第十一章第四大类：含氧盐一硅酸盐类ppt课件

1、第十一章第十一章 含氧盐一硅酸盐类含氧盐一硅酸盐类硅和氧是地壳中分布最广的两种元素，其克拉克值分别为硅和氧是地壳中分布最广的两种元素，其克拉克值分别为27.72%27.72%和和46.6%46.6%。两者总计为。两者总计为74.32%,74.32%,构成矿物的总量占地壳总分量的构成矿物的总量占地壳总分量的85%85%。 两者组成两者组成SiO2SiO2外，还组成地壳中最为广泛的硅酸酸盐。外，还组成地壳中最为广泛的硅酸酸盐。 一前言一前言1 1化学成分：阳离子化学成分：阳离子主要是惰性气体型离子和部分过渡性离子，主要是惰性气体型离子和部分过渡性离子，而铜型离子少见。阴离子而铜型离子少见。阴离子是

2、主要由硅和氧组成的络阴离子，及是主要由硅和氧组成的络阴离子，及附加阴离子附加阴离子O O、OHOH、F F、CLCL、S S、CO3CO3、SO4SO4、H2OH2O。2 2硅氧骨干：每一个硅周围有硅氧骨干：每一个硅周围有4 4 个个O O包围着，构成包围着，构成SIO4SIO4四面体，四面体，它是硅酸盐的根本构造单元。每个硅氧四面体都有四个氧离子，氧它是硅酸盐的根本构造单元。每个硅氧四面体都有四个氧离子，氧离子的一半电价与硅结合，而另一半那么与四面体外的其它阳离子离子的一半电价与硅结合，而另一半那么与四面体外的其它阳离子相联、或与其它硅氧四面体相联，在空间构成构成网格。硅氧四面相联、或与其它

3、硅氧四面体相联，在空间构成构成网格。硅氧四面体骨干在空间的结合方式主要有：体骨干在空间的结合方式主要有：1 1岛状硅氧骨干：硅氧骨被其他阳离子所隔开，彼此分开如岛状。岛状硅氧骨干：硅氧骨被其他阳离子所隔开，彼此分开如岛状。进一步分为孤立的单四面体或双四面体。进一步分为孤立的单四面体或双四面体。1环状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联构成封锁的环状，要构成环状结构至少需求3个。进一步又可分为单层环、双层环。2链状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联沿一个方向无限地延伸，可分为单链和双链。据结合方式和反复规律双可以分为多种方式。3层状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联，构成两度空间的无限延伸的面，在平面内硅氧四

4、面体共用三个角顶，在平面内的O两价态都有被利用，即为“惰性氧，或称为“氧桥。每个硅氧四面体的剩余的一个氧即为“活性氧，这种活性氧可以指向一侧，变可以指向两侧，因此据硅氧四面体的结合方式及活性氧的朝向等到层状硅酸骨干可细分假设干类。4架状硅氧骨干：硅氧骨干四个氧都是惰性氧，硅氧四面在空间三个方向无限延伸，典型的架状构造是石英。由于这种构造无剩余余电价，其他离子不能进入晶格，因此必需求有部分AL替代硅进入架状构造中，从而使O有剩余的电价，与其阳离子结合，构成结实 的架状硅酸盐构造。由于架状硅酸盐剩余电价少、且会构成较大的空隙，因此架状硅酸盐离子大多是低电价的、大离子半径的、高配位的离子。有时并有附

5、加阴离子和水分子存在。 3 3铝的作用铝的作用 铝具有双重性质，既可以替代硅，构成四次配位的铝硅酸盐；铝具有双重性质，既可以替代硅，构成四次配位的铝硅酸盐；又可以成六次配位，构成铝的硅酸盐。有时在同一种构造中同时又可以成六次配位，构成铝的硅酸盐。有时在同一种构造中同时具有这两种构造。具有这两种构造。 铝氧四面体比硅氧四面体稍大，在硅氧四面体为主的架状构造铝氧四面体比硅氧四面体稍大，在硅氧四面体为主的架状构造中是不稳定的要素，且两个铝氧四面体不能相联，因此铝替代硅中是不稳定的要素，且两个铝氧四面体不能相联，因此铝替代硅的最大限制是的最大限制是1 1：1 1。 另一方面，由于铝氧四面体掺入到硅氧四

