硅酸盐矿物结构

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2.6.6,硅酸盐矿物的晶体结构,一、岛状结构,镁橄榄石,（,Mg,2,SiO,4,或,2MgOSiO,2,）,二、组群状结构,绿宝石,（,Be,3,Al,2,Si,6,O,18,或,3BeO,Al,2,O,3,6,SiO,2,),三、连状结构,透辉石,CaMg Si,2,O,6,的结构,（,CaO,MgO,2SiO,2,）,四、层状结构,（层状结构矿物的特点）,1,、高岭石结构,（,Al,2,O,3,2SiO,2,2,H,2,O,或,Al,4,Si,4,O,10,(OH),8,）,2,、 蒙脱石（微晶高龄石）的结构,（,Al,2,Si,4,O,10,(OH),8,nH,2,O,理论式）,3,、滑石的结构,(Mg,3,Si,4,O,10,(OH),2,）,4,、伊利石结构,（化学式,K,11.5,Al,4,Si,76.5,Al,11.5,O,20,(OH),4,）,5,、白云母,（化学式,KAl,2,AlSi,3,O,10,(OH),2,）,五、架状结构,（,1,、石英晶体结构；,2,、长石晶体结构,）,六、硅酸盐矿物的晶体结构,概述,硅酸盐晶体种类繁多，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。,硅酸盐的化学式有两种写法：,氧化物排列法,按金属氧化物的价态由低到高排列，最后是,SiO,2,。如钾长石，化学式为,K,2,OAl,2,O,3,6SiO,2,；,无机络盐写法,按离子价态从高到低排列，最后是,O,2-,，并按一定的比例写出其化学式。,如：钾长石，,KAlSi,3,O,8,。,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,SiO,4,四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,SiO,4,四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。,硅酸盐结构分类,SiO,4,是结构的基本构造单元，,SiO,4,彼此通过共用,O,2-,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（,SiO,4,的排列方式）,（,1,） 岛状,SiO,4,不直接连接，没有公共的顶角，,SiO,4,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。,单四面体、,双四面体 三元环 四元环 六元环,（,2,） 组群状,双四面体：两个,SiO,4,通过公共“氧桥”相互连成,Si,2,O,7,6-,团，再通过其它金属离子连接。,Si/O=2:7=1:3.5,孤立环状：由三个、四个或六个,SiO,4,4-,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,单链 双链,(3),链状,单链 ：,SiO,4,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,(4),连续层状,由无穷个,SiO,4,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,-,鳞石英的结构（架状）,(5),架状,每个,SiO,4,的四个顶角都与相邻,SiO,4,相连结，构成三维方向连续延伸的架状骨架。,Si/O=1:2.,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。