3晶体结构及其与材料性能关系

3 3晶体结构及其与材料性能关系晶体结构及其与材料性能关系 第三章无机非金属材料的晶体结构3 2无机材料典型的晶体结构3 3 硅酸盐晶体结构3 1鲍林规则 大多数无机材料为晶态材料 其质点 的排列具有周期性和规则性 不同的晶体 其质点间结合力的本质不同 质点在三维空间的排列 方式不同 使得晶体的微观结构各异 反映在宏观性质上 不同晶 体具有截然不同的性质 1912年以后 由于X射线晶体衍射实验的成功 不仅使晶体微观结 构的测定成为现实 而且在晶体结构与晶体性质之间相互关系的研 究领域中 取得了巨大的进展 许多科学家 如鲍林 Pauling 哥希密特 Goldschmidt 查 哈里阿生 Zachariason 等在这一领域作出了巨大的贡献 本章所 述内容很多是他们研究的结晶 3 1鲍林规则 1928年 鲍林根据当时已测定的晶体结构数据和晶格 能公式所反映的关系 提出了判断离子化合物结构稳定性的规则 鲍林规则 鲍林规则共包括五条规则 鲍林第一规则 配位多面体规则 在离子晶体中 在正离子周围 形成一个负离子多面体 正负离子之间的距离取决于离子半径之和 正离子的配位数取决于离子半径比 第一规则实际上是对晶体结构的直观描述 如NaCl晶体是由 NaCl6 八面体以共棱方式连接而成 鲍林第二规则 电价规则 在一个稳定的离子晶体结构中 每 一个负离子电荷数等于或近似等于相邻正离子分配给这个负离子的 静电键强度的总和 其偏差 1 4价 静电键强度S定义为正离子电价数W 与其配位数n 之比 即S W n 于是 按第二规则 负离子的电价数为i iiinWS W 电价规则的作用 判断晶体是否稳定在CaTiO3结构中 C a2 Ti4 O2 配位数分别为 12 6 6 O2 配位多面体是 OCa4Ti2 则O2 的电荷数 与O2 的电价相等 故晶体结构稳定 判断共用一个顶点的多面体的数目 硅酸盐晶体中 一个 SiO4 顶点的O2 还可以和另一个 SiO4 相连接 2个配位多面体共用一个顶点 或 者和另外3个 MgO6 相连接 4个配位多面体共用一个顶点 即可 使O2 电价饱和 鲍林第三规则 多面体共顶 共棱 共面规则 在一个配位结构 中 共用棱 特别是共用面的存在会降低这个结构的稳定性 其中高电价 低配位的正离子的这种效应更为明显 两个配位多面体连接时 随共用顶点数目增加 中心阳离子间距缩 短 库仑斥力增大 结构稳定性降低 则结构中 SiO4 只能共顶连接 而 AlO6 却可以共棱连接 在有些 结构 如刚玉型结构中 AlO6 还可以共面连接 鲍林第四规则 不同配位多面体连接规则 若晶体结构中含有一 种以上的正离子 则高电价 低配位的多面体之间有尽可能彼此互 不连接的趋势 例如 在镁橄榄石结构中 有 SiO4 和 MgO6 两种配位多面体 但 Si4 电价高 配位数低 所以 SiO4 之间彼此无连接 它们之间由 MgO6 所隔开 鲍林第五规则 节约规则 在同一晶体中 组成不同的结构基元 的数目趋向于最少 在硅酸盐晶体中 不会同时出现 SiO4 四面体和 Si2O7 双四面体结 构基元 尽管它们之间符合鲍林其它规则 该规则的结晶学基础是晶体结构的周期性和对称性 如果组成不同 的结构基元较多 每一种基元要形成各自的周期性 规则性 则它 们之间会相互干扰 不利于形成晶体结构 哥希密特结晶化学定律 结晶化学定律 晶体的构型 取决于其结构 基元 原子 离子或原子团 的数量关系 离子的大小关系和极化作 用的性质 