第二章硅酸盐矿物结构
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水泥硅酸盐水泥熟料矿物的组成结构及其与胶凝性能的关系
C2S含量一般为 20%左右，在水泥熟料烧成过程中形成的硅酸
二钙，常常含有少量的杂质，如FeO、TiO2等——Belite（贝利
特）或B矿。
第21页/共110页
二、硅酸盐水泥熟料矿物的结构
690oC
780-860oC
当温度降低到500℃后，β-C2S转变为γ-C2S，晶格进行重排，
比密度由β型的3.28转变为γ型的2.97，体积膨胀越10%，导
使比例恰当，才能使水泥熟料中生成适当的C 3 A和C 4 AF矿物。
第4页/共110页
一、 硅酸盐水泥熟料中各氧化物的作用
(4) 氧化镁
含量不大时，以掺杂物的形态存在于其他水泥熟料
矿物和玻璃相中，此时对水泥安定性没有不良影响。
超过一定含量，以方镁石含量存在，引起水泥安定
性不良。(不超过5%)
第5页/共110页
致熟料粉化。如果冷却速度很快，晶格重排来不及完成，
形成介稳的β-C2S。
第22页/共110页
二、硅酸盐水泥熟料矿物的结构
β-C2S的结构特征
（1）在常温下存在的介稳的高温型矿物，因此，其结构具有
热力学的不稳定性。
（2）钙离子具有不规则配位，使其具有较高的活性。
（3）结构中的杂质和稳定剂的存在提高了其结构活性。
具有胶凝硬化能力的条件：
形成足够数量的水化物；这些水化物能否连生形成网状结构。
需满足两个必要条件：
形成水化物必须是稳定的，由水化物本身结构特性决定；
形成水化物有足够数量，能够彼此交叉，连生，在水泥浆体
空间形成连续的网状结构。由液相的过饱和度及其延续时间
决定。
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第四节
硅酸盐水泥的水化反应及机理
硅酸盐晶体结构
的O2-均为桥氧，无活性氧， 电价平衡，实际上是氧化 物SiO2。
ڻ以SiO2为例讨论，SiO2分
为三类晶型（石英、鳞石 英、方石英）七种变体。
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（1）α-方石英结构
立方晶系，Fd3m 空间群， a=0.705nm，Si4+在立方 晶胞中的配置与金刚石 构造中的相同，而 O2-位于每两个 Si4+之间， Si4+、O2-均作面心立方排 列。
结构式Mg6[Si4O10]（OH）
8
结构组成：相当于在高 岭石结构中，用Mg2+取 代Al3+，为保持电价平
衡，需用3个Mg2+取代2
个Al3+
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4、叶腊石类 (属三层结构) 主要有叶腊石、蒙脱石、 滑石。
叶腊石
构成：将高岭石的双层结
构再加上一层[SiO4]四面
体层。
成分：Al2O3· 4SiO2· 2O H
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3）四面体不相连，八面体共棱相连。
4）Si-O形成[SiO4]四面体，弧立存在，由
[MgO6]连接起来。 5）Si-O→[SiO4]，Mg-O→[MgO6]
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（2)
结构特点
1）各[SiO4]4- 是单独存在的，其顶角相互地朝上朝下。 ２）各[SiO4]4-四面体只通过O-Mg-O键连接一起。
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（2）叶蛇纹石 又称岫玉， 形成于镁质碳酸岩的变质大 理石中，全国最大的蛇纹石 玉矿在辽宁省岫岩县哈达碑 镇瓦沟，岫岩玉以绿色为主， 还有红、黄、白、青、蓝、 紫色和墨绿、淡黄、乳白色。 可谓七彩斑斓，五光十色。 硬度一般介于3.5至5之间。
ڻ以SiO2为例讨论，SiO2分