6、面体为主的构造中是另一方面，由于铝氧四面体掺入到硅氧四面体为主的构造中是不稳定的，因此，在低温不稳定，常会发生转变。即发生铝四次不稳定的，因此，在低温不稳定，常会发生转变。即发生铝四次配位转向六次配位。配位转向六次配位。 硅和铝在架状构造中可以是有序的，也可以是无序的。硅和铝在架状构造中可以是有序的，也可以是无序的。1 1晶体化学特征晶体化学特征2 2矿物形状矿物形状 3 3矿物的性质矿物的性质二第一亚类二第一亚类岛状硅酸盐主要矿物引见岛状硅酸盐主要矿物引见1 1橄榄石橄榄石 化学成分：橄榄石的晶体化学式是化学成分：橄榄石的晶体化学式是R2SiO4R2SiO4，其中其中R R为为MgMg、Fe

7、Fe、MnMn等，也有等，也有NiNi、CoCo、ZnZn等，都等，都为为2 2价的离子，三价的离子少见。当价的离子，三价的离子少见。当R R为钙离子为钙离子时那么出现复盐矿物。习惯上的橄榄石为时那么出现复盐矿物。习惯上的橄榄石为MgMg，FeFe2SiO42SiO4，铁和镁是完全类质同象系列。依次，铁和镁是完全类质同象系列。依次分为六个亚种，即为镁、贵、透铁、镁铁、铁分为六个亚种，即为镁、贵、透铁、镁铁、铁镁、铁橄榄石。镁、铁橄榄石。 晶体构造：典型的孤立的单硅氧四面体构造，晶体构造：典型的孤立的单硅氧四面体构造，四面体之间靠其他阳离子结合，四面体之间靠其他阳离子结合，物理性质：镁橄榄石为白

8、色、淡黄色、淡绿色，物理性质：镁橄榄石为白色、淡黄色、淡绿色，随着随着2 2 价铁的添加，颜色加深，而成深黄色、价铁的添加，颜色加深，而成深黄色、墨绿色和黑色，但普通为橄榄绿色。玻璃光泽，墨绿色和黑色，但普通为橄榄绿色。玻璃光泽，透明至半透明，解理透明至半透明，解理010010中等，中等，100100不完全，不完全，贝壳状断口，硬度贝壳状断口，硬度657657，相对密度为，相对密度为327437327437， 随随2 2 价的铁含量添加密度变大。价的铁含量添加密度变大。2.2.锆石锆石3.3.石榴子石：化学成分石榴子石：化学成分A3B2SiO43A3B2SiO43，其中，其中A A为二价离子的

9、镁为二价离子的镁 铁锰钙等到离子，而铁锰钙等到离子，而B B为三价为三价的的铝、铁、铬、钒、钛等。的的铝、铁、铬、钒、钛等。 由于由于A A离子中的钙与其他的二价离子半径分为两个系列：离子中的钙与其他的二价离子半径分为两个系列：铁铝石榴石系列：铁铝石榴石系列：MgMg，FeFe，MnMn3Al2SiO433Al2SiO43镁铝石榴石系列镁铝石榴石系列Mg3Al2SiO43Mg3Al2SiO43铁铝石榴石系列铁铝石榴石系列Fe3Al2SiO43Fe3Al2SiO43锰铝石榴石系列锰铝石榴石系列Mn3Al2SiO43Mn3Al2SiO43钙铁石榴石系列：钙铁石榴石系列：Ca3Ca3AlAl，FeF

10、e，CrCr，TiTi，V V，ZrZr2SiO432SiO43钙铝石榴石钙铝石榴石Ca3Al2SiO43Ca3Al2SiO43钙铁石榴石钙铁石榴石Ca3Fe2SiO43Ca3Fe2SiO43钙铬石榴石钙铬石榴石Ca3Cr2SiO43Ca3Cr2SiO43钙钒石榴石钙钒石榴石Ca3V2SiO43Ca3V2SiO43钙锆石榴石钙锆石榴石Ca3Zr2SiO43Ca3Zr2SiO43这两个系列经常发生类质同象这两个系列经常发生类质同象. .三第二亚类三第二亚类链状硅酸盐主要矿物引见链状硅酸盐主要矿物引见辉石族辉石族1 1化学成分化学成分辉石的化学通式为：辉石的化学通式为：XYT2O6XYT2O6，其

