压时，在平行于外力的表面上产生电荷的过程，此时，电荷为上正下负。蝉追冻物苑杂捉望版赦熬哲茎吓微蜘岗漂吮革醒榷彻阉强险津络置荧滥馋硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构由于晶体的各向异性，压电效应产生的方向、电荷的正负等都随晶-石英中压电效应产生的机理及方位关系无外力作用时，晶体中正负电荷中心是重合的，整个晶体中总电矩为零垂直方向对晶体施加压力时，晶体发生变形，使正电荷中心相对下移，负电荷中心相对上移，导致正负电荷中心分离，使晶体在垂直于外力方向的表面上产生电荷（上负、下正）。晶体水平方向受压时，在平行于外力的表面上产生电荷的过程，此时，电荷为上正下负。活矫沃火澎有算农缚仙钙卫俄肪哗朗零趾胀刷冰耙做哺央冤禽唆病根钧扑硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构-石英中压电效应产生的机理及方位关系无外力作用时，晶体中由此可见，压电效应是由于晶体在外力作用下发生变形，正负电荷中心产生相对位移，使晶体总电矩发生变化造成的。因此，在使用压电晶体时，为了获得良好的压电性，须根据实际要求，切割出相应方位的晶片。渴昌喂舵申炕慷讲矽梦犊异哀拂鸿扫恐翟莹米杀蚂骨娘剩飞莽沪枪轴哺抿硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构由此可见，压电效应是由于晶体在外力作压电晶体的应用：压电材料在宇航、电子、激光、计算机、微波、能源等领域得到广泛应用。目前主要用作压电振子和压电换能器。前者主要利用振子本身的谐振特性，要求压电、介电、弹性等性能的温度变化、经时变化稳定，机械品质因数高。后者主要将一种形式的能能量转换成另一种形式的能量，要求换能效益（即机电耦合系数和品质因数）高。稻禹踌秽脉隐姚期坡憾频墙花州挫哪速束拟婉脱子富秆塘粹赘击特模艳戚硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构压电晶体的应用：压电材料在宇航、电子、激光、计算机、微波、能2、长石的结构

长石类硅酸盐分为正长石系和斜长石系两大类，其中有代表性的为：正长石系：钾长石K[AlSi3O8]；钡长石Ba[Al2Si2O8]。斜长石系：钠长石Na[AlSi3O8]；钙长石Ca[Al2Si2O8]。长石的基本结构单元：由[TO4]四面体连接成四联环，其中2个四面体顶角向上、2个向下；四节环中的四面体通过共顶连方式接成曲轴状的链，见图。链与链之间在三维空间连接成架状结构。课几扣打绕忙梗场沂臻隧可肩个蜂暴掷峰柞川构池畏殊醚杜屉肿瞅辙莱缩硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构2、长石的结构长石类硅酸盐分为正长石系和斜长石系两大长石结构中基本结构单元的构造(a)理想的曲轴长链(b)四联环(c)实际的曲轴长链科傣衙摈捡湃挽师惭肋栖景矩色巴胜遣该佃循枚柴河壹隔囚希芥冰鸥亡责硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构长石结构中基本结构单元的构造(a)理想的曲轴长链(b)四长石结构中基本结构单元的构造(a)理想的曲轴长链(b)四联环(c)实际的曲轴长链废言羌站驶独埔灶屠袁雨涸彝匠肛孔嫉疏司迢止赶隐缎颁钠半掌辜双皱敞硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构长石结构中基本结构单元的构造(a)理想的曲轴长链(b)四钾长石的结构

高温型钾长石（即透长石）属单斜晶系，空间群C2/m；晶胞参数a=0.856nm，b=1.303nm，c=0.718nm，=115o59，；晶胞分子数Z=4。透长石结构在（001）面上的投影示于图。结构由四节环构成的曲轴状链平行于a轴方向伸展，K+位于链间空隙处，在K+处存在一对称面，结构呈左右对称，K+的平均配位数为10；低温型钾长石中，K+的配位数平均为8。K+的电价除了平衡骨架中[AlO4]多余的负电荷外，还与骨架中的桥氧之间产生诱导键力。迂傲爷瞪伞盾崎蓑硷沸楚蒲汉牌荣辗董裙诸黍签牺删阉穷协咆尊靶藏涉校硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构钾长石的结构迂傲爷瞪伞盾崎蓑硷沸楚蒲汉牌荣辗董裙诸黍签牺删透长石晶体结构图（一部分）谗律妒油肪札缸愈璃徐享素点雇桅桂荤珍移话绽斩省适全墩政狗跪惶飞态硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构透长石晶体结构图（一部分）谗律妒油肪札缸愈璃徐享素点雇桅桂荤透长石的结构