为三类晶型（石英、鳞石 英、方石英）七种变体。
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（1）α-方石英结构
立方晶系，Fd3m 空间群， a=0.705nm，Si4+在立方 晶胞中的配置与金刚石 构造中的相同，而 O2-位于每两个 Si4+之间， Si4+、O2-均作面心立方排 列。
结构式Mg6[Si4O10]（OH）
8
结构组成：相当于在高 岭石结构中，用Mg2+取 代Al3+，为保持电价平
衡，需用3个Mg2+取代2
个Al3+
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4、叶腊石类 (属三层结构) 主要有叶腊石、蒙脱石、 滑石。
叶腊石
构成：将高岭石的双层结
构再加上一层[SiO4]四面
体层。
成分：Al2O3· 4SiO2· 2O H
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3）四面体不相连，八面体共棱相连。
4）Si-O形成[SiO4]四面体，弧立存在，由
[MgO6]连接起来。 5）Si-O→[SiO4]，Mg-O→[MgO6]
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（2)
结构特点
1）各[SiO4]4- 是单独存在的，其顶角相互地朝上朝下。 ２）各[SiO4]4-四面体只通过O-Mg-O键连接一起。
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（2）叶蛇纹石 又称岫玉， 形成于镁质碳酸岩的变质大 理石中，全国最大的蛇纹石 玉矿在辽宁省岫岩县哈达碑 镇瓦沟，岫岩玉以绿色为主， 还有红、黄、白、青、蓝、 紫色和墨绿、淡黄、乳白色。 可谓七彩斑斓，五光十色。 硬度一般介于3.5至5之间。
架状结构硅酸盐矿物课件
3
架状结构硅酸盐矿物具有多种颜色和光泽，如绿 色、黄色、褐色、灰色等，且透明度较高，可用 于宝石和工艺品的制作。
03
架状结构硅酸盐矿物的形 成与演化
形成条件
温度条件
硅酸盐矿物通常在较高 的温度下形成，如中等
到高温的火成岩中。
压力条件
多数硅酸盐矿物在高压 条件下形成，如深层的
火成岩或变质岩中。
化学成分
变质作用
原有岩石在高温高压条件下发 生变质，形成新的硅酸盐矿物 。
共生与演化
硅酸盐矿物与其他矿物共生， 并在地质过程中发生演化，形
成多种变种和亚种。
演化机制
温度变化
随着地壳运动和地质变迁，硅酸盐矿 物所处的温度发生变化，导致矿物的 结晶程度、结构等发生变化。
压力变化
地壳运动引起的压力变化可以促使硅 酸盐矿物发生相变或重新结晶，从而 改变其结构和性质。
常见类别
常见的架状结构硅酸盐矿物包括长石、云母、绿泥石等。
硅酸盐矿物性质
物理性质
硅酸盐矿物通常具有坚硬、耐磨、耐 腐蚀等物理性质，这是因为它们的晶 体结构比较稳定，不易发生化学反应 。
化学性质
硅酸盐矿物在高温和有水存在的条件 下容易发生化学风化和蚀变作用，生 成新的矿物。这是因为它们与水和酸 容易发生反应，释放出硅酸盐离子和 金属离子。
物理性质研究
架状结构硅酸盐矿物具有 丰富的物理性质，如光学 、电学、热学等，可用于 材料科学领域的研究。
生物医学研究
部分架状结构硅酸盐矿物 具有生物活性，可应用于 生物医学领域，如生物材 料、药物载体等。
在文化艺术上的应用
绘画和雕塑材料
01
部分架状结构硅酸盐矿物具有独特的颜色和纹理，可用于绘画
硅酸盐晶体结构
▲▲
如果八面体以共棱方式相连，但O2被3个正离子所共用，这种八面体称为三
八面体，即 全部八面体空隙都被正离
子填充，[MgO6] 就属此种情况。
材料科学基础
• 不管是二八面体还是三八面体，八面
体层网络中仍有一些O2-不能与Si4+配位 （活性氧），因而剩余电价就要由H+来 平衡，所以层状结构中都有OH-出现。
五、层状矿物
