硅酸盐晶体结构

第二节硅酸盐(Silicate)晶体结构地壳中的优势矿物为硅酸盐和铝硅酸盐。在地壳中形成矿物时，由于成矿的环境不可能十分纯净，矿物组成中常含有其它元素，加之硅酸盐晶体中的正负离子都可以被其它离子部分或全部取代，这就使得硅酸盐晶体的化学组成甚为复杂。地壳内元素的丰度一、硅酸盐晶体的一般特点及分类

硅酸盐结构的一般特点:（1）据鲍林第一规则，，Si4＋的配位数为4，形成[SiO4]四面体。Si－O之间的平均距离为0.160nm，此值小于硅氧离子半径之和0.181nm，说明硅氧键并非简单的离子键，尚含有相当成分的共价键，一般认为，离子键和共价键各占50％。Si4＋之间不直接相连，而必须通过O2－相连。（2）按静电键规则，Z－＝4，s=1，i=2，所以么一个O2－最多为两个[SiO4]四面体所共有，如果只有一个Si4＋为O2－提供电价，那么O2－另一个未饱和的电价将由其它离子如Al3＋、Mg2＋……等来提供。

[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+

所取代。这种情况在硅酸盐结构中是经常见到的。续（3）按鲍林第三规则，[SiO4]四面体可以独立存在，两个相邻的[SiO4]四面体只以共顶，而不以共棱或共面存在。（4）按鲍林第五规则，在同一类型硅酸盐中，[SiO4]四面体的连接方式一般只有一种。（5）Si－O－Si结合键通常并不是一条直线，而是一条折线，其Si－O－Si键角并不完全一致，一般在145˚左右。SP3杂化书写方法硅酸盐晶体的表达式有化学式和结构式两种：（1）即按氧化物来书写。若用化学式书写，则可按1价、2价、3价……氧化物的顺序书写，最后写出SiO2和H2O。（2）即按无机络盐方式书写。若用结构式书写，则先写外加正离子，后写硅氧骨干，再写外加负离子，（OH）和H2O。例1：钾长石，化学式：K2O·Al2O3·6SiO2，结构式：KAlSi3O8。例2：高岭石，化学式：Al2O3•2SiO2•2H2O，结构式：Al2[Si2O5](OH)4。Si:O公用氧硅氧骨干类型例子1:40[SiO4]4-孤岛状有限硅氧基团镁橄榄石Mg2[SiO4]1:3.51[Si2O7]6-双四面体硅钙石Ca3[Si2O7]1:32[Si3O9]6-三元环蓝锥矿BaTi[Si3O9]2[Si4O12]8-四元环斧石Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH)2[Si6O18]12-六元环绿宝石Be3Al2[Si6O18]2[Si2O6]4-单链状无限硅氧基团透辉石CaMg[Si2O6]1:2.752，3[Si4O11]6-双链状透闪石CaMg5[Si4O11]2(OH)21:2.53[Si4O10]4-层状高岭石Al4[Si4O10](OH)81:24[SiO2]架状石英SiO2表硅酸盐晶体结构分类66硅酸盐结构示意图双四面体结构单元[Si2O8]8-—1O2-=[Si2O7]6-此O被共用三元环基本结构单元[Si3O12]12-－3O2-＝[Si3O9]6-此O被共用共有三个这样的O对于每个[SiO4]有两个O被共用六元环O5O4O8O10O3O3O9Si4O5Si3O4O8Si1Si2O10O9Si4Si3O6O7O2O1O6O7链状结构示意图单链结构示意图Singlechains双链结构示意图Doublechainsilicates二、岛状结构（Orthosilicates(Nesosilictaes)）在硅酸盐晶体中，[SiO4]四面体以孤立状态存在，[SiO4]四面体之间不是以O2－共顶连接，即每个O2－除了与一个Si4+相连外，不再与其它[SiO4]四面体中的Si4+相连，而与其它金属离子相连。主要有镁橄榄石（Mg2SiO4），锆英石（ZrSiO4）等

Neo-:fromGreekMeans:island（1）镁橄榄石（Mg2SiO4）（Olivine）基本特征：斜方晶系，Pbnm空间群。晶格常数a=0.467nm,b=1.020nm,c=0.598nm,每个晶胞中有4个“分子”，故可以写成Mg8Si4O16。按鲍林第一规则:所以Si4＋的配位数为4，形成[SiO4]四面体；，所以Mg2＋的配位数为6，形成[MgO6]八面体。按鲍林第三规则，[SiO4]四面体应该孤立存在，而[MgO6]八面体可以共棱。

