硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)

地殼中：硅約占25％，氧約占50％存在形式：硅酸鹽與硅石硅酸鹽：地殼中的巖石、粘土等；人工制造的水泥、陶瓷、磚瓦、玻璃等。一、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)的一般特點和分類1、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)基本特點1）Si-O→[SiO4]四面體，是硅酸鹽結(jié)構(gòu)基本單元，起骨干作用。2）一個氧離子最多只能被2個[SiO4]四面體所共有。3）Si4+間不存在直接的鍵，通過O2-聯(lián)接。4）[SiO4]四面體可弧立存在，或兩個[SiO4]四面體間共頂相連。不能共棱，共面相連。5）Si-O-Si的結(jié)合鍵不形成一直線，而是折線，鍵角接近。2、硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)分類橋氧：連接2個Si4+的氧，Si-O-Si非橋氧：連接一個Si4+的氧，Si-O-R按[SiO4]四面體排列方式分類：①島狀硅酸鹽[SiO4]四面體弧立存在，無橋氧，Si:O=1:4②組群狀硅酸鹽雙四面體一個橋氧Si:O=2:7三節(jié)環(huán)三個橋氧四節(jié)環(huán)四個橋氧Si:O=1:3六節(jié)環(huán)六個橋氧RR雙四面體三節(jié)環(huán)和六節(jié)環(huán)③鏈狀硅酸鹽單鏈：[SiO4]在一維方向通過橋氧相連，Si:O=1:3雙鏈：兩個[SiO4]單鏈在一維方向通過橋氧相連4:11④層狀硅酸鹽[SiO4]在二維方向通過橋氧相連，Si:O=4:10⑤架狀硅酸鹽[SiO4]在三維方向通過橋氧相連，Si:O=1:2層狀架狀3、硅酸鹽表示法1）化學(xué)組成表示法即把構(gòu)成硅酸鹽晶體的所有氧化物按一定的比例和順序全部寫再來，先是一價的堿金屬氧化物，其次是2價、3價的金屬氧化物，然后是SiO2，最后是H2O。如高嶺石：Al2O3·2SiO2·2H2O。綠柱石：3BeO·Al2O3·6SiO2。這種寫法特點：能反映出組成化學(xué)成分克分子比，但不能反映結(jié)構(gòu)特點。2）結(jié)構(gòu)表示法按電價高低寫出各金屬元素，再寫Si-O結(jié)合情況，最后寫羥基。如高嶺土，Al2[Si2O5](OH)4綠柱石Be3Al2[Si6O18]透閃石：2CaO·5MgO·8SiO2·H2OCa2Mg5[Si8O22](OH)2或Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2雙鏈二、島狀結(jié)構(gòu)

化合物分子式：2R2O·SiO2→R4[SiO4]2RO·SiO2→R2[SiO4]RO2·SiO2→R[SiO4]鎂橄欖石（M2S)結(jié)構(gòu)3）四面體不相連，八面體共棱相連。4）Si-O形成[SiO4]四面體，弧立存在，由[MgO6]連接起來。5）Si-O→[SiO4]，Mg-O→[MgO6]（2)結(jié)構(gòu)特點

1）各[SiO4]4-

是單獨存在的，其頂角相互地朝上朝下。２）各[SiO4]4-四面體只通過O-Mg-O鍵連接一起。(4)屬于該類型結(jié)構(gòu)有：Zr[SiO4]、(Mg、Fe)2[SiO4]或(Ca、Mg)2[SiO4]橄欖石，三石（硅線石，紅柱石，蘭晶石），水泥熟料中γ-C2S（γ-Ca2[SiO4]）。（５）結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：由于Mg-O鍵和Si-O鍵都比較強，所以鎂橄欖石表現(xiàn)出較高的硬度，熔點達(dá)到1890℃，是鎂質(zhì)耐火材料的主要礦物，同時，由于各個方向上鍵力分布比較均勻，所以橄欖石結(jié)構(gòu)沒有明顯的解理，破碎后呈現(xiàn)粒狀。三、組群狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)

