硅酸盐晶体结构.ppt

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1、第三节硅酸盐晶体结构自然矿物是制造所有陶瓷材料的重要原料地壳中最丰富的两种元素：硅和氧硅酸盐占所有矿物的1/3以上研究硅酸盐矿物结构必要性！1、无机硅酸盐的结构单元―――硅氧四面体[SiO4]4－(1)硅原子的外层电子结构Si1S22S22P63S23P2――3s电子移至3p轨道形成四个等价的SP3杂化轨道四面体排列(2)硅氧四面体Si的四个等价SP3杂化轨道各与一个氧键合，形成硅氧四面体[SiO4]4－―――无机硅酸盐结构亚单元；极性结构Si－O键：离子键和共价键各占1/2硅氧四面体可孤立存在也可共顶连接，每个

2、O最多被两个四面体共有2、无机硅酸盐在空间的结合(1)结构亚单元间的结合形式A、直接连接－－共顶(棱、面)共用顶角氧B、间接连接a、离子键键合：为达电中性引入正离子而形成的离子键b、分子间力：亚单元(及其结合体)间的Vanderwaals力由于氧原子用于键合的是两个具有方向性的轨道，所以[SiO4]4－亚单元之间通常以共顶相连接，偶尔共棱，从不共面（泡林规则：Si高电价、低配位）硅酸盐晶体结构特点：1.[SiO]4是结构基础2.Si4＋间不直接相键，通过O2-来实现3.[SiO]4每个顶点，即O2－最多能被2个[

3、SiO]4所共用4.两个相邻的[SiO]4之间可以共顶，而不以共棱，共面相连接硅酸盐化学式表示方法：1.氧化物式：先低价、后高价，SiO2在最后，之后写结构水、层间水(＋)【Eg.】钾长石高岭土多水高岭土硅酸盐化学式表示方法：2.结构式：以结构单元为主体，先与硅氧团相连的金属离子、后硅氧团，之后写结构水、层间水(·)【Eg.】钾长石高岭土多水高岭土硅酸盐矿物中的水分子1.吸附水：中性水分子，不参与晶体结构，物理吸附于矿物颗粒表面/缝隙，含量不固定，100℃以上逸出2.结构水：（化合水）以OH－存在，参与晶体结构，

4、占据晶格固定位置，含量比确定，600～1000℃逸出导致结构破坏重组硅酸盐矿物中的水分子3.层间水：层状硅酸盐结构层之间，中性水分子，参与晶体结构，含量大范围波动，110℃以上大量逸出Eg.蒙脱石层间水含量受交换阳离子及空气潮湿环境影响，吸水膨胀性（层间距↑），水分子逸出，层间距↓(2)常见无机硅酸盐的结构形式a、岛状：不共顶1：4双岛状：共用1顶2：7b、环状：共用2顶1：3c、单链状：共用2顶1：3双链状：平均共2个半顶4：11d、层状：共用3顶4：10e、网状（架）：共用4顶1：2硅氧四面体硅酸盐b.双岛状

5、、环状→组群状（共用1顶或2顶）Si/O比Si/O比↑A、岛状硅酸盐（1）无连接：单岛状结构，[SiO4]4－（2）共用一顶：双岛状结构，[Si2O7]6－在岛状结构硅酸盐中，硅氧四面体相互不连接而各自孤立，以阴离子团的形式存在。处于硅酸盐结构中的正离子起双重作用：(1)、保证电中性(2)、以离子键间接连接阴离子团16岛状结构:镁橄榄石[SiO4]孤立Mg2＋形成[MgO6]连接[SiO4]单元三节环（三元环、三方环）四节环六节环[Si6O18]12－[Si4O12]8－[Si3O9]6－B、环状硅酸盐环状，共用

6、2顶：环状结构单独存在，通过其他阳离子相连实例：绿柱石Be3Al2[Si6O18]六方晶系[Si6O18]12-六节环桥氧和非桥氧[SiO4]之间的共用O2－电价已饱和，不和其他阳离子相配位，该O2－为桥氧[SiO4]中O2－仅与一个Si4＋相连，尚有剩余电价与其他阳离子相配位，称该O2－为非桥氧C、链状硅酸盐1.单链状共用2顶：[Si2O6]4－硅氧四面体通过桥氧相连，在一维方向无限延伸的链状结构辉石R2[Si2O6]硅灰石中[Si3O9][Si2O6]n4n－2、双链状硅酸盐平均共用两个半顶[Si4O11]6

7、－两条相同的单链通过尚未公用的氧连起来在一维方向无限延伸的带状结构双链：闪石中[Si4O11]通过一个辉石单链镜面的反映成双而得23链状结构硅酸盐的解理链状结构硅酸盐中，链上为键合较强的Si-O共价键，不易断裂；链间M-O键合相对较弱，易断裂因此在受外力作用时，沿链间一定角度解理为柱体或纤维Eg.角闪石石棉呈细长纤维状－由于双链结构单元的解理所致D、层状结构硅酸盐层状，共用三个顶：[Si4O10]4－剩余1个活性氧层状结构硅酸盐的结构单元[SiO4]通过三个桥氧相连，在二维方向无限延伸构成硅氧四面体层硅氧四面体中

8、非桥氧一般由阳离子以CN＝6相连构成[AlO6]、[MgO6]等八面体层状硅酸盐结构中八面体层和四面体层的连接方式有两种：1：1型（单网层）：一层四面体层和一层八面体层相连2：1型（复网层）：两层四面体层中间夹一层八面体层相连二八面体和三八面体非桥氧和Al3＋、Mg2＋等阳离子相连构成八面体（4个O、2个OH构成）二八面体：八面体空隙2/3被金属离子填满/八面体共棱相连，