k硅酸鹽礦物概述

1、第21章 含氧鹽大類 (一)含氧鹽大類礦物概述硅酸鹽類硫酸鹽類碳酸鹽類含氧鹽大類 (一)硅酸鹽類礦物概述1含氧鹽礦物：金屬陽離子與各種含氧酸根絡陰離子結(jié)合而成的鹽類化合物。本大類礦物種數(shù)約占已知礦物總數(shù)的2/3，重量超過地殼總重量的4/5。1 含氧鹽大類礦物概述21. 化學組成陽離子： 惰性氣體型離子最為重要；其次為部分過渡型離子。絡陰離子： SiO44-、SO42-、CO32-、PO43-、 WO42-、BO43-、AsO43-、VO43-、 MoO42-、NO3-、CrO42- 2. 晶體化學特點 絡陰離子內(nèi)中心陽離子的半徑小、電價高，主要以共價鍵與O2-牢固相聯(lián)，是晶體結(jié)構(gòu)中的獨立單位；

2、絡陰離子主要藉助O2-與外部金屬陽離子以離子鍵結(jié)合；層狀結(jié)構(gòu)者層間以分子鍵聯(lián)系。 總體看含氧鹽屬離子晶格。3含氧鹽礦物晶體化學特點石榴子石晶體結(jié)構(gòu)4含氧鹽礦物晶體化學特點53. 物理性質(zhì) 具離子晶格的特性1光學性質(zhì)：通常為淺色，條痕白色，透明，玻璃光澤；少數(shù)為金剛光澤、半金屬光澤。 2其他性質(zhì)： 1）H 變化極大（18）：無水的含氧鹽特別是硅酸鹽(層狀硅酸鹽除外)礦物一般具較高的硬度和熔點，一般不溶于水；其他礦物硬度較小 2）G中等輕。 3）不同類礦物及同一類礦物不同礦物種，其解理發(fā)育不同。 4）導熱性差，不導電。 64. 分類據(jù)絡陰離子種類的不同，分為：硅酸鹽類硫酸鹽類碳酸鹽類磷酸鹽類鎢酸鹽

3、類硼酸鹽類砷酸鹽類釩酸鹽類鉬酸鹽類硝酸鹽類鉻酸鹽類71. 硅酸鹽類礦物概述概念SiO4硅氧四面體或它們彼此共用頂角氧聯(lián)接形成的各種硅氧四面體骨干，借助其它陽離子結(jié)合而成的化合物，稱硅酸鹽礦物。分布硅酸鹽礦物種類繁多，已知硅酸鹽礦物有800余種，約占礦物種總數(shù)的24%，占地殼巖石圈重量的85%。2 硅酸鹽類礦物8意義：1）是三大類巖石的主要造巖礦物，是組成地殼的物質(zhì)基礎；2）對研究巖石或礦床的成因、構(gòu)造帶的劃分均有特殊意義；3）許多硅酸鹽礦物本身，作為非金屬礦物原料或特種非金屬材料，廣泛用于工業(yè)、國防、尖端技術及其他領域，并日益發(fā)揮重要作用。 4）是許多金屬元素特別是稀有金屬Be、Li、Rb、C

4、s、Zr、Hf等的主要或唯一來源。5）不少硅酸鹽礦物是珍貴的寶玉石礦物，如綠柱石(祖母綠和海藍寶石)、硬玉(翡翠)、軟玉、電氣石(碧璽)、黃玉、石榴子石（紫牙烏）等。91.1 化學組成陽離子：陽離子元素有57種之多，主要是惰性氣體型離子及部分過渡型離子；銅型離子很少見。最主要為Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，其次有Mn、Ti、Li、Be、Zr等。 構(gòu)成硅酸鹽礦物的主要陽離子依常見的配位數(shù)區(qū)分時，可分下列幾類：配位數(shù)為4：B3+、Be2+、Al3+、Ti4+、Li+、Fe3+、Zn2+、Mg2+；配位數(shù)為6：Al3+、Ti4+、Fe3+、Mg2+、Li+、Zr4+、Mn2+、Ca2+、Fe2+