这一概括一般称为哥希密特结晶化学定律 此定律不仅适用于离子晶 体 也适用于其他晶体 要求了解 无机材料典型的晶体结构类型 晶胞分析和描述 晶系 基本格子 等同点分析 正负离子配位数 晶胞分子数 z 质点坐标 四面体和八面体空隙数量 位置及被占据情况 同晶 型典型物质及特性 结构与性能的关系3 2无机材料典型的晶体结构 1 金刚石结构 IV族元素 立方晶系 Fd3m空间群 a 0 356nm 面心立方结构C原子分布于八个角顶和六个面心 四个C原子交叉地 位于4条体对角线的1 4 3 4处 每个C原子周围都有四个碳 共价键连接 配位数为4 750 1000 1000 1000 1000 10050505050752525ABC图3 1金刚石的晶胞图和投影图结构与性能的关系 性能最高硬度 极好导 热性 半导体性 应用高硬度切割材料 磨料及钻井用钻头 集成电路 中散热片 高温半导体材料同类型结构的物质有 硅 锗 灰锡 Sn 立方氮化硼 c BN 硬度仅次于金刚石 但热稳定性远高于金刚石 对铁系金属元 素有较大的化学稳定性 用以制造的磨具 适于加工既硬又韧的材料 如高速钢 工具钢 模具钢 轴承钢 镍和钴基合金 冷硬铸铁等 2 石墨结构 IV族元素 六方晶系 P63 mmc空间群 a 0 146nm h 0 670nm 层状结构 层内六节环 C C原子间距0 142nm 共价键相连 层 间C C原子间距0 335nm 范德华键相连 C原子四个外层电子在层内形成三个共价键 配位数为3 多余一个 电子可在层内移动 同类结构物质h BN图3 2石墨晶体结构 虚线范围为单位晶胞 石墨润滑性 中低温固体润 滑剂 良好的导电性 高温发热体 硬度低 易加工在惰性气氛中 熔点很高 高温坩埚 结构与性能的关系六方氮化硼 h BN h BN与石墨是等电子体 有白色石墨之称 有良好的润滑性 电绝缘性导热性和耐化学腐蚀性 具有中子吸收 能力 化学性质稳定 对所有熔融金属化学呈惰性 成型制品便于机械加 工 有很高的耐湿性 高温环境下的固体润滑剂航天航空中的热屏蔽材料原子反应堆的结 构材料 化学组成相同的物质 在不同的热力学条件下生成不同的晶 体结构的现象 称为同质多晶现象 当外界条件改变时 各变体之间就要发生结构转变 称为同质多晶 转变同质多晶现象 产生同质多晶现象的原因较为复杂 简单说来主 要有以下两种情况 1 由于化学组成类型和离子半径比一定 决定了正 负离子有一定 的配位数 在此前提下 负离子可有不同的堆积方式 从而有不同 的晶体构型 2 同一物质在不同温度 压力等条件下 产生的同质多晶现象 典型的如金属铁的多晶体 根据转变时的速度和晶体结构发生变化的 不同 可以将多晶转变分为两类 位移性转变这种转变仅仅使结构畸变 并不打开任何键或改变最邻 近的配位数 只是原子从它们原先的位置发生少许位移 使次级配 位有所改变 这类转变有时也称为高低温转变 重建性转变结构的改变不能简单地通过原子位移来实现 必须打开 原子间的键 并且改建成一个新的结构类质同晶现象 类质同晶现象 所谓类质同晶现象 是指一些化学式相似的物质 具有相似的晶体 外形 性质晶体结构中的某些离子 原子或分子的位置部分或全部地被性 质相近的其他粒子所占据 但晶体结构形式和化学键类型等 基本 保持不变 仅晶胞参数和物理性质随置换数量的改变而作线性变化 的现象 KH2PO4与KHAsO 4 NiSO4 7H2O与MgSO4 7H2O CaCO3与NaNO3等分别是同晶体 方解石 CaCO3 和菱镁矿 