第十八讲层状和架状硅酸盐亚类

第十八讲层状和架状硅酸盐亚类演示文稿当前第1页\共有52页\编于星期三\11点（优选）第十八讲层状和架状硅酸盐亚类当前第2页\共有52页\编于星期三\11点一概述分类：依结构单元层的配置：

——TO型：蛇纹石-高岭石族；

——TOT型：滑石-叶蜡石族；云母族；绿泥石族；伊利石（水云母）族；埃洛石（叙永石、多水高岭石）族；蒙脱石-蛭石族。依八面体片中阳离子数目：

——三八面体型

——二八面体型成因：岩浆作用，区域变质作用，热液蚀变作用。当前第3页\共有52页\编于星期三\11点二晶体结构特征：1、四面体片及八面体片：

[SiO4]四面体连接成层，活性氧指向一边，即形成四面体片，用T表示；两层四面体片的活性氧相对（活性氧形成的六方环中央有OH），并位移一定距离以达到最紧密堆积方式排列，形成八面体片，用O表示。O层也可能是由一层活性氧与一层OH组成。当前第4页\共有52页\编于星期三\11点TOOH当前第5页\共有52页\编于星期三\11点2、三八面体型与二八面体型：八面体片（O层）里面如果充填2价离子（如Mg2+），则可以全部充满，这时形成的O层结构叫三八面体型；如果充填3价离子（如Al3+），则不可以全部充满，只能充填2/3的八面体，这时形成的O层结构叫二八面体型。当前第6页\共有52页\编于星期三\11点3、结构单元层的基本类型：四面体T层八面体O层组合起来形成更大一级的单位层，并以此周期性地堆跺起来形成整个层状结构，这种单位层叫结构单元层，有两种基本类型：1:1型（TO型）2:1型（TOT型）TOTOT当前第7页\共有52页\编于星期三\11点高岭石型叶腊石型云母型绿泥石型当前第8页\共有52页\编于星期三\11点4、层间域：结构单元层之间的空隙层叫层间域，其间可充填大阳离子（K,Na,Ca等）、水分子、有机分子等，也可以空着，决定于层内电荷是否平衡（思考：层内电荷平衡性决定于什么？）。层间域里的内容直接影响层状硅酸盐矿物的硬度、解理、弹性、挠性、吸附性、离子交换性等。当前第9页\共有52页\编于星期三\11点5、多型：结构单元层内，两层相对的T层活性氧要位移才能形成最紧密堆积层，这个位移矢量可以有多种选择，使得结构单元层的叠置方式不同，形成多型：1M多型2O多型当前第10页\共有52页\编于星期三\11点6、混层矿物：不同矿物之间的结构单元层，以相似的两个T层为基础，可以相互连生在一起，形成混层矿物：云母层蒙皂石层云母层蒙皂石层云母与蒙皂石1:1混层，形成累托石当前第11页\共有52页\编于星期三\11点片状，有时可见假六方片。一组极完全解理，解理片具弹性或挠性（决定于什么？），硬度低，较轻，玻璃光泽，珍珠光泽。此外，层状硅酸盐矿物还有一些特殊物理性质：吸附性、离子交换性、膨胀性、可塑性、烧结性。具有很大的工业应用价值。黏（粘）土矿物：粒度小于2um的层状硅酸盐矿物。黏土矿物强调粒度小，是因为粒度越小，上述物理性质越突出，工业应用越好。三、形态及物理性质：当前第12页\共有52页\编于星期三\11点矿物形态和特性特点与成分和构造的关系（1）层状硅氧骨干决定了该亚类矿物均呈片状，无一例外。（2）结构中，八面体片和四面体片内主要是共价键，而O片和T片之间的联结力主要是离子键，因而矿物在光学性质上表现为玻璃光泽，条痕无色或浅色，透明至半透明，颜色决定于所含阳离子的类型：阳离子为惰性气体型离子者无色或浅色，如滑石和白云母；阳离子为过渡型离子者一般颜色较深，如黑云母。（3）结构中的结构单元层之间的联结力均很弱，因而决定了矿物在力学性质上均为硬度小于小刀，有些甚至小于指甲；同时，均具有平行结构单元层的完全至极完全的底面解理；由于结构堆积不紧密，阳离子的原子量也不大，因而矿物的比重均为中等—偏轻的范围。这些特征都是无例外的。当前第13页\共有52页\编于星期三\11点

