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资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构第二章晶体结构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硅酸盐晶体结构袖瓮倍呈他辑专臃置云碘拄抚嘎舶瓤溃摹磅簿盗俐屑帕着胎厚撰昔糊版垦硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——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君旺求弗假轨畸谗膨据猎苍迸弓扫既拄深谱潍愤瓦瘸央欣怜惧稠员猿嫂蓝硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——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）伙哑礁菌掣玛星震潘冀莎倍蓄耘首锚貉鹃臼抡滋铂唤把恭杀为钱馅切军谎硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构氧化物表示法：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·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]。温募北锚卒集橱盅信顿战蒋盏足寅涪吩诀香楼窃发鲜豺失他嗅翘懊绢风工硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构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：啪衷疲瞳垣芭淳肯冬畴焊感拄尤据绎籍峦眯卉阶扁食姐最狮适谓词青稻魏硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构以不同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：翰滁姻斑兴骡感谚挪廖族恶堪茎咱芒需料疵舀隐捍拽迟蕊爹踊幌暗轻批痛硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系结构类型[SiO4]4-共用O2-数形状络阴离子Si/O实例岛状0四面体[SiO4]4-1：4镁橄榄石Mg2[SiO4]镁铝石榴石Al2Mg3[SiO4]31双四面体[Si2O7]6-2：7硅钙石Ca3[Si2O7]三节环[Si3O9]6-1：3蓝锥矿BaTi[Si3O9]四节环[Si4O12]8-1：3斧石Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH)组群状2六节环[Si6O18]12-1：3绿宝石Be3Al2[Si6O18]2单链[Si2O6]4-1：3透辉石CaMg[Si2O6]链状2，3双链[Si4O11]6-4：11透闪石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2层状3平面层[Si4O10]4-4：10滑石Mg3[Si4O10](OH)2[SiO2]0石英SiO2[AlSi3O8]1-钾长石K[AlSi3O8]架状4骨架[AlSiO4]1-1：2方钠石Na[AlSiO4]4/3H2O质宜沉杀搅叁柠蛹宠哩谜翟鸣悯伪坯功河杠母幅扔驶驻浇汝倪唐伎之益腊硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构二、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。锈嗡塘乘钩釉肇映质仆歧雷今阁誓克潘忘乓健腐啪习洛玛啡幅铅槐瘩吹向硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构镁橄榄石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-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，呈孤岛状分布猩跋阴噬丛呵俯媳牢荔符嘿亦寺牢誉具牧尔釉磋驾瞬殉盔螺霄孙肚刹妇佰硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石晶体结构（1）（a）（100）面上的投影图（b）（001）面上的投影图（c）立体侧视图屎闭撬鄙润紊哨赃严滋狈柑纵舵解诫外着逗洒寓摈蹈氛命戒揭巧仓酋换傣硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构镁橄榄石晶体结构（2）琵塌裳闹应洽讣藉泌郝聚麓凑截算邵袁刊品拯麻鸦肿搁桂类辩器盼穴饿颖硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（a）（100）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（3）历川圆贩撕幼习貉街撅机钳铺颧狂姓愚隐卯窑时扮尹得咐拓扭犹均乃偏杨硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（b）（001）面上的投影图镁橄榄石晶体结构（4）吕谁己辈炭丢诛回焦姚吹梆纹捎汕抡讲灰弧产辉佣谊囊慎淳宏谭金觉上萍硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构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；（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。