第十七講硅酸鹽類

第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述含氧鹽：絡(luò)陰離子團(tuán)與金屬陽離子組成的化合物。如：硅酸鹽，含[SiO4]碳酸鹽，含[CO3]硫酸鹽，含[SO4]磷酸鹽，含[PO4]鎢酸鹽，含[WO4]………絡(luò)陰離子團(tuán)中心陽離子電價高，半徑小，與O的結(jié)合鍵力很強(qiáng)，形成一個緊密的結(jié)構(gòu)基團(tuán)；絡(luò)陰離子與外部陽離子結(jié)合較弱，一般為離子鍵。所以，含氧鹽一般表現(xiàn)為離子晶格的特點(diǎn)。常為玻璃光澤，少數(shù)為金剛光澤、半金屬光澤，不導(dǎo)電，導(dǎo)熱性差。無水的具較高硬度和熔點(diǎn)，一般不溶于水。含氧鹽中最重要的一類是硅酸鹽，占地殼巖石圈總重量的85％；占已知礦物種的2/3。本講介紹硅酸鹽?！杷猁}晶體化學(xué)特點(diǎn)～1、化學(xué)組成：陰離子為[SiO4]4－，此外還有一些附加陰離子O2－，OH－，F(xiàn)－等；陽離子為惰性氣體型離子以及過渡型離子，很少量銅型離子。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述化學(xué)成分陽離子元素有57種之多，主要是惰性氣體型離子和過渡型離子，很少量銅型離子。1

H2LiBe

BCNOF3NaMgAlSiPSCl4KCaScTiVCrMnFeCoNiCuZnGaGeAs

5RbSrYZrNb

InSnSb

6CsBaLaHf

TlPbBi

7

ThUCc

島狀骨干：包括孤立的[SiO4]，也包括雙四面體[Si2O7]橋氧：惰性氧，無電價端氧：活性氧，有一剩余電荷，有電價。2、硅氧骨干：[SiO4]四面體以共角頂?shù)姆绞竭B接形成各種形式的硅氧骨干：

第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述環(huán)狀骨干：[SiO4]四面體共角頂連接成封閉的環(huán)：在環(huán)狀骨干中，每個[SiO4]四面體至少要有2個惰性氧。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述鏈狀骨干：[SiO4]四面體共角頂連接成無限延伸的鏈，可以有單鏈和雙鏈：在單鏈、雙鏈狀骨干中，每個[SiO4]四面體至少要有幾個惰性氧？第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述層狀骨干：[SiO4]四面體共角頂連接成無限伸展的層：在層狀骨干中，每個[SiO4]四面體至少要有幾個惰性氧？第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述架狀骨干：[SiO4]四面體共4個角頂連接成架狀：在架狀骨干中，每個[SiO4]四面體有幾個惰性氧？第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述3、鋁的作用：Al在硅酸鹽起著雙重作用：

AlIV：代替Si進(jìn)入四面體，在骨干內(nèi)，形成鋁硅酸鹽；如：鈉長石Na[AlSiO8]。

AlVI：在骨干外，六次配位（八面體），形成鋁的硅酸鹽；如：高嶺石Al4[Si4O10](OH)8。如果存在兩種形式的Al，叫鋁的鋁硅酸鹽；如：白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述Al有雙重作用的內(nèi)因：

從鮑林法則1：陰、陽離子半徑比可決定陽離子配位數(shù)，RAl3+/RO2-=0.419，恰巧近于四次配位與六次配位的分界線0.414，所以，Al既可四次配位，也可六次配位。Al有雙重作用的外因：

高壓低溫：六次配位；低壓高溫：四次配位。如：高溫Al2[SiO4]OAl[AlSiO5]

藍(lán)晶石高壓夕線石

第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述[AlO4]四面體與[SiO4]四面體比較：從鮑林法則2：陰、陽離子的鍵強(qiáng)＝陽離子電荷/配位數(shù)，所以，[SiO4]四面體中的鍵強(qiáng)＝4/4＝1，