MgCO3 共生成白云石 Ca Mg CO3 属于类质同晶现象的一个典型例子 方解石菱镁矿白云石1 为什么石英不同系列变体之间的转变温度比 同系列变体之间的转化温度高得多 第三章作业以氯化钠作为这类 结构的代表化学式NaCl立方晶系基本格子为立方面心格子Fm3m空间 群a o 0 563nm3 NaCl型结构图3 3NaCl晶体结构Cl NarNa rCl 0 102 0 181 0 56处于0 414 0 732之间阳离子填充在八 面体空隙中正 负离子的配位数都是6 一个晶胞内含有4个NaCl 分子 性质NaCl型结构在三维方向上键力分布均匀 无明显解理 破碎后 其颗粒呈现多面体形状 常见NaCl型晶体碱土金属和二价过渡金属氧化物 MO 其中M2 和O2 分别占据NaCl中Na 和Cl 的位置 特点熔点很高 如MgO 方镁石 其熔点2800 左右 是碱性耐 火材料镁砖中的主要晶相 氯化铯 CsCl 立方晶系 Pm3m空间群 简单 原始 立方格子 a o 0 411nm Cs Cl4 CsCl型结构图3 4CsCl晶体结构第三章作业2 结合Pauling规则 解释为何CsCl和NaC l是典型的离子晶体 立方晶系 面心立方格子 空间群 z 45 ZnS 闪锌矿 型结构同晶型物质 SiC GaAs AlP InSb图3 5闪锌矿晶体结构750 1000 1000 1000 1000 10050505050752525六 方晶系简单六方格子P63mc空间群a o 0 382nm c o 0 625nm z 2 46 ZnS 纤锌矿 型结构同类的晶体BeO ZnO AlN图3 6纤锌矿晶体结构 纤锌矿型结构的晶体 如ZnS CdS GaAs等和其 它II IV族 III V族化合物半导体材料 制成半导体器件 可用 来放大超声波 具有声电效应 声电效应通过半导体进行声电相互转换的现象 立方晶系面心立方格子Fm3m空间群z 4 7 CaF2 萤石 型结构同类型结构晶体UO 2 ThO 2 CeO 2 BaF 2 PbF 2 SnF2图3 7CaF2晶体结构根据Pauling第一规则r r 0 75 0 732 8所以Ca2 配位多面体形状是立方体 F 位于顶角 Ca2 位于体心配位多面体是以共棱关系连接根据Pauling 第二规则Ca2 F 2 8 1 4故每个F 必须与4个Ca2 形成静电键即F 应该位于Ca2 的四面体中结构特点 8个F 之间形成 空洞 结构比较开放 形成负离子填隙 负离子扩散 萤 石型结构负离子填隙和扩散是主要机制结构与性能的关系 CaF2熔点 较低 用作助熔剂 作晶核剂 质点间键力较NaCl强 硬度稍高 莫氏 4级 熔点1410 C 在水中溶解度小 在 111 面上存在着相互毗邻的同号负离子层 因静电斥力导致晶体 平行于 111 方向发生解理 故萤石常呈八面体解理3 根据萤石型结构特 点 解释立方ZrO2为什么可用来制备 测氧传感器探头 固体电解 质第三章作业四方晶系简单四方点阵z 2P42 mnm空间群a o 0 459nm c o 0 296nm8 TiO22 金红石 型结构同类结构晶体GeO 2 SnO 2 PbO 2 MnO 2 MoO 2 NbO 2 WO 2 CoO 2 MnF2和MgF2图3 8金红石晶体结构结构与性能的关系光学性质很高的折射率 2 76 制备高折射率玻璃电学性质高的介电系数 金红石是一种陶瓷电容 器瓷料中的主晶相三方晶系a o 0 424nm c o 0 684nm