层状结构是[SiO4]之间通过三个桥氧相 连，在二维平面无限延伸构成的硅氧四面 体层。
结构基元：[Si4O10]4－ 化学式：[Si4O10]n4n－ Si/O： 4：10 共用O2－数： 3
（a）立体图
（b）投影图
层状结构硅氧四面体
层的类型：
按照硅氧层中活性氧的空间取向不同，硅氧
第二节 硅酸盐晶体结构
一、概述 1、硅酸盐晶体化学式的写法
氧化物法：将所用氧化物由低价到高价按比例写 出，（最后写H2O） 无机络盐法：低价离子→高价离子→氧→(OH)基
Mg2[SiO4]
2、硅酸盐晶体结构的特点
1）[SiO4]是硅酸盐晶体结构的基础；
2）硅酸盐结构中的Si4＋之间不存在直接的键，
通过金属正离子连接，最常见的是Mg2+和Ca2。
角闪石类硅酸盐含有双链[Si4O11]，如斜方角
闪石（Mg，Fe）7[Si4O11]2（OH）2和透闪石
Ca2Mg5[Si4O11]2（OH）2等。
例：透辉石， CaMg[Si2O6]
结构与性质的关系：
介电性 解理性Si-O键要比M-O键要强
石英 磷石英 方石英 熔体
870 C 1470 C 1723 C
硅酸盐物理化学
第二章晶体结构内容提要大多数无机材料为晶态材料，其质点的排列具有周期性和规则性。
不同的晶体，其质点间结合力的本质不同，质点在三维空间的排列方式不同，使得晶体的微观结构各异，反映在宏观性质上，不同晶体具有截然不同的性质。
1912年以后，由于X射线晶体衍射实验的成功，不仅使晶体微观结构的测定成为现实，而且在晶体结构与晶体性质之间相互关系的研究领域中，取得了巨大的进展。
许多科学家，如鲍林（Pauling）、哥希密特（Goldschmidt）、查哈里阿生（Zachariason）等在这一领域作出了巨大的贡献，本章所述内容很多是他们研究的结晶。
要描述晶体的微观结构，需要具备结晶学和晶体化学方面的基本知识。
本章从微观层次出发，介绍结晶学的基本知识和晶体化学基本原理，以奠定描述晶体中质点空间排列的理论基础；通过讨论有代表性的无机单质、化合物和硅酸盐晶体结构，以掌握与无机材料有关的各种典型晶体结构类型，建立理想无机晶体中质点空间排列的立体图像，进一步理解晶体的组成－结构－性质之间的相互关系及其制约规律，为认识和了解实际材料结构以及材料设计、开发和应用提供必要的科学基础。
2.1 晶体化学基本原理由于天然的硅酸盐矿物和人工制备的无机材料制品及其所用的原料大多数是离子晶体，所以在这一节主要讨论离子晶体的晶体化学原理。
一、晶体中键的性质（键性的判别）过去的教学中，以电子云的重要情况讨论键型。
Na－Cl认为是典型的离子键。
硅酸盐晶体中比较典型的结合键方式：Si－O Al－O M e－O （M代表许多碱、碱土金属）Me－O、Al—O键通常认为是比较典型的离子键，而Si－O键中Si－O键离子键、共价键成分相当。
为了方便，通常也认为是离子键。
那么键的成分是如何确定的？即通常如何判断键的类型呢？Pauling通过大量的研究发现，可以根据各元素的电负性差别判断键的类型（由于电负性反映元素粒子得失电子的能力）。
元素电子的电负性x＝元素电子的电离能力I＋元素原子的电子亲和能E。
硅酸盐晶体结构
长石族 结构特点:
长石的结构中的四个面体[TO4]（T代表Si或Al）相互共顶，形成一个四联环。四联环与四联
环又相互共用角顶，连接成曲轴状的链，平行于a轴伸展，链与链之间，又以桥氧相接，形成 整个三维的骨架。
主要
种: K[AlSi3O8]
透长石 Sanidine 正长石 Orthoclase 微斜长石 Microcline 斜长石 (钠长石_奥长石_中长石_拉长石_培长石_钙长石)
PS：翡翠的A货、B货和C货的含意
层状结构硅酸盐
滑石
化学组成:
Talc Mg3[Si4O10](OH)2
晶体形态:偶见假六方或菱形的片状单晶体。
物理性质:无色透明或白色，硬度1，{001}解理完全，比重2.58~2.83, 能耐
火。
鉴定特征:低硬度，有滑感，较浅的颜色以及片状形态。
架状结构硅酸盐
层状结构硅酸盐
