第四大類硅酸鹽類

第四大類硅酸鹽類1第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二一前言1化學(xué)成分：陽離子——主要是惰性氣體型離子和部分過渡性離子，而銅型離子少見。陰離子——是主要由硅和氧組成的絡(luò)陰離子，及附加陰離子O、OH、F、CL、S、CO3、SO4、H2O。2第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二2硅氧骨干：每一個硅周圍有4個O包圍著，構(gòu)成[SiO4]四面體，它是硅酸鹽的基本構(gòu)造單元。每個硅氧四面體都有四個氧離子，氧離子的一半電價與硅結(jié)合，而另一半則與四面體外的其它陽離子相聯(lián)、或與其它硅氧四面體相聯(lián)，在空間形成形成網(wǎng)格。硅氧四面體骨干在空間的聯(lián)結(jié)方式主要有：（1）島狀硅氧骨干：硅氧骨被其他陽離子所隔開，彼此分開如島狀。進(jìn)一步分為孤立的單四面體或雙四面體。（2）環(huán)狀硅氧骨干：硅氧四面體以角頂相聯(lián)形成封閉的環(huán)狀，要形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)至少需要3個。進(jìn)一步又可分為單層環(huán)、雙層環(huán)。（3）鏈狀硅氧骨干：硅氧四面體以角頂相聯(lián)沿一個方向無限地延伸，可分為單鏈和雙鏈。據(jù)聯(lián)結(jié)方式和重復(fù)規(guī)律又可以分為多種形式。3第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二4第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二5第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二（3）層狀硅氧骨干：硅氧四面體以角頂相聯(lián)，形成兩度空間的無限延伸的面，在平面內(nèi)硅氧四面體共用三個角頂，在平面內(nèi)的O兩價態(tài)都有被利用，即為“惰性氧”，或稱為“氧橋”。每個硅氧四面體的剩余的一個氧即為“活性氧”，這種活性氧可以指向一側(cè)，變可以指向兩側(cè)，因此據(jù)硅氧四面體的聯(lián)結(jié)方式及活性氧的朝向等到層狀硅酸骨干可細(xì)分若干類。（4）架狀硅氧骨干：硅氧骨干四個氧都是惰性氧，硅氧四面在空間三個方向無限延伸，，典型的架狀結(jié)構(gòu)是石英。由于這種結(jié)構(gòu)無剩余電價，其他離子不能進(jìn)入晶格，因此必須要有部分Al代替硅進(jìn)入架狀結(jié)構(gòu)中，從而使O有剩余的電價，與其陽離子結(jié)合，形成牢固的架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。由于架狀硅酸鹽剩余電價少、且會形成較大的空隙，因此架狀硅酸鹽離子大多是低電價的、大離子半徑的、高配位的離子。有時并有附加陰離子和水分子存在。6第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二7第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二8第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二9第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二10第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二11第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二12第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二3鋁的作用 鋁具有雙重性質(zhì)，既可以替代硅，形成四次配位的鋁硅酸鹽；又可以成六次配位，構(gòu)成鋁的硅酸鹽。有時在同一種結(jié)構(gòu)中同時具有這兩種結(jié)構(gòu)。 鋁氧四面體比硅氧四面體稍大，在硅氧四面體為主的架狀結(jié)構(gòu)中是不穩(wěn)定的因素，且兩個鋁氧四面體不能相聯(lián)，因此鋁替代硅的最大限度是1:1。 另一方面，由于鋁氧四面體摻入到硅氧四面體為主的結(jié)構(gòu)中是不穩(wěn)定的，因此，在低溫不穩(wěn)定，常會發(fā)生轉(zhuǎn)變。即發(fā)生鋁四次配位轉(zhuǎn)向六次配位。 硅和鋁在架狀結(jié)構(gòu)中可以是有序的，也可以是無序的。13第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二14第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二15第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二二、形態(tài)與物理性質(zhì)硅酸鹽礦物的晶體形態(tài)，取決于硅氧骨干的型式和其它陽離子配位多面體，[AlO6]八面體的連結(jié)。具孤立[SiO4]四面體骨干的硅酸鹽在形態(tài)上常表現(xiàn)為三向等長，如石榴子石等。具有環(huán)狀硅氧骨干的硅酸鹽晶體常呈柱狀習(xí)性，柱狀晶體往往屬六方或三方晶系，柱的延長方向垂直于環(huán)狀硅氧骨干的平面，如綠柱石、電氣石。具有鏈狀硅氧骨干的硅酸鹽晶體常呈柱狀或針狀晶體，晶體延長的方向平行鏈狀硅氧骨干延長的方向，如輝石、角閃石、硅灰石。具層狀硅氧骨干的硅酸鹽晶體呈板狀、片狀、甚至鱗片狀，如云母、葡萄石。對于具有架狀硅氧骨干的硅酸鹽，其形態(tài)決定于架內(nèi)化學(xué)鍵的分布情況。.16第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二硅酸鹽礦物具共價鍵及離子鍵，一般具有離子晶格的特點(diǎn)。礦物一般為透明，玻璃-金剛光澤，淺色或無色。硅酸鹽礦物的解理亦與其硅氧骨干的形式有關(guān)。具層狀骨干者常平行層面有極完全解理，如云母、滑石等.具鏈狀骨干者常平行鏈延長的方向產(chǎn)生解理，如輝石、角閃石等；具架狀骨干者，解理決定于架中化學(xué)鍵的分布，如長石有平行a軸的兩組解理，是因為長石架狀硅氧骨干中有平行a軸的比較強(qiáng)的鏈；具環(huán)狀骨干的硅酸鹽一般解理不好。17第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二

