2-2硅酸盐晶体结构.ppt

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1、第二节硅酸盐(Silicate)晶体结构地壳中的优势矿物为硅酸盐和铝硅酸盐。在地壳中形成矿物时，由于成矿的环境不可能十分纯净，矿物组成中常含有其它元素，加之硅酸盐晶体中的正负离子都可以被其它离子部分或全部取代，这就使得硅酸盐晶体的化学组成甚为复杂。地壳内元素的丰度一、硅酸盐晶体的一般特点及分类硅酸盐结构的一般特点:（1）据鲍林第一规则，，Si4＋的配位数为4，形成[SiO4]四面体。Si－O之间的平均距离为0.160nm，此值小于硅氧离子半径之和0.181nm，说明硅氧键并非简单的离子键，尚含有相当成分的共价键，一般认为，离子键

2、和共价键各占50％。Si4＋之间不直接相连，而必须通过O2－相连。（2）按静电键规则，Z－＝4，s=1，i=2，所以么一个O2－最多为两个[SiO4]四面体所共有，如果只有一个Si4＋为O2－提供电价，那么O2－另一个未饱和的电价将由其它离子如Al3＋、Mg2＋……等来提供。[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+所取代。这种情况在硅酸盐结构中是经常见到的。续（3）按鲍林第三规则，[SiO4]四面体可以独立存在，两个相邻的[SiO4]四面体只以共顶，而不以共棱或共面存在。（4）按鲍林第五规则，在同一类型硅酸盐中，[

3、SiO4]四面体的连接方式一般只有一种。（5）Si－O－Si结合键通常并不是一条直线，而是一条折线，其Si－O－Si键角并不完全一致，一般在145˚左右。SP3杂化书写方法硅酸盐晶体的表达式有化学式和结构式两种：（1）即按氧化物来书写。若用化学式书写，则可按1价、2价、3价……氧化物的顺序书写，最后写出SiO2和H2O。（2）即按无机络盐方式书写。若用结构式书写，则先写外加正离子，后写硅氧骨干，再写外加负离子，（OH）和H2O。例1：钾长石，化学式：K2O·Al2O3·6SiO2，结构式：KAlSi3O8。例2：高岭石，化学式：

4、Al2O3•2SiO2•2H2O，结构式：Al2[Si2O5](OH)4。Si:O公用氧硅氧骨干类型例子1:40[SiO4]4-孤岛状有限硅氧基团镁橄榄石Mg2[SiO4]1:3.51[Si2O7]6-双四面体硅钙石Ca3[Si2O7]1:32[Si3O9]6-三元环蓝锥矿BaTi[Si3O9]2[Si4O12]8-四元环斧石Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH)2[Si6O18]12-六元环绿宝石Be3Al2[Si6O18]2[Si2O6]4-单链状无限硅氧基团透辉石CaMg[Si2O6]1:2.752，3[

5、Si4O11]6-双链状透闪石CaMg5[Si4O11]2(OH)21:2.53[Si4O10]4-层状高岭石Al4[Si4O10](OH)81:24[SiO2]架状石英SiO2表硅酸盐晶体结构分类66硅酸盐结构示意图双四面体结构单元[Si2O8]8-—1O2-=[Si2O7]6-此O被共用三元环基本结构单元[Si3O12]12-－3O2-＝[Si3O9]6-此O被共用共有三个这样的O对于每个[SiO4]有两个O被共用六元环O5O4O8O10O3O3O9Si4O5Si3O4O8Si1Si2O10O9Si4Si3O6O7O2O1O

6、6O7链状结构示意图单链结构示意图Singlechains双链结构示意图Doublechainsilicates二、岛状结构（Orthosilicates(Nesosilictaes)）在硅酸盐晶体中，[SiO4]四面体以孤立状态存在，[SiO4]四面体之间不是以O2－共顶连接，即每个O2－除了与一个Si4+相连外，不再与其它[SiO4]四面体中的Si4+相连，而与其它金属离子相连。主要有镁橄榄石（Mg2SiO4），锆英石（ZrSiO4）等Neo-:fromGreekMeans:island（1）镁橄榄石（Mg2SiO4）（Ol

7、ivine）基本特征：斜方晶系，Pbnm空间群。晶格常数a=0.467nm,b=1.020nm,c=0.598nm,每个晶胞中有4个“分子”，故可以写成Mg8Si4O16。按鲍林第一规则:所以Si4＋的配位数为4，形成[SiO4]四面体；，所以Mg2＋的配位数为6，形成[MgO6]八面体。按鲍林第三规则，[SiO4]四面体应该孤立存在，而[MgO6]八面体可以共棱。续（镁橄榄石结构）按鲍林第四规则，高价低配位的[SiO4]四面体不互相结合，而是孤立存在，而[SiO4]四面体和[MgO6]八面体直接可以共顶和共棱连接。按鲍林第五规

8、则，在镁橄榄石中，Si4＋的配位方式只有[SiO4]四面体，Mg2＋只有[MgO6]八面体，没有其它形式配位多面体的存在。结构和性能的关系：镁橄榄石结构紧密，静电键也很强，硬度较高，结构稳定，熔点高达1800℃，是一类重要的耐火材料。同时在各个方向上结合力分布差