[AlO4]四面體中的鍵強(qiáng)＝3/4<1，所以[AlO4]四面體比[SiO4]四面體不穩(wěn)定。另外，[AlO4]四面體之間不能共角頂相連，假如相連，則橋氧的鍵強(qiáng)之和為3/4+3/4=3/2，離O的電荷2相差太遠(yuǎn)，因此是不穩(wěn)定的。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述不同硅氧骨干中[AlO4]四面體存在的情況：第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述4、Si—O—M鍵性：研究化學(xué)鍵的性質(zhì)，一般是用各種化學(xué)鍵模型去衡量它，如果符合離子鍵模型，就斷定其為離子鍵，如果符合共價鍵模型，就斷定它為共價鍵。（各種化學(xué)鍵實(shí)際上是人們建立的各種化學(xué)模型）第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述Si-O鍵：既符合離子鍵模型，也符合共價鍵模型，因此可以認(rèn)為它是雙重鍵性的。離子鍵模型（符合鮑林法則、最緊密堆積原理）：RSi/RO=0.29恰好處于四面體配位范圍，與[SiO4]是四面體相符合；共價鍵模型（符合價鍵理論）：

Si的外層電子恰好可以形成sp3雜化軌道，而此軌道的分布特點(diǎn)就是四面體配位的，與[SiO4]是四面體相符合。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述M-O鍵：主要是離子鍵，因?yàn)閇SiO4]四面體是一個帶負(fù)電荷的離子團(tuán)，骨干外陽離子M大多是易于失去電子的金屬陽離子。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述5、Si—O鍵長、鍵角及Si—O配位形式：1）Si—O—Si中的鍵長>Si—O—--M中的Si-O鍵長；2）如果要形成[SiO6]八面體，則需要：拉長Si－O鍵，削弱Si－O鍵，這時需要M－O鍵強(qiáng)>Si－O鍵強(qiáng)；（M=P,C）或者：縮短O－O鍵，這時需要高壓。所以，[SiO6]八面體是很難形成的，需要極端條件。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述6、離子堆積：因?yàn)槭芄柩豕歉傻闹萍s，不能實(shí)現(xiàn)單個氧離子的最緊密堆積，但能實(shí)現(xiàn)骨干與骨干排列盡量緊密的形式。在很多情況下，骨干的活性氧的排列是最緊密堆積的，如：云母結(jié)構(gòu)。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)的緊密度與硅氧骨干的形式有關(guān)，島狀骨干比較緊密，環(huán)狀、鏈狀、層狀較不緊密，架狀最不緊密。為什么？（請同學(xué)們自己解釋）第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述7、骨干外陽離子大小與硅氧骨干的匹配：骨干外陽離子各種各樣、大小不一，對硅氧骨干的形狀會產(chǎn)生一些影響：例1：單鏈硅酸鹽中，骨干外是[MgO6]還是[CaO6]，會使單鏈產(chǎn)生變形。（圖片）例2：層狀硅酸鹽中，如果骨干外八面體層與層狀骨干四面體層不匹配，則會使層狀骨干產(chǎn)生波浪狀變形。（圖片）輝石單鏈與硅灰石單鏈葉蛇紋石結(jié)構(gòu)波浪變形第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述8、類質(zhì)同像：硅酸鹽礦物結(jié)構(gòu)中發(fā)生類質(zhì)同像的難易程度與硅氧骨干的形式有關(guān)，島狀骨干最易發(fā)生，且離子代替范圍也大，環(huán)狀、鏈狀、層狀比較容易，架狀最不容易。為什么？（代替是否容易，與結(jié)構(gòu)是否容易實(shí)現(xiàn)重新調(diào)整有關(guān)）第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述9、附加陰離子及“水”：結(jié)構(gòu)中有大空洞、層隙的硅酸鹽容易接納附加陰離子與“水”。與硅氧骨干的關(guān)系：島狀、單鏈骨干最不易接納，環(huán)狀、雙鏈狀、層狀較比較容易接納OH-，架狀容易接納OH-,F-,Cl-。第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）概述

