硅酸鹽礦物結構

1、2.6.6 硅酸鹽礦物的晶體結構硅酸鹽礦物的晶體結構一、島狀結構一、島狀結構 鎂橄欖石鎂橄欖石（ mg2sio4或或 2mgosio2）二、組群狀結構二、組群狀結構綠寶石綠寶石（be3al2si6o18 或或 3beoal2o3 6sio2) 三、連狀結構三、連狀結構透輝石透輝石camg si2o6 的結構的結構（caomgo2sio2 ）四、層狀結構四、層狀結構（層狀結構礦物的特點）（層狀結構礦物的特點）1、高嶺石結構、高嶺石結構（ al2o32sio2 2h2o 或或al4si4o10(oh)8）2、 蒙脫石（微晶高齡石）的結構蒙脫石（微晶高齡石）的結構（al2si4o10(oh)8nh2

2、o理論式）理論式）3、滑石的結構、滑石的結構(mg3si4o10(oh)2）4、伊利石結構、伊利石結構（化學式（化學式k11.5al4si76.5al11.5o20(oh)4）5、白云母、白云母（化學式（化學式kal2alsi3o10(oh)2 ）五、架狀結構五、架狀結構（1、石英晶體結構；、石英晶體結構；2、長石晶體結構、長石晶體結構）六、硅酸鹽礦物的晶體結構六、硅酸鹽礦物的晶體結構概述概述 硅酸鹽晶體種類繁多，是構成地殼的主要礦物，也是硅硅酸鹽晶體種類繁多，是構成地殼的主要礦物，也是硅酸鹽工業(yè)的主要原料。酸鹽工業(yè)的主要原料。硅酸鹽的化學組成復雜。因為硅酸鹽中的正離子、負離子硅酸鹽的化學組成

3、復雜。因為硅酸鹽中的正離子、負離子都有可能被其他離子部分或全部取代。都有可能被其他離子部分或全部取代。硅酸鹽的化學式有兩種寫法：硅酸鹽的化學式有兩種寫法：氧化物排列法氧化物排列法按金屬氧化物的價態(tài)由低到高排列，最后是按金屬氧化物的價態(tài)由低到高排列，最后是sio2。如鉀長石，化學式為。如鉀長石，化學式為k2oal2o36sio2；無機絡鹽寫法無機絡鹽寫法按離子價態(tài)從高到低排列，最后是按離子價態(tài)從高到低排列，最后是o2-，并按，并按一定的比例寫出其化學式。一定的比例寫出其化學式。 如：鉀長石，如：鉀長石，kalsi3o8。硅酸鹽的結構也很復雜，不象其化學式表示的那樣簡單。鑒于此，硅酸鹽的結構也很復

4、雜，不象其化學式表示的那樣簡單。鑒于此，對硅酸鹽的分類不是從化學上按正硅酸鹽、偏硅酸鹽劃分，而是對硅酸鹽的分類不是從化學上按正硅酸鹽、偏硅酸鹽劃分，而是根據根據sio4四面體在結構中的結合排列方式進行分類。四面體在結構中的結合排列方式進行分類。x-ray衍射衍射結構分析證明，硅酸鹽中的結構分析證明，硅酸鹽中的sio4四面體結合方式有島狀、組群四面體結合方式有島狀、組群狀、鏈狀、層狀和架狀五種形式。如表狀、鏈狀、層狀和架狀五種形式。如表2-5所列。所列。硅酸鹽結構分類硅酸鹽結構分類sio4是結構的基本構造單元，是結構的基本構造單元，sio4彼此通過共用彼此通過共用o2-連接起連接起來，由于連接方

5、式不同，而構成了不同型式的硅氧骨干，來，由于連接方式不同，而構成了不同型式的硅氧骨干，硅酸鹽礦物的分類也是硅氧骨干類型進行分類（硅酸鹽礦物的分類也是硅氧骨干類型進行分類（sio4的的排列方式）排列方式）（1） 島狀島狀 sio4不直接連接，沒有公共的頂角，不直接連接，沒有公共的頂角，sio4通過其它離子連通過其它離子連結成一個完整的結構。這種結構稱為島狀結構。結成一個完整的結構。這種結構稱為島狀結構。單四面體、單四面體、雙四面體雙四面體 三元環(huán)三元環(huán) 四元環(huán)四元環(huán) 六元環(huán)六元環(huán)（2） 組群狀組群狀 雙四面體：兩個雙四面體：兩個sio4通過公共通過公共“氧橋氧橋”相互連成相互連成si2o76-團

