【正文】 資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)第二章第二章 晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)結(jié)晶學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)晶體化學(xué)基本原理無(wú)機(jī)非金屬單質(zhì)晶體結(jié)構(gòu)無(wú)機(jī)化合物晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu) 硅 %地殼中： 鋁 wt% 氧 % 優(yōu)勢(shì)礦物： 硅酸鹽 鋁硅酸鹽基本結(jié)構(gòu)單元構(gòu)造 ? 基本結(jié)構(gòu)單元之間連接? 結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上特征等資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)一、一、 硅酸鹽晶體組成表征、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類(lèi)硅酸鹽晶體組成表征、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及分類(lèi) 硅酸鹽晶體化學(xué)組成復(fù)雜，常采用兩種方法表征：氧化物表示法無(wú)機(jī)絡(luò)鹽表示法（結(jié)構(gòu)式）資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)氧化物表示法 ：按一定比例和順序?qū)懗鰳?gòu)成硅酸鹽晶體所有氧化物，先 1價(jià)堿金屬氧化物，其次 2價(jià)、 3價(jià)金屬氧化物，最后 SiO2。如，鉀長(zhǎng)石化學(xué)式： K2OAl2O36SiO2； 無(wú)機(jī)絡(luò)鹽表示法 ：按一定比例和順序全部寫(xiě)出構(gòu)成硅酸鹽晶體所有離子，再用 []將相關(guān)絡(luò)陰離子括起，先是 1價(jià)、 2價(jià)金屬離子，其次 Al3+和 Si4+，最后 O2或 OH。 如，鉀長(zhǎng)石： K[AlSi3O8]。資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)n 基本結(jié)構(gòu)單元： [SiO4]四面體。 Si－ O－ Si鍵為夾角不等折線，一般 145o左右；n [SiO4]每個(gè)頂點(diǎn)，即 O2最多為兩個(gè) [SiO4]所共用；n 兩相鄰 [SiO4]之間只能共頂而不能共棱或共面連接；n [SiO4]中心 Si4+可部分被 Al3+所取代。硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)以不同 Si/O比對(duì)應(yīng)基本結(jié)構(gòu)單元 [SiO4]之間不同結(jié)合方式，分為五種方式：島狀 組群狀 鏈狀 層狀 架狀對(duì)應(yīng) Si/O由 1/4→ 1/2，結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。 硅酸鹽晶體分類(lèi)方法：硅酸鹽晶體分類(lèi)方法：資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)類(lèi)型與 Si/O比的關(guān)系資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)二、島狀結(jié)構(gòu) [SiO4]以孤島狀存在，各頂點(diǎn)之間互不連接，每個(gè)O2一側(cè)與 1個(gè) Si4+連接，另一側(cè)與其它金屬離子相配位使電價(jià)平衡。結(jié)構(gòu)中 Si/O比為 1:4。有：鋯石英 Zr[SiO4]、鎂橄欖石 Mg2[SiO4]、藍(lán)晶石 Al2O3SiO莫來(lái)石 3Al2O32SiO2以及水泥熟料中 ?C2S、 ?C2S和 C3S等。 資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石 Mg2[SiO4]結(jié)構(gòu) 屬斜方晶系，空間群 Pbnm晶胞參數(shù) a=， b=， c=晶胞分子數(shù) Z=4O2近似于六方最緊密堆積排列 （即 ABAB…… 層序堆積）， Si4+填充 1/8四面體空隙； Mg2+填充 1/2八面體空隙每個(gè) [SiO4]被 [MgO6]隔開(kāi)，呈孤島狀分布 鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（ 1） （ a）（100）面上的投影圖（ b）（ 001）面上的投影圖（ c）立體側(cè)視圖鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（ 2） （ a）（ 100）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（ 3）（ b）（ 001）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結(jié)構(gòu)（ 4）資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石結(jié)構(gòu)中的同晶取代（ 1） Mg2+被 Fe2+以任意比例取代，則形成橄欖石（ FexMg1x） SiO4固溶體；（ 2）若上圖（ b）中 2 75的 Mg2+被 Ca2+取代，則形成鈣橄欖石 CaMgSiO4；（ 3）若 Mg2+全部被 Ca2+取代，則形成 ?Ca2SiO4（即 ?C2S），其中 Ca2+配位數(shù)為 6。