（2）非膨胀性
在伊利石晶层之间 吸附有钾离子。它受到 相邻两晶层负电荷的吸 附，因而对相邻两晶层 产生了很强的键联效果， 连接力很强，使晶层不 易膨胀。
（3）电荷数量较大
同晶替代较普遍， 主要发生在硅片中， 但部分电荷被K＋离子 所中和，阳离子交换 量介于高岭石与蒙脱 石之间。
（4）胶体特性
3、水化云母组
又叫2：1型非 膨胀性矿物或伊利 组矿物。
水化云母组具有以下特征：
（1）2：1型晶层结构
晶层结构与蒙脱石相似， 同样是由两层硅片夹一层 铝片组成，硅片和铝片的 比例为2：1，故又称2：1 型非膨胀性矿物。
伊利石是其代表。分子 式为： K2（Al·Fe·Mg）4 （SiAl）8O20（OH） 4·nH2O。
晶层类型
两种晶片的配合比例不 同，而构成： 1：1型晶层 2：1型晶层 2：1：1型晶层
（1）1：1型单位晶层
由一个硅片和一个铝片构成。 硅片顶端的活性氧与铝片底层 的活性氧通过共用的方式形成单位 晶层。这样1：1型层状铝硅酸盐的 单位晶层有两个不同的层面，一个 是由具有六角形空穴的氧原子层面， 一个是由氢氧构成的层面。
2、单位晶片
从化学上来看，四面体 为 （ SiO4）4－， 八 面 体 为 （AlO6）9－，它们都不是化 合物，在它们形成硅酸盐粘 土矿物之前，四面体和八面 体分别各自聚合。
（1）四面体片（简称硅片）
在水平方向上四面体通过共 用底部氧的方式在平面两维方向上 无限延伸，排列成近似六边形蜂窝 状的四面体片（简称硅片）。
粘土矿物的分类
粘土矿物根据结晶学特征分 为三类：
一、层状硅酸盐粘土矿物， 二、纤维状硅酸盐粘土矿物， 三、非硅酸盐粘土矿物（非 晶质粘土矿物）。
一、层状硅酸盐粘土矿物
（1）层状硅酸盐粘土矿物从外部形态 上看，是一些极细微的结晶颗粒。
（2）从内部结构看，是由两种基本结构 单位所构成，并都含有结晶水，只是化学 成分和水化程度不同而已。
1、高岭组
又叫1：1型矿物， 是硅酸盐粘土矿物中结 构最简单的一类。
包括高岭石、珍珠 陶土、迪恺石和埃洛石 等。
高岭组的特点：
（1）1：1型的晶层结构
晶层由一层硅片和一层铝片 重叠而成，硅片和铝片的比例为 1：1，故又称1：1型矿物。
高岭石是土壤中最常见的一 种1：1型硅酸盐粘土矿物。
单位晶胞的分子式可表示为 Al4Si10（OH）8
一是晶体外表面的断键， 二是晶体边面OH基在碱性及 中性条件下的离解。
（4）胶体特性较弱
虽然矿物颗粒大小在胶体 范围，但颗粒较其它的硅酸盐 粘土矿物粗。其外形大部分为 片状，有效直径为0.2～2μm。
颗粒的总表面积相对较小。 可塑性、粘结性、粘着性 和吸湿性都较弱
2、蒙蛭组
又叫2：1型膨胀 性矿物，包括蒙脱 石、绿脱石、拜来 石、蛭石等。
蒙蛭组具有以下特征：
（1）2：1型的晶层结构
晶层由二层硅片夹一层 铝片构成，硅片和铝片的比 例为2：1，故又称2：1型膨 胀性矿物。
单位晶胞的分子式为： Al4Si8O20（OH）4·nH2O。
（2）胀缩性大
该组矿物晶层的顶层和底层两 个基面都有Si－O面所构成，所以当 两个晶层相互重叠时，晶层相互间只 能形成很小的分子引力。晶层间的结 合力很弱，故晶层的间距因水分的进 入而扩张，因失水而收缩，蒙脱石晶 层间距变化在0.96～2.14nm之间，具 有很大的膨胀性。
（2）2：1型单位晶层
由两个硅片夹一个铝片构 成。
两个硅片顶端的氧都向着 铝片，铝片上下两层氧分别 与硅片通过共用顶端氧的方 式形成单位晶层。这样2：1 型层状硅酸盐的单位晶层的 两个层面都是氧原子面。
（3）2：1：1型单位晶层
在2：1单位晶层的基 础上多了1个八面体片水 镁片或水铝片，这样2： 1：1型单位晶层由两个 硅片、1个铝片和1个镁 片（或铝片）构成。
式中OH2是结晶水，H2O是沸 石水。
（2）海泡石的结构
与坡缕石有一些微细的
差别。现在通用两种：
Mg2Si3O6（OH）4
和
Mg4Si6O15（OH）2•6H2O
（3）性质
① 纤维状粘土矿物坡缕石和海 泡石分别由硅氧四面体双链和三 链组成，其中Si：O＝4：11。
② 当加温至850℃的过程中， 水分子被逐渐排挤出去，最终导 致结构的破坏。
（2）同晶替代较普遍
硅片、铝片和水镁片 中都存在程度不同的同晶 替代现象，除含有Mg、Al、 Fe等离子外，有时也含有 Cr、Mn、Ni、Cu 和 Li 等 离子。因而绿泥石元素组 成变化较大。