6、，再通過其它金屬離子連接。團，再通過其它金屬離子連接。si/o=2:7=1:3.5 孤立環(huán)狀：由三個、四個或六個孤立環(huán)狀：由三個、四個或六個sio44-彼此共用兩個頂點彼此共用兩個頂點而組成封閉平面孤立環(huán)，稱為三節(jié)環(huán)、四節(jié)環(huán)、六節(jié)環(huán)。而組成封閉平面孤立環(huán)，稱為三節(jié)環(huán)、四節(jié)環(huán)、六節(jié)環(huán)。si/o=1:3 單鏈單鏈 雙鏈雙鏈(3) (3) 鏈狀鏈狀單鏈單鏈 ：sio4彼此共用兩個頂點，彼此共用兩個頂點，在一維方向上連結成無限的長鏈，在一維方向上連結成無限的長鏈，每一四面體仍有每一四面體仍有2個活性氧，借個活性氧，借此與存在于鏈間的金屬離子相連，此與存在于鏈間的金屬離子相連，si/o=1:3；雙鏈雙鏈

7、 ：雙鏈是由兩個單鏈通過共：雙鏈是由兩個單鏈通過共用氧平行連接而成，或者看成是用氧平行連接而成，或者看成是單鏈通過一個鏡面反映而得。單鏈通過一個鏡面反映而得。si/o=4:11(4)連續(xù)層狀連續(xù)層狀 由無窮個由無窮個sio4彼此共彼此共用三個頂點，在二維用三個頂點，在二維方向上連結成無限的方向上連結成無限的六方平面網，借助于六方平面網，借助于剩下的活性氧離子與剩下的活性氧離子與 金屬陽離子相連，而金屬陽離子相連，而再于其它平面層連接再于其它平面層連接。si/o=1:2.5;層狀結構層狀結構-鱗石英的結構（架狀）鱗石英的結構（架狀）(5)架狀架狀每個每個sio4的四個頂角都與的四個頂角都與相鄰相

8、鄰 sio4相連結，構成三相連結，構成三維方向連續(xù)延伸的架狀骨架維方向連續(xù)延伸的架狀骨架。si/o=1:2.上述五種結構概括于表上述五種結構概括于表2-5（p47）中，通過分析后應）中，通過分析后應掌握其規(guī)律。掌握其規(guī)律。硅酸鹽晶體的幾個特點硅酸鹽晶體的幾個特點（1）硅酸鹽結構中硅酸鹽結構中si4+間不存在直接的鍵，鍵的聯接是通過間不存在直接的鍵，鍵的聯接是通過o2-來來實現的，實現的，siosi鍵角為鍵角為145；（2）每一個每一個si4+存在于四個存在于四個o2-為頂點的四面體中心，構成為頂點的四面體中心，構成sio4四四面體，它是硅酸鹽晶體結構的基礎；面體，它是硅酸鹽晶體結構的基礎；（3

9、）sio4四面體的每個頂點，即四面體的每個頂點，即o2-最多只能為兩個最多只能為兩個sio4四面體四面體所共用（電價平衡）；所共用（電價平衡）；（4）相鄰的相鄰的sio4四面體之間只能以共頂而不能以共棱或共面相連四面體之間只能以共頂而不能以共棱或共面相連接；接；（5）結構中常出現同晶置換現象，除含有結構中常出現同晶置換現象，除含有si以外，還有以外，還有mg2+、al3+、be2+、na+、k+等，這些離子可以取代等，這些離子可以取代si4+，相互置換，并不改變，相互置換，并不改變晶體的結構，這種現象稱為同晶置換。晶體的結構，這種現象稱為同晶置換。（6）有些硅酸鹽礦物組成中還存在一些有些硅酸鹽

10、礦物組成中還存在一些“附加陰離子附加陰離子”最常見的最常見的有有f-、cl-、oh-等，此外還可能有結構水或吸附水。等，此外還可能有結構水或吸附水。1、島狀結構、島狀結構sio4四面體在結構中以孤立狀態(tài)存在。四面體在結構中以孤立狀態(tài)存在。即即sio4各頂角之間并不互相連接，每個各頂角之間并不互相連接，每個o2-除已經與一個除已經與一個si4+相連外，不再與其他相連外，不再與其他sio4中的中的si4+相配位，沒個相配位，沒個o2-剩余的剩余的一價可與金屬離子相配位而達到點價平衡。因此，一價可與金屬離子相配位而達到點價平衡。因此，sio4四四面體之間是通過其他金屬離子聯系起來的。面體之間是通過其

11、他金屬離子聯系起來的。屬于島狀結構的晶體有：屬于島狀結構的晶體有：鋯英石鋯英石zrsio4；橄欖石；橄欖石(mg,fe)2sio4；硅線石；硅線石al2o3sio2；莫來石莫來石3al2o32sio2及水泥熟料中的及水泥熟料中的c2s、c3s等。等。鎂橄欖石鎂橄欖石mg2sio4結構（結構（ 2mgosio2）屬斜方晶系，屬斜方晶系，pbmm空間群，空間群，a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm，z=4；下圖為鎂橄欖石的晶胞立體結構圖和（下圖為鎂橄欖石的晶胞立體結構圖和（100）面投影圖。）面投影圖。鎂橄欖石晶胞立體圖鎂橄欖石晶胞立體圖鎂橄欖石晶體結構（鎂橄欖石晶體結構（1