硅酸鹽礦物的形態(tài)、物理性質(zhì)概述

1.形態(tài)——取決于硅氧骨干的型式和其他陽離子配位多面體，特別是［AlO6］八面體的連結(jié)方式。（1）島狀——三向等長：石榴子石、橄欖石等。［AlO6］八面體的分布對晶體習(xí)性有很大的影響。如藍(lán)晶石∥{100}的板狀晶體是與結(jié)構(gòu)中［AlO6］八面體聯(lián)結(jié)成層有關(guān)；紅柱石、綠簾石的柱狀晶體與結(jié)構(gòu)中［AlO6］八面體鏈有關(guān)。（2）環(huán)狀——柱狀（往往屬六方或三方晶系）：綠柱石、電氣石。（3）鏈狀——柱狀或針狀：輝石、角閃石、硅灰石。（4）層狀——板狀、片狀、鱗片狀：云母、葡萄石。（5）架狀——形態(tài)決定于架內(nèi)化學(xué)鍵的分布。如：鈉沸石中有較強(qiáng)的鏈——柱狀。長石中平行a軸和c軸有較強(qiáng)的鏈——平行a軸或c軸的柱狀。（1）一般為淺色或無色,玻璃、金剛光澤，透明；硬度較高（僅次于無水氧化物，但層狀骨干者很小，為什么？從層鍵和層間陽離子性質(zhì)考慮。）（2）解理與硅氧骨干形式和［AlO6］八面體的聯(lián)結(jié)有關(guān):請自己歸納。（3）相對密度與結(jié)構(gòu)形式和化學(xué)成分有關(guān)。請自己歸納。（從結(jié)構(gòu)緊密度和含水情況考慮）。2.物性——共價及離子晶格的特性第十七講含氧鹽大類

——硅酸鹽類（一）分類硅酸鹽礦物的分類是根據(jù)硅氧骨干劃分的：島狀、環(huán)狀硅酸鹽亞類鏈狀硅酸鹽亞類層狀硅酸鹽亞類架狀硅酸鹽亞類思考題1、什么是惰性氧（橋氧）、活性氧（端氧）？活性氧的含量與硅氧骨干的關(guān)系？2、從內(nèi)因上解釋鋁的雙重性。外因（溫壓）怎么影響鋁的雙重性？3、[AlO4]四面體與[SiO4]四面體的區(qū)別？[AlO4]四面體能否相連？為什么？[AlO4]四面體的含量與硅氧骨干的關(guān)系？4、在什么條件可以形成[SiO6]八面體？解釋[SiO4]比[SiO6]穩(wěn)定。5、結(jié)構(gòu)緊密度與硅氧骨干的關(guān)系？6、類質(zhì)同像的難易度與硅氧骨干的關(guān)系？島狀、環(huán)狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽亞類概述包括：單島狀：[SiO4]：鋯石、橄欖石、石榴子石、紅柱石-藍(lán)晶石、黃玉、榍石、十字石雙島狀：[Si2O7]：綠簾石六方環(huán)狀：[SinO3n]：綠柱石、電氣石、堇青石主要礦物簡介－－鋯石：

化學(xué)組成：Zr[SiO4]，含Hf，Th，U等放射性元素，導(dǎo)致其有非晶化，形成變生鋯石、曲晶石。晶體結(jié)構(gòu)：[SiO4]四面體與[ZrO8]畸變立方體聯(lián)結(jié)而成。四方晶系。形態(tài)：四方柱、四方雙錐。形態(tài)具標(biāo)型性。物理性質(zhì)：顏色多變，常見褐色，玻璃光澤，硬度大，無解理，具放射性。成因：巖漿巖中的副礦物，偉晶型。用途：提取Zr，Hf，也可做寶石，在地質(zhì)學(xué)里可作測定礦物及母巖絕對年齡的對象。主要礦物簡介－－橄欖石：

化學(xué)組成：(Mg,Fe)2[SiO4]，Mg—Fe之間為完全類質(zhì)同像系列。晶體結(jié)構(gòu)：O做六方最緊密堆積，Si充填1/8四面體空隙，Mg、Fe充填1/2八面體空隙。也可看成：[Mg(Fe)O6]八面體形成Z字形的鏈，其間分布孤立的[SiO4]四面體。橄欖石主要礦物簡介——橄欖石：

