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实验3 硅酸盐矿物的晶体结构一、实验目的：巩固硅酸盐矿物的晶体结构知识。
二、硅酸盐晶体结构概述硅酸盐晶体按结构中硅氧四面体的连接方式，可以分为岛状、组群状、链状、层状和架状五种。
1. 岛状结构岛状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体以孤立形式存在，硅氧四面体之间没有共用的氧。
典型的矿物是镁橄榄石，其结构如图3-1所示。
镁橄榄石（Mg2SiO4）的晶体结构属正交晶系Pbmm空间群，a0=0.476nm，b0=1.021nm，c0=0.598nm，Z=4。
镁橄榄石的结构中O2-近似于六方紧密堆积，Si4+充填在四面体空隙，Mg2+充填于八面体空隙，硅氧四面体之间由Mg2+按镁氧八面体的方式相连。
图3-1 镁橄榄石晶体理想结构图3-2 绿宝石的晶体结构2. 组群状结构组群状结构是指硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧连成硅氧四面体群体，群体之间由其它阳离子按一定的配位形式将它们连接在一起。
典型的矿物是绿宝石，其晶体结构如图7-2所示。
绿宝石（Be3Al2[Si6O18]）的晶体结构属于六方晶系P6/mcc空间群，a0=0.921nm，c0=0.917nm，Z=2。
绿宝石的基本结构单元是六个硅氧四面体形成的六节环，六节环之间由Al3+和Be2+相连。
六节环中的四面体有两个氧是共同的，它们与硅氧四面体中的Si4+处于同一高度。
图7-2中示出了八个这样的六节环，上面四个和下面四个错开30 排列，上下叠置的六节环内形成了一个巨大的通道，可以存在一些如K+、Cs+等大的阳离子以及H2O分子。
Al3+的配位数为6，形成Al-O八面体，Be2+的配位数为4，构成Be-O四面体。
3. 链状结构硅氧四面体可以由共用氧离子相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间再通过其它阳离子按一定的配位关系连接而形成链状结构。
透辉石（CaMg[Si2O6]）是具有链状结构的硅酸盐矿物之一，其晶体结构属于单斜晶系C2/c空间群，a0=0.9746nm，b0=0.8899nm，c0=0.5250nm， 37’，Z=4。
实验3 硅酸盐矿物的晶体结构一、实验目的：巩固硅酸盐矿物的晶体结构知识。
二、硅酸盐晶体结构概述硅酸盐晶体按结构中硅氧四面体的连接方式，可以分为岛状、组群状、链状、层状和架状五种。
1. 岛状结构岛状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体以孤立形式存在，硅氧四面体之间没有共用的氧。
典型的矿物是镁橄榄石，其结构如图3-1所示。
镁橄榄石（Mg2SiO4）的晶体结构属正交晶系P bmm空间群，a0=0.476nm，b0=1.021nm，c0=0.598nm，Z=4。
镁橄榄石的结构中O2-近似于六方紧密堆积，Si4+充填在四面体空隙，Mg2+充填于八面体空隙，硅氧四面体之间由Mg2+按镁氧八面体的方式相连。
图3-1 镁橄榄石晶体理想结构图3-2 绿宝石的晶体结构2. 组群状结构组群状结构是指硅氧四面体以两个、三个、四个或六个，通过共用氧连成硅氧四面体群体，群体之间由其它阳离子按一定的配位形式将它们连接在一起。
典型的矿物是绿宝石，其晶体结构如图7-2所示。
绿宝石（Be3Al2[Si6O18]）的晶体结构属于六方晶系P6/mcc空间群，a0=0.921nm，c0=0.917nm，Z=2。
绿宝石的基本结构单元是六个硅氧四面体形成的六节环，六节环之间由Al3+和Be2+相连。
六节环中的四面体有两个氧是共同的，它们与硅氧四面体中的S i4+处于同一高度。
图7-2中示出了八个这样的六节环，上面四个和下面四个错开30 排列，上下叠置的六节环内形成了一个巨大的通道，可以存在一些如K+、Cs+等大的阳离子以及H2O分子。
Al3+的配位数为6，形成Al-O八面体，Be2+的配位数为4，构成Be-O四面体。