z 1具有层状结构9 CdI2 碘化镉 型结构同类型结构晶体Ca OH 2M g OH 2CaI2MgI2图3 9CdI2晶体结构 层内 CdI6 之间共面连接 共用3个顶点 由于正 负离子强烈极化作用 层内化学键带有明显共价键成分 层间通过分子间力结合 由于层内结合牢固 层间结合很弱 则晶体具有平行 0001 面的完全解理 层状CdI2型结构 可作固体润滑剂 三方晶系空间群a o 0 514nm 55 17 z 2 6 4O2 与4个Al3 形成静电键c R310 Al22O O33 刚玉 型结构同类型结构 Fe2O3Cr2O3Ti2O3V2O3O2 六方紧密堆积排列 ABAB 二层重复型 Al3 填充于2 3八面体 空隙Al3 的分布规律原则 从Pauling规则出发 在同一层和层与层之间 Al3 之间的距离应保 持最远 宏观上呈现均匀分布 以减少Al3 之间的静电斥力 有利 于结构的稳定性Al3 分布3种形式Al DAl EAl F按顺序排列 满足Al3 之间距离最远的条件图3 10刚玉晶体结构考虑O2 排列2种方式O A和O B Al2O3晶体中O2 与Al3 的排列次序如下O AAl DO BAl EO AAl FO BAl DO AAl EO BAl F将上述12层排列看成一个单元 则其重复就构成了 Al2O3晶体结构 结构与性能的关系 Al2O3有 等晶型 最重 要的为 型 天然刚玉为 型 Al2O3为刚玉型结构 由铝矾土煅烧成的为 Al2O3 Al2O3为尖晶石型结构 刚玉硬度高 莫氏9级 力学性能颇佳 可作磨料及耐高温耐火 材料和绝缘材料 刚玉有天然的也可人工合成红宝石 加Cr3 蓝宝石 加Ti4 等 立方晶系 高温时 简单立方格子Pm3m空间群a o 0 385nm z 111 CaTiO33 钙钛矿 型结构通式ABO3A 二价 或一价 B 四价 或五价 正交晶系 600 C 简单正交格子PCmm空间群a o 0 537nm b o 0 764nm c o 0 544nm z 4图3 11CaTiO3晶体结构结构描述Ca2 位置O2 位置Ti4 位置 Ca2 12 O2 6 Ti4 6视作由O2 和半径较大的Ca2 共同组成立方紧密堆积 面心结构 Ti4 填充 在位于体心的V8中钙钛矿降温过程中结构畸变 对称性下降如果在 一个轴向发生畸变 如c轴伸长或缩短 四方晶系图3 12CaTiO3晶体结构如果在两个轴向发生畸变 正交晶系图3 13CaTiO3晶体结构若沿体对角线 111 方向发生畸变 三方晶系菱面 体格子由于畸变 使一些钙钛矿晶体结构中正 负电荷中心不重合 即晶胞中产生偶极矩 此现象称为自发极化 自发极化的方向可以随着外加电场的方向改变而改变 从而使这种 晶体具有铁电性 该晶体称为铁电晶体铁电晶体中存在着自发极化 方向不同的小区域 那些自发极化方向相同的区域称为电畴 当对晶体施加一个直流电场时 那么所有自发极化将顺着电场方向 而排列 宏观上呈现出很强的极性 从而得到了广泛的应用 第三章作业4 钛酸钡 BaTiO3 是一种重要的铁电陶瓷 其晶型是 钙钛矿结构 试问 1 属于什么晶系 2 这个结构中离子的配位数为若干 3 这个结构遵守鲍林规则吗 请作详细阐述 3 3硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体化学组成复杂 常采用两种方法表征 氧化物表示法将构成硅酸盐晶体的所有氧化物按氧化物按一定的比 例和顺序全部写出来 