第九章硅酸盐类.ppt

1、第八章 硅酸盐类 1 概念 SiO4硅氧四面体或它们彼此共用顶角氧联接形成 的各种硅氧四面体骨干，借助其它阳离子结合而成 的化合物，称硅酸盐矿物。 2 分布及意义 已知硅酸盐矿物有800余种，约占已知矿物种总数 的1/41/3，其重量占地壳岩石圈重量的85% 硅酸盐矿物是构成三大岩类的主要造岩矿物。是陶 瓷、玻璃、新材料的基础原材料。,3 化学成分 阴离子 硅酸盐矿物的主要阴离子是作为基本结构单元的 SIO4 四面体及其所构成的硅氧四面体骨干： SI2O7、 Si3O9、Si4O12、SinxAlxO2n 阳离子 组成硅酸盐阳离子以S区元素为主，d区元素次之， 部分P区、dS区元素，极少数f

2、区元素。 类质同象 常见有 Mg2、Fe2，Na、 K 等,4 硅氧四面体骨干 SiO4四面体为其基本结构单元，这种络阴离子团是由一个Si及其周围的四个配位氧构成，四个配位氧呈四面体形态包围Si，故称为硅氧四面体 按照络阴离子团骨干的形式不同可划分亚类： 4.1 岛状硅氧四面体骨干 这种硅氧四面体骨干是硅氧四面体以单个SiO44-形式，或每两个共角顶桥式氧相连组成双四面体SI2O76-形式；结构中彼此通过其它阳离子联系起来，而硅氧四面体骨干之间，彼此不直接相连，如沧海中之弧岛，故名“岛状”。,4.2 环状硅氧四面体骨干 这种硅氧四面体骨干是硅氧四面体SiO4以顶角桥式氧相连形成封闭的环。 4.

3、3 链状硅氧四面体骨干 这种硅氧四面体骨干是SiO4以顶角桥式氧联接成的沿一个方向无限延伸的连续链。最常见的有单链和双链。 单链 在单链中，每一个SiO4四面体以两个顶角氧与相邻的SiO4四面体共用。 双链 双链即由两个单链在侧向共用顶角氧并行排列而成。,4.4 层状硅氧四面体骨干 每一个SiO4四面体，组成二维空间无限展开的层。 4.5 架状硅氧四面体骨干 每一个SiO4四面体，组成三度空间无限扩展的骨架。 两个性质： 其一，架状骨干中的孔隙较大，阳离子半径大 其二，氧离子的剩余电荷少，阳离子电价低。 化学键及结构特征 5.1化学键 硅氧四面体内为共价键性质的化学键，而非桥式氧与四面体外的阳

4、离子主要以离子键结合。 5.2 结构特征,在硅酸盐结构中，SiO4四面体是基本结构单元，SiO4四面体联成各种形式的骨干，骨干与骨干之间再借助其它阳离子互相联接成许多类型的硅酸盐结构。,结构中，离子的堆积与硅氧骨干的形式和阳离子性质有关： 在具有弧立SiO4四面体的硅酸盐结构中，离子常按紧密和最紧密方式排列。 在具有环状硅氧四面体骨干的硅酸盐骨干中，环与环之间作平行排列， “环柱”内孔隙大，“环柱”与“环柱”之间排列比较松散。 在具有链型或层状硅氧四面体骨干的硅酸盐结构中，骨干作平行排列，骨干与骨干之间多具较大孔隙。 在具有架型硅氧四面体骨干的硅酸盐结构中，离子不作最紧密堆积，骨干间都具有巨大

5、孔隙。 结论：在硅酸盐结构中，岛链层架型结构，由简单到复杂，硅氧四面体骨干由小到大，孔隙度由小到大。孔隙大小一般均与团外阳离子半径相适应。,5.3 Al在硅酸盐结构中起着双重作用： A：可以代替部分Si4+进入氧的四面体孔隙中，呈四次 配位构成AlO4 ，该硅酸盐，称为铝硅酸盐。 B：Al作为络阴离子的团外阳离子充填于六个氧围成的 孔隙中，呈六次配位，构成AlO6配位八面体，这 种硅酸盐，称为铝的硅酸盐。 5.3.1 铝在硅酸盐中起到双重作用？ 半径比值法则只适用于离子键，而不适用于共价键 Al在硅酸盐中作为一种团外阳离子，以离子键形式与氧结合，则上述半径比值0.452是可以用来说明Al充填八

6、面体空隙的这种现象的。 根据实验资料，AlO键应是共价键性质的。,5.3.2 用AlO的成键性质讨论Al进入氧四面体孔隙的原因 Al的电子结构为3S23P1，与Si的电子结构3S23P2是相似的。从杂化轨道原理来分析，当Al失去价电子后，空出能量相近的S、P轨道，从而能以SP3杂化轨道形式与四个配位氧形成四个轨道，AlO以 键结合，故Al象Si一样，也能作为中心阳离子存在于氧四面体孔隙中，构成AlO4四面体。 从分子轨道的成键特点看，根据Al的3S、3P轨道能量和对称性与四个配位氧的2P、2S轨道能量对称性关系，两者可以发生轨道重迭而形成四个 轨道（不考虑 轨道的形成与否）各自朝四面体顶角取向分布。 此外，Fe3+、T