硅酸盐晶体结构ppt课件.ppt

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1、第二章晶体结构2.1结晶学基础知识2.2晶体化学基本原理2.3无机非金属单质晶体结构2.4无机化合物晶体结构2.5硅酸盐晶体结构2.5硅酸盐晶体结构硅26.0wt%地壳中：铝7.45wt%氧49.130wt%优势矿物：硅酸盐铝硅酸盐基本结构单元构造基本结构单元之间连接结构和性质上特征等一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类硅酸盐晶体化学组成复杂，常采用两种方法表征：氧化物表示法无机络盐表示法（结构式）氧化物表示法：按一定比例和顺序写出构成硅酸盐晶体所有氧化物，先1价碱金属氧化物，其次2价、3价金属氧化物，最后SiO2。如，钾长石化学式：K2O·Al2O3·6SiO

2、2；无机络盐表示法：按一定比例和顺序全部写出构成硅酸盐晶体所有离子，再用[]将相关络阴离子括起，先是1价、2价金属离子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。如，钾长石：K[AlSi3O8]。基本结构单元：[SiO4]四面体。Si－O－Si键为夹角不等折线，一般145o左右；[SiO4]每个顶点，即O2-最多为两个[SiO4]所共用；两相邻[SiO4]之间只能共顶而不能共棱或共面连接；[SiO4]中心Si4+可部分被Al3+所取代。硅酸盐晶体结构特点：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架状对应Si/O由

3、1/4→1/2，结构趋于复杂。硅酸盐晶体分类方法：硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系二、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。有：锆石英Zr[SiO4]、镁橄榄石Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3·SiO2、莫来石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S和C3S等。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（

4、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（1）（a）（100）面上的投影图（b）（001）面上的投影图（c）立体侧视图镁橄榄石晶体结构（2）（a）（100）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（3）（b）（001）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（4）镁橄榄石结构中的同晶取代（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Ca

5、2+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[SiO4]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。三、组群状结构2个

6、、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。（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）：只有一侧与Si4+相连接的氧孤立的有限硅氧四面体群双四面体[Si2O7]6-三节环[Si3O9]6-四节环[Si4O12]8-六节环[Si6O18]12-组群状结构中Si/O比：2:7或1:3双四面体：硅钙石Ca3[Si2O7]铝方柱石Ca2Al[AlSiO7]镁方柱石Ca2Mg[Si2O7]三节环：蓝锥矿

7、BaTi[Si3O9]六节环：绿宝石Be3Al2[Si6O18]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，如图1-34。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。绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）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+连接绿宝石结构与性质的关系六节环内无其它离子存在，结构中存在大的环形空腔。