第一亞類——島狀硅酸鹽主要礦物介紹1橄欖石化學(xué)成分：橄欖石的晶體化學(xué)式是R2[SiO4]，其中R為Mg、Fe、Mn等，也有Ni、Co、Zn等，都為2價的離子，三價的離子少見。當(dāng)R為鈣離子時則出現(xiàn)復(fù)鹽礦物。習(xí)慣上的橄欖石為（Mg，F(xiàn)e）2SiO4，鐵和鎂是完全類質(zhì)同象系列。依次分為六個亞種，即為鎂、貴、透鐵、鎂鐵、鐵鎂、鐵橄欖石。

晶體結(jié)構(gòu)：典型的孤立的單硅氧四面體結(jié)構(gòu)，四面體之間靠其他陽離子聯(lián)結(jié)，物理性質(zhì)：鎂橄欖石為白色、淡黃色、淡綠色，隨著2價鐵的增加，顏色加深，而成深黃色、墨綠色和黑色，但一般為橄欖綠色。玻璃光澤，透明至半透明，解理{010}中等，{100}不完全，貝殼狀斷口，硬度6.5~7，相對密度為3.27~4.37，

隨2價的鐵含量增加密度變大。

18第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二19第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二20第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二21第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二22第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二

石榴子石：化學(xué)成分——A3B2[SiO4]3，其中A為二價離子的鎂

鐵錳鈣等到離子，而B為三價的的鋁、鐵、鉻、釩、鈦等。由于A離子中的鈣與其他的二價離子半徑分為兩個系列：鐵鋁石榴石系列：（Mg,Fe,Mn）3Al2[SiO4]3鎂鋁石榴石系列Mg3Al2[SiO4]3

鐵鋁石榴石系列Fe3Al2[SiO4]3

錳鋁石榴石系列Mn3Al2[SiO4]3鈣鐵石榴石系列：Ca3（Al,Fe,Cr,Ti,V,Zr）2[SiO4]3

鈣鋁石榴石Ca3Al2[SiO4]3

鈣鐵石榴石Ca3Fe2[SiO4]3

鈣鉻石榴石Ca3Cr2[SiO4]3鈣釩石榴石Ca3V2[SiO4]3鈣鋯石榴石Ca3Zr2[SiO4]3

這兩個系列經(jīng)常發(fā)生類質(zhì)同象，23第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二第二亞類——鏈狀硅酸鹽主要礦物介紹

（1）

輝石族1化學(xué)成分輝石的化學(xué)通式為：XY[T2O6]，其中X=Na、Ca、Mn、Fe、Mg、Li等；占據(jù)M2的位置

Y=Mn、Fe（2+、3+）、Mg、Cr、Al、Ti占據(jù)M1的位置

T=Si、Al（Al：Si之比值要小于1/3）24第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二25第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二2內(nèi)部結(jié)構(gòu)其中X和Y的元素有相當(dāng)多是一樣的，這里的X和Y對元素并無專指意義，而是對結(jié)構(gòu)位置的專指意義。X位置是指占據(jù)M2的位置，而Y占據(jù)M1的位置，T則占據(jù)硅氧四體的中心。為單鏈，每兩個四面體一重復(fù)，故為[Si2O6]，M1位置是硅氧四面體角頂位置之間，為八面體的六次配位，M1為小空隙；而M2位置是硅氧四面體多個底面相對之間的位置，斜方輝石中——為畸變的八面體的六次配位，而在單斜輝石中——為八次配位，M2為大空隙。其中M2的位置對于輝石的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯的影響：當(dāng)M2為小半徑離子Fe、Mg時則為斜方晶系；當(dāng)M2位置為大半徑離子時，則為單斜晶系。26第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二斜方輝石：頑火輝石（En）Mg2[Si2O6]——斜方鐵輝石（Fs）Fe2[Si2O6]系列

頑火輝石——古銅輝石——紫蘇輝石——鐵紫蘇輝石——尤萊輝石——斜方鐵輝石單斜輝石：

鈣鐵輝石亞族：透輝石CaMg[Si2O6]——鈣鐵輝石CaFe[Si2O6]

堿性輝石亞族27第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二28第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二（2）