（4）矿物的硬度在低范围内的变化和其它性质的差异与层间域的键力类型和强弱关系非常密切，表现为：

A．对于T-O-T型，当四面体片中无Al3+代Si4+的现象时，其结构单元层之间无任何离子，结构单元层之间仅靠微弱的分子键联系，这就决定了硬度可能低至小于指甲，而且解理薄片具挠性，手摸具滑感，如滑石和叶腊石。当四面体中出现Al3+代Si4+时，为了平衡电价，必然在层间域空隙内充填K+或Na+等半径大，电价低的碱金属离子，这样，其结构单元层之间的联系力为弱的离子键，这种弱的离子键力比分子键和氢氧键明显地强，但又比T片和O片之间的离子键弱得多，这就决定硬度可明显地近于或大于指甲，并导致解理薄片具弹性，如白云母、黑云母。当前第14页\共有52页\编于星期三\11点B．对于T-O型，一般不出现Al3+代Si4+的情况，其结构单元层之间的联系力主要靠弱的氢氧键力，这种键力比分子键力强，因而表现在矿物的硬度上可明显地近于或大于指甲，如蛇纹石的硬度可明显地大于滑石，但解理薄片仍具挠性。由于无Al3+代Si4+的现象，因而层间域一般无其它离子进入。至于高岭石的硬度明显比蛇纹石低，这可能与Al3+和Si4+的排斥力大，引起结构的松驰所致有关。当前第15页\共有52页\编于星期三\11点岩浆型、伟晶型、热液型、变质型、沉积型等各种地质作用。在表生条件下具有极大的稳定性。四、成因及产状：当前第16页\共有52页\编于星期三\11点TO型：

高岭石(Al)，蛇纹石(Mg)（层间域空）TOT型：

白云母(Al)，黑云母－金云母(Fe-Mg)，锂云母(Li)（层间域有K＋）滑石(Mg)，叶腊石(Al)（层间域空）蒙脱石(Al,Mg)，蛭石(Mg,Fe,Al)（层间域有水分子和水合Na,Ca,Mg离子）TOTO’型：

绿泥石(Mg,Al,Fe)（层间域有O’层，即OH组成的八面体层）每种矿物具体特征请在实习课上自己总结。五、主要矿物：当前第17页\共有52页\编于星期三\11点黑云母白云母当前第18页\共有52页\编于星期三\11点叶腊石滑石当前第19页\共有52页\编于星期三\11点高岭石高岭石电子显微镜下形态当前第20页\共有52页\编于星期三\11点6.粘土矿物简介

（1）基本概念（定义）：由热液蚀变交代作用以及风化作用中由水的胶凝作用形成的，肉眼看不到结晶形态、颗粒极其细小，达粘土级（<0.005mm或<2μm）的层状硅酸盐类矿物；简言之，颗粒细小达粘土级的层状硅酸盐类矿物总称为粘土矿物。粘土矿物在成分上都是含水的铝的硅酸盐或铝的铝硅酸盐；从形态上来说，多呈疏松鳞片状、土状和（致密）块状，在结晶程度上均呈隐晶质，在光泽上多呈土状光泽（致密）块状者可呈蜡状或油脂光泽。粘土矿物是构成土壤的主体，主要矿物成分是高岭石、蒙脱石，其它还有多水高岭石、绿高岭石等，其它粘土矿物如海绿石、绿泥石、蛭石、伊利石、葡萄石等，它们也可以是组成土壤的成分，但更主要是分布于相应岩类的风化部位。粘土矿物主要具有以下几方面的特性：当前第21页\共有52页\编于星期三\11点

