第十八讲层状和架状硅酸盐亚类

.,第十八讲,层状硅酸盐亚类架状硅酸盐亚类,.,结构：Si-O骨干共用三个角顶构成六方网层（SHEETS），与骨干外阳离子互相联系组成结构层。化学成分：本亚类均出现附加阴离子（OH）-、F-、Cl-；Si-O骨干中可有AlIV代替Si，AlIV/Si13。络阴离子T4O104-。阳离子惰气型和过渡型泋离子：（H3O）+水分子：少数有H2O形态：平行结构层的片状、短柱状。物性：发育平行结构层的极完全解理；依阳离子由惰气型向过渡型转变，颜色由浅而深；玻璃光泽，不依颜色而变化。,层状结构硅酸盐亚类一、概述,.,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。,.,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。,.,OH,.,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。,.,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）,T,O,T,.,高岭石型叶腊石型云母型绿泥石型,.,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。,.,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：,.,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,.,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：,.,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。,.,（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。,.,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。,.,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：,.,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：,.,黑云母,白云母,.,叶腊石,滑石,.,高岭石,高岭石电子显微镜下形态,.,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，但三斜度0,.,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)=0,这时对称面破坏了，三斜对称，有序度0，三斜度0,.,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，,.,.,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。,.,.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：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；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。,.,正长石晶体,.,（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56，大于小刀，与阳离子电价低、半径大无关；,.,（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；,.,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。,.,方解石的接触式双晶,金绿宝石的轮式双晶,.,（2）根据双晶个体间的连生方式可将双晶分为两种类型：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。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生晶体的个数称为三连晶、四连晶等。,.,（3）如何在实际晶体上识别双晶呢？判断外形的对称性：因为具双晶的晶体所表现的对称性肯定与单晶体与固有的对称性不同。根据双晶缝合线：因为双晶接合面在双晶表面或断面上肯定要表现出迹线，它多数是直线（如方解石聚片双晶）或简单的折线或不规则的复杂曲线。双晶条纹和单体间的明暗相间：因为双晶的单体间的结晶方位是不一致的，所以条纹之间的单体是明暗相间的。解理方向与双晶纹方向不一致：因为多数情况下双晶面或接合面是不相平行的。凹入角：单晶为凸多面体，而多数双晶有凹角。,.,5.长石族矿物的双晶特征和分布：长石的双晶极为发育，种类繁多，但最常见的、而且具有鉴定意义的双晶主要有以下几种：（1）卡尔斯巴双晶（简称卡氏双晶）：属简单双晶，分穿插和接触两种；卡氏双晶为正长石和透长石最常见的双晶，斜长石中也可出现，但很少见；肉眼或显微镜下观察卡氏双晶，见两平行单体因光性方位不同而呈现光亮明暗不一致的现象。卡氏双晶可作为钾长石，特别是正长石的鉴定特征之一；,.,卡斯巴双晶,.,（2）钠长石双晶：分简单接触双晶和反复双晶两种，但更常见并具有鉴定意义的是反复双晶类型，这种反复双晶也称为聚片双晶，为斜长石最常见的双晶，可作为斜长石的鉴定特征之一；聚片双晶绝不可能出现于具单斜对称的正长石和透长石中，这是因为双晶面不可能平行单晶体的对称面的缘故；肉眼或显微镜下观察钠长石聚片双晶，见多个相互平行的单体因光性方位不同而呈现光亮明暗交替的现象；,.,钠长石聚片双晶,.,斜长石的聚片双晶,.,主要矿物：碱性长石（富K端员Or）：根据有序度定名：透长石：有序度0，三斜度0无色透明，不常见双晶正长石：有序度0，三斜度0肉红色灰白色，常见卡氏双晶微斜长石（包括条纹长石）：有序度0，三斜度0肉红色灰白色，常见卡氏双晶和格子双晶碱性长石（富Na端员Ab）：歪长石：有序度0，三斜度0，与透长石相似。,.,主要矿物：斜长石（富Na端员Ab-富Ca端员An系列）：根据成分定名：钠长石：Ab10090奥长石：Ab9070中长石：Ab7050拉长石：Ab5030培长石：Ab3010钙长石：Ab100斜长石也有