《硅酸盐晶体结构》PPT课件

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1、第一章晶体结构Chap.1Crystalstructure（四）硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构特点：硅酸盐晶体分类方法：以不同Si/O比对应基本结构单元[SiO4]之间不同结合方式，分为五种方式：岛状组群状链状层状骨架状对应Si/O由1/4→1/2，结构趋于复杂。硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系岛状结构[SiO4]以孤岛状存在，各顶点之间互不连接，每个O2-一侧与1个Si4+连接，另一侧与其它金属离子相配位使电价平衡。结构中Si/O比为1:4。例：锆石英Zr[SiO4]、镁橄榄石Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3·SiO2

2、、莫来石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S和C3S等。(100)(001)立体侧视图镁橄榄石结构镁橄榄石Mg2[SiO4]结构属斜方晶系，空间群Pbnm晶胞参数a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子数Z=4O2-近似于六方最紧密堆积排列（即ABAB……层序堆积），Si4+填充1/8四面体空隙；Mg2+填充1/2八面体空隙每个[SiO4]被[MgO6]隔开，呈孤岛状分布镁橄榄石晶体结构（a）（100）面上的投影图（b）（001）面上的投影图镁橄榄石结构镁橄榄石结构中的同晶取代

3、（1）Mg2+被Fe2+以任意比例取代，则形成橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体；（2）若上图（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石CaMgSiO4；（3）若Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4（即-C2S），其中Ca2+配位数为6。由于配位规则，在水中几乎为惰性。注意：另一种岛状结构的水泥熟料矿物-Ca2SiO4（即-C2S）属单斜晶系，其中Ca2+有8和6两种配位。由于其配位不规则，化学性质活泼，能与水发生水化反应。镁橄榄石结构与性质的关系（1）结构中每个O2-同时和1个[S

4、iO4]和3个[MgO6]相连接，其电价饱和，晶体结构稳定；（2）Mg－O键和Si－O键均较强，则表现出较高硬度，熔点达到1890℃，是镁质耐火材料的主要矿物；（3）结构中各个方向上键力分布较均匀，则无明显解理，破碎后呈现粒状。组群状结构2个、3个、4个或6个[SiO4]通过共用氧相连接形成单独硅氧络阴离子团（有限硅氧四面体群），它们之间再通过其它金属离子连接。Si/O比：2:7或1:3（1）桥氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面体群中连接两个Si4+的氧，其电价已饱和，一般不再与其它正离子配位。（2）非桥氧（或非公共氧、活性氧

5、）：只有一侧与Si4+相连接的氧。双四面体[Si2O7]6-三节环[Si3O9]6-四节环[Si4O12]8-六节环[Si6O18]12-绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构六方晶系，空间群P6/mcc，晶胞参数：a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子数Z=2，基本结构单元是由6个[SiO4]组成六节环，其中1个Si4+和2个O2-处在同一高度，环与环相叠。粗黑线六节环在上，标高100，细黑线六节环在下，标高50上下两层环错开30o，投影方向不重叠环与环之间通过Be2+和Al3+连接绿宝石晶胞在（0001）面上的投影

6、（上半个晶胞）六节环内无其它离子存在，结构中存在大的环形空腔。有电价低、半径小离子（如Na+）存在时，直流电场中表现出显著离子电导，交流电场中有较大介电损耗；当晶体受热时，质点热振动振幅增大，大空腔使晶体不会有明显膨胀，表现出较小的膨胀系数；结晶学方面，常呈现六方或复六方柱晶形。绿宝石结构与性质的关系堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]结构与性质绿宝石结构的六节环中有一个Si4+被Al3+取代，且环外正离子由（Be3Al2）变为（Mg2Al3），使电价平衡。由于正离子在环形空腔迁移阻力增大，故介电性质较绿宝石提高。性质：热学

7、性能良好，但因其高频损耗大，不宜作无线电陶瓷。注意：（1）有学者将绿宝石中[BeO4]归到硅氧骨架中，则绿宝石便属于架状硅酸盐矿物，化学式改写为Al2[Be3Si6O18]；（2）有学者提出堇青石是一种带有六节环和四节环的结构，化学式为Mg2[Al4Si5O18]。链状结构链的类型、重复单元与化学式[SiO4]通过桥氧相连接，形成向一维方向无限延伸的链。依照[SiO4]共用O2-数目不同，分为单链和双链。单链：每个[SiO4]通过共用2个顶点向一维方向无限延伸，按重复出现与第一个[SiO4]空间取向完全一致的周期不等，分为1节

8、链、2节链、3节链……7节链等7种类型，2节链以[Si2O6]4-为结构单元无限重复，化学式为[Si2O6]n4n-。双链：两条相同单链通过尚未共用的氧组成带状，2节双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无限伸展，化学式为[Si4O11]n6n-。（a）单链结构；（b