12、00）面投影）面投影黃球標高黃球標高25，綠球標高，綠球標高75；鎂橄欖石的鎂橄欖石的 特征：特征：o2-近似排成平行于（近似排成平行于（100）面的兩層（六方密堆）；）面的兩層（六方密堆）；si4+填入四面體空隙中，僅占四面體空隙的填入四面體空隙中，僅占四面體空隙的1/8；mg2+填入八面體空隙（三個填入八面體空隙（三個25，三個，三個75位位置置o2-），形成），形成mgo6八面體，占據八面體空八面體，占據八面體空隙的隙的1/2；sio4四面體通過四面體通過mg2+聯系起來。聯系起來。mgo6間共棱、間共棱、sio4與與mgo6共面相連共面相連在鎂橄欖石結構中，電價是平衡的。因為在鎂橄欖石

13、結構中，電價是平衡的。因為o2-同時與三個同時與三個mgo6八面體中的八面體中的mg2+和一和一個個sio4四面體中的四面體中的si4+相配位，正離子分配相配位，正離子分配給給o2-的電價是：的電價是： ，所以，所以o2-的電價是飽和的。的電價是飽和的。244362鎂橄欖石晶體結構（鎂橄欖石晶體結構（100）面投影）面投影o2-:黃球標高黃球標高25，綠球標高，綠球標高75；mg2+ :標高標高50，標高為，標高為0的未畫出的未畫出根據根據pauling規(guī)則分析：規(guī)則分析：（1）鎂橄欖石中有）鎂橄欖石中有sio4和和mgo6兩種配位體兩種配位體（符合規(guī)則一、五）（符合規(guī)則一、五）；（2）電價平

14、衡（規(guī)則二）；）電價平衡（規(guī)則二）；（3） mgo6間共棱、間共棱、sio4與與mgo6共面相連，共面相連， sio4間不相連間不相連（三、四）。（三、四）。鎂橄欖石的結構是穩(wěn)定的。鎂橄欖石的結構是穩(wěn)定的。mg-o，si-o鍵力都較強，該礦物熔點鍵力都較強，該礦物熔點高（高（1890 ），硬度大（），硬度大（67級）。且鍵力分布均勻，晶形呈粒級）。且鍵力分布均勻，晶形呈粒狀，無顯著解理。狀，無顯著解理。鎂橄欖石中的鎂橄欖石中的mg2+被被ca2+取代，就形成鈣橄欖石取代，就形成鈣橄欖石 - ca2sio4。 ca2+的配位數為的配位數為6，化學穩(wěn)定性好，幾乎無水硬性；而，化學穩(wěn)定性好，幾乎無水

15、硬性；而 - ca2sio4 ， ca2+的配位數為的配位數為6、8兩種，而不是全部為兩種，而不是全部為6，化學穩(wěn)定性差，即，化學穩(wěn)定性差，即水化反應活性大，有很好的水硬性。水化反應活性大，有很好的水硬性。c3s 中中ca2+的配位數也是的配位數也是6，但，但 cao6的的o2-分布不規(guī)則，留有較大分布不規(guī)則，留有較大的空腔，水化反應更快。的空腔，水化反應更快。2、組群狀結構、組群狀結構組群狀結構是兩個、三個、四個、六個組群狀結構是兩個、三個、四個、六個sio4四面體通過公共氧四面體通過公共氧相連接，形成單獨的硅氧負離子團。如圖相連接，形成單獨的硅氧負離子團。如圖1-35所示。硅氧負離所示。硅

16、氧負離子團再通過其他金屬正離子聯系起來，這類結構又稱為孤立的子團再通過其他金屬正離子聯系起來，這類結構又稱為孤立的有限硅氧四面體群。有限硅氧四面體群。這類結構中這類結構中sio4之間公用的之間公用的o2-電價達到飽和，一般不再與其他電價達到飽和，一般不再與其他金屬離子配位，金屬離子配位，稱公共氧為非活性氧或橋氧；只用去一價的稱公共氧為非活性氧或橋氧；只用去一價的o2-稱為活性氧或非橋氧。稱為活性氧或非橋氧。非橋氧還可與其他金屬離子配位。非橋氧還可與其他金屬離子配位。組群狀結構的典型組群狀結構的典型硅酸鹽晶體是綠寶硅酸鹽晶體是綠寶石（石（be3al2si6o18)和鎂方柱石和鎂方柱石（ca2mg

17、si2o7)。綠寶石結構分析綠寶石結構分析（be3al2si6o18 或或 3beoal2o3 6sio2) （si : o=1: 3）屬六方晶系，屬六方晶系，p6/mcc空間群，空間群，a=0.921nm，c=0.917nm，z=2；在綠寶石結構中，在綠寶石結構中，sio4四面體形成六節(jié)環(huán)，環(huán)與環(huán)之間靠四面體形成六節(jié)環(huán)，環(huán)與環(huán)之間靠beo4四面體中的四面體中的be2+和和alo6八面體中的八面體中的al3+連接。連接。如圖如圖2-61所示為綠寶石結構在（所示為綠寶石結構在（0001）面上）面上1/2個晶胞的投影。在個晶胞的投影。在c軸高度上還有一半未畫出。軸高度上還有一半未畫出。be2+個數