,硅酸盐晶体的几个特点,（,1,）,硅酸盐结构中,Si,4+,间不存在直接的键，键的联接是通过,O,2-,来实现的，,Si,O,Si,键角为,145,；,（,2,）,每一个,Si,4+,存在于四个,O,2-,为顶点的四面体中心，构成,SiO,4,四面体，它是硅酸盐晶体结构的基础；,（,3,）,SiO,4,四面体的每个顶点，即,O,2-,最多只能为两个,SiO,4,四面体所共用（电价平衡）；,（,4,）,相邻的,SiO,4,四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,Mg,2+,、,Al,3+,、,Be,2+,、,Na,+,、,K,+,等，这些离子可以取代,Si,4+,，相互置换，并不改变晶体的结构，这种现象称为同晶置换。,（,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。,1,、岛状结构,SiO,4,四面体在结构中以孤立状态存在。,即,SiO,4,各顶角之间并不互相连接，每个,O,2-,除已经与一个,Si,4+,相连外，不再与其他,SiO,4,中的,Si,4+,相配位，没个,O,2-,剩余的一价可与金属离子相配位而达到点价平衡。因此，,SiO,4,四面体之间是通过其他金属离子联系起来的。,属于岛状结构的晶体有：,锆英石,ZrSiO,4,；橄榄石,(Mg,Fe),2,SiO,4,；硅线石,Al,2,O,3,SiO,2,；莫来石,3Al,2,O,3,2SiO,2,及水泥熟料中的,C,2,S,、,C,3,S,等。,镁橄榄石,Mg,2,SiO,4,结构（,2MgOSiO,2,）,属斜方晶系，,Pbmm,空间群，,a=0.476nm,，,b=1.021nm,，,c=0.599nm,，,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,镁橄榄石晶体结构（,100,）面投影,黄球标高,25,，绿球标高,75,；,镁橄榄石的 特征：,O,2-,近似排成平行于（,100,）面的两层（六方密堆）；,Si,4+,填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的,1/8,；,Mg,2+,填入八面体空隙（三个,25,，三个,75,位置,O,2-,），形成,MgO,6,八面体，占据八面体空隙的,1/2,；,SiO,4,四面体通过,Mg,2+,联系起来。,MgO,6,间共棱、,SiO,4,与,MgO,6,共面相连,在镁橄榄石结构中，电价是平衡的。因为,O,2-,同时与三个,MgO,6,八面体中的,Mg,2+,和一个,SiO,4,四面体中的,Si,4+,相配位，正离子分配给,O,2-,的电价是：,，所以,O,2-,的电价是饱和的。,镁橄榄石晶体结构（,100,）面投影,O,2-,:,黄球标高,25,，绿球标高,75,；,Mg,2+,:,标高,50,，标高为,0,的未画出,根据,Pauling,规则分析：,（,1,）镁橄榄石中有,SiO,4,和,MgO,6,两种配位体,（符合规则一、五）,；,（,2,）电价平衡（规则二）；,（,3,）,MgO,6,间共棱、,SiO,4,与,MgO,6,共面相连，,SiO,4,间不相连（三、四）。,镁橄榄石的结构是稳定的。,Mg-O,，,Si-O,键力都较强，该矿物熔点高（,1890,），硬度大（,67,级）。且键力分布均匀，晶形呈粒状，无显著解理。,镁橄榄石中的,Mg,2+,被,Ca,2+,取代，就形成钙橄榄石,-,Ca,2,SiO,4,。,Ca,2+,的配位数为,6,，化学稳定性好，几乎无水硬性；而,-,Ca,2,SiO,4,，,Ca,2+,的配位数为,6,、,8,两种，而不是全部为,6,，化学稳定性差，即水化反应活性大，有很好的水硬性。,C,3,S,中,Ca,2+,的配位数也是,6,，但,CaO,6,的,O,2-,分布不规则，留有较大的空腔，水化反应更快。,2,、组群状结构,组群状结构是两个、三个、四个、六个,SiO,4,四面体通过公共氧相连接，形成单独的硅氧负离子团。