5、、Se3+、K+；配位數(shù)為8：Na+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Zr4+、Mg2+、K+、Ba2+；配位數(shù)為12：K+、Ba2+。陰離子：除SiO44-絡陰離子及它們相互連接而成的一系列復雜絡陰離子外，有時還存在F-、Cl-、(OH) -、O2- 及 S2-、CO32-、SO42-附加陰離子。此外，還存在水分子H2O。10硅酸鹽化學組成11 注意： 1）各種不同元素間普遍存在類質(zhì)同像。 2）硅酸鹽中的水，常為(OH)- 和H2O； (H3O)+只在某些層狀硅酸鹽中少量存在，且易于轉(zhuǎn)變?yōu)镠+H2O。H2O多呈沸石水或?qū)娱g水，僅在少數(shù)硅酸鹽中才以結(jié)晶水的形式存在，起著充填空隙或水化陽離子的作用

6、。 121.2 晶體化學特征Si4+與O2-結(jié)合時以四次配位的形式最為穩(wěn)定，鍵長1.6，所以在硅酸鹽礦物中它總是以配位四面體的形式出現(xiàn)于結(jié)構(gòu)中。在結(jié)構(gòu)化學上是用硅的sp3雜軌道加以解釋的，這四個雜化軌道形狀相同，分別指向四面體的四個角頂，鍵角為1092816，與相應的氧原子構(gòu)成四個鍵力很強的鍵。因此，硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)中，總是將SiO44-看成是一個不可分割的整體。SiO44-四面體是硅酸鹽礦物的基本結(jié)構(gòu)單元，可孤立地存在；也可以角頂相聯(lián)形成多種復雜的絡陰離子，即各種形式的硅氧骨干，再與金屬陽離子結(jié)合形成多種硅酸鹽礦物。SiO44-四面體13 活性氧（非橋氧，端氧）： SiO44-四面體中 與1

7、個Si相聯(lián)結(jié)的O。惰性氧（橋氧）： SiO44-四面體中 與2個Si相聯(lián)結(jié)的O， 其電荷已中和。 141.2.1 硅氧骨干的基本形式在硅酸鹽礦物晶體結(jié)構(gòu)中， SiO44-四面體是基本結(jié)構(gòu)單元， SiO44-四面體聯(lián)成各種形式的絡陰離子骨干，因SiO44-的聯(lián)結(jié)方式的不同而異，骨干與骨干之間再借助其它陽離子互相聯(lián)接成許多類型的硅酸鹽結(jié)構(gòu)。目前已發(fā)現(xiàn)的硅氧骨干有幾十種，常見的基本形式主要有： 1）島狀硅氧骨干硅氧骨干被其他陽離子隔開，彼此分離猶如孤島。15（1）孤立四面體： SiO44- SiO = 14 SiO44-間彼此互不連接，孤立地分布。如橄欖石 (Mg，F(xiàn)e)2SiO4 。（2）雙四面體

8、： Si2O76- SiO = 13.5 2個SiO44-共用1個角頂相互連接。 如異極礦 Zn4Si2O7(OH)216孤立四面體17橄欖石 (Mg，F(xiàn)e)2SiO418雙四面體1920 2）環(huán)狀硅氧骨干：SinO3n2n- SiO = 13 由n個SiO44-彼此共用角頂相聯(lián)形成封閉的環(huán)，每個SiO44-與相鄰的SiO44-共用2個角頂。最常見六環(huán)Si6O1812-，如綠柱石Be3Al2Si6O18等；也有三環(huán)Si3O96-、四環(huán)Si4O128- 。 2122環(huán)狀硅氧骨干2324環(huán)狀硅氧骨干返回 25綠柱石Be3Al2Si6O18263）鏈狀硅氧骨干無數(shù)個SiO44-間通過共用2或3個角頂

9、，沿一個方向彼此相連，無限延伸成鏈。鏈間為其他金屬陽離子聯(lián)結(jié)。常見單鏈和雙鏈。（1）單鏈： 每個SiO44-以2個橋氧分別與相鄰的2個SiO44-聯(lián)結(jié)。 按重復周期和聯(lián)結(jié)方式分： 輝石型： SiO = 13： 硅灰石型： 薔薇輝石型：2728硅灰石薔薇輝石輝石單鏈29（2）雙鏈雙鏈：相當于2個單鏈聯(lián)結(jié)而成。角閃石型： SiO = 12.75 由互成鏡像關系的2個輝石型單鏈并聯(lián)而成，每個SiO44-中有2或3個橋氧。30雙鏈3132334）層狀硅氧骨干層狀硅氧骨干： SiO = 12.5每個SiO44-均以3個角頂分別與相鄰的3個SiO44-相連結(jié)而形成向二維空間無限延展的硅氧四面體層。 34層