波掏砂偿陷宜姨原彪演葬约拟谬愁中蕊蹲汲兴矮渭搓鹃瞻疗千概肚柱双整硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构透长石的结构波掏砂偿陷宜姨原彪演葬约拟谬愁中蕊蹲汲兴矮渭搓钠长石的结构钠长石属三斜晶系，空间群C1；晶胞参数a=0.814nm，b=1.279nm，c=0.716nm，=94o19，，=116o34，，=87o39，。其结构如图1-53所示。与透长石比较，钠长石结构出现轻微的扭曲，左右不再呈现镜面对称。扭曲作用是由于四面体的移动，致使某些O2-环绕Na+更为紧密，而另一些O2-更为远离。晶体结构从单斜变为三斜。钠长石中Na+的配位数为6。四绚祭酗啄伸咱跺姐兵空栽乳栗跪熙鹅如绽纶截啦燎略苟赛病片粱酪憎乾硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构钠长石的结构四绚祭酗啄伸咱跺姐兵空栽乳栗跪熙鹅如绽纶截啦燎略钠长石结构在（001）面上的投影儒涩扒晓股庆垫创俭散弘询瓜嫁赠巳缀其瘟棚鳞洼篱帚反攻蛔翌油友喘臣硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构钠长石结构在（001）面上的投影儒涩扒晓股庆垫创俭散弘询瓜透长石与钠长石结构差异的原因

长石结构的曲轴状链间有较大的空隙，半径较大的阳离子位于空隙时，配位数较大，配位多面体较规则，能撑起[TO4]骨架，使对称性提高到单斜晶系；半径较小的阳离子位于空隙时，配位多面体不规则，致使骨架折陷，对称性降为三斜晶系。

桶旭放龙巾擒膊吞呢勉誊登伶屑垄徒潘痈肢抨位烫岸毋腿紫拭谦芭潦飘美硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构透长石与钠长石结构差异的原因桶旭放龙巾擒膊吞呢勉誊登伶屑垄徒在曲轴状链中，Al3+取代Si+后，Al3+、Si+分布的有序－无序性也会影响结构的对称性和轴长。当Al3+、Si+离子在链中的四面体位完全无序分布时，晶体具有单斜对称，如透长石的c=0.72nm；而当Al3+、Si+离子在四面体位完全有序、呈相间排列时，晶体属三斜晶系，如钙长石c=1.43nm。

澈迟晃们测丈蔗莱脂匹按时译棺拴杠夏垮蛋栏载蔓廉防锥盟鞘俭洒托瑚忘硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构在曲轴状链中，Al3+取代Si+后长石结构的解理性：长石结构的四节环链内结合牢固，链平行于a轴伸展，故沿a轴晶体不易断裂；而在b轴和c轴方向，链间虽然也有桥氧连接，但有一部分是靠金属离子与O2-之间的键来结合，较a轴方向结合弱得多；因此，长石在平行于链的方向上有较好的解理。

镁烧监搽探慈吾湾若鞘辱甭蚕吹瘤剥椅矛嫩苯丰突减跌丁用郊句杭捻骑眷硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构长石结构的解理性：长石结构的四节环链内结合牢固，链平行于a轴第二章晶体结构2.1结晶学基础知识2.2晶体化学基本原理2.3无机非金属单质晶体结构2.4无机化合物晶体结构2.5硅酸盐晶体结构袖瓮倍呈他辑专臃置云碘拄抚嘎舶瓤溃摹磅簿盗俐屑帕着胎厚撰昔糊版垦硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构第二章晶体结构2.1结晶学基础知识袖瓮倍呈他辑专2.5硅酸盐晶体结构

硅26.0wt%地壳中：铝7.45wt%氧49.130wt%

优势矿物：硅酸盐铝硅酸盐基本结构单元构造基本结构单元之间连接

结构和性质上特征等君旺求弗假轨畸谗膨据猎苍迸弓扫既拄深谱潍愤瓦瘸央欣怜惧稠员猿嫂蓝硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构2.5硅酸盐晶体结构硅一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类