11、中，其中X=NaX=Na、CaCa、MnMn、FeFe、MgMg、LiLi等；占据等；占据M2M2的位置的位置Y=MnY=Mn、FeFe2+2+、3+3+、MgMg、CrCr、AlAl、TiTi占占据据M1M1的位置的位置T=SiT=Si、AlAlAlAl：SiSi之比值要小于之比值要小于1/31/32 2内部构造内部构造其中其中X X和和Y Y的元素有相当多是一样的，这里的的元素有相当多是一样的，这里的X X和和Y Y 对元素并无专指意义，而是对构造位置的专对元素并无专指意义，而是对构造位置的专指意义。指意义。 X X位置是指占据位置是指占据M2M2的位置，的位置，Y Y占据占据M1M1的位

12、置，的位置，T T那么占据硅氧四体的中心。那么占据硅氧四体的中心。为单链，每两个四面体一反复，故为为单链，每两个四面体一反复，故为Si2O6Si2O6，M1M1位置是硅氧四面体角顶位置之间，为八面体位置是硅氧四面体角顶位置之间，为八面体的六次配位，的六次配位，M1M1为小空隙；而为小空隙；而M2M2位置是硅氧四位置是硅氧四面体多个底面相对之间的位置，斜方辉石中面体多个底面相对之间的位置，斜方辉石中为畸变的八面体的六次配位，而在单斜辉石为畸变的八面体的六次配位，而在单斜辉石中中为八次配位，为八次配位，M2M2为大空隙。为大空隙。其中其中M2M2的位置对于辉石的晶体构造产生了明显的影响：的位置对于

13、辉石的晶体构造产生了明显的影响：当当M2M2为小半径离子为小半径离子FeFe、MgMg时那么为斜方晶系；时那么为斜方晶系；当当M2M2位置为大半径离子时，那么为单斜晶系。位置为大半径离子时，那么为单斜晶系。斜方辉石：顽火辉石斜方辉石：顽火辉石EnEnMg2Si2O6Mg2Si2O6斜方铁辉石斜方铁辉石FsFsFe2Si2O6Fe2Si2O6系列系列 顽火辉石顽火辉石古铜辉石古铜辉石紫苏辉紫苏辉石石铁紫苏辉石铁紫苏辉石尤莱辉石尤莱辉石斜方铁辉石斜方铁辉石单斜辉石：单斜辉石： 钙铁辉石亚族：透辉石钙铁辉石亚族：透辉石CaMgSi2O6CaMgSi2O6钙铁辉石钙铁辉石CaFeSi2O6CaFeSi

14、2O6 碱性辉石亚族碱性辉石亚族硅灰石单链：硅灰石单链：化学成分为化学成分为Ca3Si3O9Ca3Si3O9，每三个硅氧四面体为一个反复单元，硅氧，每三个硅氧四面体为一个反复单元，硅氧四面体链与链之间由钙来结合，钙与硅氧四面体中的氧构成钙氧八四面体链与链之间由钙来结合，钙与硅氧四面体中的氧构成钙氧八面体，二个钙氧八面体的长度与三个硅氧四面体的长度相等。面体，二个钙氧八面体的长度与三个硅氧四面体的长度相等。是典型的蜕变作用产物，常为碳酸盐岩石与酸性岩浆岩反响生成硅是典型的蜕变作用产物，常为碳酸盐岩石与酸性岩浆岩反响生成硅灰石：灰石：3CaCO3 + 3SiO2 = Ca3Si3O9 + 3 CO

15、23CaCO3 + 3SiO2 = Ca3Si3O9 + 3 CO2 角闪石族角闪石族: :化学成分通式：化学成分通式：A01X2Y5T4O11A01X2Y5T4O11OHOH，F F，ClCl，角闪石的，角闪石的化学成分复杂，普通化学成分复杂，普通AlAl取代取代SiSi不能超越不能超越1/31/3。其中其中A=NaA=Na、CaCa、K K、H3OH3OX=NaX=Na、LiLi、K K、CaCa、MgMg、FeFe2+2+、MnMnY=MgY=Mg、FeFe2+2+、3+3+、MnMn、ALAL、TiTi、CrCrT=SiT=Si、AlAl、TiTi根据根据X X位置中的位置中的Na+C