如图,1-35,所示。硅氧负离子团再通过其他金属正离子联系起来，这类结构又称为孤立的有限硅氧四面体群。,这类结构中,SiO,4,之间公用的,O,2-,电价达到饱和，一般不再与其他金属离子配位，,称公共氧为非活性氧或桥氧；只用去一价的,O,2-,称为活性氧或非桥氧。,非桥氧还可与其他金属离子配位。,组群状结构的典型,硅酸盐晶体是绿宝,石（,Be,3,Al,2,Si,6,O,18,),和镁方柱石,（,Ca,2,MgSi,2,O,7,),。,绿宝石结构分析,（,Be,3,Al,2,Si,6,O,18,或,3BeO,Al,2,O,3,6,SiO,2,),（,Si,:,O=1,:,3,）,属六方晶系，,P6/mcc,空间群，,a=0.921nm,，,c=0.917nm,，,Z=2,；,在绿宝石结构中，,SiO,4,四面体形成六节环，环与环之间靠,BeO,4,四面体中的,Be,2+,和,AlO,6,八面体中的,Al,3+,连接。,如图,2-61,所示为绿宝石结构在（,0001,）面上,1/2,个晶胞的投影。在,c,轴高度上还有一半未画出。,Be,2+,个数,=1/2,4+1=3,个；,Al,3+,个数,=1,2=2,个,所以为半个晶胞。,绿宝石晶体结构（,0001,）面投影,绿宝石结构分析：,（,1,）,绿宝石的基本结构单元是,SiO,4,六节环，且每个,SiO,4,中有两个,O,2-,是公共氧，它们与四面体中的,Si,4+,处于同一高度。六节环两层相迭，交叉错开,30,，形成复六环，环之间由,Be,2+,和,Al,3+,连接。,（,2,）,图中有,5,个,Be,2+,处在以,c,轴为,100,的,75,标高处，所以属于该晶胞的,Be,2+,为（,1/2,4+1,）,3,个。,Be,2+,分别与,2,个,65,标高的,O,2-,（下面一层上面的,O,2-,）和,2,个,85,标高的,O,2-,（上面一层下面的,O,2-,）相连形成,BeO,4,四面体。,（,3,）,图中有,2,个,Al,3+,也处在,75,标高，与,3,个,85,的,O,2-,和,3,个,65,的,O,2-,形成,AlO,6,八面体，这些,O,2-,也与,Be,2+,相配位，所以,O,2-,的电价是饱和的。,BeO,4,与,AlO,6,共棱相连；,BeO,4,与,SiO,4,、,AlO,6,与,SiO,4,共顶相连,（,4,）,以标高为,50,的,Si,4+,和,O,2-,处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即单位晶胞中有,2,个绿宝石分子。,绿宝石结构对性能的影响：,由于结构中有较大的环形孔隙，当有半径小、电价低的离子（,K,+,，,Na,+,）存在时，呈现出离子导电,。,堇青石,Mg,2,Al,3,AlSi,5,O,18,与绿宝石结构相同，六节环中的,SiO,4,被,AlO,4,取代，而环外的（,Be,3,Al,2,）被（,Mg,2,Al,3,）取代，保持电价平衡。,3,、连状结构,硅氧四面体通过公共氧连起来组成连续的链，构成一维空间无限延伸的连状结构，如图,2-62,。,在单链中，,SiO,4,中有,2,个氧变成非桥氧，链中的结构单元为,Si,2,O,6,4-,，单链的化学式为,Si,2,O,6,n,4n-,，,Si,:,O=1,:,3,。,两条相同的单链通过非桥氧可组成带状,双链，图,2-62D,。,双链的,SiO,4,中平均有,2.5,个桥氧（一半有,2,个，一半有,3,个），链中的结构单元为,Si,4,O,11,6-,，双链的化学式为,Si,4,O,11,n,6n-,，,Si,:,O=1,:,2.75,。,在单链中，按周期长短，即第一个,SiO,4,重复出现的位置，分为一节链，二节链,七节链（目前发现的只有七种），图,2-62A,为二节链。