先是1价的碱金属氧化物 其次是2价 3价金 属氧化物 最后是SiO2 例如钾长石写成K2O Al2O3 6SiO2无机络盐表示法 结构式 将构成 硅酸盐晶体的所有离子按氧化物按一定的比例和顺序全部写出来 再把相关的络阴离子用中括号括起来即可 先是1价的金属离子 其 次是Al3 离子和Si4 离子 最后是O2 和OH 离子 络阴离子表示矿物的骨架 这种写法可以把矿物的结构特点写出来 例如高岭石写成Al4 Si4O10 OH 8硅酸盐晶体结构的特征 硅酸盐 晶体中的主要成分是硅和氧 它们之间的结合形成了硅酸盐晶体中 的骨干 根据鲍林第一规则 硅 氧离子半径比 r r 0 41 1 40 0 293 硅的配位数应为4 即硅氧骨干的基本型式是Si4 周围形成O2 的配位四面体 Si O键长应等于离子半径之和 rO2 rSi4 0 140 0 041 1 81nm 根据鲍林第二规则 硅氧键的静电键 强度为 S Si O W n 4 4 1 而W Si n 1 2每个O2 有可能为2个SiO4四面体所公用 n 2 根据第三规则 若两个相邻SiO4四面体公用棱或面 将使体系极不 稳定 迄今为止 尚未发现硅酸盐晶体结构中 有公用四面体棱边 和平面的情况 根据第四规则 由于Si4 SiO44 四面体倾向于不公用任何几何要素 实际上 当硅酸盐中氧 硅原 子数比值等于或大于4时 SiO44 四面体相互间确实很少共有几何要素 当氧 硅原子比小于4时 便 会有公用四面体一个顶点的情况存在 硅酸盐晶体结构的另一特征 Si4 与Si4 间不存在直接的键 它们 之间是通过O2 来连结 这是与硅有机化合物的重要区别 硅酸盐晶体分类方法 以不同Si O比对应基本结构单元 SiO4 之间不 同结合方式 分为五种方式 岛状组群状链状层状架状 对应Si O由 由1 4 1 2 结构趋于复杂 岛状结构硅酸盐 SiO4 以孤岛状存在 各顶点之间互不连接 每 个O2 一侧与1个Si4 连接 另一侧与其它金属离子相配位使电价平衡 结构中Si O比为1 4 有锆石英Zr SiO4 镁橄榄石Mg2 SiO4 蓝晶石Al2O3 SiO 2 莫来石3Al2O3 2SiO2以及水泥熟料中 C2S C2S和C3S等 图3 15镁橄榄石Mg2 SiO4 图3 14锆英石Zr SiO4 Mg2SiO4 中 的 SiO4 四面体由于于Si4 之间斥力较大 因而 SiO4 四面 体之间并不互相结合 而是孤立存在的 但是Mg2 和和Si4 之间斥力较小 故 SiO4 四面体和 M gO6 八面体之间却有共顶和共棱 MgO6 八面体之间也有共棱的情况 镁橄榄石Mg2 SiO4 结构属斜方晶系 空间群Pbnm晶胞参数a 0 476n m b 1 021nm c 0 599nm 晶胞分子数Z 4 O2 近似于六方最紧密堆积排列 即ABAB 层序堆积 Si4 填充1 8 四面体空隙 Mg2 填充1 2八面体空隙每个 SiO4 被 MgO6 隔开 呈 孤岛状分布 镁橄榄石结构中的同晶取代 1 Mg2 被被Fe2 以任意比例取代 则形成橄榄石 Fe xMg1 x SiO4固溶体 2 若Mg2 全部被Ca2 取代 则形成 Ca2SiO4 即 C2S 其中Ca2 配位数为6 由于配位规则 在水中几乎为惰性注意另一种岛状结构的水泥熟料 矿物 Ca2SiO4 即 C2S 属单斜晶系 其中Ca2 有有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 