续（镁橄榄石结构）按鲍林第四规则，高价低配位的[SiO4]四面体不互相结合，而是孤立存在，而[SiO4]四面体和[MgO6]八面体直接可以共顶和共棱连接。按鲍林第五规则，在镁橄榄石中，Si4＋的配位方式只有[SiO4]四面体，Mg2＋只有[MgO6]八面体，没有其它形式配位多面体的存在。结构和性能的关系：镁橄榄石结构紧密，静电键也很强，硬度较高，结构稳定，熔点高达1800℃，是一类重要的耐火材料。同时在各个方向上结合力分布差异不大，所以没有显著的解理，常呈粒状。示意图镁橄榄石在（100）面投影镁橄榄石结构中的同晶取代：镁橄榄石中的Mg2+可以被Fe2+以任意比例取代，形成铁橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体。

部分Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石CaMgSiO4。如果Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4，即-C2S，其中Ca2+的配位数为6。水泥熟料矿物-Ca2SiO4，属于单斜晶系，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。而-C2S由于配位规则，在水中几乎是惰性的。

其它同类型晶体：蓝晶石Al2O3·SiO2、莫来石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中的-C2S、-C2S和C3S等。水泥的主要组成矿物之一橄榄牢石自然小界中工，橄俘榄石稳（Pe重ri陵do洲t或Ol垂iv跃in各e）因具缎有橄物榄绿怪色而肢得名荣，以梁酷似集祖母免绿色就者最仔佳，帖次为块浓绿镰色和兰黄绿卸色，备为八外月诞加辰石染，产针于河祥北，延吉林渐。三、萝组群臭状结女构（So淡ro勿si社li碧ca论te耻s刘an腰d阀Cy经cl俯os姐il饰ic妖at罚es图）基本样特点浊：两个旅、三拌个、效四个决或六瞒个[Si害O4]四面波体通轻过共幻玉用氧柄相连写接，窜形成池单独显有限仓的硅讨氧络冒阴离得子，鞋除双昂四面记体外画其余涉的通叛常为环状湖(Ri挥ng笋S纤il爹ic钟at衡es延)，环代还可攀以重末叠起腥来形叉成双薯环，话如六馅元双俗环。划环与觉环之制间通训过其穷它金术属正码离子丑如Ca2＋、Mg2+、Be2＋等联视系起蛋来。常见师同类疾矿物甩：硅钙殃石Ca3[S议i2O7],镁方右柱石Ca2Mg绵[S壤i2O7]，蓝锥首矿Ba冶Ti符[S姿i3O9]，绿宝长石Be3Al2[S遥i6O18]等。举例:绿宝驴石绿宝韵石（Be3Al2[S谈i6O18]，be姓ry篮l）基本糟特征:六方阴晶系叉，P6夕/m蜜cc空间卫群，a=泪0.记91始9n策m，c=瞎0.往91糊9n般m。“分若子数绍”Z＝2。基本叙结构氏特征染：六个[Si富O4]四面拿体形擦成六聚元环朴，六糟节环扑中一筛个Si4＋和两熟个O2－在同法一高腐度，碰环与浇环相包叠，捎途中匪粗黑召线和袭细黑姿线分耍别表疏示上介下两涉层，判上下分两层稀交叉30赠˚。环与亚环之狼间由Be2＋和Al3＋连接别。三个85位置誉的O2-和三叔个65位置区的O2-及其医中的Al3＋构成[Al毫O6]八面虚体。锡而两突个85位置帖的O2－和两连个65位置播的O2－及其疾中的Be2＋构成[Be等O4]四面扑体。O2－，连接颤有三色个[Be迅O4]四面跌体和茎一个[Al观O6]八面国体，纽奉电价挤达到胡饱和宗。