3. 链状结构硅氧四面体可以由共用氧离子相连，在一维方向延伸成链状，链与链之间再通过其它阳离子按一定的配位关系连接而形成链状结构。
架状硅酸盐亚类络阴离子是由硅氧四面体以四个顶点在三维空间无限联结成的硅氧骨架，其中有部分Si4＋被Al3＋(或Be2＋)替代，并与金属阳离子相结合的硅酸盐。
所以，架状硅酸盐必为铝硅酸盐或铍硅酸盐。
2.研究意义？1).三维架状结构是地球上最常见的矿物－超过地壳矿物总数2/3；2).在架状结构硅酸盐中,特征亚结构导致不同的矿物种具有特殊的物理性质.）晶体化学特征:可表示为[AlxSin-xO2n]x-.其中铝代硅不能超过总的一半,即按离子数Al:(Al+Si)一般在1:4－1:2之间.由于Al代Si而产生的负价,每个硅氧四面体平均只有-1/4－-1/2,在硅酸盐各亚类中最低.附加阴离子：结构空隙或孔道常充填F-.Cl-.(OH)-.S2-.[SO4]2-.[CO3]2-等附加阴离子,同时,沸石矿物中的“沸石水”也占据这些孔隙或孔道.阳离子:主要是K＋、Na＋、Ca2＋、Ba2＋等,有时还有Rb＋、Cs＋、NH4＋等,一般不存在六次配位的Fe、Mg、Mn、Al等阳离子.半径大、配位数高、电价低架状硅氧骨干中Al替代Si的数目有限；架状硅氧骨干形成的结构空隙较大；晶体结构四面体在三维空间不同方向上排列的紧密程度不同，从而形成了多种结构类型，这些结构的演变规律为：石英族－长石族－白榴石族、霞石族－沸石族。
2）外观鉴定特征形态：主要取决于各自的结构特点。
当架状中的键力各方向无明显差异时，呈粒状，解理也差；当某方向键力强于或弱于其它方向时，则呈片状、板状或柱状、针状，也会出现相应的解理；本亚类各种常见矿物都是浅色矿物；架状硅氧骨架由每个硅氧四面体的四个角顶，在晶格中形成了一个牢固的整体结构，质点之间结合力较强(强共价键)，所以矿物硬度较高，一般为5－6。
沸石族矿物多因结构中存在“沸石水”，硬度为3.5－5.5；沸石矿物中的“沸石水”也占据结构中的孔隙或孔道，它们的逸出(或重新进入)时不改变矿物的晶体结构，但产生了吸附性、离子交换性等特殊性能。
架状硅酸盐矿物的主要类型与用途架状硅酸盐：具有由一系列[ZO4]四面体以角顶相连成三维无限伸展的架状硅氧骨干的硅酸盐矿物。
除极个别例外，几乎所有架状硅氧骨干中的每个[ZO4]四面体均以其全部的四个角顶与相邻四面体共用而相连接，所有的O2-全为桥氧。
当Z全部为Si4+时，硅氧骨干本身电荷以达平衡，不能再与其他阳离子相键合。
石英族矿物的晶体结构正好就是如此。
因此，从化学组成上石英族矿物（SiO2）归属于氧化物矿物。
但不少人从结构角度把它们归属于架状结构硅酸盐矿物。
为了能有剩余的负电荷再与其他金属阳离子相结合，一般的架状硅氧骨干中均有部分Si4+被Al3+或较少被Be2+、B+3等类质同象替代。
故绝大多数架状结构硅酸盐矿物都是铝硅酸盐。
与骨架相结合的金属阳离子主要是电价低而半径大的K+、Na+、Ca2+、Ba2+等。
架状硅氧骨干中四面体连接的形式多种多样，随矿物而异。
但从其中往往可以分割出某些形式的环、链等次一级的构筑单元。
例如方钠石的硅氧骨架可看成由一系列四元环或六元环再连接而成；长石则可视为由一系列四元环首先连成平行a轴的曲轴状双链，由后者再连接而成架状硅氧骨干。
由于架状硅氧骨干是一个三维的骨架，它在不同方向上的展布一般不如链状和层状硅氧骨干那样具有明显的异向性，因而架状结构硅酸盐矿物常表现出呈近于等轴状的外形，具多方向的解理，双折射率小等特点。
此外，架状硅氧骨干所围成的空隙都较大，与之结合的又主要是大半径的碱和碱土金属离子，因而架状结构硅酸盐矿物还表现出比重小，折射率低，多数呈无色或浅色，多色性和吸收性都不明显。
只有少数具有过渡元素的矿物，往往具有特殊的颜色，多色性、吸收性也较明显，折射率、双折射率和比重也相对偏大。
根据各种矿物性质的不同，架状硅酸盐可以分为石英族、长石族、似长石、绿柱石、堇青石、沸石族。
石英族石英化学成分主要为SiO2。
在自然界中的石英石的主要成份为石英，常含有少量杂质成分，如Al2O3，CaO，MgO等，它有多种类型。
