第十章 硅酸盐矿物.doc

第 十 章 硅酸盐矿物硅酸盐晶体结构种类很多，它们是构成地壳的主要矿物，也是水泥、陶瓷、玻璃、耐火材料等硅酸盐工业的主要原料，学习并掌握它们的晶体结构特点，对于理解硅酸盐矿物结构与性能的关系，合理的选择原料，都具有重要意义。l 硅酸盐晶体的写法：i 氧化物法：把构成硅酸盐的演化物按价数依次写出如：钾长石： K2OAl2O36SiO2 简式：KAS6钠长石： Na2OAl2O36SiO2 简式：NAS6镁橄榄石：2MgOSiO2 简式：M2Sii 无机络盐法：按络阴离子来写如：钾长石：K2Al2Si6O16KAlSi3O8第一节 硅酸盐晶体结构分类一、硅酸盐晶体结构的特点1、每个Si4+存在于4个O2-为顶点的四面体中心，构成SiO4四面体，它是硅酸盐晶体结构的基础，叫硅氧骨干。2、硅氧四面体的顶点的O2-最多为两个SiO4四面体所共用。3、两个临近的SiO4四面体之间只以共顶形式连接。4、当O/Si4时，SiO4四面体趋向于不共用任何顶点。5、每种晶体中只有一种硅氧骨干。6、若Al3+为四配位，AlO4四面体和SiO4四面体共同组成铝硅氧骨干；若Al3+为六配位，则Al3+位于硅氧骨干之外。* 利用鲍林规则来分析：1.根据鲍林第一规则，硅酸盐晶体中存在SiO4四面体，键型为共价键与离子键的过渡型键。 2. 根据鲍林第二规则，Si = 4/4 = 1 Wo = 2 = 1*i i = 2，即SiO4顶角的O2-最多能为两个SiO4所公用。3.根据鲍林第三规则，两个SiO4之间最多只能共用一个顶点。4.根据鲍林第四规则，当O/Si4时，两个SiO4倾向于互不相连。5. 根据鲍林第五规则，晶体中只能有一种硅氧骨干类型。* 硅酸盐晶体中Al3+的存在方式AlO6八面体：Al3+只能在硅氧骨干外，无法取代SiO4AlO4四面体：Al3+可以取代Si4+，形成硅铝氧骨干，称为铝硅酸盐。二.硅酸盐晶体结构的分类1.岛状结构 SiO4四面体孤立存在，四面体之间互不连接，不共用任何顶点，而由其它金属离子连接。 氧硅比为4。2.组群状结构SiO4四面体以两个、三个、四个或六个通过共用O2-来构成一个SiO4四面体群，这些四面体群之间通过其它金属离子连接。其中连接两个SiO4四面体之间的O2-叫桥氧（非活性氧），其余的O2-叫非桥氧（活性氧）。双四面体氧硅比为3.5。环状结构氧硅比为3。3、链状结构：SiO4四面体通过共用顶点构成了在一维方向无限延伸的链。单链：氧硅比为3。双链：氧硅比为2.75。4.层状结构 SiO4四面体通过三个共用O2-在二维平面内延伸成一个SiO4四面体层，在层中SiO4四面体间构成一个六元环，SiO4中的活性氧都指向同一个方向。 氧硅比为2.5。5.架状结构每个SiO4四面体的O2-都是共用O2-，通过四个桥氧在三维空间形成架状结构。氧硅比为2。结论：随O/Si ，SiO4连接程度，SiO4四面体连接由点体。第二节 硅酸盐晶体结构举例1.镁橄榄石Mg2SiO4（岛状）（1）由MgO6八面体和SiO4四面体堆积而成。（2）O2-做近似的六方最紧密堆积，Mg2+填充一半的八面体空隙，Si4+填充1/8的四面体空隙。（3）每个O2-是一个SiO4和三个MgO6的共用顶点W02-=2=Si在SiO4中：Si=4/4=1，在MgO6中：Si=2/6=1/3Si=1+1/3*3=2= W02-2. 层状结构的硅酸盐晶体八面体层的种类：i Mg(OH)2：水镁石三八面体型（三个八面体共用一个顶点）iiAl(OH)3：水铝石二八面体型（二个八面体共用一个顶点）l 四面体层与八面体层的组合方式：i 双层型（单网层型）ii 三层型（复网层型）l 层状典型矿物：（1）高岭石（Al2O32SiO22H2O），即Al4Si4O10(OH)8 结构：双层型二八面体型。一层SiO4四面体和一层AlO6八面体相连。在AlO6八面体中，每个Al3+和四个OH-及两个O2-离子相连，在二维平面内形成层状结构。层间为氢键结合。（2）滑石（3MgO4 SiO2 H2O），即Mg3Si4O10(OH)2 结构：三层型、三八面体型。三个Mg2+共用一个O2-形成三八面体。两层SiO4四面体中间夹一层水镁层（镁氧三八面体层）。层间结合力为范氏键。（3）叶蜡石（Al2O34SiO2H2O），即Al2Si4O10(OH)2结构：三层型、二八面体型。2个Al3+共用一个O2-形成二八面体。层间结合力为范氏键。（4）蒙脱石（微晶高岭石） 结构：在叶蜡石的水镁层中发生晶格置换（1/3的Al3+被Mg2+或其它低价离子进行1：1置换），复网层带负电，复网层间产生斥力，为平衡电荷，在复网层间进入其它低价正离子（如Na+），正离子是水化的，靠复网层中八面体中的晶格置换造成的负价吸引，所以吸引力小，自由水可以自由出入，则C轴间距随水含量的多少而变化。（5）白云母：KAl2（AlSi3）O10（OH）2 结构：在叶蜡石基础上发生晶格置换（在四面体中1/4的Si4+被Al3+所置换，其中Al3+为四配位），复网层带负电，为平衡电荷，复网层间进入低价阳离子K+，K+处于两个相对氧面的六角边网眼中，吸引力较大，可认为参与结构。（6）伊利石（水云母）：云母类矿物经风化得到。 结构：在叶蜡石基础上发生晶格置换（八面体层中和四面体层都有置换1/6的Si4+被Al3+所置换，以硅氧层置换为主），为平衡电价，层间进入低价正离子K+ ，K+填充于两个相对氧面的六角边网眼中，相当于形成配位数为12的K-O配位多面体。与蒙脱石相比，伊利石复网层带负电严重，但复网层间的结合力较蒙脱石大，阳离子不易被交换，分散性不太好。3. SiO2的各种晶型 -石英、-石英 -鳞石英、-鳞石英、-鳞石英 -方石英、-方石英4. 长石（铝硅酸盐）：架状结构钾长石：KAlSi3O8钠长石：NaAlSi3O8钙长石：