12、含氧盐大类剖析

第十二章含氧盐大类高岭石的电子显微镜照片含氧盐是由各种含氧酸根(如[SiO4]4-、[CO3]2-、[SO4]2-)与金属阳离子结合所形成的一大类化合物。含氧盐大类矿物约占已知矿物种数的三分之二，重量超过地壳总量的五分之四，是地壳中分布最广泛、最常见的一大类矿物。是构成三大岩类岩石的主要矿物，也是国民经济中很多重要的矿物原料，特殊是非金属矿物原料：如建材、化工、陶瓷、冶金帮助原料以及很多珍贵的宝(玉)石原料，主要是来自含氧盐大类矿物。意义：

（1）重要的造岩矿物：

橄榄石---辉石---角闪石---长石---沸石

（2）稀有金属的重要来源：Li、Be、B、Zr、Rb、Cs

（3）珍贵的宝玉石原料：绿柱石（祖母绿、海蓝宝石）、硬玉（翡翠的主要矿物）、软玉(细腻致密的透闪石岩)、鸡血石(“地”和“血”)、碧玺、坦桑石、紫牙乌

（4）重要的非金属矿物原料：滑石、云母、石棉、沸石、方解石、石膏、粘土类如高岭土等。坦桑石矿物名称：黝帘石Zoisite（tanzanite）黝帘石属斜方晶系，柱状或板柱状，一组完全解理，H=6.5-7，密度：中级，3.35g/cm3。含氧盐大类--硅酸盐类--岛状结构硅酸盐亚类--绿帘石族黝帘石是斜黝帘石的同质多象变体。绿帘石中三价铁被铝完全代替---斜黝帘石。即绿帘石-斜黝帘石完全类质同象系列。坦桑石光性特征：非均质体，二轴晶，正光性。多色性：矿物依据入射光源和入射角度的不同而变更颜色的性质。坦桑石具强的多色性(三色)，如：蓝色，紫红色和绿黄色；紫牙乌矿物名称：石榴子石Garnet等轴晶系，粒状，无解理，H=7-7.5，密度：中-重级，3.5-4.3克/立方厘米。含氧盐大类--硅酸盐类--岛状结构硅酸盐亚类

--石榴子石族矿物紫牙乌是颜色深红带紫的石榴子石。紫牙乌光性特征：均质体。无多色性。中低档宝石之一。依据络阴离子种类的不同，分为以下几类：

硅酸盐类----络阴离子种类[SiO4]4-

碳酸盐类----络阴离子种类[CO3]2-

硫酸盐类----络阴离子种类[SO4]2-

磷酸盐类----络阴离子种类[PO4]3-

钒酸盐类----络阴离子种类[VO4]3-

砷酸盐类----络阴离子种类[AsO4]3-

硝酸盐类----络阴离子种类[NO3]-

硼酸盐类----络阴离子种类[BO3]3-含氧盐大类重点1、阳离子---主要是惰性气体型离子：Si4+、Al3+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+。部分过渡型离子：Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cr3+、Ti4+。铜型离子较少进入含氧盐。2、阴离子----阴离子团，由Si、S、N、C、P等和O组成的络阴离子（如络阴离子［SiO4］4-），还可出现附加阴离子（如O2-、OH-）。还可有H2O分子的参与。3、类质同象类质同象极为普遍（各类或亚类差别也较大）。如：碳酸盐类，菱镁矿-菱铁矿，完全类质同象。硅酸盐类，骨干外极为普遍，骨干内各亚类不完全相同。4、晶体结构硅氧骨干：硅酸盐的基本构造单元中Si和O组成的硅氧四面体[SiO4]4-，在硅酸盐结构中，[SiO4]4-四面体既可以孤立地被其它阳离子包围起来，也可以彼此以共角顶的方式连结起来形成各种形式的硅氧骨干与其它阳离子结合，目前所发觉的硅氧骨干形式已有数十种，但主要有5种。5、形态与一般物理性质络阴离子内部以共价键为主，络阴离子与其外阳离子结合时多为离子键，所以晶体为典型的离子晶格。矿物多具白色条痕、玻璃光泽、透亮。硬度变更极大，视成份、结构不同而异。硅酸盐硬度最高（层状低），解理等级、组数差别都很大。第一类硅酸盐类矿物氧和硅是地壳中分布最广、平均含量最高的元素，其克拉克值分别为46.6%和27.72%，硅和氧结合。除形成SiO2矿物外，主要构成[SiO4]4-络阴离子

与其他阳离子结合形成大量的硅酸盐。硅酸盐矿物在自然界分布极为广泛，已知硅酸盐矿物有800余种，约占已知矿物种的1/4，就其质量而言，约占地壳岩石圈总质量的80%。硅酸盐类矿物是三大类岩石的主要造岩矿物，同时也是工业上所须要的多种金属和非金属的矿物资源，此外，还有不少硅酸盐矿物是珍贵的宝石矿物。一、化学成分1、阳离子---主要是惰性气体型离子：Si4+、Al3+、K+、Na+、Ca2+、Mg2+。部分过渡型离子：Fe2+、Fe3+、Mn2+、Cr3+、Ti4+。铜型离子很少。2、阴离子----主要是由Si和O组成的硅氧骨干（络阴离子［SiO4］4-），此外还可出现附加阴离子O2-、OH-、F-、Cl-等，还可有H2O分子的参与（如异极矿）。3、类质同象硅酸盐矿物中类质同象极为普遍，主要类质同象系列如下：硅氧骨干中：