10、狀硅氧骨干35365）架狀硅氧骨干： (AlxSin-x)O2nx- (Si + Al)O = 12所有SiO44-均以4個角頂分別與相鄰的4個SiO44-共用相連形成三維空間無限擴展的架狀結(jié)構(gòu)。所有O2-皆為橋氧，為電性中和的結(jié)構(gòu)，不再是硅酸鹽的絡陰離子。 37架狀硅氧骨干3839故 在硅酸鹽的架狀骨干中，必須有部分的SiO44-為AlO45-（個別情況下可被BeO46-或BO45-等）所替代，這樣才能出現(xiàn)過剩的負電荷成為架狀絡陰離子，得以與骨干之外的一定的金屬陽離子結(jié)合成鋁硅酸鹽。如：正長石 KAlSi3O8，霞石 (Na，K)AlSiO4， 香花石 Ca3Li2BeSiO43F2 ，鈉硼

11、長石 NaBSi3O8等。 40注意： 架狀硅氧骨干內(nèi)，O2-剩余電荷低，且空隙較大，要求低電價、大半徑、高配位數(shù)的金屬陽離子與之結(jié)合。有時并有附加陰離子和水分子存在。 AlO45-不穩(wěn)定，在硅氧骨干結(jié)構(gòu)中，2個AlO45-不能直接相連，而必需有 SiO44-的支持，并由SiO44-將其分隔。故Al替代Si的數(shù)量不能超過Si總數(shù)的一半；孤立硅氧骨干中AlO45-四面體難以存在。411.2.2 化學鍵硅氧骨干內(nèi)部Si與O之間主要是共價鍵，硅氧骨干與金屬陽離子間則以離子鍵為主。Si O鍵的性質(zhì)與SiO比值及其他金屬陽離子存在的情況有關：隨著SiO比值由14遞增至12，Si O的作用遞增，而O2-與

12、金屬陽離子作用遞減，致使Si的離子化趨勢逐漸增強。421.2.3 Al 的作用Al在硅酸鹽結(jié)構(gòu)中起著特殊的雙重作用。1）Al3+呈六次配位，與O2- 結(jié)合成 AlO6八面體，存在于硅氧骨干之外，起聯(lián)結(jié)絡陰離子的普通金屬陽離子（如Mg2+、Fe2+）的作用，形成 鋁的硅酸鹽。如高嶺石Al4Si4O10(OH)8，黃玉Al2SiO4(F， OH)2 2）Al3+呈四次配位，進入硅氧骨干，替代部分的Si4+，形成AlO4四面體，構(gòu)成鋁硅酸鹽。如鉀長石KAlSi3O8 3）有時，Al可在同一晶體結(jié)構(gòu)中，同時呈四次和六次配位，形成鋁的鋁硅酸鹽。如白云母KAl2AlSi3O10(OH)2 43SiO4OH

13、OAlAl 的作用1）高嶺石 Al4Si4O10(OH)8 44(Si，Al)O4K2）鉀長石KAlSi3O845(Si，Al)O4AlO4(OH)23）白云母KAl2AlSi3O10(OH)246 Al 的氧化物的兩性： 酸性條件下Al 起陽離子的作用，CN=6； 堿性條件下形成鋁酸根，CN=4 。 rAl / rO = 0.386 （近于0.414） 高壓條件下CN = 6 ；高溫條件下CN = 4 高溫或堿性條件下易形成鋁硅酸鹽， 如夕線石AlAlSiO5 ； 高壓或酸性條件下易形成鋁的硅酸鹽， 如藍晶石Al2SiO4 。 47 小結(jié)： 具單四面體島狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，晶體一般最緊密；具鏈狀

14、層狀架狀結(jié)構(gòu)者，空隙度依次加大，結(jié)構(gòu)的緊密度依次降低。硅酸鹽礦物因晶體結(jié)構(gòu)和化學組成特點的不同，其形態(tài)和物理性質(zhì)各具特征。結(jié)構(gòu)內(nèi)鍵力的鍵強及強鍵的取向 晶體習性及力學性質(zhì)；結(jié)構(gòu)的緊密程度和金屬陽離子的性質(zhì) 光學性質(zhì) 48硅氧四面體骨干SiO4四面體為其基本結(jié)構(gòu)單元，這種絡陰離子團是由一個Si及其周圍的四個配位氧構(gòu)成，四個配位氧呈四面體形態(tài)包圍Si，故稱為硅氧四面體按照絡陰離子團骨干的形式不同可劃分亞類：島狀硅氧四面體骨干這種硅氧四面體骨干是硅氧四面體以單個SiO44-形式，或每兩個共角頂橋式氧相連組成雙四面體SI2O76-形式；結(jié)構(gòu)中彼此通過其它陽離子聯(lián)系起來，而硅氧四面體骨干之間，彼此不直接