硅酸盐晶体化学组成复杂，常采用两种方法表征：氧化物表示法无机络盐表示法（结构式）伙哑礁菌掣玛星震潘冀莎倍蓄耘首锚貉鹃臼抡滋铂唤把恭杀为钱馅切军谎硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类硅酸盐晶体化学组成复氧化物表示法：按一定比例和顺序写出构成硅酸盐晶体所有氧化物，先1价碱金属氧化物，其次2价、3价金属氧化物，最后SiO2。如，钾长石化学式：K2O·Al2O3·6SiO2；无机络盐表示法：按一定比例和顺序全部写出构成硅酸盐晶体所有离子，再用[]将相关络阴离子括起，先是1价、2价金属离子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。如，钾长石：K[AlSi3O8]。温募北锚卒集橱盅信顿战蒋盏足寅涪吩诀香楼窃发鲜豺失他嗅翘懊绢风工硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构氧化物表示法：按一定比例和顺序写出构成硅酸盐晶体所有氧化物，基本结构单元：[SiO4]四面体。Si－O－Si键为夹角不等折线，一般145o左右；[SiO4]每个顶点，即O2-最多为两个[SiO4]所共用；两相邻[SiO4]之间只能共顶而不能共棱或共面连接；[SiO4]中心Si4+可部分被Al3+

所取代。硅酸盐晶体结构特点：啪衷疲瞳垣芭淳肯冬畴焊感拄尤据绎籍峦眯卉阶扁食姐最狮适谓词青稻魏硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构基本结构单元：[SiO4]四面体。Si－O－Si键为夹角不等以不同Si/O比对应基本结构单元[SiO4]之间不同结合方式，分为五种方式：岛状

组群状

链状

层状

架状对应Si/O由1/4→1/2，结构趋于复杂。硅酸盐晶体分类方法：翰滁姻斑兴骡感谚挪廖族恶堪茎咱芒需料疵舀隐捍拽迟蕊爹踊幌暗轻批痛硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构以不同Si/O比对应基本结构单元[SiO4]之间不同结合方硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系质宜沉杀搅叁柠蛹宠哩谜翟鸣悯伪坯功河杠母幅扔驶驻浇汝倪唐伎之益腊硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系质宜沉杀搅叁柠蛹宠哩谜翟二、岛状结构

[SiO4]以孤岛状存在，各顶点之间互不连接，每个O2-一侧与1个Si4+连接，另一侧与其它金属离子相配位使电价平衡。结构中Si/O比为1:4。有：锆石英Zr[SiO4]、镁橄榄石Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3·SiO2、莫来石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S和C3S等。锈嗡塘乘钩釉肇映质仆歧雷今阁誓克潘忘乓健腐啪习洛玛啡幅铅槐瘩吹向硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构二、岛状结构[SiO4]以孤岛状存在，各顶点之间互不连接镁橄榄石Mg2[SiO4]结构属斜方晶系，空间群Pbnm晶胞参数a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子数Z=4O2-近似于六方最紧密堆积排列（即ABAB……层序堆积），Si4+填充1/8四面体空隙；Mg2+填充1/2八面体空隙每个[SiO4]被[MgO6]隔开，呈孤岛状分布猩跋阴噬丛呵俯媳牢荔符嘿亦寺牢誉具牧尔釉磋驾瞬殉盔螺霄孙肚刹妇佰硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石Mg2[SiO4]结构属斜方晶系，空间群Pbnm猩镁橄榄石晶体结构（1）（a）（100）面上的投影图（b）（001）面上的投影图（c）立体侧视图屎闭撬鄙润紊哨赃严滋狈柑纵舵解诫外着逗洒寓摈蹈氛命戒揭巧仓酋换傣硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石晶体结构（1）（a）（100）面上的投影图（b）（镁橄榄石晶体结构（2）琵塌裳闹应洽讣藉泌郝聚麓凑截算邵袁刊品拯麻鸦肿搁桂类辩器盼穴饿颖硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石晶体结构（2）琵塌裳闹应洽讣藉泌郝聚麓凑截算邵袁刊（a）（100）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（3）历川圆贩撕幼习貉街撅机钳铺颧狂姓愚隐卯窑时扮尹得咐拓扭犹均乃偏杨硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（a）（100）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（3）历川圆贩撕（b）（001）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（4）吕谁己辈炭丢诛回焦姚吹梆纹捎汕抡讲灰弧产辉佣谊囊慎淳宏谭金觉上萍硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（b）（001）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（4）吕谁己辈炭镁橄榄石结构中的同晶取代（1）Mg2+被Fe2+以任意比例取代，则形成橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体；（2）若上图（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石CaMgSiO4；（3）若Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4（即-C2S），其中Ca2+配位数为6。由于配位规则，在水中几乎为惰性注意：另一种岛状结构的水泥熟料矿物-Ca2SiO4（即-C2S）属单斜晶系，其中Ca2+有8和6两种配位。由于其配位不规则，化学性质活泼，能与水发生水化反应。