,辉石类硅酸盐（如透辉石，玩火辉石）含有,Si,2,O,6,n,4n-,单链，链与链之间通过金属正离子相连接，最常见的为,Mg,2+,和,Ca,2+,，也有被其他正离子取代的情况，,Mg,2+,可被,Fe,2+,代替，（,Mg,2+,+Ca,2+,）可被（,Na,+,+Al,3+,）,（,Na,+,+Fe,3+,）,（,Li,+,+Al,3+,）等离子对所取代。,角闪石类硅酸盐含有,Si,4,O,11,n,6n-,双链，如斜方角闪石,(Mg,Fe),7,Si,4,O,11,2,(OH),2,，透闪石,Ca,2,Mg,5,Si,4,O,11,2,(OH),2,，,具有硅氧链的硅酸盐矿物，因链内,Si-O,键要比链之间的,M-O,键强得多，所以这类矿物易沿链（或带）方向劈裂为柱状或纤维状。,以透辉石为例说明该类矿物的结构。,透辉石,CaMg Si,2,O,6,的结构（,CaO,MgO,2SiO,2,）,属单斜晶系，,C2/c,空间群，,a=0.975nm,，,b=0.890nm,，,c=0.525nm,，,=105,37,，,Z =4,；图,2-63,为透辉石结构在（,010,）和（,001,）面的投影。,各硅氧链平行于,c,轴伸展,，,沿,c,轴链中,SiO,4,的位置是一个向上一个向下更迭地排列着,，以粗黑线和细黑线分别表示两个重叠的硅氧链,(,稍有移动,),。,透辉石晶体结构（,010,）面投影图,由图,2-63A,，,链之间由,Mg,2+,和,Ca,2+,相连，,Mg,2+,的配位数是,6,（图中,2,个“,25” O,2-,，,2,个“,10”,，,2,个“,-10”,）；,Ca,2+,的配位数是,8,，其中,4,个非桥氧和,4,个桥氧,（图中,2,个“,75” O,2-,，,2,个“,10”,，,2,个“,48”,，,2,个“,52”,）；,，,由图,B,透辉石的（,001,）面投影和见，,Mg,2+,主要负责硅氧链中,SiO,4,的顶角之间连接。,Ca,2+,主要负责硅氧链中,SiO,4,的底面之间连接。,a,轴，,(1),、,(3),二条顶角相背，,(2)(4),二条顶角相对。,c,轴，,(1),、,(2),二条链顶角指向左、右。,（,A,）,-,（,010,）面投影,若结构中的,Ca,2+,全部被,Mg,2+,所代替，则变为玩火辉石,Mg,2,Si,2,O,6,（斜方晶系）。,辉石类晶体结构比环状结构的绿宝石类紧密，因此它们具有良好的电绝缘性。,辉石类和角闪石类矿物都具有典型的解理，,解理方向发生在金属正离子与,O,2-,之间，而不在,Si-O,之间。,透辉石和透闪石解理角的差别在于，,辉石类结构中是单链，而角闪石类结构中是双链。,4,、层状结构,层状结构是,SiO,4,四面体通过三个公共氧所构成的向二维平面无限延伸的六节环硅氧层。图,2-64,。,在硅氧层中可取出一个,a=0.52nm,，,b=0.90nm,的矩形单位,Si,4,O,10,4-,，,SiO=12.5,。所以硅氧层的化学式应为,Si,4,O,10,n,4n-,。每个,SiO,4,四面体上有三个桥氧电荷已达到平衡；一个非桥氧可与硅氧层以外的其他正离子,(Mg,2+,、,Al,3+,、,Fe,3+,、,Fe,2+,等）相连。,硅氧层可分为二类：,一类是所有的活性氧指向同一个方向；,另一类是活性氧交替的指向上，指向下。,属于层状结构的晶体有：,高岭石、滑石、蒙脱石、伊利石、,白云母、叶蜡石等。,硅氧层的结构（六边形网络）,0.52nm,0.90nm,在层状硅酸盐晶体结构中，与自由氧相连的,Mg,2+,、,Al,3+,等离子配位数为,6,，形成,MgO,6,、,AlO,6,八面体，它们之间有二种联接方式：,二八面体型,八面体以共棱方式联接，八面体中的,O,2-,只被二个正离子所共用（或者说八面体空隙只有,2/3,被正离子填充）。,AlO,6,八面体即为二八面体结构（,3/62=1,，电价平衡）。,三八面体型,八面体以,共棱方式联接，八面体中的,O,2-,被三个正离子所共用（或,者说八面体空隙全部被正离,子填充）。