翡翠（jadeite）， 也称翡翠玉、翠玉、缅甸玉，是 玉的一种。 翡翠的正确定义是以硬玉矿物为主的辉石类矿物组 成的纤维状集合体。但是翡翠并不等于硬玉。翡翠 是在地质作用下形成的达到玉级的石质多晶集合体， 主要由硬玉或硬玉及钠质（钠铬辉石）、钠钙质辉 石（绿辉石）组成，可含有角闪石、长石、铬铁矿、 褐铁矿等。
参考文献： 高等无机结构化学 麦松威，周公度，李伟基 北京大学出版社 第二版 化学中的多面体 周公度 北京大学出版社 结构和物性 周公度 高等教育出版社 第三版 维基百科
感谢聆听
3、链状硅氧骨干
硅氧四面体彼此之间共用两个角顶构成延伸 的单链[Si2O6]4硅氧四面体部分共用两个角顶，部分共用三 个角顶相互联接构成延伸的双链[Si4O11]6-
4、层状硅氧骨干
硅氧四面体共用三个角顶构成二向延展 的平面层状[Si4O10]4-
硅酸盐晶体结构
2、根据Si-O四面体在空间的连接情况
(3) 层状硅酸盐 layered silicates
9
二、硅酸盐矿物的分类
2、根据Si-O四面体在空间的连接情况
(4) 架状硅酸盐 network silicates
10
三、硅酸盐的结构
1、岛状硅酸盐 Island silicates (limited Si-O group) (1) 单一硅氧团（孤立有限硅氧团）
举例：
• 能“爆米花”的矿物和岩石
• 能吸水膨胀的膨润土
20
4、骨架状硅酸盐 Network silicates
(1). 硅石 silica（石英） SiO2 硅氧四面体在空间组成的三维网 络状结构
方石英结构特征：
• FCC点阵，Si4＋排成金刚石结构， O2－位于<111>方向上 的一对Si4＋之间，形成桥氧； Si4＋位于O2－的四面体间隙， O2－四面体在空间通过桥氧相连，形成三维网络结构 • 所有的氧均为桥氧
13
(2) 含成对的硅氧团
• = O/Si＝3.5
• 硅钙石 Ca3(Si2O7)，即3CaO· 2SiO2，正交晶系
14
(3) 含环状硅氧团
• 三节环：(Si3O9)6－ • 四节环：(Si4O12)8－
• 六节环：(Si6O18)12－
= O/Si＝3
代表性矿物：
绿柱石 Be3Al2[Si6O18] 堇青石 cordierite 2MgO· 2O3· 2Al 5SiO2
15
2、链状硅酸盐 Chained silicates
由大量的[SiO4]4－共顶连接而成的一维结构
(1) 单链：结构单元[SiO3]2－, = O/Si＝3
(3) 层状硅酸盐 layered silicates
9
二、硅酸盐矿物的分类
2、根据Si-O四面体在空间的连接情况
(4) 架状硅酸盐 network silicates
10
三、硅酸盐的结构
1、岛状硅酸盐 Island silicates (limited Si-O group) (1) 单一硅氧团（孤立有限硅氧团）
举例：
• 能“爆米花”的矿物和岩石
• 能吸水膨胀的膨润土
20
4、骨架状硅酸盐 Network silicates
(1). 硅石 silica（石英） SiO2 硅氧四面体在空间组成的三维网 络状结构
方石英结构特征：
• FCC点阵，Si4＋排成金刚石结构， O2－位于<111>方向上 的一对Si4＋之间，形成桥氧； Si4＋位于O2－的四面体间隙， O2－四面体在空间通过桥氧相连，形成三维网络结构 • 所有的氧均为桥氧
13
(2) 含成对的硅氧团
• = O/Si＝3.5
• 硅钙石 Ca3(Si2O7)，即3CaO· 2SiO2，正交晶系
14
(3) 含环状硅氧团
• 三节环：(Si3O9)6－ • 四节环：(Si4O12)8－
• 六节环：(Si6O18)12－
= O/Si＝3
代表性矿物：
绿柱石 Be3Al2[Si6O18] 堇青石 cordierite 2MgO· 2O3· 2Al 5SiO2
15
2、链状硅酸盐 Chained silicates
由大量的[SiO4]4－共顶连接而成的一维结构
(1) 单链：结构单元[SiO3]2－, = O/Si＝3