16、aNa+CaX X和和NaNaX X 的原子数分为四组的原子数分为四组 角闪石族石棉角闪石族石棉自然界中的石棉主要有两类，一为蛇纹石石棉也称温石棉，自然界中的石棉主要有两类，一为蛇纹石石棉也称温石棉，另一为角闪石石棉。另外还有少量的水镁石石棉。另一为角闪石石棉。另外还有少量的水镁石石棉。在角闪石族中的呈纤维状的矿物，统称角闪石石棉。即为：在角闪石族中的呈纤维状的矿物，统称角闪石石棉。即为： 斜方角闪石亚族：直闪石石棉斜方角闪石亚族：直闪石石棉 单斜面角闪石亚族：镁铁闪石石棉单斜面角闪石亚族：镁铁闪石石棉 铁闪石石棉铁闪石石棉 透闪石石棉透闪石石棉 阳起石石棉阳起石石棉 镁 钠 闪 石 石 棉镁

17、 钠 闪 石 石 棉 高铁钠闪石石棉青石棉高铁钠闪石石棉青石棉 钠铁闪石石棉钠铁闪石石棉 蓝透闪石石棉蓝透闪石石棉工业上对石棉的要求：纤维长、劈分性好、质地柔软、搞拉性工业上对石棉的要求：纤维长、劈分性好、质地柔软、搞拉性大、耐酸、酸碱、耐高温。大、耐酸、酸碱、耐高温。 四四. .第三亚类第三亚类层状硅酸盐主要矿物引见层状硅酸盐主要矿物引见1. 1. 四面体片和八面体片：四面体片和八面体片：在层状硅酸盐中，硅氧四面体中的三个角顶在在层状硅酸盐中，硅氧四面体中的三个角顶在平面中与其他硅氧四面体相联，构成六方网格平面中与其他硅氧四面体相联，构成六方网格状，另一自在角顶朝同一方向；两两相对的角状，另

18、一自在角顶朝同一方向；两两相对的角顶经过顶经过OHOH和其他阳离子和其他阳离子M M构成八面体层。四面体构成八面体层。四面体片为片为T T层，八面体片为层，八面体片为O O层。层。2. 2. 八面体和二八面体：八面体和二八面体：在两个四面体层夹一八面体层的构造中，在每在两个四面体层夹一八面体层的构造中，在每一个由硅氧四面体组成的六方环中对应着有三一个由硅氧四面体组成的六方环中对应着有三个八面体与相对应；个八面体与相对应；每个八面体是由四个氧和两个每个八面体是由四个氧和两个OHOH组成，每个八组成，每个八面体共有面体共有6- 6- 价；价；当这三个八面体被二价离子占据时，三个八面当这三个八面体被

19、二价离子占据时，三个八面体空隙可以被完全充溢，此时，那么称为三八体空隙可以被完全充溢，此时，那么称为三八面体；面体；假设三个八面体被三价离子占据，假设三个八面体被三价离子占据，6- 6- 价只能包价只能包容二个离子，即三个八面体中只能有两个八面容二个离子，即三个八面体中只能有两个八面体被充填，此时，称二八面体。体被充填，此时，称二八面体。 假设三个八面体同时被二价、三价离子充填，假设三个八面体同时被二价、三价离子充填，那么称为过渡性构造。那么称为过渡性构造。 3. 3. 层状硅酸盐构造单元层的根本型式：层状硅酸盐构造单元层的根本型式：四面体片四面体片T T和八面体片和八面体片O O是组成层状硅

20、酸盐的构造单元层。是组成层状硅酸盐的构造单元层。它有两种根本型式：它有两种根本型式：1 1：1 1型型TOTO型型2 2：1 1型型TOTTOT型型4. 4. 层间域层间域: :T T和和O O组成的构造单元层，进一步组合而构成层状硅酸盐。这种构组成的构造单元层，进一步组合而构成层状硅酸盐。这种构造单元层之间的空隙，即为层间域。当构造单元层内的电价已平造单元层之间的空隙，即为层间域。当构造单元层内的电价已平衡，层间域中只充填少量的吸附水或有机分子衡，层间域中只充填少量的吸附水或有机分子如高岭土、叶如高岭土、叶腊石；当构造单元层中电价不平衡，层间域那么充填一些大个阳腊石；当构造单元层中电价不平衡

21、，层间域那么充填一些大个阳离子，并吸附一定的水分子、或有机分子等，如云母、蒙脱石。离子，并吸附一定的水分子、或有机分子等，如云母、蒙脱石。层间域层间域 中不同离子的存在或分子吸附，将影响晶胞参数和矿物的中不同离子的存在或分子吸附，将影响晶胞参数和矿物的物理性质。物理性质。5. 5. 多型性、间层混合物多型性、间层混合物多型性：由于同种矿物的构造层构造单元层的叠置方式不同构成多型性：由于同种矿物的构造层构造单元层的叠置方式不同构成多型性。多型性。间层混合矿物：由于构造层底面的类似性，不同矿物构造单间层混合矿物：由于构造层底面的类似性，不同矿物构造单元层呈规那么或不规那么的间层混层，如伊利石、蒙皂