組群狀結(jié)構(gòu)：由[SiO4]4-通過共用氧（橋氧）相連生成的２個，３個，４個或６個硅氧組群。綠柱石3BeO·Al2O3·6SiO2

結(jié)構(gòu)特點：六個[SiO4]四面體組成一個六節(jié)環(huán)，沿著C軸平行排列，粗線組成的六節(jié)環(huán)是上面一層，細(xì)線組成的六節(jié)環(huán)是下面一層，上、下層投影不重疊，相差，環(huán)與環(huán)之間不直接相連，通過Al3+和Be2+聯(lián)系起來，Be-O→[BeO4]四面體，Al-O→[AlO6]八面體，[BeO4]與[AlO6]共棱相連。

晶體常呈六方柱，柱面上有縱紋，集合體有時呈晶簇或針狀，有時可形成偉晶，長可達(dá)5米，重達(dá)18噸。多為淺綠色，成分中富含銫時，呈粉紅色，稱為玫瑰綠柱石；含鉻時，呈鮮艷的翠綠色，稱為祖母；含二價鐵時，呈淡藍(lán)色，稱為海藍(lán)寶石；含三價鐵時，呈黃色，稱為黃綠寶石。玻璃光澤，解理不完全。摩氏硬度，比重。綠柱石主要產(chǎn)于花崗偉晶巖中，云英巖及高溫?zé)嵋好}中也有產(chǎn)出。綠柱石是煉鈹?shù)闹饕V物原料，色澤美麗者是珍貴的寶石，如祖母綠、海藍(lán)寶石。

結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系：綠柱石結(jié)構(gòu)的六節(jié)環(huán)內(nèi)沒有其它離子存在，使晶體結(jié)構(gòu)中存在大的環(huán)形空腔，當(dāng)有電價低、半徑小的離子（如Na+）存在時，在直流電場中，晶體會表現(xiàn)出顯著的離子電導(dǎo)，在交流電場中會有較大的介電損耗，當(dāng)晶體受熱時，質(zhì)點熱振動的振幅增大，大的空腔使晶體不會有明顯的膨脹，因而表現(xiàn)出較小的熱膨脹系數(shù)。在這類硅酸鹽結(jié)構(gòu)中，[SiO4]通過公共橋氧，在一維方向連接成無窮長鏈。單鏈：[SiO4]靠橋氧在一維方向無限連接，通式n[Si2O6]4-雙鏈：兩條[SiO4]單鏈在一維方向無限連接，通式n[Si4O11]6-結(jié)構(gòu)特點：沒有一個[SiO4]是弧立的，它們之間通過兩個公共頂點連接成一條無窮長鏈。四、鏈狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)

輝石類：硅酸鹽通常具有單鏈結(jié)構(gòu)：如頑火輝石Mg2[Si2O6]透輝石CaMg[Si2O6]角閃石類：硅酸鹽通常具有雙鏈結(jié)構(gòu)：如透閃石Ca2Mg[Si4O11]2（OH）2硅線石、莫來石在單鏈結(jié)構(gòu)中，按能重復(fù)的三角形數(shù)又分：一節(jié)、二節(jié)、三、四、五、七節(jié)鏈。翡翠的英文名稱為Jadeite，是西班牙語Picdodejade的簡稱，意思是佩戴在腰部的寶石。之所以叫翡翠，是因為它的顏色不均一，有時在淺色的底子上伴有紅色和綠色的色團(tuán)，顏色之美尤如古代赤色羽毛的翡雀和綠色羽毛的翠雀，所以稱之為翡翠。近代人們稱翡翠為“紅翡綠翠”。

層狀結(jié)構(gòu)基本特點：（1）由[SiO4]彼此通過三個公共氧連接成位于一個平面上的六節(jié)環(huán)向二維空間延伸構(gòu)成硅氧層。（2）在六節(jié)環(huán)的硅氧層中可取出一個矩形單位，，，結(jié)構(gòu)單元[Si4O10]4-，整個[SiO4]層化學(xué)式表示為[Si4O10]n4n-。五層狀結(jié)構(gòu)

