第21章 硅酸盐矿物.ppt

第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 含氧盐 络阴离子团与金属阳离子组成的化合物 如 硅酸盐 含 SiO4 碳酸盐 含 CO3 硫酸盐 含 SO4 磷酸盐 含 PO4 钨酸盐 含 WO4 络阴离子团中心阳离子电价高 半径小 与O的结合键力很强 形成一个紧密的结构基团 络阴离子与外部阳离子结合较弱 一般为离子键 所以 含氧盐一般表现为离子晶格的特点 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 含氧盐中最重要的一类是硅酸盐 占地壳岩石圈总重量的85 占已知矿物种的1 4 本章介绍硅酸盐 其他含氧盐下一章介绍 硅酸盐晶体化学特点 1 化学组成 阴离子为 SiO4 4 此外还有一些附加阴离子O2 OH F 等 阳离子为惰性气体型离子以及过渡型离子 很少量铜型离子 2 硅氧骨干 SiO4 四面体以共角顶的方式连接形成各种形式的硅氧骨干 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 岛状骨干 包括孤立的 SiO4 也包括双四面体 Si2O7 桥氧 惰性氧 无电价端氧 活性氧 有一剩余电荷 有电价 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 环状骨干 SiO4 四面体共角顶连接成封闭的环 在环状骨干中 每个 SiO4 四面体至少要有2个惰性氧 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 链状骨干 SiO4 四面体共角顶连接成无限延伸的链 可以有单链和双链 在单链 双链状骨干中 每个 SiO4 四面体至少要有几个惰性氧 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 层状骨干 SiO4 四面体共角顶连接成无限伸展的层 在层状骨干中 每个 SiO4 四面体至少要有几个惰性氧 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 架状骨干 SiO4 四面体共4个角顶连接成架状 在架状骨干中 每个 SiO4 四面体有几个惰性氧 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 3 铝的作用 Al在硅酸盐起着双重作用 AlIV 代替Si进入四面体 在骨干内 形成铝硅酸盐 如 钠长石Na AlSiO8 AlVI 在骨干外 六次配位 八面体 形成铝的硅酸盐 如 高岭石Al4 Si4O10 OH 8 如果存在两种形式的Al 叫铝的铝硅酸盐 如 白云母KAl2 AlSi3O10 OH 2 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 Al有双重作用的内因 从鲍林法则1 阴 阳离子半径比可决定阳离子配位数 RAl3 RO2 0 419 恰巧近于四次配位与六次配位的分界线0 414 所以 Al既可四次配位 也可六次配位 Al有双重作用的外因 高压低温 六次配位 低压高温 四次配位 如 高温Al2 SiO4 OAl AlSiO5 蓝晶石高压夕线石 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 AlO4 四面体与 SiO4 四面体比较 从鲍林法则2 阴 阳离子的键强 阳离子电荷 配位数 所以 SiO4 四面体中的键强 4 4 1 AlO4 四面体中的键强 3 4 1 所以 AlO4 四面体比 SiO4 四面体不稳定 另外 AlO4 四面体之间不能共角顶相连 假如相连 则桥氧的键强之和为3 4 3 4 3 2 离O的电荷2相差太远 因此是不稳定的 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 不同硅氧骨干中 AlO4 四面体存在的情况 为什么Al Si的数量比不能大于1 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 4 Si O M键性 研究化学键的性质 一般是用各种化学键模型去衡量它 如果符合离子键模型 就断定其为离子键 如果符合共价键模型 就断定它为共价键 各种化学键实际上是人们建立的各种化学模型 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 Si O键 既符合共价键模型 也符合离子键模型 因此可以认为它是双重键性的 共价键模型 符合价键理论 