六元秒环绿宝植石结驱构示泥意图绿宝曲石结爬构在宪（0皆00帅1）绒面上令的投信影祖母咐绿为绿基柱石锄矿物相的一及种，旦因具饥特殊员晶莹父的“奔祖母委绿色掘”被著誉为群“绿碧色宝撕石之糊王”舅，据学说其围绿色袋之美奴，任捧何绿乏色以泡宝石羞皆望讽尘莫行及。坑以翠翠绿、钞皆为裙佳，妈优质厉绿祖梅母绿础均产砍于哥售伦比咽亚。绿柱发石和股云母绿柱柔石链状趁硅酸育盐Ch泉ai泽n市Si当li镰ca竟te葡s都(I良no红si膏li类ca沿te郊s)基本定特点河：一个蹈硅氧考四面瓜体有秧两个忧顶点碎被共容用，沫而形涌成各窃种环姻状与鄙链状废结构北结合欧的长纠链，既可适以是婆单链谢，也炭可以榆是双弹链。链郑上未种饱和码的氧鸣离子休靠金晃属阳案离子(如Mg2+，Ca2+等)饱和浮，并肾且把狡链与凝链连平接在必一起抄。代表肿矿物云：辉石汇族和极闪石背族。辉石厨族是值陶瓷场中主瞎要物僵相。芝滑石吵瓷的序主要翻晶相协是顽穷火辉佛石晶视体Mg2[S寨i2O6]。石棉叫是闪币石类忍矿物朽，具富有双捞链结搁构，掘呈细喊长纤忠维状灯。In弯o-借:妹f按ro高m乱Gr据ee码kme务an英s:归th枯re卸ad单链剑结构妖示意西图Si浑ng蜻le牺c舅ha除in微s双链潜结构侮示意懂图Do缎ub昏le济c走ha相in眯s插il百ic幅at勉es透辉旱石结构阶特征制：单舟斜晶掘系，C2喉/C空间雁群，单链透闪似石－Ca2Mg5Si4O11(O能H)2单斜天，（10率0）面饱上的肾投影翡翠昨，硬意玉类仙。软玉戚，由溜角闪赌石矿屯物组竭成透灰买石透闪粪石直闪摆石石嗓棉层状隐硅酸方盐结味构(Sh右ee奏t恩Si胁li萍ca螺te搭o孕r罩Ph佣yl干lo装si受li您ca鸽te茂s)基本坚特征粪：（1警）[Si严O4]四面班体通湿过三冰个共馆用氧颗构成按向二恐维空如间无经限伸碧展的逢六节赌环。晕在六偷节环动中，欢可以孝取出巴一个闹基本汽单元[Si4O10]，每一州个[Si粮O4]四面辱体的渐第四洗个顶蒙点(O2-)则与钉金属答阳离凤子结砍合，说像这接种只谢与一邀个硅拨相联伤结的赶氧为孙“活葛性氧瞎”，汪活性穷氧可段指向惰一方裤也可阳以指证向相衡反的敌方向房诚。在层浆状结揪构中宾，层宁与层淹之间菠靠分藏子间阅力或策氢键疼结合劣，比业层内来的Si报-O键结决合力警小得拌多，各故这熊种结口构材订料可较以沿饺层与弹层之霜间劈辞开成突薄片包，很铺容易铅产生沸层与篮层之鸽间滑融移。常见瓣矿物织：高烦岭石省、云旷母和将滑石森。层状皂硅酸教盐中丧的四照面体如何纯得到堡基本色结构录单元炒？层状谨结构疼示意坊图a=0.52nma=0.90nm中、聋小半货径的斥阳离秆子Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等，疏形成秒二维炼连续批的六铲配位克的铝贿氧八嫩面体事结构泪层或俘镁氧涉八面康体结匪构层萍。将聪八面趋体划替分为镇两种输类型武：其一饥为三八井面体任层；具率有与酬氢氧即镁石Mg（OH）2结构会相同洪的特垮点，厦故又桌称氢溉氧镁从石层帅；其二夹为二八若面体柔层；这她种八府面体微结构际层具侵有与哗三水禽铝石Al（OH）3结构谨相同奔的特版点，酬所以少又称拳氢氧鸦铝石麻层。咐若八斥面体间层中旧，二对价和浆三价插阳离尺子同南时存内在，潜则属咐于上产述两帐者之唯间的故中间阻类型揭。双层林结构六元这环高岭淹石（Ka怒ol丢in党it香e）Al4(S赶i4O10)蔬(O用H)8最早摸发现搂于江绿西景唯德镇斑，景倾德镇家古称攻昌南续（Ch喘in播a出处舅），扇明末衰，在海景德肉镇高坚岭村苦开采症此矿破，命趴名为光高岭址土。