1）吸附性：是指粘土矿物颗粒具有吸附其它物质成分的性能。吸附的方式主要表现为两种：一种是颗粒表面吸附。如高岭石颗粒表面常吸附各种有机分子而被染成各种颜色。这是由于粘土矿物颗粒细小使其表面能增大而导致颗粒表面的吸附性。一种是层间域中水合离子的吸附。如蒙脱石的层间域中的水合离子常吸附某些极性有极分子。这是由于水合离子带有不平衡电荷而导致的吸附性，土壤的肥效是这一性能发挥的自然效果。

2）离子交换性：是指层间域中的阳离子或阴离子在一定的物质环境下具有与环境的特质成分发生交换的性能。例如蒙脱石层间域中水合离子中的阳离子在一定程度上可发生阳离子交换，利用这一性能，人们将蒙脱石用作漂白剂；高岭石具有较强的阴离子交换能力，即结构单元层中羟层的(OH)-离子在一定程度上可被[PO4]3-替代；利用这一性能，人们对土壤施以磷肥以增强肥效。当前第22页\共有52页\编于星期三\11点

3）膨胀性：是指某些粘土矿物具有遇水膨胀的性质。含有层间水的粘土矿物在没有完全失水的条件下都具有程度不同的遇水膨胀的性质，膨胀性能最明显的就是蒙脱石，这是因为层间域中的水合离子{Mg(H2O)6}2+可以部分地自由进出层间域而显示其膨胀性。

4）可塑性：是指某些粘土矿物在遇水湿润的条件下具有可任意造型的性质。含有层间水的粘土矿物在没有完全失水的条件下可塑性最明显。可塑性是粘土矿物薄片具挠性的宏观体现。

5）烧结性：是指粘土矿物在加热熔烧完全失水后，变成坚硬块体，失去的水再也不可能复得的性质；所有粘土矿物都具有加热焙烧而脱水的效应，但若脱水不彻底，在水饱和的条件下，失去的水又可以复得；高岭石和蒙脱石具有显著的烧结性，因而可利用来制作陶瓷制品和砖瓦等。当前第23页\共有52页\编于星期三\11点

6）耐火性：是指粘土矿物在加热焙烧完全失水而烧结后，具有熔点特高而耐高温烘烤的特性；许多粘土矿物都是制作耐火材料的原料，如滑石、蛇纹石等。（2）粘土矿物特性的晶体化学机理上述粘土矿物的特性主要是由层状硅酸盐的成分和构造特点所决定的。在许多粘土矿物中，由于阳离子间的异价类质同象替换，或络阴离子中的Al3+代Si4+，为了平衡电荷，则在层间域进入相应的阳离子，而其中的某些阳离子又易于与H2O分子结合成带电性的水合离子，因而可使粘土矿物具有吸附性；当前第24页\共有52页\编于星期三\11点

由于水分子个体大，围成的空隙也大，而具水分子对其包围的阳离子的作用力是很弱的，因而水合离子中的阳离子在一定程度上可以自由进出而使粘土矿物具有离子交换性；由于结构单元层之间的作用力也很微弱，因而层间域中的水合离子也可在一定的条件下以一定的程度自由进出于层间域而使粘土矿物具有膨胀性；同时以薄片挠性的宏观反映而表现可塑性；当粘土矿物在加热焙烧的条件下彻底失水后，则其原有的结构被破坏，因而失去的水再也不可能复得而表现出烧结性；具有烧结性的粘土矿物往往相应具有一定程度的耐火性。这就是成分、结构与粘土矿物特性的相互关系。（可以蒙脱石晶体为例）

