第二章晶体结构与常见晶体结构类型-第六讲ppt课件.ppt

《第二章晶体结构与常见晶体结构类型-第六讲ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、五、层状结构1.层状结构的基本单元、化学式与类型层状结构是每个硅氧四面体通过3个桥氧连接，构成向二维方向伸展的六节环状的硅氧层（无限四面体群），见图2-37。在六节环状的层中，可取出一个矩形单元[Si4O10]4-，于是硅氧层的化学式可写为[Si4O10]n4n-。图2-37层状结构硅氧四面体立体图投影图按照硅氧层中活性氧的空间取向不同，硅氧层分为单网层和复网层。单网层结构中，硅氧层的所有活性氧均指向同一个方向。而复网层结构中，两层硅氧层中的活性氧交替地指向相反方向。活性氧的电价由其它金属离子来平衡，一般为6配位的Mg2+或Al3+

2、离子，同时，水分子以OH－形式存在于这些离子周围，形成所谓的水铝石或水镁石层。单网层相当于一个硅氧层加上一个水铝（镁）石层，称为1：1层。复网层相当于两个硅氧层中间加上一个水铝（镁）石层，称为2：1层，见图2-38-1、图2-38-2示。根据水铝（镁）石层中八面体空隙的填充情况，结构又分为三八面体型和二八面体型。前者八面体空隙全部被金属离子所占据，后者只有2/3的八面体空隙被填充。图2-38-1层状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体层和铝氧八面体层的连接方式（Ａ）１：１型（Ｂ）２：１型图2-38-2单网层及复网层的构成滑石Mg3[Si4O

3、10]（OH）2的结构滑石属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数a=0.525nm，b=0.910nm，c=1.881nm，=100o；结构属于复网层结构，如图2-39所示。（a）所示OH－位于六节环中心，Mg2+位于Si4+与OH－形成的三角形的中心，但高度不同。（b）所示，两个硅氧层的活性氧指向相反，中间通过镁氢氧层连接，形成复网层。复网层平行排列即形成滑石结构。水镁石层中Mg2+的配位数为6，形成[MgO4（OH）2]八面体。其中全部八面体空隙被Mg2+所填充，因此，滑石结构属于三八面体型结构。图2-39滑石的结构（a）（00

4、1）面上的投影（b）图（a）结构的纵剖面图结构与性质的关系：复网层中每个活性氧同时与3个Mg2+相连接，从Mg2+处获得的静电键强度为3×2/6=1，从Si4+处也获得1价，故活性氧的电价饱和。同理，OH－中的氧的电价也是饱和的，所以，复网层内是电中性的。这样，层与层之间只能依靠较弱的分子间力来结合，致使层间易相对滑动，所有滑石晶体具有良好的片状解理特性，并具有滑腻感。离子取代现象：用2个Al3+取代滑石中的3个Mg2+，则形成二八面体型结构（Al3+占据2/3的八面体空隙）的叶蜡石Al2[Si4O10]（OH）2结构。同样，叶蜡石

5、也具有良好的片状解理和滑腻感。晶体加热时结构的变化：滑石和叶蜡石中都含有OH－，加热时会产生脱水效应。滑石脱水后变成斜顽火辉石-Mg2[Si2O6]，叶蜡石脱水后变成莫来石3Al2O3·2SiO2。它们都是玻璃和陶瓷工业的重要原料，滑石可以用于生成绝缘、介电性能良好的滑石瓷和堇青石瓷，叶蜡石常用作硼硅质玻璃中引入Al2O3的原料。高岭石Al2O3·2SiO2·2H2O的结构(即Al4[Si4O10](OH)8)高岭石是一种主要的粘土矿物，属三斜晶系，空间群C1；晶胞参数a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm，

6、=91o36，，=104o48，，=89o54，；晶胞分子数Z=1。结构如图2-40，高岭石的基本结构单元是由硅氧层和水铝石层构成的单网层，单网层平行叠放形成高岭石结构。Al3+配位数为6，其中2个是O2-，4个是OH-，形成[AlO2(OH)4]八面体，正是这两个O2-把水铝石层和硅氧层连接起来。水铝石层中，Al3+占据八面体空隙的2/3。(d)（d)（001）面上的投影（显示出硅氧层的六节环及各离子的配位信息）(c)（100）面上的投影（显示出单网层中Al3+填充2/3八面体空隙）(b）（010）面上的投影（显示出单网层的构

7、成）(a)(001)面上的投影图2-40高岭石的结构结构与性质的关系：根据电价规则计算出单网层中O2-的电价是平衡的，即理论上层内是电中性的，所以，高岭石的层间只能靠物理键来结合，这就决定了高岭石也容易解理成片状的小晶体。但单网层在平行叠放时是水铝石层的OH－与硅氧层的O2-相接触，故层间靠氢键来结合。由于氢键结合比分子间力强，所以，水分子不易进入单网层之间，晶体不会因为水含量增加而膨胀。蒙脱石（微晶高岭石）的结构蒙脱石是一种粘土类矿物，属单斜晶系，空间群C2/ma；理论化学式为Al2[Si4O10](OH)2·nH2O；晶胞参数a

8、=0.515nm，b=0.894nm，c=1.520nm，=90o；单位晶胞中Z=2。实际化学式为(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2·（Nax·nH2O），式中x=0.33，晶胞参数a0.532nm，b0.906nm