2.6 硅酸盐晶体结构

• 蒙脱石是2：1型结构（见结构模 型），即两层硅氧四面体中间夹一 层铝氧八面体层。在铝氧八面体层 中大约有三分之一的Al3+被Mg2+离 子所取代，为了平衡多余的负电价， 在结构单位层之间有其它阳离子平 衡。化学式中的的M即为其它阳离 子，在蒙脱石中，一般是Na1+和 Ca2+离子。而且以水化阳离子的形 式进入结构。
• 它将与硅氧层以外的阳离子相连。 这种自由氧在空间排列也形成六边 形网格。层状结构中络阴离子的基 本单元是[Si4O10]4-，其a、b轴的方 向分别为a=0.520nm, b=0.90nm。在 各种层状硅酸盐晶体结构中，其晶 胞参数中α0和b0的值大致与此值相 近。
• 在层状结构硅酸盐晶体结构中，自 由氧一般和Al3+、Mg2+、Fe3+、 Fe2+等阳离子相连，它们的配位数 为6，构成Al-O，Mg –O等八面体。 由于硅氧层中自由氧形成六边形网 格，因此Al-O或Mg–O八面体也连 成六边形网格，它们之间有两种连 接方式。
• 在层状硅酸盐晶体结构中，硅氧四 面体层和铝氧或镁氧八面体层的连 接方式有两种，一种是由一层四面 体层和一层八面体层相连，称为1： 1型或两层型层状结构（见高岭土结 构模型）。另一种是由两层四面体 层中间夹一层八面体层，称为2：1 型或三层型层状结构（见滑石结构 模型）。
• 不论是两层还是三层，从这样的结 构单位来看，电荷已经平衡。因此 层状结构中，二层与二层或三层与 三层之间只能以微弱的分子键或 OH1-离子产生的氢键来联系。由于 这种键力很弱。所以，在二层或三 层的结构单位之间可以有水分子存 在。
• 在α-方石英中，两个共顶的硅氧四 面体相连，相当于以共用氧为对称 中心。由于这三种石英的硅氧四面 体的连接方式不同，因此它们之间 的转变将拆开Si-O键，重新组合成 新的骨架。

无机材料科学基础
单链
无机材料科学基础
透闪石－Ca2Mg5Si4O11(OH)2
单斜，（100）面上的投影
翡翠，硬玉类。 软玉，由角闪石矿 物组成
透灰石
无机材料科学基础
直闪石石棉
透闪石
无机材料科学基础
层状硅酸盐结构(Sheet Silicate or Phyllosilicates) • 基本特征：
此O被共用
结构单元 [Si2O8]8- —1O2-=[Si2O7]6-
三元环
O10 O9
O8
Si4
Si3
O7
O6
O5
O3 Si2 O2
O4
O3 Si1 O1
O10 O9Si3 O6O5O8 Si4O7
O4
无机材料科学基础
此O被共用 共有三个这样的O 对于每个[SiO4]有两
个O被共用
基本结构单元 [Si3O12]12-－3O2-＝[Si3O9]6-
• （1）[SiO4]四面体通过三个共用氧构成向二维空间无限 伸展的六节环。在六节环中，可以取出一个基本单元 [Si4O10]，每一个[SiO4]四面体的第四个顶点(O2-)则与金 属阳离子结合，像这种只与一个硅相联结的氧为“活性 氧”，活性氧可指向一方也可以指向相反的方向。
• 在层状结构中，层与层之间靠分子间力或氢键结合，比层 内的Si-O键结合力小得多，故这种结构材料可以沿层与层 之间劈开成薄片，很容易产生层与层之间滑移。
(010)
无机材料科学基础
(001)
• 属于双层结构。
无机材料科学基础
(OH )3
八面体

Al
2
O2 , OH Al 2O3 .2SiO2 .2 H 2O或Al 2 [(OH ) 4 / Si2O5 ]

• SiO2晶体熔 点高、硬度 大、化学稳 定性好，无 明显解理。
22:15
41
22:15
42
22:15
43
存在对称中心
存在对称面
22:15
45
α-方石英
• 立方晶系，
• 空间群: Fd3m
• 晶格常数，
a 0.713nm
• 晶胞分子数Z=8，
22:15
α-方石英结构
46
α-磷石英
• 六方晶系， • 空间群 P 63 mc
沿链间结合较弱处劈裂成纤维 (如：石棉细长纤维状)。
各向异性， 解理易在链间发生， 解理面间有一定的角度。
四、层状结构硅酸盐 Layer Structure
[SiO4]中共用三个顶角氧。
？？络阴离子式：
[Si4O10]4－
单网层结构：
复网层结构：一层八面体+
一八面体层 + 一四面体层 二层四面体连接。
K[AlSi3O8] Na[AlSi3O8] Ca[Al2Si2O8] Ba[Al2Si2O8]
高温钾长石K[AlSi3O8]： 四分之一的Si4+被Al3+置换。
为保持电中性，同时引入K＋。
[SiO4]和[AlO4]四面体组成架状结构， 形成一个四联环。
2.长石晶型结构
① 吸附作用：孔道和内表面很大，加热把空穴内 的水排出。
• 进行单、双杠器械运动时， 滑石等常用作固体润滑剂。
脱水效应：陶瓷和玻璃工业的重要原料。 39
五、架状结构 framework structure
• [SiO4]所有四个顶角氧均共用， 在三维空间形成规则的架状网络。
• 纯晶态SiO2（石英 quartz ）的晶体结构。

黏土矿物的基本性质 （1） 可塑性 （2） 膨胀性
（3）
（5） （7）
稠性
凝聚性 触变性
（4）
（6） （8）
分散性
黏性 离子交换性
[6]
黏土的形成
（1）
（2） （3）
风化作用
（4） 有机酸的腐蚀作用
机械侵蚀作用 （5） 蒸汽与热水的作用 化学分解作用
[7]
黏土的组成与性能 化学成分中：含SiO2 46.5% ，Ai2O3 39.5% 14% H2O
云母型
绿泥石型
2.4.5
[1] 概念 粘土：
粘土类矿物
是黏土矿物的集合体。
粘土矿物：是各种颜色、细分散的多种含水的层状硅酸盐 及含水的非晶质硅酸盐矿物的总称。
[2] 粘土矿物的分类
1980年国际分类方案为： 1：1层型 -- 高岭石--- 蛇纹石族 2：1层型 -- 滑石—叶腊石族、蒙皂石族、蛭石族、 云母族、脆云母族、绿泥石族及坡缕 石—海泡石族。（7个） [3] 黏土矿物 的基本结构 黏土矿物属于层状结构的硅酸盐矿物。
地开石及珍珠陶石：单斜晶系，化学式： Ai4[Si4O10](OH)8 具多型性。形态与高岭石基本相同，为六角板状， 或六角柱状或宝塔状。结晶度较高。差热曲线表现 为脱（OH）温度要比高岭石高100oC达700oC左右。 并具复谷性。
蒙脱石：结构属 2：1 突出特点为C轴的可变性，脱除层间 水的温度是100oC---300oC ，在差热曲线上表现为1-2个吸热谷，谷的数目和温度与交换性阳离子有关
2.4.3
化学键和结晶结构
硅氧骨干内以共价键性为主，骨干外阳离子与骨干以离子 键性为主。 结构特点：每个[SiO4]四面体以三个桥式氧与相邻的硅氧四面 体联接成层状硅氧骨干。每一层状骨干中所有的 桥式氧位于同一平面上，非桥式氧朝该平面的一 边，从而构成四面体结构层。