第十一章 第四大类：含氧盐(一)(硅酸盐类)

第十一章含氧盐（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27.72%和46.6%。两者总计为74.32%,形成矿物的总量占地壳总重量的85%。两者组成SiO2外，还组成地壳中最为广泛的硅酸酸盐。

一．前言1．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，而铜型离子少见。阴离子——是主要由硅和氧组成的络阴离子，及附加阴离子O、OH、F、CL、S、CO3、SO4、H2O。2．硅氧骨干：每一个硅周围有4个O包围着，构成[SIO4]四面体，它是硅酸盐的基本构造单元。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，而另一半则与四面体外的其它阳离子相联、或与其它硅氧四面体相联，在空间形成形成网格。硅氧四面体骨干在空间的联结方式主要有：（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。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形成封闭的环状，要形成环状结构至少需要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。据联结方式和重复规律双可以分为多种形式。（3）层状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联，形成两度空间的无限延伸的面，在平面内硅氧四面体共用三个角顶，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联结方式及活性氧的朝向等到层状硅酸骨干可细分若干类。（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，，典型的架状结构是石英。由于这种结构无剩余余电价，其他离子不能进入晶格，因此必须要有部分AL代替硅进入架状结构中，从而使O有剩余的电价，与其阳离子结合，形成牢固的架状硅酸盐结构。由于架状硅酸盐剩余电价少、且会形成较大的空隙，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。有时并有附加阴离子和水分子存在。

3．铝的作用

铝具有双重性质，既可以替代硅，形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。有时在同一种结构中同时具有这两种结构。铝氧四面体比硅氧四面体稍大，在硅氧四面体为主的架状结构中是不稳定的因素，且两个铝氧四面体不能相联，因此铝替代硅的最大限度是1：1。另一方面，由于铝氧四面体掺入到硅氧四面体为主的结构中是不稳定的，因此，在低温不稳定，常会发生转变。即发生铝四次配位转向六次配位。硅和铝在架状结构中可以是有序的，也可以是无序的。1晶体化学特征2矿物形态3矿物的性质二．第一亚类——岛状硅酸盐主要矿物介绍1橄榄石

化学成分：橄榄石的晶体化学式是R2[SiO4]，其中R为Mg、Fe、Mn等，也有Ni、Co、Zn等，都为2价的离子，三价的离子少见。当R为钙离子时则出现复盐矿物。习惯上的橄榄石为（Mg，Fe）2SiO4，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、铁镁、铁橄榄石。晶体结构：典型的孤立的单硅氧四面体结构，四面体之间靠其他阳离子联结，物理性质：镁橄榄石为白色、淡黄色、淡绿色，随着2价铁的增加，颜色加深，而成深黄色、墨绿色和黑色，但一般为橄榄绿色。玻璃光泽，透明至半透明，解理{010}中等，{100}不完全，贝壳状断口，硬度65~7，相对密度为327~437，随2价的铁含量增加密度变大。3.石榴子石：化学成分——A3B2[SiO4]3，其中A为二价离子的镁铁锰钙等到离子，而B为三价的的铝、铁、铬、钒、钛等。由于A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：（Mg，Fe，Mn）3Al2[SiO4]3镁铝石榴石系列Mg3Al2[SiO4]3 铁铝石榴石系列Fe3Al2[SiO4]3 锰铝石榴石系列Mn3Al2[SiO4]3钙铁石榴石系列：Ca3（Al，Fe，Cr，Ti，V，Zr）2[SiO4]3 钙铝石榴石Ca3Al2[SiO4]3 钙铁石榴石Ca3Fe2[SiO4]3 钙铬石榴石Ca3Cr2[SiO4]3钙钒石榴石Ca3V2[SiO4]3钙锆石榴石Ca3Zr2[SiO4]3 这两个系列经常发生类质同象.三．第二亚类——链状硅酸盐主要矿物介绍辉石族1．化学成分辉石的化学通式为：XY[T2O6]，其中X=Na、Ca、Mn、Fe、Mg、Li等；占据M2的位置 Y=Mn、Fe（2+、3+）、Mg、Cr、Al、Ti占据M1的位置 T=Si、Al（Al：Si之比值要小于1/3）2．内部结构其中X和Y的元素有相当多是一样的，这里的X和Y对元素并无专指意义，而是对结构位置的专指意义。X位置是指占据M2的位置，Y占据M1的位置，T则占据硅氧四体的中心。为单链，每两个四面体一重复，故为[Si2O6]，M1位置是硅氧四面体角顶位置之间，为八面体的六次配位，M1为小空隙；而M2位置是硅氧四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，而在单斜辉石中——为八次配位，M2为大空隙。其中M2的位置对于辉石的晶体结构产生了明显的影响：当M2为小半径离子Fe、Mg时则为斜方晶系；当M2位置为大半径离子时，则为单斜晶系。 斜方辉石：顽火辉石（En）Mg2[Si2O6]——斜方铁辉石（Fs）Fe2[Si2O6]系列 顽火辉石——古铜辉石——紫苏辉石——铁紫苏辉石——尤莱辉石——斜方铁辉石 单斜辉石：钙铁辉石亚族：透辉石CaMg[Si2O6]——钙铁辉石CaFe[Si2O6] 碱性辉石亚族硅灰石（单链）：化学成分为Ca3[Si3O9]，每三个硅氧四面体为一个重复单元，硅氧四面体链与链之间由钙来联结，钙与硅氧四面体中的氧形成钙氧八面体，二个钙氧八面体的长度与三个硅氧四面体的长度相等。是典型的变质作用产物，常为碳酸盐岩石与酸性岩浆岩反应生成硅灰石：3CaCO3+3SiO2=Ca3[Si3O9]+3CO2

