晶体结构4硅酸盐晶体结构

每个[SiO4] 被[MgO6] 隔开，呈孤岛状分布

第二章 晶体结构——2.5 硅酸盐晶体结构

（a） （100） 面上的 投影图

（c） 立体 侧视图

（b）（001）面上的投影图

镁橄榄石晶体结构（1）

镁橄榄石晶体结构（2）

（a）（100）面上的投影图
镁橄榄石晶体结构（3）

（b）（001）面上的投影图
第二章 晶体结构——2.5 硅酸盐晶体结构

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硅酸盐晶体结构特点：
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。

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镁橄榄石Mg2[SiO4]结构
属斜方晶系，空间群Pbnm

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晶胞参数 a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm

晶胞分子数 Z=4

O2-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

Si/O

实例

1 ：4
2 ：7 1 ：3 1 ：3
1 ：3 1 ：3 4 ：11 4 ：10
1 ：2

镁橄榄石 Mg2[SiO4] 镁铝石榴石 Al2Mg3[SiO4]3 硅钙石 Ca3[Si2O7] 蓝锥矿 BaTi[Si3O9] 斧石
Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH) 绿宝石 Be3Al2[Si6O18] 透辉石 CaMg[Si2O6] 透闪石 Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2 滑石 Mg3[Si4O10](OH)2 石英 SiO2 钾长石 K[AlSi3O8] 方钠石 Na[AlSiO4] 4/3H2O
镁橄榄石晶体结构（4）

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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
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硅酸盐晶体分类方法：

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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。

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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

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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）
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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]。
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。
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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。
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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
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
地壳中：铝 7.45 wt%
硅 26.0wt%

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（2）非桥氧（或非公共氧、活性氧）：只有一侧与Si4+ 相连接的氧
第二章 晶体结构——2.5 硅酸盐晶体结构
第二章 晶体结构——2.5 硅酸盐晶体结构

三、组群状结构

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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

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二、岛状结构

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[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。
硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系

结构 类型 岛状

[SiO4]4-共 用 O2-数
0

1

组群状

2

链状 层状 架状

2 2，3
3
4

形状
四面体
双四面体 三节环 四节环
六节环 单链 双链 平面层
骨架

络阴离子
[SiO4]4-
[Si2O7]6[Si3O9]6[Si4O12]8-
[Si6O18]12[Si2O6]4[Si4O11]6[Si4O10]4[SiO2]0 [AlSi3O8]1[AlSiO4]1-