镁橄榄石结构与性质的关系 1 结构中每个O2 同时和1个 SiO4 和3个 MgO6 相连接 其电价饱和 晶体结构稳定 2 Mg O键和Si O键均较强 则表现出较高硬度 熔点达到1890 是镁质耐火材料的主要矿物 3 结构中各个方向上键力分布较均匀 则无明显解理 破碎后呈 现粒状 组群状结构硅酸盐 2个 3个 4个或6个 SiO4 通过共用氧相连接 形成单独硅氧络阴离子团 有限硅氧四面体群 它们之间再通过 其它金属离子连接 1 桥氧 或公共氧 非活性氧 有限四面体群中连接两个Si4 的 氧 其电价已饱和 一般不再与其它正离子配位 2 非桥氧 或非公共氧 活性氧 只有一侧与Si4 相连接的氧 孤立的有限硅氧四面体群 双四面体 Si2O7 6 三节环 Si3O9 6 四节环 Si4O12 8 六节环 Si6O18 12 组群状结构中Si O比2 7或1 3 双四面体硅钙石Ca3 Si2O7 铝方柱 石Ca2Al AlSiO7 镁方柱石Ca2Mg Si2O7 三节环蓝锥矿BaTi Si3O9 六节环绿宝石Be3Al2 Si6O18 绿宝石又称为绿柱石 化学式为Be3A l2 SiO3 6 其中含有氧化铍 BeO 14 1 氧化铝 Al2O3 19 氧化硅 SiO2 66 9 六方晶系 晶体呈六方柱形 柱面有纵纹 晶体可能非常小 集合 体有时呈晶簇或针状 有时可形成伟晶 长可达5米 重达18吨 硬度为7 5 8 比重为2 63 2 80 纯净的绿宝石是无色的 甚至可以是透明的 当绿宝石富含铯时 呈粉红色 称为玫瑰绿宝石 又叫摩根石 含 三价铁时 呈黄色 称为黄色绿宝石 含铬时 呈鲜艳的翠绿色 称为祖母绿 含二价铁时 呈现浅天蓝 色 称为海蓝宝石 绿宝石结构与性质的关系 六节环内无其它离子存在 结构中存在大 的环形空腔 电价低 半径小离子 如Na 存在时 直流电场中表现出显著离子 电导 交流电场中有较大介电损耗 当晶体受热时 质点热振动振 幅增大 大空腔使晶体不会有明显膨胀 表现出较小的膨胀系数 结晶学方面 常呈现六方或复六方柱晶形 链状结构硅酸盐 1 链的类型 重复单元与化学式 SiO4 通过桥 氧相连接 形成向一维方向无限延伸的链 依照 SiO4 共用O2 数目不同 分为单链和双链 单链结构解理成丝状 双链呈带状 板片状 单链结构辉石类硅酸盐矿物 如透辉石CaMg Si2O6 顽火辉石Mg2 Si2O6 双链结构角闪石类硅酸盐矿物 如斜方角闪石 Mg Fe 7 Si4O11 2 OH 2透闪石Ca2Mg5 Si4O11 2 OH 2 透闪石玉又叫软玉 是由透闪石矿物组成 我们经常碰到的透闪石玉主要有四个 一是料 二是青海料 三是 俄罗斯料 四是辽宁岫岩河磨料 从透闪石玉的产出情况来分又可分为山料 子料和山流水 无论单链或双链 由于链内结构牢固 链间通过其它金属阳离子 连接 最常见的是Mg2 和Ca2 而金属阳离子与O2 之间的键比Si O键弱 容易断 则链状结构矿物总是形成柱状 针状 或纤维状解理 透辉石CaMg Si2O6 结构 单斜晶系 a0 0 9746 0 9845nm b0 0 88 99 0 9024nm c0 0 5251 0 5245nm 105 38 104 44 Z 4 SiO4 四面体以两角顶相连成单链 平行c轴延伸 链间由中小阳 离子M1 Mg Fe 六次配位 和较大阳离子M2 Ca 有时有少量Na 8 配位 构成的较规则的M1 O八面体和不规则的M2 O多面体共棱组成的链联结 在空间上 SiO4 