Si的外层电子恰好可以形成sp3杂化轨道 而此轨道的分布特点就是四面体配位的 与 SiO4 是四面体相符合 离子键模型 符合鲍林法则 最紧密堆积原理 RSi RO 0 29恰好处于四面体配位范围 与 SiO4 是四面体相符合 但大多数教科书都认为Si O键为共价键 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 M O键 主要是离子键 因为 SiO4 四面体是一个带负电荷的离子团 骨干外阳离子M大多是易于失去电子的金属阳离子 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 5 Si O键长 键角 Si O配位形式 1 Si O Si中的键长 Si O M中的Si O键长 2 绝大多数Si O配位形成的是四面体 SiO4 四面体连接方式不同会导致Si O Si键角发生很大变化 3 如果要形成 SiO6 八面体 则需要 拉长Si O键 削弱Si O键 这时需要M O键强 Si O键强 M P C 或者 缩短O O键 这时需要高压 所以 SiO6 八面体是很难形成的 需要极端条件 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 6 离子堆积 因为受硅氧骨干的制约 不能实现单个氧离子的最紧密堆积 但能实现骨干与骨干排列尽量紧密的形式 在很多情况下 骨干的活性氧的排列是最紧密堆积的 如 云母结构 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 硅酸盐矿物结构的紧密度与硅氧骨干的形式有关 岛状骨干比较紧密 环状 链状 层状较不紧密 架状最不紧密 为什么 请同学们自己解释 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 7 骨干外阳离子大小与硅氧骨干的匹配 骨干外阳离子各种各样 大小不一 对硅氧骨干的形状会产生一些影响 例1 单链硅酸盐中 骨干外是 MgO6 还是 CaO6 会使单链产生变形 图片 例2 层状硅酸盐中 如果骨干外八面体层与层状骨干四面体层不匹配 则会使层状骨干产生波浪状变形 图片 辉石单链与硅灰石单链 返回 叶蛇纹石结构波浪变形 返回 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 8 类质同像 硅酸盐矿物结构中发生类质同像的难易程度与硅氧骨干的形式有关 岛状骨干最易发生 且离子代替范围也大 环状 链状 层状比较容易 架状最不容易 为什么 代替是否容易 与结构是否容易实现重新调整有关 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 9 附加阴离子及 水 结构中有大空洞 层隙的硅酸盐容易接纳附加阴离子与 水 与硅氧骨干的关系 岛状 单链骨干最不易接纳 环状 双链状 层状较比较容易接纳OH 架状容易接纳OH F Cl 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类概述 以上介绍的是硅酸盐晶体化学的内容 即以硅氧骨干为基础 探讨硅酸盐成分与结构的关系 关于硅酸盐矿物的形态 物理性质及其与硅氧骨干的关系 与 AlO6 八面体连接方式的关系等 请同学们在学完硅酸盐矿物后自己总结 第二十一章含氧盐大类 一 硅酸盐类分类 硅酸盐矿物的分类是根据硅氧骨干划分的 岛状 环状硅酸盐亚类链状硅酸盐亚类层状硅酸盐亚类架状硅酸盐亚类 思考题 1 什么是惰性氧 桥氧 活性氧 端氧 活性氧的含量与硅氧骨干的关系 2 从内因上解释铝的双重性 外因 温压 怎么影响铝的双重性 3 AlO4 四面体与 SiO4 四面体的区别 AlO4 四面体能否相连 为什么 AlO4 四面体的含量与硅氧骨干的关系 4 在什么条件可以形成 SiO6 八面体 解释 SiO4 比 SiO6 稳定 5 结构紧密度与硅氧骨干的关系 6 类质同像的难易度与硅氧骨干的关系 岛状 环状结构硅酸盐亚类概述 包括 单岛状 SiO4 锆石 橄榄石 石榴子石 红柱石 蓝晶石 黄玉 榍石 十字石双岛状 Si2O7 绿帘石六方 复三方 环状 SinO3n 绿柱石 电气石 堇青石 主要矿物简介 锆石 化学组成 Zr SiO4 含Hf Th U等放射性元素 导致其有非晶化 形成变生锆石 曲晶石 晶体结构 SiO4 四面体与 ZrO8 畸变立方体联结而成 四方晶系 形态 四方柱 四方双锥 形态具标型性 1mm 锆石 主要矿物简介 锆石 物理性质 颜色多变 常见褐色 玻璃光泽 硬度大 无解理 具放射性 成因 岩浆岩中的副矿物 伟晶型 用途 提取Zr Hf 也可做宝石 