18、個數=1/2 4+1=3個；個；al3+個數個數=1 2=2個個所以為半個晶胞。所以為半個晶胞。綠寶石晶體結構（綠寶石晶體結構（0001）面投影）面投影綠寶石結構分析：綠寶石結構分析：（1）綠寶石的基本結構單元是綠寶石的基本結構單元是sio4六節(jié)環(huán)，且每個六節(jié)環(huán)，且每個sio4中有兩個中有兩個o2-是公共氧，是公共氧，它們與四面體中的它們與四面體中的si4+處于同一高度。六節(jié)環(huán)兩層相迭，交叉錯開處于同一高度。六節(jié)環(huán)兩層相迭，交叉錯開30，形成，形成復六環(huán)，環(huán)之間由復六環(huán)，環(huán)之間由be2+和和al3+連接。連接。（2）圖中有圖中有5個個be2+處在以處在以c軸為軸為100的的75標高處，所以屬于

19、該晶胞的標高處，所以屬于該晶胞的be2+為為（1/2 4+1）3個。個。be2+分別與分別與2個個65標高的標高的o2-（下面一層上面的（下面一層上面的o2-）和）和2個個85標高的標高的o2-（上面一層下面的（上面一層下面的o2-）相連形成）相連形成beo4四面體。四面體。（3）圖中有圖中有2個個al3+也處在也處在75標高，與標高，與3個個85的的o2-和和3個個65的的o2-形成形成alo6八面體，八面體，這些這些o2-也與也與 be2+相配位，所以相配位，所以 o2-的電價是飽和的。的電價是飽和的。beo4與與alo6共棱共棱相連；相連； beo4與與 sio4、 alo6與與 sio

20、4共頂共頂相連相連（4）以標高為以標高為50的的si4+和和o2-處作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即單位晶處作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即單位晶胞中有胞中有2個綠寶石分子。個綠寶石分子。綠寶石結構對性能的影響：綠寶石結構對性能的影響：由于結構中有較大的環(huán)形孔隙，由于結構中有較大的環(huán)形孔隙，當有半徑小、電價低的離子當有半徑小、電價低的離子（k+，na+）存在時，呈現出）存在時，呈現出離子導電離子導電。堇青石堇青石mg2al3alsi5o18 與與綠寶石結構相同，六節(jié)環(huán)綠寶石結構相同，六節(jié)環(huán)中的中的sio4被被alo4取代，取代，而環(huán)外的（而環(huán)外的（be3al2 ）被）被（mg2al3）

21、取代，保持電）取代，保持電價平衡。價平衡。3、連狀結構、連狀結構硅氧四面體通過公共氧連起來組成連續(xù)的鏈，構成一維空間無限延硅氧四面體通過公共氧連起來組成連續(xù)的鏈，構成一維空間無限延伸的連狀結構，如圖伸的連狀結構，如圖2-62。在單鏈中，在單鏈中，sio4中有中有2個氧變成非橋氧，鏈中的結構單元為個氧變成非橋氧，鏈中的結構單元為si2o64-，單鏈的化學式為，單鏈的化學式為si2o6n4n-， si : o=1: 3。兩條相同的單鏈通過非橋氧可組成帶狀兩條相同的單鏈通過非橋氧可組成帶狀雙鏈，圖雙鏈，圖2-62d。 雙鏈的雙鏈的sio4中平均有中平均有2.5個橋氧（一個橋氧（一半有半有2個，一半有

22、個，一半有3個），鏈中的結構個），鏈中的結構單元為單元為si4o116-，雙鏈的化學式為，雙鏈的化學式為si4o11n6n-， si : o=1: 2.75。在單鏈中，按周期長短，即第一個在單鏈中，按周期長短，即第一個sio4重復出現的位置，分為一節(jié)鏈，重復出現的位置，分為一節(jié)鏈，二節(jié)鏈二節(jié)鏈七節(jié)鏈（目前發(fā)現的只有七節(jié)鏈（目前發(fā)現的只有七種），圖七種），圖2-62a為二節(jié)鏈。為二節(jié)鏈。 輝石類硅酸鹽（如透輝石，玩火輝石）含有輝石類硅酸鹽（如透輝石，玩火輝石）含有si2o6n4n-單鏈，鏈與鏈之間通過金屬正離子相連接，最常見的為單鏈，鏈與鏈之間通過金屬正離子相連接，最常見的為mg2+和和ca2+

23、 ，也有被其他正離子取代的情況，也有被其他正離子取代的情況，mg2+可被可被fe2+代替，（代替，（mg2+ca2+）可被（）可被（na+al3+）, （na+fe3+）, （li+al3+）等離子對所取代。）等離子對所取代。 角閃石類硅酸鹽含有角閃石類硅酸鹽含有si4o11n6n-雙鏈，如斜方角閃石雙鏈，如斜方角閃石 (mg,fe)7 si4o112(oh)2，透閃石，透閃石 ca2mg5si4o112(oh)2，具有硅氧鏈的硅酸鹽礦物，因鏈內具有硅氧鏈的硅酸鹽礦物，因鏈內si-o鍵要比鏈之間鍵要比鏈之間的的m-o鍵強得多，所以這類礦物易沿鏈（或帶）方向鍵強得多，所以這類礦物易沿鏈（或帶）方