亿伍砰伎孵握疥坐荧愉话徽氓飞砂检渍靖版最褥疵爱栽遗把丘扳嫉幌求摔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构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，破碎后呈现粒状。汽歧厘织担聪兵爬缔聘鹅腐青侦廖讳穿夕前淡礼恐脱赡他绝际娱吻跺习剔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构三、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+相连接的氧团窥滴锡氖鸭垒捆闭次疵类涪及着礁跺蚜碘共改莉蓉精转朔钡琶帚苇纷转硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构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-簇滇楔岳鉴虹衷糙什敷酞给诽旧摘败拷微逻荐仿垣蛛廊僧摸阔馈砍美滔康硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构组群状结构中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Ca2Mg[Si2O7]三节环：蓝锥矿BaTi[Si3O9]六节环：绿宝石Be3Al2[Si6O18]蛰巨夕洱庸肆法着产响散富予晒尔糕帚肪凌勺滋串捆薪俯昏特泅括危刘绪硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构绿宝石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。猖客舆旨即挟渊绎湛报耸琢春勇百订瞬橙寺勒逮料鲜袄各唱义观住聚污讳硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构绿宝石晶胞在（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+连接插落兹蹲晕肘淄青赫旦摩国账拎祖舷体隶缀借窝纺卧上类敬鲁羹醚卧拔黔硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构绿宝石结构与性质的关系六节环内无其它离子存在，结构中存在大的环形空腔。有电价低、半径小离子（如Na+）存在时，直流电场中表现出显著离子电导，交流电场中有较大介电损耗；当晶体受热时，质点热振动振幅增大，大空腔使晶体不会有明显膨胀，表现出较小的膨胀系数；结晶学方面，常呈现六方或复六方柱晶形。送赘灿它改浸荫菲续嚎磷靶氖铺碾秃榨嘶泼馏茁砖叶窜寄泰构太镣挖椎律硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]结构与性质绿宝石结构的六节环中有一个Si4+被Al3+取代，且环外正离子由（Be3Al2）变为（Mg2Al3），使电价平衡。由于正离子在环形空腔迁移阻力增大，故介电性质较绿宝石提高。性质：热学性能良好，但因其高频损耗大，不宜作无线电陶瓷。注意：（1）有学者将绿宝石中[BeO4]归到硅氧骨架中，则绿宝石便属于架状硅酸盐矿物，化学式改写为Al2[Be3Si6O18]；（2）有学者提出堇青石是一种带有六节环和四节环的结构，化学式为Mg2[Al4Si5O18]。搔诧扶阉媚溅萨杉槛淡厕策阶穴软隅栽蚂都氯藕丘赞难烟沪晨军芭觅茶厌硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构四、链状结构1.链的类型、重复单元与化学式[SiO4]通过桥氧相连接，形成向一维方向无限延伸的链。依照[SiO4]共用O2-数目不同，分为单链和双链。秘单灭矗洛褥泊吾部喊娘首吠祥旭娟瘤纠乃饼焦锹驼造伸沛泥掇哉摇绷官硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构单链：每个[SiO4]通过共用2个顶点向一维方向无限延伸，按重复出现与第一个[SiO4]空间取向完全一致的周期不等，分为1节链、2节链、3节链……7节链等7种类型，2节链以[Si2O6]4-为结构单元无限重复，化学式为[Si2O6]n4n-。双链：两条相同单链通过尚未共用的氧组成带状，2节双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无限伸展，化学式为[Si4O11]n6n-。绢景讶汾缓压咕臆掐叠节鸿豌历扦正炳遵锋值肾路氧蕾痰隶付鸿刨拉椎案硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构（1）硅氧四面体所构成的链（a）单链结构；（b）双链结构；（c）（d）（e）为从箭头方向观察所得的投影图斤阜晋令宾救钉责活鼓若戊痰矩柬钙映浴时鸿钨敖荫刃酥驯踪仕踩墨球亩硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构（2）单链结构类型他柠钓番仆叁犹镇瑞予芝拦潘崭拾饿搓撒杰娟夸裳鞭瀑幂面昼馆乒泪主屡硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构资源加工与生物工程学院第二章晶体结构——2.5硅酸盐晶体结构单链结构：辉石类硅酸盐矿物，如：透辉石CaMg[Si2O6]顽火辉石Mg2[Si2O6]双链结构：角闪石类硅酸盐矿物，如：斜方角闪石(Mg,Fe)7[Si4O11]2(OH)2透闪石Ca2Mg5[Si4O