在地质学里常作为测定矿物及母岩绝对年龄的研究对象 这是因为所含的放射性元素的衰变与时间有关 主要矿物简介 橄榄石 化学组成 Mg Fe 2 SiO4 Mg Fe之间为完全类质同像系列 晶体结构 O做六方最紧密堆积 Si充填1 8四面体空隙 Mg Fe充填1 2八面体空隙 也可看成 Mg Fe O6 八面体形成Z字形的链 其间分布孤立的 SiO4 四面体 主要矿物简介 橄榄石 形态 粒状 柱状 物理性质 一般为橄榄绿 含Mg高的颜色淡黄 绿 含Fe高颜色变深 玻璃光泽 硬度大 贝壳状断口 成因 基性 超基性岩浆型 变质型 用途 耐火材料 宝石 橄榄石颗粒 橄榄岩 主要矿物简介 石榴子石 化学组成 铝系 Mg Fe2 Mn 3Al2 SiO4 3 钙系 Ca3 Al Fe Cr Ti 2 SiO4 3 晶体结构 O不做最紧密堆积 属于等轴晶系 结构中存在 SiO4 四面体 Al Fe3 Cr Ti O6 八面体 Ca Mg Fe2 Mn O8畸变立方体 石榴子石晶体结构 主要矿物简介 石榴子石 石榴子石的结构特点反映成因 Ca Mn2 Fe2 Mg在立方体中 配位数为8 配位离子为O2 据鲍林法则 阳离子越小 配位数越小 Ca较大 可以8次配位 随着离子半径减小 Mn2 Fe2 Mg2 只能6次配位 如果要形成8次配位 需要压力 所以 Ca系石榴子石形成低压环境 Mg石榴子石只能形成于极高压条件 镁铝石榴子石已经成为寻找金刚石的标志 主要矿物简介 石榴子石 形态 常见四角三八面体 菱形十二面体 或它们的聚形 物理性质 颜色各样 与成分有关 常见褐色 玻璃光泽 端口油脂光泽 无解理 硬度大 成因 岩浆型 变质型 用途 研磨材料 宝石 主要矿物简介 红柱石 蓝晶石 夕线石 红柱石 蓝晶石 夕线石是Al2SiO5三种同质多像变体 红柱石 蓝晶石是岛状硅酸盐 夕线石是属于链状硅酸盐 红柱石 蓝晶石 夕线石结构区别 红柱石 蓝晶石 夕线石结构区别 思考 从红柱石 蓝晶石 夕线石结构区别与它们成因上的区别 说明Al的配位形式与温度压力的关系是什么 思考 从红柱石 蓝晶石 夕线石结构区别分析它们三者的形态分别是什么 主要矿物简介 红柱石 化学组成 Al2 SiO4 O晶体结构 一半的Al形成 AlO6 八面体 并连接成链 另一半的Al形成 AlO5 三方双锥 SiO4 四面体孤立 在链间分布 形态 柱状 放射状排列形成菊花石 晶体生长时捕获碳质在晶体中定向排列 形成十字状结构 后期有可能碳质溶化形成中空结构 叫空晶石 成因 变质型 低压 较低温条件 菊花石 红柱石横截面的十字状结构 主要矿物简介 蓝晶石 化学组成 Al2 SiO4 O晶体结构 一半的Al形成 AlO6 八面体 并连接成链 另一半的Al也形成 AlO6 八面体 也连接成链 SiO4 四面体孤立 在链间分布 形态 板状 板柱状 物理性质 蓝色 白色 硬度异向性明显 可叫 二硬石 成因 变质型 高压 较低温条件 蓝晶石 主要矿物简介 绿柱石 化学组成 Be3Al2 Si6O18 可以含一些K Na Li Cs等大半径离子 晶体结构 SiO4 四面体连接成六方环状 环间分布 AlO6 八面体和 BeO4 四面体 环中的大空洞可容纳K Na Li Cs以及水分子 含量不固定 六方晶系 当有Al3 代替Si4 才能有K Na Li Cs大阳离子进入 以平衡电价 形态 六方柱状 板状 绿柱石晶体结构在 0001 面上投影 绿柱石晶体结构 主要矿物简介 绿柱石 物理性质 各种颜色 与成分有关 形成各种宝石 祖母绿 Cr 海蓝宝石 Fe2 等等 玻璃光泽 无解理 硬度大 成因 伟晶型 高温热液型 用途 宝石 铍矿石 祖母绿 海蓝宝石 主要矿物简介 电气石 化学组成 Na Mg Fe Mn Li Al 3Al6 Si6O18 BO3 3 OH F 4 晶体结构 SiO4 四面体连接成六方环状 成分 结构都比较复杂 但注意 除硅氧骨干外 还存在 BO3 三角形络阴离子团 属硼硅酸盐 三方晶系 L33P 3m 主要矿物简介 电气石 形态 柱状 有时成球面三方柱 思考 为什么 柱体顶 底端晶面不同 思考 为什么 物理性质 各种颜色 与成分有关 玻璃光泽 无解理 硬度大 不仅具压电性 还具有热释电性 因为具单向极轴 成因 伟晶型 热液型 用途 宝石 俗称碧玺 压电材料 热释电材料 电气石形态模型 电气石晶体 电气石晶体 有环带状构造 岛状 环状结构硅酸盐亚类思考题 1 锆石的形态标型怎样指示形成条件 其成分有什么特点 2 橄榄石晶体结构与尖晶石晶体结构的关系 3 橄榄石的成因特点 鉴定特征 4 石榴子石属于什么晶系 常见单形是什么 5 石榴子石分哪两个成分系列 为什么钙铝 钙铁石榴子石形成压力小而镁铝石榴子石形成压力大