24、向劈裂為柱狀或纖維狀。劈裂為柱狀或纖維狀。 以透輝石為例說明該類礦物的結構。以透輝石為例說明該類礦物的結構。透輝石透輝石camg si2o6 的結構（的結構（caomgo2sio2 ）屬單斜晶系，屬單斜晶系，c2/c空間群，空間群，a=0.975nm，b=0.890nm，c=0.525nm， =10537 ，z =4；圖；圖2-63為透輝石結構在（為透輝石結構在（010）和（）和（001）面的投影。）面的投影。 各硅氧鏈平行于各硅氧鏈平行于c軸伸展軸伸展，沿沿c軸鏈中軸鏈中sio4的位置是一個向上一個向下更迭地的位置是一個向上一個向下更迭地排列著排列著，以粗黑線和細黑線分別表示兩個重疊的硅氧鏈

25、，以粗黑線和細黑線分別表示兩個重疊的硅氧鏈(稍有移動稍有移動)。透輝石晶體結構（透輝石晶體結構（010）面投影圖）面投影圖由圖由圖2-63a，鏈之間由鏈之間由mg2+和和ca2+ 相連，相連， mg2+的配位數是的配位數是6（圖中（圖中2個個“25” o2-，2個個“10”，2個個“-10”）；）；ca2+的配位數是的配位數是8，其中，其中4個非橋氧和個非橋氧和4個橋氧個橋氧（圖中（圖中2個個“75” o2-，2個個“10”，2個個“48”， 2個個“52” ）；）； ，由圖由圖b透輝石的（透輝石的（001）面投影和見，）面投影和見，mg2+主要負責硅氧鏈中主要負責硅氧鏈中sio4的頂角之的頂

26、角之間連接。間連接。ca2+主要負責硅氧鏈中主要負責硅氧鏈中sio4的底面之間連接。的底面之間連接。 a軸，軸，(1)、(3)二條頂角相背，二條頂角相背，(2)(4)二條頂角相對。二條頂角相對。c軸，軸，(1)、(2)二條鏈二條鏈頂角指向左、右。頂角指向左、右。（a）-（010）面投影）面投影 若結構中的若結構中的ca2+ 全部被全部被 mg2+所代替，則變?yōu)橥婊疠x石所代替，則變?yōu)橥婊疠x石mg2si2o6（斜方晶系）。（斜方晶系）。 輝石類晶體結構比環(huán)狀結構的綠寶石類緊密，因此它們具有輝石類晶體結構比環(huán)狀結構的綠寶石類緊密，因此它們具有良好的電絕緣性。良好的電絕緣性。 輝石類和角閃石類礦物都具

27、有典型的解理，輝石類和角閃石類礦物都具有典型的解理，解理方向發(fā)生在金屬正解理方向發(fā)生在金屬正離子與離子與o2-之間，而不在之間，而不在si-o之間。之間。透輝石和透閃石解理角的差別在于，透輝石和透閃石解理角的差別在于，輝石類結構中是單鏈，而輝石類結構中是單鏈，而角閃石類結構中是雙鏈。角閃石類結構中是雙鏈。4、層狀結構、層狀結構層狀結構是層狀結構是sio4四面體通過三個公共氧所構成的向二維平面無限延伸的六節(jié)環(huán)四面體通過三個公共氧所構成的向二維平面無限延伸的六節(jié)環(huán)硅氧層。圖硅氧層。圖2-64。在硅氧層中可取出一個在硅氧層中可取出一個a=0.52nm，b=0.90nm的矩形單位的矩形單位si4o10

28、4-，sio=12.5。所以硅氧層的化學式應為。所以硅氧層的化學式應為si4o10n4n-。每個。每個sio4四面體上有三個橋氧電四面體上有三個橋氧電荷已達到平衡；一個非橋氧可與硅氧層以外的其他正離子荷已達到平衡；一個非橋氧可與硅氧層以外的其他正離子(mg2+、al3+、fe3+、fe2+等）相連。等）相連。硅氧層可分為二類：硅氧層可分為二類：一類是所有的活性氧指向同一個方向；一類是所有的活性氧指向同一個方向；另一類是活性氧交替的指向上，指向下。另一類是活性氧交替的指向上，指向下。屬于層狀結構的晶體有：屬于層狀結構的晶體有：高嶺石、滑石、蒙脫石、伊利石、高嶺石、滑石、蒙脫石、伊利石、白云母、葉