,MgO,6,八面体即为三八面体,结构（,2/63=1,，电价平衡）。,在层状硅酸盐晶体结构中，,SiO,4,四面体层和,MgO,6,、,AlO,6,八面体层的联接方式有二种：,一种是一层四面体层与一层八面体层相连，称为,11,型（两层型或单网层）层状结构；,另一种是由两四面体层中间夹一层八面体层，称为,21,型（三层型或复网层）层状结构；,2,1,型,1,1,型,层状结构矿物的特点：,由硅氧层组成的矿物，层间为分子间力,(,也可能有氢键结合,),，较弱，都具有完全的片状解理；,层状矿物中都含有结构水，以,OH,形式存在；,存在于复网层间的结合水，不牢固，除去时不会破坏晶体结构；,八面体层中有阳离子交换时，可造成电价不平衡，层间可进入低电价离子,(K,+,、,Na,+,等,),。,（,1,）高,岭,石结构,（,Al,2,O,3,2SiO,2,2,H,2,O,或,Al,4,Si,4,O,10,(OH),8,）,高岭石属三斜晶系，,C1,空间群，,a=0.514nm,，,b=0.893nm,，,c=0.737nm,，,=91,36,，,=104,48,，,=89,54,，,Z =1,；,高岭石是,1,:1,型结构，由一层,SiO,4,和一层,AlO,6,相连。,图,2-67,是高岭石结构在（,010,）和（,100,）面上的投影，由图可看出,SiO,4,层和,AlO,6,层的连接情况。,结构中,Al,3+,的配位数是,6,，每个,Al,3+,同时与,2,个,O,2-,和,4,个,OH,-,相连，形成,AlO,2,(OH),4,八面体，即,O,2-,起着桥梁作用，把硅氧层与水铝石层联系在一起。,Al,3+,只填充了由,2,个,O,2-,和,4,个,OH,-,形成的八面体空隙的,2/3,（二八面体型）。,图,2-67A,是高岭石在（,001,）面的投影，并注明了,c,轴方向各离子的高度及,SiO,4,和,AlO,2,(OH),4,，可清楚看到硅氧层的六节环结构。,SiO,4,与,AlO,2,(OH),4,共顶相连。,高岭石的单网层之间主要以氢键（,OH,O,）相连，起作用力比分子间力大，所以，其结构特点为：,（,1,）解理成小片状晶体；,（,2,）单网层之间水分子不易进入，不会因水含量增加而膨胀；,（,3,）可交换的阳离子容量较小。,（,2,）蒙脱石（微晶高,岭,石）的结构,（,Al,2,Si,4,O,10,(OH),8,nH,2,O,理论式）,属单斜晶系，,C2/m,空间群，,a=0.523nm,，,b=0.906nm,，,c,值可变，,Z=2,。,图,2-68,是蒙脱石结构在（,100,）面投影，该矿物是,2,:,1,型结构，由两,层,SiO,4,层中间夹一层铝氧八面体,层（水铝石）。,Al,3+,的配位数为,6,（,4,个,O,2-,和,2,个,OH,-,），且为二八,面体型。,铝氧八面体层中的,Al,3+,可 被,Mg,2+,取代，使复网层不呈电中性，而带有少量负电荷，层之间有斥力，使带有正电的水化正离子易进入平衡电价。所以其化学式为,(M,x,nH,2,O,)(Al,2-x,Mg,x,)Si,4,O,10,(OH),2,蒙脱石的基本性质：,(1),水化正离子进入层间，可使其膨胀，,c,轴方向的晶胞尺寸在,0.962.14nm,之间,又称为膨润土；,(2),加水则膨胀，脱水则收缩，在脱去结构水之前不破坏其晶格构造；,(3),随层间水进入的正离子易于,交换，使该矿物具有较高的阳,离子交换容量。,（,3,）滑石的结构,(Mg,3,Si,4,O,10,(OH),2,）,属单斜晶系，,C2/c,空间群, a=0.526nm,，,b=0.910nm,，,c=1.881nm,，,=91,36,，,2,:1,型结构。,滑石结构与蒙脱石相近，将蒙脱石中的,Al-O,八面体换成,Mg-O,八面体，且三个,Mg,2+,共用一个,O,2-,成为三八面体结构。