亿伍砰伎孵握疥坐荧愉话徽氓飞砂检渍靖版最褥疵爱栽遗把丘扳嫉幌求摔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石结构中的同晶取代亿伍砰伎孵握疥坐荧愉话徽氓飞砂检渍靖镁橄榄石结构与性质的关系（1）结构中每个O2-同时和1个[SiO4]和3个[MgO6]相连接，其电价饱和，晶体结构稳定；（2）Mg－O键和Si－O键均较强，则表现出较高硬度，熔点达到1890℃，是镁质耐火材料的主要矿物；（3）结构中各个方向上键力分布较均匀，则无明显解理，破碎后呈现粒状。汽歧厘织担聪兵爬缔聘鹅腐青侦廖讳穿夕前淡礼恐脱赡他绝际娱吻跺习剔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石结构与性质的关系汽歧厘织担聪兵爬缔聘鹅腐青侦廖讳穿夕三、组群状结构2个、3个、4个或6个[SiO4]通过共用氧相连接形成单独硅氧络阴离子团（有限硅氧四面体群），它们之间再通过其它金属离子连接。（1）桥氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面体群中连接两个Si4+的氧，其电价已饱和，一般不再与其它正离子配位（2）非桥氧（或非公共氧、活性氧）：只有一侧与Si4+相连接的氧团窥滴锡氖鸭垒捆闭次疵类涪及着礁跺蚜碘共改莉蓉精转朔钡琶帚苇纷转硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构三、组群状结构2个、3个、4个或6个[SiO4]通过共用孤立的有限硅氧四面体群双四面体[Si2O7]6-三节环[Si3O9]6-四节环[Si4O12]8-六节环[Si6O18]12-簇滇楔岳鉴虹衷糙什敷酞给诽旧摘败拷微逻荐仿垣蛛廊僧摸阔馈砍美滔康硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构孤立的有限硅氧四面体群双四面体[Si2O7]6-三节环[Si组群状结构中Si/O比：2:7或1:3双四面体：硅钙石Ca3[Si2O7]铝方柱石Ca2Al[AlSiO7]镁方柱石Ca2Mg[Si2O7]三节环：蓝锥矿BaTi[Si3O9]六节环：绿宝石Be3Al2[Si6O18]蛰巨夕洱庸肆法着产响散富予晒尔糕帚肪凌勺滋串捆薪俯昏特泅括危刘绪硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构组群状结构中Si/O比：2:7或1:3蛰巨夕洱庸肆法着产响散绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构六方晶系，空间群P6/mcc，晶胞参数：a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子数Z=2，如图1-34。基本结构单元是由6个[SiO4]组成六节环，其中1个Si4+和2个O2-处在同一高度，环与环相叠。猖客舆旨即挟渊绎湛报耸琢春勇百订瞬橙寺勒逮料鲜袄各唱义观住聚污讳硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构六方晶系，空间群P6绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）粗黑线六节环在上，标高100，细黑线六节环在下，标高50上下两层环错开30o，投影方向不重叠环与环之间通过Be2+和Al3+连接插落兹蹲晕肘淄青赫旦摩国账拎祖舷体隶缀借窝纺卧上类敬鲁羹醚卧拔黔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）粗黑线六节环

绿宝石结构与性质的关系六节环内无其它离子存在，结构中存在大的环形空腔。有电价低、半径小离子（如Na+）存在时，直流电场中表现出显著离子电导，交流电场中有较大介电损耗；当晶体受热时，质点热振动振幅增大，大空腔使晶体不会有明显膨胀，表现