29、蠟石等。白云母、葉蠟石等。硅氧層的結構（六邊形網絡）硅氧層的結構（六邊形網絡）0.52nm0.90nm 在層狀硅酸鹽晶體結構中，與自由氧相連的在層狀硅酸鹽晶體結構中，與自由氧相連的mg2+、al3+等離子配位數為等離子配位數為6，形，形成成mgo6 、alo6八面體，它們之間有二種聯接方式：八面體，它們之間有二種聯接方式： 二八面體型二八面體型八面體以共棱方式聯接，八面體中的八面體以共棱方式聯接，八面體中的o2-只被二個正離子所只被二個正離子所共用（或者說八面體空隙只有共用（或者說八面體空隙只有2/3被正離子填充）。被正離子填充）。 alo6八面體即為二八面八面體即為二八面體結構（體結構（3/

30、62=1，電價平衡）。，電價平衡）。三八面體型三八面體型八面體以八面體以共棱方式聯接，八面體中的共棱方式聯接，八面體中的o2-被三個正離子所共用（或被三個正離子所共用（或者說八面體空隙全部被正離者說八面體空隙全部被正離子填充）。子填充）。 mgo6八面體即為三八面體八面體即為三八面體結構（結構（2/63=1，電價平衡）。，電價平衡）。 在層狀硅酸鹽晶體結構中，在層狀硅酸鹽晶體結構中，sio4四面體層和四面體層和mgo6 、alo6八八面體層的聯接方式有二種：面體層的聯接方式有二種： 一種是一層四面體層與一層八面體層相連，稱為一種是一層四面體層與一層八面體層相連，稱為11型（兩層型型（兩層型或單

31、網層）層狀結構；或單網層）層狀結構； 另一種是由兩四面體層中間夾一層八面體層，稱為另一種是由兩四面體層中間夾一層八面體層，稱為21型（三層型（三層型或復網層）層狀結構；型或復網層）層狀結構；21型型11型型層狀結構礦物的特點：層狀結構礦物的特點：由硅氧層組成的礦物，層間為分子間力由硅氧層組成的礦物，層間為分子間力(也可能有氫鍵也可能有氫鍵結合結合)，較弱，都具有完全的片狀解理；，較弱，都具有完全的片狀解理；層狀礦物中都含有結構水，以層狀礦物中都含有結構水，以oh形式存在；形式存在；存在于復網層間的結合水，不牢固，除去時不會破壞晶體存在于復網層間的結合水，不牢固，除去時不會破壞晶體結構；結構；八

32、面體層中有陽離子交換時，可造成電價不平衡，層間八面體層中有陽離子交換時，可造成電價不平衡，層間可進入低電價離子可進入低電價離子(k+、na+等等)。（1）高）高嶺嶺石結構石結構（ al2o32sio2 2h2o 或或al4si4o10(oh)8）高嶺石屬三斜晶系，高嶺石屬三斜晶系，c1空間群，空間群， a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm， =9136 ， =10448 ， =8954 ， z =1；高嶺石是高嶺石是1:1型結構，由一層型結構，由一層sio4和一層和一層alo6相連。相連。圖圖2-67是高嶺石結構在（是高嶺石結構在（010）和）和（100）面上的投影，由圖

33、可看出）面上的投影，由圖可看出sio4 層和層和alo6層的連接情況。層的連接情況。結構中結構中al3+的配位數是的配位數是6，每個，每個al3+同時與同時與2個個o2-和和4個個oh-相連，相連，形成形成alo2 (oh)4八面體，即八面體，即o2-起著橋梁作用，把硅氧層與水鋁起著橋梁作用，把硅氧層與水鋁石層聯系在一起。石層聯系在一起。al3+只填充了由只填充了由2個個o2-和和4個個oh-形成的八面體空形成的八面體空隙的隙的2/3（二八面體型）。（二八面體型）。圖圖2-67a是高嶺石在（是高嶺石在（001）面的投影，并注明了）面的投影，并注明了c軸方向各離子的軸方向各離子的高度及高度及si

34、o4和和alo2 (oh)4，可清楚看到硅氧層的六節(jié)環(huán)結構。，可清楚看到硅氧層的六節(jié)環(huán)結構。 sio4與與alo2 (oh)4共頂相連。共頂相連。高嶺石的單網層之間主要以氫鍵高嶺石的單網層之間主要以氫鍵（oho）相連，起作用力比分）相連，起作用力比分子間力大，所以，其結構特點為：子間力大，所以，其結構特點為：（1）解理成小片狀晶體；）解理成小片狀晶體；（2）單網層之間水分子不易進入，）單網層之間水分子不易進入，不會因水含量增加而膨脹；不會因水含量增加而膨脹；（3）可交換的陽離子容量較小。）可交換的陽離子容量較小。（2）蒙脫石（微晶高）蒙脫石（微晶高嶺嶺石）的結構石）的結構（al2si4o10(

35、oh)8nh2o理論式）理論式）屬單斜晶系，屬單斜晶系，c2/m空間群，空間群， a=0.523nm，b=0.906nm，c值可變，值可變，z=2。圖圖2-68是蒙脫石結構在（是蒙脫石結構在（100）面投影，該礦物是）面投影，該礦物是2:1型結構，由兩型結構，由兩層層sio4層中間夾一層鋁氧八面體層中間夾一層鋁氧八面體層（水鋁石）。層（水鋁石）。al3+的配位數為的配位數為6（4個個o2-和和2個個oh-），且為二八），且為二八面體型。面體型。鋁氧八面體層中的鋁氧八面體層中的al3+可可 被被mg2+取代，使取代，使復網層不呈電中性，而帶有少量負電荷，復網層不呈電中性，而帶有少量負電荷，層之間