（3）對每一個[SiO4]，其中三個氧又與另外Si4+相連，只有一個活性氧，這個活性氧因價態(tài)未飽和，不穩(wěn)定，所以它可以同其它陽離子相連接，如Al3+、Mg2+、Ca2+、Fe2+、Li+、Na+、K+等。（4）層內(nèi)鍵力>層間鍵力，易沿層間解理。（5）硅氧層可以分兩類：所有的活性氧都指向同一個方向?；钚匝醺刂赶蛏虾椭赶蛳路较?。（6）層狀結(jié)構(gòu)雙層結(jié)構(gòu)（單網(wǎng)層結(jié)構(gòu)）：一個八面體層+四面體層結(jié)構(gòu)，如：高嶺石三層結(jié)構(gòu)（復(fù)網(wǎng)層結(jié)構(gòu)）：一個八面體層+二個四面體層結(jié)構(gòu)，如：滑石

1、高嶺石（屬于單網(wǎng)層結(jié)構(gòu)）

明末，在景德鎮(zhèn)高嶺村開采此礦，命名為高嶺土。后經(jīng)德國地質(zhì)學(xué)家李?；舴野锤邘X土之音譯成“Kaolin”介紹到世界礦物學(xué)界。高嶺石是組成高嶺土的主要礦物，常見于巖漿巖和變質(zhì)巖的風(fēng)化殼中。中國高嶺石的著名產(chǎn)地有江西景德鎮(zhèn)、江蘇蘇州、河北唐山、湖南醴陵等。世界其它著名產(chǎn)地有英國的康沃爾和德文、法國的伊里埃、美國的佐治亞等。高嶺石是陶瓷的主要原料，在其它工業(yè)中也有廣泛使用。

1)結(jié)構(gòu)組成：

一層硅氧四面體層與一層[Al（OH）6]八面體層組成，兩層結(jié)合時，[SiO4]層中活性氧進(jìn)入[Al（OH）6]中，取代1/3（OH-）形成[AlO2（OH）4]八面體→高嶺石結(jié)構(gòu)。高嶺石晶體結(jié)構(gòu)（a）在（001）面投影;，（b）（010）面投影，（100）面投影圖

高嶺石結(jié)構(gòu)投影圖

結(jié)構(gòu)特點：單網(wǎng)層、一層[SiO4]與一層

[AlO2(OH)4]相連。二八面體，三價Al3+填充八面體空隙，只填充2/3個。單網(wǎng)層的一側(cè)為OH-，另一側(cè)為O2-，層與層間主要為氫鍵結(jié)合。從（001）面投影圖可見，[SiO4]四面體組成的六節(jié)環(huán)與[AlO2（OH）4]組成的六節(jié)環(huán)的位置是錯開的，降低了晶體結(jié)構(gòu)的對稱。

（2）在自然界中常見的高嶺石類礦物是高嶺石、地開石、珍珠陶土。（2）葉蛇紋石又稱岫玉，形成于鎂質(zhì)碳酸巖的變質(zhì)大理石中，全國最大的蛇紋石玉礦在遼寧省岫巖縣哈達(dá)碑鎮(zhèn)瓦溝，岫巖玉以綠色為主，還有紅、黃、白、青、藍(lán)、紫色和墨綠、淡黃、乳白色?？芍^七彩斑斕，五光十色。硬度一般介于至5之間。

岫玉是中國先民開發(fā)、應(yīng)用最早的一種玉料，距今已有七千年的歷史。浙江余杭河姆渡文化遺址中，有用岫玉制成的玉斧、玉鏟和玉刀等玉器。河北滿城西漢墓中出土的中山靖王劉勝和王后竇綰的兩件金縷玉衣轟動全世界，分別用2498塊和2160塊玉片用金絲穿綴而成，大部分玉片是岫玉雕制的。從古至今，中國人民把岫玉制品作為禮器、儀仗器、佩飾、工具、生活用具等，岫玉的現(xiàn)代產(chǎn)品更是琳瑯滿目，應(yīng)用范圍相當(dāng)廣泛。中國的蛇紋石質(zhì)玉產(chǎn)地多、產(chǎn)量大、玉質(zhì)較好。1959年在遼寧省岫巖縣采得一塊巨大的岫巖玉，長，寬，高，重噸，有兩間房子那么大，玉質(zhì)細(xì)，通體五彩斑斕，世界罕見?；瘜W(xué)式3MgO·2SiO2·2H2O，結(jié)構(gòu)式Mg6[Si4O10]（OH）8結(jié)構(gòu)組成：相當(dāng)于在高嶺石結(jié)構(gòu)中，用Mg2+取代Al3+，為保持電價平衡，需用3個Mg2+取代2個Al3+4、葉臘石類(屬三層結(jié)構(gòu))主要有葉臘石、蒙脫石、滑石。葉臘石構(gòu)成：將高嶺石的雙層結(jié)構(gòu)再加上一層[SiO4]四面體層。成分：Al2O3·4SiO2·H2OAl2[Si4O10]（OH）2與高嶺石的最大區(qū)別：①由二層結(jié)構(gòu)→三層結(jié)構(gòu)②Al3+八面體由原來AlO2(OH)4)→AlO4(OH)2)，結(jié)構(gòu)水降低。③復(fù)網(wǎng)層間為范氏力結(jié)合，原來結(jié)構(gòu)一端為O2-，一端為OH-，變成現(xiàn)在兩端均為O2-。④C軸比高嶺石大的多，葉臘石是生產(chǎn)半硅質(zhì)耐火材料原料。結(jié)構(gòu)相當(dāng)于葉臘石+層間水。3)滑石化學(xué)式：3MgO·4SiO2·H2OMg3[Si4O10](OH)2構(gòu)成：把葉臘石結(jié)構(gòu)中Al3+用Mg2+取代，為保持電中性，3個Mg2+取代2個Al3+