第二章-硅酸盐晶体结构
脱水 斜斜顽火辉石-Mg2[Si2O6] 叶蜡石 脱水 莫来石3Al2O3· 2SiO2
滑石和叶蜡石都是玻璃和陶瓷工业重要原料
滑石：用于制备绝缘、介电性能良好的滑石瓷和堇青石瓷; 叶蜡石：常用作硼硅质玻璃中引入Al2O3的原料
滑石
高岭石Al2O3· 2SiO2· 2O的结构 2H
所取代。为平衡多余的负电荷，结构中将近有1~1.5
个K＋进入结构单位层之间。K＋处于上下两个硅氧四 面体六节环的中心，相当于结合成配位数为12的K-O
配位多面体。因此层间的结合力较牢固，这种阳离子
不易被交换。
白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2的结构
属单斜晶系，空间群C2/c；晶胞 参 数 a=0.519nm ， b=0.900nm ， c=2.004nm ， =95o11” ， Z=2 。 其结构如图所示，图中重叠的O2已稍行移开。 白云母属于复网层结构，复网层 由两个硅氧层及其中间的水铝石 层所构成。连接两个硅氧层的水 铝石层中的Al3+ 之配位数为6，形
单链结构类型
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[Si4O11]2(OH)2 无论单链或双链，由于链内结构牢固，链间通过其 它金属阳离子连接， 最常见的是Mg2+和Ca2+。 而 金属阳离子与O2-之间的键比Si-O键弱，容易断。则 链状结构矿物总是形成柱状、针状、或纤维状解理。
滑石结构与性质的关系
复网层中每个活性O2-同时与3个Mg2+相连接，电价饱和；OH-中氧的电 价也饱和，则复网层内为电中性，层与层之间靠微弱分子力结合，致使层 间易相对滑动，则具有良好片状解理，并有滑腻感。 离子取代现象：用2个Al3+取代滑石中的3个Mg2+，则形成二八面体型的 叶蜡石Al2[Si4O10](OH)2结构（Al3+占据2/3八面体空隙）。叶蜡石同样具 有良好片状解理和滑腻感。 晶体加热时结构变化：都含有OH-，加热时产生脱水效应。
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（3）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-最多只能为两个[SiO4]四面体 所共用（电价平衡）；
（4）相邻的[SiO4]四面体之间只能以共顶而不能以共棱或共面相连 接；
（5）结构中常出现同晶置换现象，除含有Si以外，还有Mg2+、Al3+、 Be2+、Na+、K+等，这些离子可以取代Si4+，相互置换，并不改变 晶体的结构，这种现象称为同晶置换。
Z=4；
下图为镁橄榄石的晶胞立体结构图和（100）面投影图。
镁橄榄石晶胞立体图
第二章硅酸盐矿物结构
12
镁橄榄石的 特征：
①O2-近似排成平行于（100）面的两层（六方密堆）；
Si4+填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的1/8；
镁橄榄石晶体结构（100）面投影 第二章硅酸盐矿物黄结构球标高25，绿球标高75； 13
第二章硅酸盐矿物结构
3
硅酸盐结构分类 [SiO4]是结构的基本构造单元，[SiO4]彼此通过共用O2-连接起
来，由于连接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干， 硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进行分类（[SiO4]的排 列方式） （1） 岛状 [SiO4]不直接连接，没有公共的顶角，[SiO4]通过其它离子连 结成一个完整的结构。这种结构称为岛状结构。
第二章硅酸盐矿物结构
1
六、类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅 酸盐工业的主要原料。