36、有斥力，使帶有正電的水化正離子層之間有斥力，使帶有正電的水化正離子易進入平衡電價。所以其化學式為易進入平衡電價。所以其化學式為(mxnh2o)(al2-xmgx)si4o10(oh)2蒙脫石的基本性質：蒙脫石的基本性質： (1)水化正離子進入層間，可使其膨脹，水化正離子進入層間，可使其膨脹，c軸方向的晶胞尺寸在軸方向的晶胞尺寸在0.962.14nm之之間間又稱為膨潤土；又稱為膨潤土； (2)加水則膨脹，脫水則收縮，在脫去結構水之前不破壞其晶格構造；加水則膨脹，脫水則收縮，在脫去結構水之前不破壞其晶格構造； (3)隨層間水進入的正離子易于隨層間水進入的正離子易于交換，使該礦物具有較高的陽交換，使

37、該礦物具有較高的陽離子交換容量。離子交換容量。（3）滑石的結構）滑石的結構(mg3si4o10(oh)2） 屬單斜晶系，屬單斜晶系， c2/c空間群空間群, a=0.526nm，b=0.910nm，c=1.881nm， =9136 ，2:1型結構。型結構。滑石結構與蒙脫石相近，將蒙脫石中滑石結構與蒙脫石相近，將蒙脫石中的的al-o八面體換成八面體換成mg-o八面體，且八面體，且三個三個mg2+共用一個共用一個o2-成為三八面體成為三八面體結構。結構。如圖如圖2-69，兩層，兩層sio4層中間夾一層層中間夾一層鎂氧八面體層（水鎂石層），鎂氧八面體層（水鎂石層）， mg2+的配位數為的配位數為6（

38、4個個o2-和和2個個oh-）。）。復網層是電中性的，層之間靠分子間復網層是電中性的，層之間靠分子間力聯系。所以，滑石具有良好的片狀力聯系。所以，滑石具有良好的片狀解理，并有滑膩感。解理，并有滑膩感。（4）伊利石結構（化學式）伊利石結構（化學式k11.5al4si76.5al11.5o20(oh)4） 屬單斜晶系，屬單斜晶系， c2/c空間群，空間群， a=0.520nm，b=0.900nm，c=1.00nm， 角尚未確定角尚未確定 ，z=2，2:1型結構。型結構。 伊利石具有蒙脫石相似的復網層，不同的是伊利石具有蒙脫石相似的復網層，不同的是sio4中中約有約有1/6的的si4+被被al3+取

39、代取代，為平衡多余的負電荷，約有，為平衡多余的負電荷，約有11.5個個k+進入結構單位層之間。處于上下兩層進入結構單位層之間。處于上下兩層sio4六六節(jié)環(huán)中心，相當于配位數為節(jié)環(huán)中心，相當于配位數為12的的k-o配位多面體，使層聯配位多面體，使層聯結牢固，且這種陽離子不易被交換。因此，伊利石與水結牢固，且這種陽離子不易被交換。因此，伊利石與水接觸，不發(fā)生膨脹。接觸，不發(fā)生膨脹。 （5）白云母）白云母（化學式（化學式kal2alsi3o10(oh)2 ）屬單斜晶系，屬單斜晶系， c2/c空間群空間群, a=0.519nm，b=0.900nm，c=2.000nm， =9547 ，z=2，2:1型結

40、構。型結構。兩層兩層sio4層通過層通過al3+聯接，聯接，al3+的配位數為的配位數為6 （4個個o2-和和2個個oh-）。）。由圖由圖2-28可見，相鄰復網層間呈對稱狀態(tài)，使相鄰兩硅氧六節(jié)環(huán)處形成巨大空隙；可見，相鄰復網層間呈對稱狀態(tài)，使相鄰兩硅氧六節(jié)環(huán)處形成巨大空隙；硅氧層內有硅氧層內有1/4的的si4+被被al3+取代取代，由由k+進入層之間巨大空隙處平衡進入層之間巨大空隙處平衡多余的負電荷，其多余的負電荷，其 配位數也是配位數也是12，且比伊利石中的且比伊利石中的k+多，使層間的多，使層間的結合較牢固（但相對于層內仍較結合較牢固（但相對于層內仍較弱，為片狀解理。弱，為片狀解理。白云母

41、中的白云母中的al3+可被可被mg2+、fe2+、(li+fe2+)等取代；等取代；k+可被可被na+、ca2+ 、h3o+取代，形成云母族的取代，形成云母族的其他類型。其他類型。5、架狀結構、架狀結構每個每個sio4中的四個角頂都與相鄰的中的四個角頂都與相鄰的sio4共頂，使共頂，使sio4四四面體群排列成具有三維空間的面體群排列成具有三維空間的“架架”。sio4中的中的o2-全全部為公共氧，部為公共氧， sio=12。石英及其變體屬于架狀結構。若硅氧骨架中的石英及其變體屬于架狀結構。若硅氧骨架中的si4+被被al3+取取代，則會產生多余的負電荷，其他正離子將會進入結構，代，則會產生多余的負