角闪石族: 化学成分通式：A0~1X2Y5[T4O11]（OH，F，Cl），角闪石的化学成分复杂，一般Al取代Si不能超过1/3。其中A=Na、Ca、K、H3O X=Na、Li、K、Ca、Mg、Fe（2+）、Mn Y=Mg、Fe（2+、3+）、Mn、AL、Ti、Cr T=Si、Al、Ti 根据X位置中的（Na+Ca）X和（Na）X的原子数分为四组

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），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：

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 铁闪石石棉 透闪石石棉 阳起石石棉 镁钠闪石石棉 高铁钠闪石石棉（青石棉） 钠铁闪石石棉 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、搞拉性大、耐酸、酸碱、耐高温。

四.第三亚类——层状硅酸盐主要矿物介绍1.四面体片和八面体片：在层状硅酸盐中，硅氧四面体中的三个角顶在平面中与其他硅氧四面体相联，形成六方网格状，另一自由角顶朝同一方向；两两相对的角顶通过OH和其他阳离子M形成八面体层。四面体片为T层，八面体片为O层。2.八面体和二八面体：在两个四面体层夹一八面体层的结构中，在每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；每个八面体是由四个氧和两个OH组成，每个八面体共有6-价；当这三个八面体被二价离子占据时，三个八面体空隙可以被完全充满，此时，则称为三八面体；若三个八面体被三价离子占据，6-价只能容纳二个离子，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。若三个八面体同时被二价、三价离子充填，则称为过渡性结构。3.层状硅酸盐结构单元层的基本型式：四面体片（T）和八面体片（O）是组成层状硅酸盐的结构单元层。它有两种基本型式： 1：1型（TO型）—— 2：1型（TOT型）——4.层间域:T和O组成的结构单元层，进一步组合而形成层状硅酸盐。这种构造单元层之间的空隙，即为层间域。当结构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——如高岭土、叶腊石；当结构单元层中电价不平衡，层间域则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。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物理性质。5.多型性、间层（混合）物多型性：由于同种矿物的结构层结构单元层的叠置方式不同形成多型性。间层（混合）矿物：由于结构层底面的相似性，不同矿物结构单元层呈规则或不规则的间层（混层），如伊利石、蒙皂石间层等。形态上——单斜晶系，假六方板、片状、短柱状物理性质——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。，颗粒非常细小，比表面积巨大，具有吸附性、膨胀性、可塑料性等。

1滑石化学通式Mg3[Si4O10]（OH）2为镁的硅酸盐，晶体结构为TOT型，八面体片是由MgO4（OH）2组成，属三八面体。结构单元层电价平衡，层间域无离子充填，结构单元层间为微弱的分子键。2叶腊石：Al2[Si4O10]（OH）2与滑石的结构相似，不同的是八面体是由AlO4（OH）2组成，为二八面体。五.第四亚类——架状硅酸盐通论硅氧四面体的四个角顶与相邻的四个硅氧四面体相联，形成硅氧架状结构，由于硅氧四面体中的部分硅被铝所取代，就需要有其他阳离子加入，从而形成铝硅酸盐。架状硅酸盐中的阳离子一般为大个的、低价的阳离子，如K、Na、Ca、Ba、Rb、Cs、NH4等，一般不存在六次配位的Fe、Mg、Mn、Al等。这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定的。由架状结构，在三度空间连结，可以形成巨大的空间，甚至可以连通成孔道，矿物中的F、Cl、（OH）、[SO4]、[CO3]等附加阴离子即可存在于其中。最主要是长石族和沸石族，此外还有方柱石族、似长族、霞石族等。

1长石1.1化学通式：为M[T4O8]，其中的M=Na、Ca、K和Ba，少量的Li、Rb、Cs、Sr、NH4 T=Si、Al，少量的三价的铁、B等 Or钾长石：K[AlSi3O8] Ab钠长石：Na[AlSi3O8] An钙长石：Ca[Al2Si2O8]

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

A钾长石：包括透长石、正长石、微斜长石，它们的化学成分都是K[AlSi3O8]，它们之间是同质多象变体。

三者相同之处——化学成相同，硅氧骨干相同。三者不同之处——从透长石-正长石-微斜长石，Al取代Si的方式不同，由完全无序向完全有序转变。均匀地取代则为透长石；均匀地分布于八元环的一种位置（4个）硅氧四面体时则为正长石；只分布于八元环的对角线位置的两个四面体上时则为微斜长石。由于铝的取代位置不同，造成碱性长石由单斜晶系向三斜面晶系转变，以三斜度表示即为偏离单斜对称的程度。从透长石-正长石-微斜长石，对应的是有序度升高，三斜度增大，由高温相长石转变到低温相长石。由于微斜长石是低温长石，与岩浆系结晶较晚的石英同时晶出，从而可形成文象结构