第二章晶体结构硅酸盐晶体结构_无机材料科学基础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2.5硅酸盐晶体结构一、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

2、·Al2O3·6SiO2;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

3、状层状架状对应Si/O由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-

4、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(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

5、;(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[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

6、后呈现粒状。三、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。(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Ca2

7、Mg[Si2O7]三节环:蓝锥矿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

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