42、電荷，其他正離子將會進入結構，以平衡電價。一般是半徑大而電價低的正離子，如以平衡電價。一般是半徑大而電價低的正離子，如k+、na+、ca2+ 、ba2+等。長石等。長石(k,na)alsi3o8，霞石，霞石naalsio4，沸石，沸石naalsi2o6h2o 等都屬于架狀結構。等都屬于架狀結構。（1）石英晶體結構）石英晶體結構石英在不同的熱力學條件下有不同的變體，常壓下石英變體間的關石英在不同的熱力學條件下有不同的變體，常壓下石英變體間的關系如下：系如下：上式中縱向之間的變化不涉及晶體結構中鍵的破裂和重建，上式中縱向之間的變化不涉及晶體結構中鍵的破裂和重建，只是鍵角的變化，轉變過程迅速而可逆，

43、這種轉變稱為只是鍵角的變化，轉變過程迅速而可逆，這種轉變稱為位移位移性轉變性轉變；橫向間的轉變都涉及鍵的破裂與重建，過程緩慢，這種轉變橫向間的轉變都涉及鍵的破裂與重建，過程緩慢，這種轉變稱為稱為重建性轉變重建性轉變，見圖，見圖2-71。 -石英石英 -鱗石英鱗石英 -石英石英 -鱗石英鱗石英 -方石英方石英 -鱗石英鱗石英 5731631178701470180270圖圖2-71石英的三種主要變體石英的三種主要變體 -石英、石英、 -鱗石英、鱗石英、 -方石英在結構上的差別方石英在結構上的差別在于在于sio4間的連接方式，圖間的連接方式，圖2-72。在在 -方石英中，方石英中，兩兩sio4之間

44、有一對稱中心關系，之間有一對稱中心關系，si-o-si鍵角為鍵角為180； -鱗石英中，鱗石英中，兩共頂的兩共頂的sio4間有一對稱面，間有一對稱面， si-o-si鍵角為鍵角為180； -石英中，石英中，兩共頂的兩共頂的sio4間間無對稱關系，無對稱關系， si-o-si鍵角為鍵角為150。它們之間的轉變需拆。它們之間的轉變需拆開開si-o鍵，重新組合成新骨架。鍵，重新組合成新骨架。 -石英石英1） -石英石英屬六方晶系，屬六方晶系，p6222空間群，空間群， a=0.501nm，c=0.547nm，z=3。圖圖2-73是是結構在（結構在（0001）面上的投影，在）面上的投影，在 -石英結構

45、中存在六次螺石英結構中存在六次螺旋軸。圍繞螺旋軸的旋軸。圍繞螺旋軸的si4+在（在（0001）面上可連成正六邊形。）面上可連成正六邊形。 -石英有左右形之分。離石英有左右形之分。離子群形成螺旋狀（子群形成螺旋狀（16、50、83）。）。 -石英屬三方晶系，石英屬三方晶系，p312或，或，p322空間群，空間群， a=0.491nm，c=0.540nm，z=3。 -石英與石英與 -石英的區(qū)別在于石英的區(qū)別在于 -石英的石英的si-o-si鍵角為鍵角為137，從而使，從而使六次螺旋軸變?yōu)槿温菪S。圍繞三次螺旋軸的六次螺旋軸變?yōu)槿温菪S。圍繞三次螺旋軸的si4+在（在（0001）面上的投影不是正

46、六邊形，而是復三方形。面上的投影不是正六邊形，而是復三方形。2） -鱗石英鱗石英屬六方晶系，屬六方晶系，p63/mmc空間群，空間群， a=0.504nm，c=0.825nm，z=4。其結構可看成平行于（其結構可看成平行于（0001）面，）面，sio4按六節(jié)環(huán)連接方式構成四面按六節(jié)環(huán)連接方式構成四面體層（六方片狀網絡），任何兩個體層（六方片狀網絡），任何兩個相鄰的相鄰的sio4四面體的頂角指向相四面體的頂角指向相反方向，上下層之間再以頂角相連反方向，上下層之間再以頂角相連而成架狀結構（這只是一個理想的而成架狀結構（這只是一個理想的模型）。模型）。3） -方石英方石英屬立方晶系，屬立方晶系，fd3m空間群，空間群， a=0.713nm，z=8。圖圖2-76為為 -方石英的結構晶胞圖，方石英的結構晶胞圖，si4+占有全部面心立方結點的位占有全部面心立方結點的位置和立方體內八個小立方體中心的四個。置和立方體內八個小立方體中心的四個。 -方石英與立方方石英與立方zns結構相似。結構相似。若將立方若將立方zns結構中的結構中的zn和和s全全部換成部換成si，同時在每兩個，同時在每兩個si原子原子聯線中心處放置一個聯線中