硅酸盐的化学组成复杂。因为硅酸盐中的正离子、负离子 都有可能被其他离子部分或全部取代。
第二章硅酸盐矿物结构
2
硅酸盐的化学式有两种写法：
①氧化物排列法——按金属氧化物的价态由低到高排列，最后是 SiO2。如钾长石，化学式为K2O·Al2O3·6SiO2；
2、 蒙脱石（微晶高龄石）的结构（Al2[Si4O10](OH)8•nH2O理论式）
3、滑石的结构(Mg3[Si4O10](OH)2） 4、伊利石结构（化学式K1~1.5Al4[Si7~6.5Al1~1.5O20](OH)4） 5、白云母（化学式KAl2[AlSi3O10](OH)2 ） 五、架状结构（1、石英晶体结构；2、长石晶体结构）
②无机络盐写法——按离子价态从高到低排列，最后是O2-，并按一 定的比例写出其化学式。
如：钾长石，KAlSi3O8。
硅酸盐的结构也很复杂，不象其化学式表示的那样简单。鉴于此， 对硅酸盐的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏硅酸盐划分，而是 根据[SiO4]四面体在结构中的结合排列方式进行分类。X-ray衍射 结构分析证明，硅酸盐中的[SiO4]四面体结合方式有岛状、组群 状、链状、层状和架状五种形式。如表2-5所列。
上述五种结构概括于表2-5（ P47 ） 中 ， 通 过 分 析 后 应 掌 握其规律。
α-鳞石英的结构（架状）
第二章硅酸盐矿物结构
8
第二章硅酸盐矿物结构
9
硅酸盐晶体的几个特点
（1）硅酸盐结构中Si4+间不存在直接的键，键的联接是通过O2-来实 现的，Si－O－Si键角为145°；
（2）每一个Si4+存在于四个O2-为顶点的四面体中心，构成[SiO4]四 面体，它是硅酸盐晶体结构的基础；
单四面体、
第二章硅酸盐矿物结构
4
（2） 组群状
①双四面体：两个[SiO4]通过公共“氧桥”相互连成[Si2O7]6-
团，再通过其它金属离子连接。Si/O=2:7=1:3.5
②孤立环状：由三个、四个或六个[SiO4]4-彼此共用两个顶点
而组成封闭平面孤立环，称为三节环、四节环、六节环。
Si/O=1:3
双四面体
三元环 第二章硅酸盐矿四物结元构环
六元环 5
(3) 链状 单链 ：[SiO4]彼此共用两个顶点， 在一维方向上连结成无限的长链， 每一四面体仍有2个活性氧，借 此与存在于链间的金属离子相连， Si/O=1:3；
双链 ：双链是由两个单链通过共 用氧平行连接而成，或者看成是 单链通过一个镜面反映而得。 Si/O=4:11
§2.6.6 硅酸盐矿物的晶体结构
一、岛状结构 镁橄榄石（ Mg2[SiO4]或 2MgO·SiO2） 二、组群状结构 绿宝石（Be3Al2[Si6O18] 或 3BeO·Al2O3 ·6SiO2) 三、连状结构 透辉石CaMg [Si2O6] 的结构（CaO·MgO·2SiO2 ） 四、层状结构（层状结构矿物的特点） 1、高岭石结构（ Al2O3•2SiO2 •2H2O 或Al4[Si4O10](OH)8）
（6）有些硅酸盐矿物组成中还存在一些“附加阴离子”最常见的 有F-、Cl-、OH-等，此外还可能有结构水或吸附水。
第二章硅酸盐矿物结构
10
1、岛状结构 ——[SiO4]四面体在结构中以孤立状态存在。 即[SiO4]各顶角之间并不互相连接，每个O2-除已经与一个Si4+
相连外，不再与其他[SiO4]中的Si4+相配位，没个O2-剩余的 一价可与金属离子相配位而达到点价平衡。因此，[SiO4]四 面体之间是通过其他金属离子联系起来的。
单链
第二章硅酸盐矿物结构
双链
6
(4)连续层状 由 无 穷 个 [SiO4] 彼 此 共
用三个顶点，在二维 方向上连结成无限的 六方平面网，借助于 剩下的活性氧离子与 金属阳离子相连，而 再于其它平面层连接 。Si/O=1:2.5;
层状结构
第二章硅酸盐矿物结构
7
(5)架状 每 个 [SiO4] 的 四 个 顶 角 都 与 相邻 [SiO4]相连结，构成三 维方向连续延伸的架状骨架 。Si/O=1:2.