当前第25页\共有52页\编于星期三\11点结构特征：Si-O骨干共用四个角顶构成三维延伸的架状（FRAMEWORK），四面体的连接方式多样，结构体中空隙或孔道较大。成分特征：——Si-O骨干中必有AlIV代替Si，AlIV/Si≤1∶2。——骨干外阳离子主要为低价高配位数大离子，如K+、Na+、Ca2+、B2+等；——有的出现附加阴离子，如方柱石中的Cl-、（CO3）-；有的出现H2O，如沸石。架状结构硅酸盐亚类概述当前第26页\共有52页\编于星期三\11点形态特征：四面体在不同方向排列的紧密程度不同，故有板柱状、粒状。物性特征：——几乎不含过渡型离子，颜色浅；——玻璃光泽，不依颜色而变化；——发育平行结构密实方向的完全解理；——因强健骨干架状分布，故硬度大；

——因骨干间空隙大，几乎不含重阳离子，故比重低；

当前第27页\共有52页\编于星期三\11点分类：——长石族正长石亚族；斜长石亚族；——似长石：白榴石族；霞石族；方柱石族；方钠石族；——沸石族当前第28页\共有52页\编于星期三\11点长石族概述化学成分：长石族包括两个系列（亚族）：碱性长石系列（亚族）和斜长石系列（亚族），由3个矿物种作为端员组成：K[AlSi3O8](Or)Ca[Al2Si2O8](An)Na[AlSi3O8](Ab)当前第29页\共有52页\编于星期三\11点架状结构硅酸盐亚类－长石族概述晶体结构：

[SiO4]四面体组成四元环，再由四元环连接成沿a轴的链和沿c轴的链；链与链再连接形成整个架状结构。两种四元环当前第30页\共有52页\编于星期三\11点沿c轴的链沿a轴的链当前第31页\共有52页\编于星期三\11点长石结构投影图当前第32页\共有52页\编于星期三\11点所有长石的结构形式是一样的，但是，还因为下面两个因素使得不同长石的结构具有单斜或三斜两种对称：1、阳离子大小：大阳离子K－－单斜；小阳离子Ca,Na－－三斜。2、有序度：

高温无序态－－单斜；低温有序态－－三斜。所以：钾长石高温无序一定是单斜，低温有序可以变为三斜；思考：钠长石、钙长石高温无序是什么对称？低温有序是什么对称？当前第33页\共有52页\编于星期三\11点架状结构硅酸盐亚类－长石族概述钾长石有序化过程：因为在长石结构中有4种类型的四面体：

t1(o),t1(m),t2(o),t2(m)在钾长石（K[AlSi3O8]）中，恰好Al:Si=1:3，即这四个四面体中有1个是被Al占据。当前第34页\共有52页\编于星期三\11点架状结构硅酸盐亚类－长石族概述1、如果在这四种四面体位置上Al代替Si的几率是相等的：

t1(o)＝t1(m)＝t2(o)＝t2(m)＝0.25则为无序的，叫透长石，单斜晶系；t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)当前第35页\共有52页\编于星期三\11点架状结构硅酸盐亚类－长石族概述2、当温度下降，长石有序化，这时：

t1(o)＝t1(m)>t2(o)＝t2(m)直至：

t1(o)＝t1(m)＝0.5t2(o)＝t2(m)=0t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)这时对称面仍保留，单斜对称，有序度>0，但三斜度＝0当前第36页\共有52页\编于星期三\11点架状结构硅酸盐亚类－长石族概述3、进一步有序：

t1(o)>t1(m)t2(o)＝t2(m)=0t2(m)t1(o)t1(m)t2(o)t2(o)t1(o)t1(m)t2(m)这时对称面破坏了，三斜对称，有序度>0，三斜度>0当前第37页\共有52页\编于星期三\11点形态：

短柱状、板状。最值得注意的是长石的双晶，其中双晶律主要有：钠长石律，卡斯巴律；双晶类型有：简单双晶，聚片双晶，复合双晶，格子双晶，当前第38页\共有52页\编于星期三\11点当前第39页\共有52页\编于星期三\11点物理性质：