由于配位規(guī)則，在水中幾乎為惰性 注意：注意： 另一種島狀結(jié)構(gòu)的水泥熟料礦物 ?Ca2SiO4（即 ?C2S）屬單斜晶系，其中 Ca2+有 8和 6兩種配位。由于其配位不規(guī)則，化學(xué)性質(zhì)活潑，能與水發(fā)生水化反應(yīng)。 資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)鎂橄欖石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系（ 1）結(jié)構(gòu)中每個(gè) O2同時(shí)和 1個(gè) [SiO4]和 3個(gè) [MgO6]相連接，其電價(jià)飽和，晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定；（ 2） Mg－ O鍵和 Si－ O鍵均較強(qiáng)，則表現(xiàn)出較高硬度，熔點(diǎn)達(dá)到 1890℃ ，是鎂質(zhì)耐火材料的主要礦物；（ 3）結(jié)構(gòu)中各個(gè)方向上鍵力分布較均勻，則無(wú)明顯解理，破碎后呈現(xiàn)粒狀。 資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)三、組群狀結(jié)構(gòu) 2個(gè)、 3個(gè)、 4個(gè)或 6個(gè) [SiO4]通過(guò)共用氧相連接形成單獨(dú)硅氧絡(luò)陰離子團(tuán)（有限硅氧四面體群），它們之間再通過(guò)其它金屬離子連接。（ 1） 橋氧（ 或 公共氧 、 非活性氧）： 有限四面體群中連接兩個(gè) Si4+的氧，其電價(jià)已飽和，一般不再與其它正離子配位（ 2） 非橋氧（ 或 非公共氧 、 活性氧） ：只有一側(cè)與 Si4+相連接的氧孤立的有限硅氧四面體群雙四面體[Si2O7]6三節(jié)環(huán)[Si3O9]6四節(jié)環(huán)[Si4O12]8六節(jié)環(huán)[Si6O18]12資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)組群狀結(jié)構(gòu)中 Si/O比： 2:7或 1:3216。 雙四面體 ：硅鈣石 Ca3[Si2O7]鋁方柱石 Ca2Al[AlSiO7]鎂方柱石 Ca2Mg[Si2O7]216。 三節(jié)環(huán) ：藍(lán)錐礦 BaTi[Si3O9]216。 六節(jié)環(huán) ：綠寶石 Be3Al2[Si6O18]資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)綠寶石 Be3Al2[Si6O18]結(jié)構(gòu) 六方晶系，空間群 P6/mcc，晶胞參數(shù)： a=， c=晶胞分子數(shù) Z=2，如 圖 134?；窘Y(jié)構(gòu)單元是由 6個(gè) [SiO4]組成六節(jié)環(huán)，其中 1個(gè)Si4+和 2個(gè) O2處在同一高度，環(huán)與環(huán)相疊。綠寶石晶胞在（ 0001）面上的投影（上半個(gè)晶胞）216。 粗黑線六節(jié)環(huán)在上，標(biāo)高 100，細(xì)黑線六節(jié)環(huán)在下，標(biāo)高 50216。 上下兩層環(huán)錯(cuò)開(kāi) 30o，投影方向不重疊216。 環(huán)與環(huán)之間通過(guò) Be2+和 Al3+連接 資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)綠寶石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系綠寶石結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系216。 六節(jié)環(huán)內(nèi)無(wú)其它離子存在，結(jié)構(gòu)中存在大的環(huán)形空腔。有電價(jià)低、半徑小離子（如 Na+）存在時(shí)，直流電場(chǎng)中表現(xiàn)出 顯著離子電導(dǎo) ，交流電場(chǎng)中有 較大介電損耗 ；216。 當(dāng)晶體受熱時(shí)，質(zhì)點(diǎn)熱振動(dòng)振幅增大，大空腔使晶體不會(huì)有明顯膨脹，表現(xiàn)出 較小的膨脹系數(shù)；216。 結(jié)晶學(xué)方面，常呈現(xiàn)六方或復(fù)六方柱晶形。 資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程學(xué)院第二章 晶體結(jié)構(gòu) —— 硅酸鹽晶體結(jié)構(gòu)堇青石 Mg2Al3[AlSi5O18]結(jié)構(gòu)與性質(zhì)綠寶石結(jié)構(gòu)的六節(jié)環(huán)中有一個(gè) Si4+被 Al3+取代，且環(huán)外正離子由（ Be3Al2）變?yōu)椋?Mg2Al3），使電價(jià)平衡。由于正離子在環(huán)形空腔遷移阻力增大，故介電性質(zhì)較綠寶石提高。性質(zhì)： 熱學(xué)性能良好，但因其高頻損耗大，不宜作無(wú)線電陶瓷。注意： （ 1）有學(xué)者將綠寶石中 [BeO4]歸到硅氧骨架中，則綠寶石便屬于架狀硅酸鹽礦物，化學(xué)式改寫(xiě)為Al2[Be3Si6O18]；（ 2）有學(xué)者提出堇青石是一種帶有六節(jié)環(huán)和四節(jié)環(huán)的結(jié)構(gòu)，化學(xué)式為 Mg2[Al4Si5O18]。 資源加工與生物工程學(xué)院資源加工與生物工程