属于岛状结构的晶体有： 锆英石Zr[SiO4]；橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]；硅线石Al2O3·SiO2；
莫来石3Al2O3·2SiO2及水泥熟料中的C2S、C3S等。
第二章硅酸盐矿物结构
11
镁橄榄石Mg2[SiO4]结构（ 2MgO·SiO2） 属斜方晶系，Pbmm空间群，a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm，
②Mg2+填入八面体空隙（三个25，三个75位
置O2-），形成[MgO6]八面体，占据八面体空 隙的1/2；
[SiO4]四面体通过Mg2+联系起来。
[MgO6]间共棱、[SiO4]与[MgO6]共面相连
③在镁橄榄石结构中，电价是平衡的。因为
（4）相邻的[SiO4]四面体之间只能以共顶而不能以共棱或共面相连 接；
（5）结构中常出现同晶置换现象，除含有Si以外，还有Mg2+、Al3+、 Be2+、Na+、K+等，这些离子可以取代Si4+，相互置换，并不改变 晶体的结构，这种现象称为同晶置换。
Z=4；
下图为镁橄榄石的晶胞立体结构图和（100）面投影图。
镁橄榄石晶胞立体图
第二章硅酸盐矿物结构
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镁橄榄石的 特征：
①O2-近似排成平行于（100）面的两层（六方密堆）；
Si4+填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的1/8；
镁橄榄石晶体结构（100）面投影 第二章硅酸盐矿物黄结构球标高25，绿球标高75； 13
第二章硅酸盐矿物结构
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硅酸盐结构分类 [SiO4]是结构的基本构造单元，[SiO4]彼此通过共用O2-连接起
来，由于连接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干， 硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进行分类（[SiO4]的排 列方式） （1） 岛状 [SiO4]不直接连接，没有公共的顶角，[SiO4]通过其它离子连 结成一个完整的结构。这种结构称为岛状结构。
第二章硅酸盐矿物结构
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六、类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅 酸盐工业的主要原料。
硅酸盐的化学组成复杂。因为硅酸盐中的正离子、负离子 都有可能被其他离子部分或全部取代。
第二章硅酸盐矿物结构
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硅酸盐的化学式有两种写法：
①氧化物排列法——按金属氧化物的价态由低到高排列，最后是 SiO2。如钾长石，化学式为K2O·Al2O3·6SiO2；
2、 蒙脱石（微晶高龄石）的结构（Al2[Si4O10](OH)8•nH2O理论式）
3、滑石的结构(Mg3[Si4O10](OH)2） 4、伊利石结构（化学式K1~1.5Al4[Si7~6.5Al1~1.5O20](OH)4） 5、白云母（化学式KAl2[AlSi3O10](OH)2 ） 五、架状结构（1、石英晶体结构；2、长石晶体结构）
②无机络盐写法——按离子价态从高到低排列，最后是O2-，并按一 定的比例写出其化学式。
如：钾长石，KAlSi3O8。
硅酸盐的结构也很复杂，不象其化学式表示的那样简单。鉴于此， 对硅酸盐的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏硅酸盐划分，而是 根据[SiO4]四面体在结构中的结合排列方式进行分类。X-ray衍射 结构分析证明，硅酸盐中的[SiO4]四面体结合方式有岛状、组群 状、链状、层状和架状五种形式。如表2-5所列。
上述五种结构概括于表2-5（ P47 ） 中 ， 通 过 分 析 后 应 掌 握其规律。