句后经徒德国血地质朵学家戒李希侨霍芬控按高蹦岭土嫁之音数译成司“Ka牢ol钟in汤”介绍线到世社界矿舞物学姻界。放多顾呈隐咏晶质档、分忠散粉哭末状龄、疏霸松块纱状集侍合体薪。白顶或浅冬灰、卖浅绿利、浅项黄、赶浅红潜等颜毕色，何条痕兰白色爱，土顺状光条泽。五摩氏恶硬度滚2-环2.技5，漏比重议2.胳6-献2.惨63扰。吸加水性躺强，驻和水罪具有姨可塑该性，钢粘舌遣，干饿土块马具粗豆糙感存。咏高岭瘦石是气组成各高岭威土的传主要课矿物荡，常喜见于犯岩浆失岩和柔变质散岩的聋风化绑壳中硬。中乖国高伴岭石雨的著栏名产轰地有压江西光景德昨镇、轨江苏付苏州校、河惰北唐透山、情湖南想醴陵钉等。裂世界甚其它穿著名往产地旨有英塔国的兼康沃映尔和尽德文尿、法挠国的己伊里跨埃、暖美国头的佐搏治亚蓄等。副高岭独石是供陶瓷绢的主斯要原惠料，苏在其悲它工耕业中水也有版广泛起使用童。(0肺10从)(0腥01塔)属于讨双层呢结构葵。从高臭岭土厕结构招可以后推出掏其它捡层状典硅酸凝盐高岭国土－额双层诸结构叶腊深石－斧三层均结构叶蛇护纹石2A仍l3+被3个Mg2+加一剂层加一赢层加层酱间水皂石加层杀间水蒙脱纽奉石滑石高岭盐石蛇纹桨石－秩双层羞结构滑石葵－三独层结配构举例高岭博石叶腊晌石滑石叶腊苗石：Al2[S能i4O10](护OH雷)2属2：1型层寸状结京构的匀硅酸翠盐矿姥物柏，层联间靠鹿范德职华力铸连结.有滑般腻感棚，烧披成收喊缩小煌，线注膨胀披系数亿不大在，适枕宜于烈快速丹烧成愧。滑石雀：Mg3(S锐i4O10)(趣OH惰)2为2：1型层差状结死构的页硅酸谊盐骨矿物哈，硬额度为1，可章作为别电瓷樱用料无。无达可塑配性。蒙脱铅石（合微晶特高岭抢石）狗的结狐构单斜拜晶系债，空懂间群C2例/m责a；理械论化她学式自为Al2[S守i4O10](竟OH岛)2·n于H2O；晶胞傲参数a=披0.杜51骄5n投m，b=阀0.刻89逆4n备m，c=声1.拼52遗0n倒m，=9改0o；单库位晶逐胞中Z=够2。实际录化学甚式为(A酬l2-冤xMgx)[哭Si4O10](州OH难)2·（Nax·n吊H2O），式中x=国0.伤33，晶顷胞参叫数a0.耕53皇2n愉m，b0.劲90峰6n透m，c的数坏值随测含水绩量而樱变化脊，无扭水时c0.免96听0n言m。水分稿子易壳渗透遥进入蝇层间状，使佛晶胞c轴膨售胀，司随含获水量泥变化笋，由0.虏96字0n医m变化崭至2.促14泉0n朝m，因毛此，蒙脱纷石又称私为膨润滨土。钠基针膨润蚀土和钙基顺膨润划土结构勤与性愤质关裙系：C轴变校化较曲大，咬易于票吸水。蒙脱山石晶仁胞c轴长尤度随画含水列量而铲变化国，甚团至空忆气湿令度的意波动钉也能吧导致c轴参殖数的搂变化毁，所臂以，渐晶体幕易于缺膨胀嚼或压奴缩。境加水早膨胀飘，加柄热脱大水并椒产生桶较大温收缩斤，一塔直干可燥到惹脱去固结构捡水之逼前，港其晶每格结兼构不府会被拥破坏工。高离傍子交泪换能渔力。随层次间水沾进入羡的正鄙离子搏使复堪网层论电价鲜平衡污，它禽们易夕于被迹交换薯，使现矿物偏具有钱很高尘的阳厕离子国交换偶能力盼。用途滑石可入惯药，牲有吸凑附和思收敛际作用很，内涨服能锤保护船肠壁段。滑烘石粉登撒布夏创面赵形成红被膜僻，有贪保护朽创面丈，吸义收分乞泌物寻，促笋进结吧痂的行作用姜。药物意载体(蒙脱止石),化妆蜘品,高级毛乳胶幸漆,水性皂涂料,纺织载印花崖糊料,农药旦蚕药炮助剂,饲料蓄等白云雷母：结构炕式为KA炉l2[(桥Al迁Si3)O10](批OH南)2属单盆斜晶拘系。雁为六沸角板党状。飘差热唉曲线糠为：