15、相連，如滄海中之弧島，故名“島狀”。環(huán)狀硅氧四面體骨干這種硅氧四面體骨干是硅氧四面體SiO4以頂角橋式氧相連形成封閉的環(huán)。附硅氧四面體骨干小結(jié)49 鏈狀硅氧四面體骨干 這種硅氧四面體骨干是SiO4以頂角橋式氧聯(lián)接成的沿一個方向無限延伸的連續(xù)鏈。最常見的有單鏈和雙鏈。 單鏈：在單鏈中，每一個SiO4四面體以兩個頂角氧與相鄰的SiO4四面體共用。 雙鏈：雙鏈即由兩個單鏈在側(cè)向共用頂角氧并行排列而成。 層狀硅氧四面體骨干 每一個SiO4四面體，組成二維空間無限展開的層。架狀硅氧四面體骨干 每一個SiO4四面體，組成三度空間無限擴展的骨架。 兩個性質(zhì)：其一，架狀骨干中的孔隙較大，陽離子半徑大；其二，氧

16、離子的剩余電荷少，陽離子電價低。50根據(jù)硅氧四面體在結(jié)構(gòu)中的連接方式的不同，可以區(qū)分出下列五種類型的絡陰離子，也可以說成是五種骨干。島狀絡陰離子：常見的島狀絡陰離子有單個硅氧四面體SiO44-或雙四面體Si2O76-等，在結(jié)構(gòu)中孤立存在。它們彼此間靠其它金屬陽離子連接。此外， 還有罕見的形式：一是Si3O108-，它是由三個硅氧四面體連接而成的，在鈹密黃石(aminoffite)中存在；另一種是由五個硅氧四面體連接而成的Si5O1612-絡陰離子， 一個四面體居中，其四個角頂分別與其余四個硅氧四面體連接，僅在氯黃晶(zunyite)存在。環(huán)狀絡陰離子：按環(huán)中四面體的數(shù)目，可分別稱做三聯(lián)環(huán)、六聯(lián)

17、環(huán)、八聯(lián)環(huán)、九聯(lián)環(huán)和十二聯(lián)環(huán)。環(huán)內(nèi)每一個四面體均以兩個角頂分別與相今的兩個四面體連接；環(huán)與之間則借助其它金屬陽離子來維系。它們分別用Si3O96-、Si4O128-、Si6O1812-、Si8O2416-、Si9O2718-、Si12O3624-表示。51鏈狀絡陰離子：有單鏈和雙鏈等。單鏈中每個硅氧四面體以兩個角頂分別與相鄰的柄個硅氧四面體連接成一維無限延伸的連續(xù)鏈。其絡陰離子可以用Si2O6n4n-表示。雙鏈相當于兩個單鏈組合而成，例如角閃石族礦物中的雙鏈，其絡陰離子可以用Si4O11n6n-表示。層狀絡陰離子：每一硅氧四面體均以三個角頂分別與相鄰的三個硅氧四面體相邊接，組成在二維空間內(nèi)無限

18、延展的層。例如滑石Mg3Si4O10(OH)2，其絡陰離子可以用Si4O10n4n-來表示。架狀絡陰離子：每一硅氧四面體均以其全部四個角頂與相鄰的四面體連接，組成在三維空間中無限擴展的骨架。此時，每個氧離子都是橋氧。52島狀硅氧骨干環(huán)狀硅氧骨干孤立四面體SiO44-兩個硅氧四面體共用一個角頂構(gòu)成雙四面體Si2O76-端氧（活性氧）橋氧（惰性氧） 硅氧四面體彼此之間共用兩個角頂構(gòu)成封閉的環(huán)狀SinO3n2n-(n 3)三方環(huán)Si3O96-、四方環(huán)Si4O128-及六方環(huán)Si6O1812-53鏈狀硅氧骨干硅氧四面體彼此之間共用兩個角頂構(gòu)成一向延伸的單鏈Si2O64-硅氧四面體部分共用兩個角頂，部分