α-鳞石英的结构（架状）
第二章硅酸盐矿物结构
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第二章硅酸盐矿物结构
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硅酸盐晶体的几个特点
（1）硅酸盐结构中Si4+间不存在直接的键，键的联接是通过O2-来实 现的，Si－O－Si键角为145°；
（2）每一个Si4+存在于四个O2-为顶点的四面体中心，构成[SiO4]四 面体，它是硅酸盐晶体结构的基础；
单四面体、
第二章硅酸盐矿物结构
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（2） 组群状
①双四面体：两个[SiO4]通过公共“氧桥”相互连成[Si2O7]6-
团，再通过其它金属离子连接。Si/O=2:7=1:3.5
②孤立环状：由三个、四个或六个[SiO4]4-彼此共用两个顶点
而组成封闭平面孤立环，称为三节环、四节环、六节环。
Si/O=1:3
双四面体
三元环 第二章硅酸盐矿四物结元构环
六元环 5
(3) 链状 单链 ：[SiO4]彼此共用两个顶点， 在一维方向上连结成无限的长链， 每一四面体仍有2个活性氧，借 此与存在于链间的金属离子相连， Si/O=1:3；
双链 ：双链是由两个单链通过共 用氧平行连接而成，或者看成是 单链通过一个镜面反映而得。 Si/O=4:11
§2.6.6 硅酸盐矿物的晶体结构
一、岛状结构 镁橄榄石（ Mg2[SiO4]或 2MgO·SiO2） 二、组群状结构 绿宝石（Be3Al2[Si6O18] 或 3BeO·Al2O3 ·6SiO2) 三、连状结构 透辉石CaMg [Si2O6] 的结构（CaO·MgO·2SiO2 ） 四、层状结构（层状结构矿物的特点） 1、高岭石结构（ Al2O3•2SiO2 •2H2O 或Al4[Si4O10](OH)8）
（6）有些硅酸盐矿物组成中还存在一些“附加阴离子”最常见的 有F-、Cl-、OH-等，此外还可能有结构水或吸附水。
第二章硅酸盐矿物结构
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1、岛状结构 ——[SiO4]四面体在结构中以孤立状态存在。 即[SiO4]各顶角之间并不互相连接，每个O2-除已经与一个Si4+
相连外，不再与其他[SiO4]中的Si4+相配位，没个O2-剩余的 一价可与金属离子相配位而达到点价平衡。因此，[SiO4]四 面体之间是通过其他金属离子联系起来的。
单链
第二章硅酸盐矿物结构
双链
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(4)连续层状 由 无 穷 个 [SiO4] 彼 此 共
用三个顶点，在二维 方向上连结成无限的 六方平面网，借助于 剩下的活性氧离子与 金属阳离子相连，而 再于其它平面层连接 。Si/O=1:2.5;
层状结构
第二章硅酸盐矿物结构
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(5)架状 每 个 [SiO4] 的 四 个 顶 角 都 与 相邻 [SiO4]相连结，构成三 维方向连续延伸的架状骨架 。Si/O=1:2.
属于岛状结构的晶体有： 锆英石Zr[SiO4]；橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]；硅线石Al2O3·SiO2；
莫来石3Al2O3·2SiO2及水泥熟料中的C2S、C3S等。
第二章硅酸盐矿物结构
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镁橄榄石Mg2[SiO4]结构（ 2MgO·SiO2） 属斜方晶系，Pbmm空间群，a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm，
②Mg2+填入八面体空隙（三个25，三个75位
置O2-），形成[MgO6]八面体，占据八面体空 隙的1/2；
[SiO4]四面体通过Mg2+联系起来。
[MgO6]间共棱、[SiO4]与[MgO6]共面相连
③在镁橄榄石结构中，电价是平衡的。因为