,如图,2-69,，两层,SiO,4,层中间夹一层镁氧八面体层（水镁石层），,Mg,2+,的配位数为,6,（,4,个,O,2-,和,2,个,OH,-,）。复网层是电中性的，层之间靠分子间力联系。所以，滑石具有良好的片状解理，并有滑腻感。,（,4,）伊利石结构（化学式,K,11.5,Al,4,Si,76.5,Al,11.5,O,20,(OH),4,）,属单斜晶系，,C2/c,空间群，,a=0.520nm,，,b=0.900nm,，,c=1.00nm,，,角尚未确定 ，,Z=2,，,2,:1,型结构。,伊利石具有蒙脱石相似的复网层，不同的是,SiO,4,中,约有,1/6,的,Si,4+,被,Al,3+,取代,，为平衡多余的负电荷，约有,11.5,个,K,+,进入结构单位层之间。处于上下两层,SiO,4,六节环中心，相当于配位数为,12,的,K-O,配位多面体，使层联结牢固，且这种阳离子不易被交换。因此，伊利石与水接触，不发生膨胀。,（,5,）白云母,（化学式,KAl,2,AlSi,3,O,10,(OH),2,）,属单斜晶系，,C2/c,空间群, a=0.519nm,，,b=0.900nm,，,c=2.000nm,，,=95,47,，,Z=2,，,2,:1,型结构。,两层,SiO,4,层通过,Al,3+,联接，,Al,3+,的配位数为,6,（,4,个,O,2-,和,2,个,OH,-,）。,由图,2-28,可见，相邻复网层间呈对称状态，使相邻两硅氧六节环处形成巨大空隙；,硅氧层内有,1/4,的,Si,4+,被,Al,3+,取代,，由,K,+,进入层之间巨大空隙处平衡多余的负电荷，其 配位数也是,12,，且比伊利石中的,K,+,多，使层间的结合较牢固（但相对于层内仍较弱，为片状解理。,白云母中的,Al,3+,可被,Mg,2+,、,Fe,2+,、,(Li,+,+Fe,2+,),等取代；,K,+,可被,Na,+,、,Ca,2+,、,H,3,O,+,取代，形成云母族的其他类型。,5,、架状结构,每个,SiO,4,中的四个角顶都与相邻的,SiO,4,共顶，使,SiO,4,四面体群排列成具有三维空间的“架”。,SiO,4,中的,O,2-,全部为公共氧，,Si,O=1,2,。,石英及其变体属于架状结构。若硅氧骨架中的,Si,4+,被,Al,3+,取代，则会产生多余的负电荷，其他正离子将会进入结构，以平衡电价。一般是半径大而电价低的正离子，如,K,+,、,Na,+,、,Ca,2+,、,Ba,2+,等。长石,(K,Na)AlSi,3,O,8,，霞石,NaAlSiO,4,，沸石,NaAlSi,2,O,6,H,2,O,等都属于架状结构。,（,1,）石英晶体结构,石英在不同的热力学条件下有不同的变体，常压下石英变体间的关系如下：,上式中纵向之间的变化不涉及晶体结构中键的破裂和重建，只是键角的变化，转变过程迅速而可逆，这种转变称为,位移性转变,；,横向间的转变都涉及键的破裂与重建，过程缓慢，这种转变称为,重建性转变,，见图,2-71,。,-,石英,-,鳞石英,-,方石英,-,石英,-,鳞石英,-,方石英,-,鳞石英,573,163,117,870,1470,180,270,图,2-71,石英的三种主要变体,-,石英、,-,鳞石英、,-,方石英在结构上的差别在于,SiO,4,间的连接方式，图,2-72,。,在,-,方石英中，,两,SiO,4,之间有一对称中心关系，,Si-O-Si,键角为,180,；,-,鳞石英中，,两共顶的,SiO,4,间有一对称面，,Si-O-Si,键角为,180,；,-,石英中，,两共顶的,SiO,4,间,无对称关系，,Si-O-Si,键角为,150,。它们之间的转变需拆,开,Si-O,键，重新组合成新骨架。,-,石英,1,）,-,石英,属六方晶系，,P6,2,22,空间群，,a=0.501nm,，,c=0.547nm,，,Z=3,。