19、共用三個角頂相互聯(lián)接構(gòu)成一向延伸的雙鏈Si4O116-硅氧四面體共用三個角頂構(gòu)成二向延展的平面層狀Si4O104-層狀硅氧骨干54當硅氧四面體彼此共用四個角頂時構(gòu)成向三維空間發(fā)展的骨架狀SiO2，但是在硅酸鹽中，這種架狀結(jié)構(gòu)并不完全由硅氧四面體組成，而必須有一部分硅氧四面體（Si-O4）被鋁氧四面體（Al-O4）所代替，這樣才能出現(xiàn)多余的負電荷，而成為架狀絡陰離子，這種絡陰離子可用通式(AlxSin-x)O2nx-表示架狀硅氧骨干55 此外，根據(jù)最近研究結(jié)果(主要根據(jù)透射電鏡研究結(jié)果)，還發(fā)現(xiàn)一種具有單鏈、雙鏈、三鏈和層狀絡陰離子共同存在同一個晶體中的特殊結(jié)構(gòu)，屬于層鏈狀的混合結(jié)構(gòu)。已發(fā)現(xiàn)有幾

20、種礦物，并命名為“云輝閃石(biopyribole)”族。561.3 形態(tài)與硅氧骨干形式密切相關。一般地：1）具孤立SiO44-四面體骨干的硅酸鹽礦物，常表現(xiàn)為三向等長的形態(tài)，呈等軸狀或粒狀，如石榴子石，橄欖石。若不同方向的鍵力有差異，則呈非三向等長的形態(tài)，如紅柱石呈柱狀，藍晶石呈板條狀 。2）具環(huán)狀硅氧骨干者，垂直環(huán)平面（沿c軸）的方向上環(huán)與環(huán)之間的聯(lián)結(jié)力一般較強，晶體常呈柱狀形態(tài)，往往屬三方、六方晶系，如電氣石， 綠柱石。57石榴子石58橄欖石石榴子石59紅柱石藍晶石60電氣石綠柱石61彩色電氣石623）具鏈狀硅氧骨干者，均鏈的方向而成柱狀、針狀、纖維狀，如 輝石，角閃石。4）層狀結(jié)構(gòu)礦物

21、晶體結(jié)構(gòu)層的方向而成板狀、片狀、鱗片狀，如滑石，云母。5）架狀結(jié)構(gòu)礦物較復雜，其形態(tài) 主要取決于SiO44-與AlO45-骨干內(nèi)部的連接形式及化學鍵分布的情況，可呈粒狀、片狀、板狀、板柱狀或柱狀。 如沸石族礦物因骨干內(nèi)部有的沿一個方向聯(lián)結(jié)力特強而似鏈狀，有的在某一平面內(nèi)聯(lián)結(jié)力特強而似層狀，有的則呈典型的架狀，故鈉沸石呈柱狀、片沸石呈片狀、方沸石呈三向等長形態(tài)。 63 輝石64角閃石65滑石66云母 67681.4 物理性質(zhì)硅氧骨干內(nèi)部主要是共價鍵，硅氧骨干與金屬陽離子之間主要以離子鍵結(jié)合。硅酸鹽礦物一般具離子晶格的性質(zhì)，明顯表現(xiàn)出非金屬性：大多為透明或半透明，玻璃光澤或金剛光澤，條痕白色或近白

22、色的淺色等。但顏色、解理、硬度、比重等性質(zhì)變化很大，主要受硅氧骨干形式及金屬陽離子的種類的影響。 691）顏色：取決于金屬陽離子的種類： 惰性氣體型離子的硅酸鹽礦物為無色或淺色； 含F(xiàn)e、Mn、Ti等過渡型離子者，顏色較深。 2）解理：明顯受結(jié)構(gòu)中強鍵的分布所控制： 具島狀結(jié)構(gòu)之三向等長者，一般無完全解理；而紅柱石具c軸方向的柱狀解理，藍晶石具100的完全解理。 環(huán)狀者，如有解理，則為柱狀或底軸面的解理。 鏈狀者，具鏈的方向的柱狀完全解理。 層狀者，具層的極完全解理。（完全的底面解理） 架狀者，視其晶體格架類型而有所不同，解理完善程度視鍵力情況 而不同。如長石族礦物具001和 010中等完全解理。 703）硬度：一般均較高(小刀)，僅層狀結(jié)構(gòu)者例外。 島狀結(jié)構(gòu)者，結(jié)構(gòu)緊密，H 最高，通常為68； 環(huán)狀