100--150oC

550---600oC880oC910oC白云赔母黏土再矿物辱的基奇本性挤质（1）码可裕塑性庄（2）支膨升胀性（3）辟稠逝性步（4）集分锤散性（5）掌凝邮聚性博（6）答黏滔性（7）谅触挽变性禁（8）灯离校子交锅换性黏土锁的形键成（1）担风鼻化作纽奉用晴（4）丘有机巩酸的偶腐蚀牧作用（2）掘机溉械侵雪蚀作宫用精（5）起蒸汽黎与热亩水的渣作用（3）竖化愚学分芝解作传用粘土富黏土5、架是状结泽构Fr礼am宁ew棕or酒k汽Si存li端ca葡te就s颂(T芹ek修to娇si委li谦ca金te阁s)基本割特征耕：在骨唤架状洋结构姻中，鸟硅氧蚕四面晌体之瞎间共祖有四愿个顶限点，蚊四个O2－全部殃为公采用氧礼，[Si丙O4]四面荣体构兴成三裹维无少限骨届架状诵结构弃。陶瓷谁材料陆中，庄非常惯重要亮的硅耕石(Si呢O2)就具识有由[Si占O4]四面艺体组递成的炕三维送骨架瘦结构泛。除此寄以外厦，[Si阴O4]四面接体中显的Si4+若被Al3＋所取缠代，册形成[Al园Si腥O4]或[Al叙Si3O8]等形垮式，附此时(Al尼+S语i)情/O仍为1：2。代表轿矿物涨：石痒英、写长石扑、沸薄石等铸。1、Si百O2的各名种变僚体及针其结课构Si者O2是玻行璃、催陶瓷烛等行乏业一驻种重坟要的艳原料岗，它平有许和多种佛变体当，常医温常殃压下拣可以挤分为弯石英随、鳞之石英董和方河石英裹三个田系列境。PolymorphDensityCrystalClassStabilityCristobalite

2.33CubicAbove1470CTridymite

2.28HexagonalAbove870CQuartz(High)2.53HexagonalAbove570CQuartz(Low)2.65RhombohedralSurfaceConditionsCoesite2.93MonoclinicAbove20kbStishovite4.30TetragonalAbove80kb1、石劈燕英族信晶体忍的结逮构Si望O2晶体殃具有芝多种疑变体途，常哨压下颈可分稍为三任个系难列：精石英矛、鳞呼石英亮和方碧石英魄。它刊们的染转变誉关系痕如下拆：87闷0℃朝14井70鞠℃蔬1烈72贸3℃-石英-鳞石客英-方石袍英再熔体57忠3℃概16芝0℃眯26口8℃-石英-鳞石股英-方石集英11卷7℃-鳞石痛英石英/水晶石英层与辰裳砂共狭生玛瑙碧玉位移乘性转隐变：上述雀各变借体中塔，同等一系敞列（莲即纵且向）蛋之间泰的转鄙变不怨涉及与晶体卷结构更中键织的破盲裂和便重建问，仅宇是键砍长、谜键角岔的调峰整，咳转变事迅速伴且可黑逆，益如-石英倘、-石英悬之驱间的唯相变秀。又炕称为二级星相变庄。重建糊型相竖变：不同兼系列倚（即演横向鸡）之雷间的谈转变闲，如-石英损和-鳞石句英、-鳞石迫英和-方石仆英之舒间的令转变座都涉贯及键紫的破盟裂和剥重建前，转惧变速秃度缓设慢。传又称季为一梦级相兽变。一级礼相变处~只重建蕉型相果变如Si那O2b-方石最英b-石英a-石英晶体客的相聪变石英象的三惨个主占要变灯体：-石英疤、-鳞石伍英和-方石厌英结坊构上浇的主器要差尽别在彩于硅隶氧四吊面体舒之间沿的连裳接方躁式不窗同。-方石句英中灭，两擦个共梢顶连扔接的辜硅氧掉四面盲体以旨共用O2-为中割心处辽于中是心对索称状尿态。在-鳞石抬英中涨，两刘个共匪顶的朴硅氧荡四面席体之酬间相南当于且有一矮对称星面。在-石英呀中，掠相当倡于在-方石幼英结悬构基烟础上桐，使Si走-O赤-S胖i键由18冲0o转变灾为15梁0o。由于丽这三恢种石裕英中恐硅氧坚四面汪体的婆连接卷方式放不同有，因蓝此，粥它们弓之间彩的转珍变属婚于重服建性算转变冻。石英到种类恼及特艘征（a）α－方葛石英鸭（b）α－鳞商石英扭（c）β－石矩英中心枪对称对称蚁面Si蚊-O赤-S交i键由18限0o转变增为