所有长石都很相似：浅色，玻璃光泽，两组解理完全，夹角＝或近似90°：{010}和{001}，硬度大，较轻。成因：

长石成因最广泛，占地壳总质量的50％，但在地表条件下不太稳定。

当前第40页\共有52页\编于星期三\11点.晶体化学特征与形态和物性的关系（1）尽管架状硅氧骨干在三维空间呈等向延展，但三维方向联结力的强弱是有差别的，往往沿X轴方向的联结力较强，其次为沿Z轴方向的联结力较强，形成架中有链的格局，这在长石族矿物的架状结构中尤为典型，对矿物的形态和解理产生显著的作用，其规律表现为：

1）架状结构中可以四元环为基本单元看出架中有链：①四元环在平行X轴方向联结成折线链，链内作用力很强，但具韧性，不容易折断，由此决定了长石矿物形态多呈沿X轴延伸的短柱状；②四元环在平行Z轴方向也联结成链，链内作用力也很强，但具刚性，容易折断，结合平行X轴方向的强链，由此决定了长石发育垂直Z轴方向的（板面）完全解理及平行X轴和Z轴相交平面的（柱面）完全解理。当前第41页\共有52页\编于星期三\11点正长石晶体当前第42页\共有52页\编于星期三\11点

（2）架状硅酸盐矿物的阳离子主要是惰性气体型离子，因而大多数常见矿物的颜色都是浅色的，条痕色也是无色或浅色的，均呈玻璃光泽，透明；为什么？因为架状硅酸盐中，除络阴离子与阳离子之间为离子键连结外，架状络阴离子内部的键性也是离子键和共价键各占一半，再加之阳离子中不含过渡型离子，所以架状硅酸盐矿物均呈典型的玻璃光泽。（3）架状硅酸盐矿物的硬度主要决定于架状络阴离子内部的键力，而不是决定于络阴离子和阳离子之间的键力。由于架状络阴离子内部以较强的共价键和离子键连接成整体结构，所以本亚类矿物的硬度比较高，一般为5~6，大于小刀，与阳离子电价低、半径大无关；当前第43页\共有52页\编于星期三\11点

（4）由于架状络阴离子构成的整体结构，质点堆积松驰，空隙大，再加之阳离子的原子量也不大，所以，矿物的比重在硅酸盐各亚类中是较低的。（5）一般说来，钾长石的解理比斜长石发育；这是因为钾长石中K+和Na+的半径总体较大，四元环膨胀，联结力相对减弱，因而Z轴方向的刚性强链更易折断；而斜长石中Na+和Ca2+的半径总体减小，且电价增高，四元环收缩，联结力增强，因而Z轴方向的刚性强链相对来说不易折断；当前第44页\共有52页\编于星期三\11点补充.关于双晶的概念和特征

（1）基本概念：所谓双晶，即指由两个或两个以上的同种晶体按一定的对称关系相互结合而形成的规则连生体，其中一个晶体为另一个晶体的镜象反映；或者其中一个晶体旋转180后，与另一晶体发生重合或平行。以石膏燕尾双晶为例示范讲解。当前第45页\共有52页\编于星期三\11点方解石的接触式双晶

金绿宝石的轮式双晶

当前第46页\共有52页\编于星期三\11点（2）根据双晶个体间的连生方式可将双晶分为两种类型：

①

接触双晶——双晶个体间以简单平面相接触而连生者称为接触双晶，如石膏的燕尾双晶，也可以这样说：具有简单而平整接合面的双晶归为接触双晶类型。由许多片状单体按同一双晶律连生，接合面相互平行的一组接触双晶又特称为聚片双晶，如钠长石的聚片双晶。聚片双晶纹看起来是一条条互相平行的密集的细线。

②

穿插双晶——双晶个体间相互穿插而形成的双晶。如萤石的穿插双晶和长石的卡斯巴双晶。也可以这样说：具曲折复杂的不平整接合面的双晶归为穿插双晶类型。接触双晶和穿插双晶还可依连