22、石间元层呈规那么或不规那么的间层混层，如伊利石、蒙皂石间层等。层等。 6.6.氧四面体的层状构造与矿物的物理性质之间的关系氧四面体的层状构造与矿物的物理性质之间的关系形状上形状上单斜晶系，假六方板、片状、短柱状单斜晶系，假六方板、片状、短柱状物理性质物理性质底面的一组极完全解理，低硬度，薄片具有弹性和底面的一组极完全解理，低硬度，薄片具有弹性和挠性，少数具脆性，相对密度小。挠性，少数具脆性，相对密度小。7.7.粘土矿物都是层状硅酸盐矿物，颗粒非常细小，比外表积宏大，粘土矿物都是层状硅酸盐矿物，颗粒非常细小，比外表积宏大，具有吸附性、膨胀性、可塑料性等。具有吸附性、膨胀性、可塑料性等。 1 1滑

23、石滑石 化学通式化学通式Mg3Si4O10Mg3Si4O10OHOH2 2为镁的硅酸盐，晶体构造为为镁的硅酸盐，晶体构造为TOTTOT型，八面体片是由型，八面体片是由MgO4MgO4OHOH2 2组组成，属三八面体。构造单元层电价平衡，层间域无离子充填，构成，属三八面体。构造单元层电价平衡，层间域无离子充填，构造单元层间为微弱的分子键。造单元层间为微弱的分子键。2 2 叶腊石：叶腊石：Al2Si4O10Al2Si4O10OHOH2 2与滑石的构造类似，不同的是八与滑石的构造类似，不同的是八面体是由面体是由AlO4AlO4OHOH2 2组成，为二八面体。组成，为二八面体。五五. .第四亚类第四亚

24、类架状硅酸盐架状硅酸盐 通论通论硅氧四面体的四个角顶与相邻的四个硅氧四面硅氧四面体的四个角顶与相邻的四个硅氧四面体相联，构成硅氧架状构造，由于硅氧四面体体相联，构成硅氧架状构造，由于硅氧四面体中的部分硅被铝所取代，就需求有其他阳离子中的部分硅被铝所取代，就需求有其他阳离子参与，从而构成铝硅酸盐。参与，从而构成铝硅酸盐。 架状硅酸盐中的阳离子普通为大个的、低价架状硅酸盐中的阳离子普通为大个的、低价的阳离子，如的阳离子，如K K、NaNa、CaCa、BaBa、RbRb、CsCs、NH4NH4等，等，普通不存在六次配位的普通不存在六次配位的FeFe、MgMg、MnMn、AlAl等。这等。这是由于架状

25、硅氧骨干所具有大的空隙、少量的是由于架状硅氧骨干所具有大的空隙、少量的多余的电荷所决议的。多余的电荷所决议的。 由架状构造，在三度空间连结，可以构成由架状构造，在三度空间连结，可以构成 宏宏大的空间，甚至可以连通成孔道，矿物中的大的空间，甚至可以连通成孔道，矿物中的F F、ClCl、OHOH、SO4SO4、CO3CO3等附加阴离子即可等附加阴离子即可存在于其中。最主要是长石族和沸石族，此外存在于其中。最主要是长石族和沸石族，此外还有方柱石族、似长族、霞石族等。还有方柱石族、似长族、霞石族等。 1 1 长石长石1.11.1化学通式：为化学通式：为MT4O8MT4O8，其中的，其中的M=NaM=Na、CaCa、K K和和BaBa，少量的，少量的LiLi、RbRb、CsCs、SrSr、NH4NH4 T=SiT=Si、AlAl，少量的三价的铁、，少量的三价的铁、B B等等OrOr钾长石：钾长石：KAlSi3O8KAlSi3O8AbAb钠长石：钠长石：NaAlSi3O8NaAlSi3O8AnAn钙长石：钙长石：CaAl2Si2O8CaAl2Si2O8 1.21.2碱性长石碱性长石 碱性长石由两个端元组分组成：即钾长石和钠长石碱性长石由两