Al3+→Si4+

硅氧骨干外：

Mg2+

—Fe2+

—Mn2+

—Ni2+—Co2+Al3+

—Fe3+—

Cr3+

—

Ti4+Na+—Ca2+Na+

—

K+

—

Ba2+K+

—

Rb+

—Cs+Zr4+

—

Hf4+

—

Th4+

—U4+

二、晶体结构硅氧骨干：硅酸盐的基本构造单元中Si和O组成的硅氧四面体[SiO4]4-，在硅酸盐结构中，[SiO4]4-四面体既可以孤立地被其它阳离子包围起来，也可以彼此以共角顶的方式连结起来形成各种形式的硅氧骨干与其它阳离子结合，目前所发觉的硅氧骨干形式已有数十种，但主要有5种。1、岛状硅氧骨干单四面体[SiO4]4-双四面体［Si2O7]6-石榴子石族橄榄石锆石绿帘石符山石2、环状硅氧骨干

硅氧四面体彼此之间共用两个（或三个）角顶构成封闭的环状：

三方环[Si3O9]6-

电气石-复三方环

四方环[Si4O12]8-六方环[Si6O18]12-

绿柱石堇青石整柱石3、链状硅氧骨干----单链和双链硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成一向延长的单链辉石式[Si2O6]4-硅灰石式[Si3O9]6-蔷薇辉石式[Si5O15]10-单链单链硅氧四面体一部分共用两个角顶，一部分共用三个角顶相互联接构成一向延长的双链。双链角闪石式[Si4O11]6-硬硅钙石[Si4O11]6-夕线石式[AlSiO5]3-

每个硅氧四面体共用三个角顶构成

二向延展的平面层状骨干----［Si4O10]4-4、层状硅氧骨干滑石Mg3［Si4O10](OH)2叶腊石Al2［Si4O10](OH)2［AlSi3O10]5-云母族白云母K{Al2［AlSi3O10]}(OH)2活性氧？惰性氧？5、架状硅氧骨干但是在硅酸盐中，这种架状结构并不完全由硅氧四面体组成，而必需有一部分硅氧四面体被铝氧四面体所代替，这样才能出现多余的负电荷，而成为架状络阴离子：[(AlxSin-x)O2n]x-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。Al3+→Si4+的多少、能否，主要取决于硅氧骨干的形式。骨干形式：Al3+→Si4+岛状：几乎没有，极个别：Ca2（Al2Mg）[(Al，Si)［SiO7]黄长石环状：极少(Mg.Fe)2Al3[AlSi5O18]堇青石链状：少数一般辉石，一般角闪石层状：较多KAl2[AlSi3O10](OH)2白云母架状：必需有K[AlSi3O8]钾长石否则，K[AlSi3O8]→[Si4O8]：为氧化物[Si4O8]：→α-SiO2［A1O4］四面体为不稳定的配位形式，在结构中须要由［SiO4］四面体的支持，只有在具有无限延长的硅氧骨干(链、层、架)的结构中，Al3+代Si4+才有可能，而在具有架状结构硅氧骨干的硅酸盐中，Al3+代Si4+是必需的。Al3+代Si4+的难易依次如下：难→易→必需单链→双链→层状→架状在晶体结构中，两个［AlO4］不能相连，Al3+代Si4+的数目不能超过硅氧骨干中Al和Si的总数的一半。即Al:Si＜1:1。三、硅酸盐类矿物中亚类的划分据强键在空间的分布：即硅氧骨干的形式分为四个亚类：1、岛状结构硅酸盐亚类：（单、双四面体）2、环状结构硅酸盐亚类：强键在有限空间分布。3、链状结构硅酸盐亚类：（单、双链状骨干）强键在一个方向延长。4、层状结构硅酸盐亚类：（层状骨干矿物）强键在平面延长。5、架状结构硅酸盐亚类：（架状骨干矿物）强键在三维空间分布。四、铝在硅酸盐中的作用

1、Al3+可以呈4次配位，代替部分的Si4+进入络阴离子，形成铝硅酸盐。例：钠长石----Na[AlSi3O8]

2、Al3+可以呈6次配位，存在于硅氧骨干之外，作为阳离子，形成铝的硅酸盐。例：高岭石---Al4[Si4O10](OH)83、双重作用：Al3+的两种配位形式可以同时存在于同一构造中，形成铝的铝硅酸盐。例：白云母

KAl2[AlSi3O10](OH)2叶腊石Al2［Si4O10](OH)2五、形态与一般物理性质

1、形态形态取决于硅氧骨干的形式以及骨干外的阳离子配位多面体的联结形式。

孤立四面体：主要为粒状：石榴子石族、橄榄石；

环状骨干：柱状：绿柱石、电气石；

链状骨干：柱状、针状、纤维状：辉石、角闪石、硅灰石；

层状骨干：板、片、鳞片：云母、绿泥石；

架状骨干：短柱状、板、粒状：长石、白榴石。2、一般物理性质（1）光学性质硅酸盐类矿物，多为共价键--离子键，具离子晶格的特点：颜色多为浅色，少数为深色，但条痕均为白色；玻璃光泽，少数为金刚光泽；透亮。（2）力学性质①解理

岛状硅酸盐：解理不发育，多为不完全解理；

链状硅酸盐：多为平行链方向的两组完全-中等解理

层状硅酸盐：平行层的一组（极）完全解理

架状硅酸盐：长石族：两组完全解理似长石族：解理不发育②硬度：除层状结构硅酸盐矿物及沸石族矿物外，Ｈ均大于小刀。③密度：孤立四面体的硅酸盐比重较大，可达重级，一般为中等，层、架、含水硅酸盐比重较小。六、Si-O键性岛状：[SiO4]4-

Si:O=1:4共价键性100%环状：[Si6O18]12-

Si:O=1:3共价键性75%单链：[Si2O6]4-

Si:O=1:3共价键性75%双链：[Si4O11]6-

Si:O