低硬度（指甲可刻劃），具滑感，一組極完全解理等特征，可與葉臘石、塊狀蛇紋石等外表相似的礦物相區(qū)別。

滑石是熱液蝕變礦物。富鎂礦物經(jīng)熱液蝕變常變?yōu)榛驶３书蠙焓?、頑火輝石、角閃石、透閃石等礦物假象?；瘡V泛用于造紙、陶瓷、橡膠、油漆、耐火器材、紡織、染料、鑄造及制藥等工業(yè)。質(zhì)軟、滑膩、光澤柔和的塊狀滑石用于雕刻工藝品材料。5、云母類構(gòu)成：可由葉臘石演化而來，即把葉臘石[SiO4]層中每4個Si4+用Al3+取代一個，同時引進(jìn)一個K+（電價平衡）。半徑較大，K+半徑較大，留在復(fù)網(wǎng)層中，即成白云母結(jié)構(gòu)?；瘜W(xué)式：K2O·3Al2O3·6SiO2·2H2OKAl2[AlSi3O10](OH)2

云母通常呈假六方或菱形的板狀、片狀、柱狀晶形。顏色多樣，玻璃光澤，解理面上珍珠光澤，透明或半透明。具一組極完全的平行底面解理，薄片富彈性。摩氏硬度2-3，比重。具高度的不導(dǎo)電性和耐火性。

白云母為無色及淺灰、淺黃、淺綠等色。呈細(xì)小鱗片狀、具絲絹光澤的異種稱絹云母。

金云母是含鎂的云母，黃褐色或金黃色，解理面上常具有半金屬光澤。

黑云母是含鎂、鐵的云母，黑、綠黑或褐黑色。

白云母和金云母可作為絕緣材料，廣泛用于電器、電子等工業(yè)生產(chǎn)。陽離子發(fā)生取代可生成一系列云母，如：Al3+被Mg2+取代，生成金云母，較多Mg2+被Fe2+取代則生成黑云母等。金云母加層水即為蛭石。云母可作為新型電絕緣材料和微晶玻璃材料，近代科學(xué)中，云母陶瓷：抗腐蝕、熱沖擊、機械強度高、介電性好。云母微晶玻璃：高強、熱沖擊、切割、用于國防。

化學(xué)組成為Mg05(OH)4{Mg3[AlSi3O10](OH)2}，晶體屬單斜晶系層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物。因加熱時能迅速膨脹，彎曲呈水蛭狀而得名。集合體呈片狀、土狀或粉末狀。一般呈褐色、褐黃色或暗綠色，帶油脂的玻璃光澤。底面解理完全，解理片具撓性。摩氏硬度，比重。蛭石通常由云母經(jīng)低溫?zé)嵋何g變或風(fēng)化而成。蛭石可用作建筑材料、油的吸附劑、消音材料等。

六架狀硅酸鹽最大特點：每個[SiO4]中的O2-均為橋氧，無活性氧，電價平衡，實際上是氧化物SiO2。以SiO2為例討論，SiO2分為三類晶型（石英、鱗石英、方石英）七