链和阳离子配位多面体链皆沿c轴延伸 在a轴方 向上作周期堆垛 在富铝的辉石中 6配位的Al将使晶格常数a 0 b0减小 4配位的Al将使晶格常数增大 图3 16角闪石类硅酸盐链状硅酸盐 因链内的Si O O键要比链间的M M O O键强得多 M M一般为六个或八个O O22 包围的正离子 因此 这些硅酸盐很容易沿链 或带 间结合较 弱处劈裂成为柱体或纤维 如双链结构单元的存在是角闪石石棉呈 细长纤维的根本原因 5 试解释绿宝石和透辉石中Si O都为1 3 前者为组群状结构 后 者为链状结构 第三章作业 层状结构硅酸盐 1 层状结构的基本单元 化学式与类 型 每个 SiO4 通过3个桥氧连接 构成向二维方向伸展的六节环状 硅氧层 无限硅氧四面体群 其中可取出一个矩形单元 Si4O10 4 则化学式 Si4O10 n4n 解理成片状 滑石的结构 OH 位于六节环中心 Mg2 位于Si4 与OH 形成的三角形中心 但高度不同 两个硅氧层的活性氧指向相反 中间通过镁氢氧层连接 形成复网层 复网层平行排列形成滑石结 构 水镁石层中Mg2 配位数为6 形成 MgO4 OH 2 八面体 其中全部八面体空隙被Mg2 所填充 属三八面体型结构 图3 17滑石的晶体结构 TMT 结构与性质的关系 复网层中每个活 性O2 同时与3个Mg2 相连接 电价饱和 OH 中氧的电价也饱和 则复网层内为电中性 层与层之间靠微弱分子 力结合 致使层间易相对滑动 则具有良好片状解理 并有滑腻感 白云母KAl2 AlSi3O10 OH 2的结构 属单斜晶系 空间群C2 c 晶 胞参数a 0 519nm b 0 900nm c 2 004nm 95o11 Z 2 其结构如图所示 图中重叠的O2 已稍行移开 白云母属于复网层结构 复网层由两个硅氧层及其中间的水铝石层 所构成 连接两个硅氧层的水铝石层中的Al3 之配位数为6 形成 AlO4 OH 2 八面体 由图中可以看出 两相邻复网层之间呈现对称状态 因此相邻两硅 氧六节环处形成一个巨大的空隙 图3 18白云母的晶体结构 TMT 结构与性质关系 白云母结构与蒙 脱石相似 但因其硅氧层中有1 4的Si4 被Al3 取代 复网层不呈电 中性 所以 层间有K 进入以平衡其负电荷 K 的配位数为12 呈统计地分布于复网层的六节环的空隙间 与硅 氧层的结合力较层内化学键弱得多 故云母易沿层间发生解理 可 剥离成片状 云母类矿物的用途 合成云母作为一种新型材料 在现代工业和科技 领域用途很广 云母陶瓷具有良好的抗腐蚀性 耐热冲击性 机械强度和高温介电 性能 可作为新型的电绝缘材料 云母型微晶玻璃具有高强度 耐热冲击 可切削等特性 广泛应用 于国防和现代工业中 高岭石Al2O3 2SiO2 2H2O的结构 即Al4 Si4O10 OH 8 高岭石是 一种主要粘土矿物 属三斜晶系 空间群C1 晶胞参数a 0 514nm b 0 893nm c 0 737nm 91o36 104o48 89o54 晶 胞分子数Z 1 基本结构单元 SiO4 层 水铝石层 单网层 Al3 配位数为6 形成 AlO2 OH 4 八面体 这两个O2 把水铝石层和硅氧层连接起来 水铝石层中 Al3 占据2 3八面体空隙 属二八面体型结构 图3 19高岭石的晶体结构 结构单元层为TM 高岭石结构与性质的 关系 单网层中O2 电价饱和 即层内为电中性 则层间只能靠物理键结合 片状解理 水铝石层OH 与硅氧层O2 相接触 层间氢键结合 氢键结合比分子间力