硅灰石（單鏈）：化學(xué)成分為Ca3[Si3O9]，每三個硅氧四面體為一個重復(fù)單元，硅氧四面體鏈與鏈之間由鈣來聯(lián)結(jié)，鈣與硅氧四面體中的氧形成鈣氧八面體，二個鈣氧八面體的長度與三個硅氧四面體的長度相等。是典型的變質(zhì)作用產(chǎn)物，常為碳酸鹽巖石與酸性巖漿巖反應(yīng)生成硅灰石：3CaCO3+3SiO2=Ca3[Si3O9]+3CO2

29第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二（3）角閃石族

化學(xué)成分通式：A0~1X2Y5[T4O11]（OH，F(xiàn)，Cl），角閃石的化學(xué)成分復(fù)雜，一般Al取代Si不能超過1/3。其中A=Na、Ca、K、H3O X=Na、Li、K、Ca、Mg、Fe（2+）、Mn Y=Mg、Fe（2+、3+）、Mn、AL、Ti、Cr T=Si、Al、Ti

根據(jù)X位置中的（Na+Ca）X和（Na）X的原子數(shù)分為四組：

30第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二角閃石分類表角閃石亞類（Na+Ca）X（Na）X（Ca）X鎂鐵錳角閃石<1.34

鈣角閃石>1.34<0.67>1.34鈉鈣角閃石[0.67,1.34][0.67,1.34]堿性角閃石>1.34

31第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二四

第三亞類——層狀硅酸鹽主要礦物介紹（1）

四面體片和八面體片：在層狀硅酸鹽中，硅氧四面體中的三個角頂在平面中與其他硅氧四面體相聯(lián)，形成六方網(wǎng)格狀，另一自由角頂朝同一方向；兩兩相對的角頂通過OH和其他陽離子M形成八面體層。四面體片為T層，八面體片為O層。（2）三八面體和二八面體：在兩個四面體層夾一八面體層的結(jié)構(gòu)中，在每一個由硅氧四面體組成的六方環(huán)中對應(yīng)著有三個八面體與相對應(yīng)；每個八面體是由四個氧和兩個OH組成，每個八面體共有6-價；當(dāng)這三個八面體被二價離子占據(jù)時，三個八面體空隙可以被完全充滿，此時，則稱為三八面體；若三個八面體被三價離子占據(jù)，6-價只能容納二個離子，即三個八面體中只能有兩個八面體被充填，此時，稱二八面體。

若三個八面體同時被二價、三價離子充填，則稱為過渡性結(jié)構(gòu)。32第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二33第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二（3）層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)單元層的基本型式：四面體片（T）和八面體片（O）是組成層狀硅酸鹽的結(jié)構(gòu)單元層。它有兩種基本型式：

1：1型（TO型）—— 2：1型（TOT型）——（4）層間域T和O組成的結(jié)構(gòu)單元層，進(jìn)一步組合而形成層狀硅酸鹽。這種構(gòu)造單元層之間的空隙，即為層間域。當(dāng)結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)的電價已平衡，層間域中只充填少量的吸附水或有機(jī)分子——如高嶺土、葉臘石；當(dāng)結(jié)構(gòu)單元層中電價不平衡，層間域則充填一些大個陽離子，并吸附一定的水分子、或有機(jī)分子等，如云母、蒙脫石。34第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二層間域

中不同離子的存在或分子吸附，將影響晶胞參數(shù)和礦物的物理性質(zhì)。（5）多型性、間層（混合）物多型性：由于同種礦物的結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)單元層的疊置方式不同形成多型性。間層（混合）礦物：由于結(jié)構(gòu)層底面的相似性，不同礦物結(jié)構(gòu)單元層呈規(guī)則或不規(guī)則的間層（混層），如伊利石、蒙皂石間層等。（6）硅氧四面體的層狀結(jié)構(gòu)與礦物的物理性質(zhì)之間的關(guān)系形態(tài)上——單斜晶系，假六方板、片狀、短柱狀物理性質(zhì)——底面的一組極完全解理，低硬度，薄片具有彈性和撓性，少數(shù)具脆性，相對密度小。（7）粘土礦物都是層狀硅酸鹽礦物，顆粒非常細(xì)小，比表面積巨大，具有吸附性、膨脹性、可塑料性等。35第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期二五

第四亞類——架狀硅酸鹽0通論硅氧四面體的四個角頂與相鄰的四個硅氧四面體相聯(lián)，形成硅氧架狀結(jié)構(gòu)，由于硅氧四面體中的部分硅被鋁所取代，就需要有其他陽離子加入，從而形成鋁硅酸鹽。

架狀硅酸鹽中的陽離子一般為大個的、低價的陽離子，如K、Na、Ca、Ba、Rb、Cs、NH4等，一般不存在六次配位的Fe、Mg、Mn、Al等。這是由于架狀硅氧骨干所具有大的空隙、少量的多余的電荷所決定的。

由架狀結(jié)構(gòu)，在三度空間連結(jié)，可以形成

巨大的空間，甚至可以連通成孔道，礦物中的F、Cl、（OH）、[SO4]、[CO3]等附加陰離子即可存在于其中。最主要是長石族和沸石族，此外還有方柱石族、似長族、霞石族等。36第