形態(tài)：粒狀、柱狀。物理性質(zhì)：一般為橄欖綠，含Mg高的顏色淡黃、綠，含F(xiàn)e高顏色變深，玻璃光澤，硬度大，貝殼狀斷口。成因：基性、超基性巖漿型，變質(zhì)型。用途：耐火材料，寶石。主要礦物簡介－－石榴子石：

化學(xué)組成：鋁系：(Mg，F(xiàn)e2+，Mn)3Al2[SiO4]3，鈣系：Ca3(Al，F(xiàn)e，Cr，Ti…)2[SiO4]3，晶體結(jié)構(gòu)：O不做最緊密堆積。屬于等軸晶系。結(jié)構(gòu)中存在：[SiO4]四面體，[(Al,Fe3+,Cr,Ti)O6]八面體，(Ca,Mg,Fe2+,Mn)O8畸變立方體。主要礦物簡介－－石榴子石：石榴子石的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)反映成因：Ca,Mn2+,Fe2+,Mg在立方體中，配位數(shù)為8，配位離子為O2-。據(jù)鮑林法則：陽離子越小，配位數(shù)越小。Ca較大，可以8次配位，隨著離子半徑減小，Mn2+→Fe2+→Mg2+只能6次配位，如果要形成8次配位，需要壓力。所以：Ca系石榴子石形成低壓環(huán)境，Mg石榴子石只能形成于極高壓條件。鎂鋁石榴子石已經(jīng)成為尋找金剛石的標(biāo)志。主要礦物簡介——石榴子石：

形態(tài)：常見四角三八面體，菱形十二面體，或它們的聚形。物理性質(zhì)：顏色各樣，與成分有關(guān)，常見褐色，玻璃光澤，端口油脂光澤，無解理，硬度大。成因：巖漿型，變質(zhì)型。用途：研磨材料，寶石。主要礦物簡介——紅柱石-藍(lán)晶石-夕線石：紅柱石－藍(lán)晶石－夕線石是Al2SiO5三種同質(zhì)多像變體。紅柱石、藍(lán)晶石是島狀硅酸鹽，夕線石是屬于鏈狀硅酸鹽。紅柱石－藍(lán)晶石－夕線石結(jié)構(gòu)區(qū)別：紅柱石藍(lán)晶石夕線石結(jié)構(gòu)一半的Al形成[AlO6]八面體，并連接成鏈，另一半的Al形成[AlO5]三方雙錐；[SiO4]四面體孤立，在鏈間分布。一半的Al形成[AlO6]八面體，并連接成鏈，另一半的Al也成[AlO6]八面體，也連接成鏈，兩個鏈連接成層；[SiO4]四面體孤立，在鏈間分布。一半的Al形成[AlO6]八面體，并連接成鏈，另一半的Al形成[AlO4]四面體，與[SiO4]四面體一起形成雙鏈。成因低溫低壓高壓高溫紅柱石－藍(lán)晶石－夕線石結(jié)構(gòu)區(qū)別：思考：從紅柱石－藍(lán)晶石－夕線石結(jié)構(gòu)區(qū)別與它們成因上的區(qū)別，說明Al的配位形式與溫度壓力的關(guān)系是什么？思考：從紅柱石－藍(lán)晶石－夕線石結(jié)構(gòu)區(qū)別分析它們?nèi)叩男螒B(tài)分別是什么？主要礦物簡介——紅柱石：

化學(xué)組成：Al2[SiO4]O晶體結(jié)構(gòu)：一半的Al形成[AlO6]八面體，并連接成鏈，另一半的Al形成[AlO5]三方雙錐；[SiO4]四面體孤立，在鏈間分布。形態(tài)：柱狀，放射狀排列形成菊花石，晶體生長時捕獲碳質(zhì)在晶體中定向排列，后期有可能碳質(zhì)溶化形成中空結(jié)構(gòu)，叫空晶石。成因：變質(zhì)型，低壓、較低溫條件。菊花石空晶石主要礦物簡介——藍(lán)晶石：

化學(xué)組成：Al2[SiO4]O晶體結(jié)構(gòu)：一半的Al形成[AlO