,图,2-73,是,结构在（,0001,）面上的投影，在,-,石英结构中存在六次螺旋轴。围绕螺旋轴的,Si,4+,在（,0001,）面上可连成正六边形。,-,石英有左右形之分。离子群形成螺旋状（,16,、,50,、,83,）。,-,石英属三方晶系，,P3,1,2,或，,P3,2,2,空间群，,a=0.491nm,，,c=0.540nm,，,Z=3,。,-,石英与,-,石英的区别在于,-,石英的,Si-O-Si,键角为,137,，从而使六次螺旋轴变为三次螺旋轴。围绕三次螺旋轴的,Si,4+,在（,0001,）面上的投影不是正六边形，而是复三方形。,2,）,-,鳞石英,属六方晶系，,P6,3,/mmc,空间群，,a=0.504nm,，,c=0.825nm,，,Z=4,。,其结构可看成平行于（,0001,）面，,SiO,4,按六节环连接方式构成四面,体层（六方片状网络），任何两个,相邻的,SiO,4,四面体的顶角指向相,反方向，上下层之间再以顶角相连,而成架状结构（这只是一个理想的,模型）。,3,）,-,方石英,属立方晶系，,Fd3m,空间群，,a=0.713nm,，,Z=8,。,图,2-76,为,-,方石英的结构晶胞图，,Si,4+,占有全部面心立方结点的位置和立方体内八个小立方体中心的四个。,-,方石英与立方,ZnS,结构相似。若将立方,ZnS,结构中的,Zn,和,S,全部换成,Si,，同时在每两个,Si,原子联线中心处放置一个,O,原子，即称为方石英结构。,将,-,方石英冷却到,270,以下，就转化为四方晶系的,-,方石英。,图,2-76,沿三次轴方向观察，可得到,SiO,4,层的堆叠方式，由更迭地一上一下活性氧的硅氧层互相对放而形成的结构，图,2-77,。,图,2-77,（,2,）长石晶体结构,长石类晶体可认为硅氧骨架中的一部分,Si,4+,被,Al,3+,取代，,K,+,、,Na,+,、,Ca,2+,、,Ba,2+,等离子填充在架状结构的空隙中，以平衡电价。长石的主要组分由四种：,钾长石,KAlSi,3,O,8,；钠长石,NaAlSi,3,O,8,；,钙长石,CaAl,2,Si,2,O,8,；钡长石,BaAl,2,Si,2,O,8,。,长石的基本结构单位是由四个四面体构成的环所组成的特别链，通过公共氧向三维空间发展形成疏松的骨架，骨架空隙中则有金属离子填入。,图,2-79(a),为四节环，数值为离子标高，环中的四面体两个指向上，两个指向下，中间四个为公共氧。,图,2-79(b),为由四节环对放形成的曲轴状链。将,B,环放在,A,环上，共用两个“,4.2”,氧，,A,环再放在,B,环上，共用两个“,8.4”,氧，如此重复，形成链；,链之间再通过“,2.1”,，“,6.3”,处的氧，向,b,、,c,方向发展，形成架状结构。,钾长石中固溶少量钠长石，其高温构型即为透长石，化学式为,(K,Na)AlSi,3,O,8,，属单斜晶系，,C2/m,空间群, a=0.856nm,，,b=1.303nm,，,c=0.718nm,，,=115,59,，,Z=4,。,图,2-80,是透长石结构在近于垂直,a,轴的投影。图中画出了四条曲轴状链的投影（只有两个四节环构成），,K,+,位于八联环空隙处，且位于对称面位置。,图中还标出了二次轴的位置；图中四面体还标有,T,1,、,T,2,符号，相同符号的四面体指存在对称关系。,由图,1-55,透长石在（,001,）面的投影可看出，,K,+,的配位数为,9,（图中所标为,10,）。,若八联环中的正离子是,Na,+,、,Ca,2+,时，即为斜长石。由于,Na,+,、,Ca,2+,半径小于,K,+,，它们在八联环中将偏向一边，使其对称性下降，由透长石的单斜晶系变为斜长石的三斜晶系。,由长石的结构还可见，环的结合由二个桥氧连成，结合力较强；而在,b,、,c,方向，则分别为一个桥氧和金属离子,M-O,键相连，结合力较,a,轴方向弱。因此，长石类晶体在平行链的方向上有较好的解理。,