绿泥石的分子式 为： （ Fe·Mg ·Al）12 （SiAl）8O20（OH）
。
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（3）胶体特性
粘土矿物及其鉴定方法
第一节 粘土矿物的 结构和性质
第二节 粘土矿物鉴 定的主要方法简介
为什么要研究粘土矿物？
粘土矿物学的应用领域
什么是粘土矿物？
粘土矿物是化学风化作 用的主要产物，是大多数沉 积岩（沉积物）中的重要组 粘土矿物的一般特征是晶粒 较小，颗粒直径通常小于 2μm
Pyrophyllite（叶蜡石）
② 离子的电性
替代和被替代离子的电性必须 相同，电价可以同价或不等价。
如果替代的两个离子是同价的， 互换的结果不仅晶形不变，而且晶 体内部仍保持电性中和。
如果替代的离子电价不等，互 换的结果使晶体带电，其电性或正 或负
（3）硅酸盐粘土矿物中的同晶替代
在硅酸盐粘土矿物中，最 普遍的同晶替代现象是晶体中 的中心离子被低价的离子所替 代，如四面体中的Si4＋被Al3＋ 离子所替代，八面体中Al3＋被 Mg2＋替代，所以土壤粘土矿物 一般以带负电荷为主。
（3）电荷数量大
同晶替代现象普 遍，蒙脱石主要发生 在 铝 片 中 ， 一 般 以 Mg2 ＋代Al3＋，而蛭石的同 晶替代主要发生在硅 片中
（4）胶体特性突出
蒙脱石颗粒细微，直径为 0.01～1μm；颗粒的总表面积 大。其可塑性、粘结性、粘着 性和吸湿性都特别显著。
蛭石的颗粒比蒙脱石大， 其表面积比蒙脱石小。
（3）层状硅酸盐矿物的性质与矿物的化 学组成和结晶构造关系十分密切
（一）构成特征
1、基本结构单位
构成层状硅酸盐 粘土矿物晶格的基 本结构单位是： （1）硅氧四面体 （2）铝氧八面体
（1）硅氧四面体（或简称四面体）
四面体基本的结构是由1个硅 离子（Si4＋）和4个氧离子（O2－） 所构成。其排列方式是以3个氧离 子构成三角形为底，硅离子位于底 部3个氧离子之间的中心低凹处， 第四个氧则位于硅离子的顶部，恰 恰把硅离子盖在氧离子的下面。
天然的针铁矿中有一部分 Fe3＋被Al3＋所替代。
一 般 说 来 ， 含 有 Al3＋ 替 代 的针铁矿其结晶程度都比较差
赤铁矿（α-Fe2O3）
赤铁矿常呈六角 形的板状。在高温、 潮湿、风化程度很深 的红色土壤中存在。
（二）氧化铝
土ccc分布在热带和亚热带 高度风化的酸性土壤中，其含 量可作为脱硅作用和富铝作用 的指标
4、同晶替代
（1）什么是同晶替代？
同晶替代是指组 成矿物的中心离子被 电性相同、大小相近 的离子所替代而晶格 构造保持不变的现象
（2）同晶替代的条件
① 离子半径 替代和被替代离子的大小要 相近，只有这样才能保证替代后 晶形不发生改变。 如Fe3＋离子的半径为0.064nm， 与八面体的中心离子Al3＋（半径 0 . 0 5 7 nm） 的 半 径 相 近 ， 可 发 生 替代而不改变晶形。
硅片顶端的氧仍然带负电荷， 硅片可用n（Si4O10）4－表示。
（2）八面体片（简称铝片）
八面体在水平方向上相邻八 面体通过共用两个氧离子的方 式，在平面两维方向上无限延 伸，排列成八面体片（简称铝 片）。
铝片两层氧都有剩余的负电 荷，铝片可用n（Al4O12）12－
3、单位晶层
由于硅片和铝片都带有 负电荷，不稳定，必须通过 重叠化合才能形成稳定的化 合物。硅片和铝片以不同的 方式在C轴方向上堆叠，形 成层状铝硅酸盐的单位晶层
同晶替代现象在 2：1和2：1：1型的 粘土矿物中较普遍， 而1：1型的粘土矿 物中则相对较少。
（4）同晶替代的结果
同晶替代的结果使 土壤产生永久电荷，能 吸附土壤溶液中带相反 电荷的离子，被吸附的 离子通过静电引力被束 缚在粘土矿物的表面
（二）硅酸盐粘土矿物的种类及 一般特征
层状硅酸盐粘土矿物的 种类很多，根据其构造特 点和性质，可以归纳为4个 类组，主要有：高岭组、 蒙蛭组、水化云母组和绿 泥石组矿物。
颗粒较小，其可 塑性、粘结性、粘 着性和吸湿性居中。
二、纤维状粘土矿物
1、纤维状粘土矿物的种类
不常见，在不同的沉积环 境中出现，如在海相和湖相沉 积物、热液矿床和干旱地区的 土壤等中发育有。
坡缕石和海泡石（也有称 凹凸棒石）
2、结构和性质
（1）坡缕石的结构
坡缕石是一种由Al3＋置换部 分 Mg2＋ 和 Si4＋ 的 Mg 硅 酸 盐 。 它的结构式： Mg5Si8O20（OH2）4•4H2O
（2）铝氧八面体（简称八面体）
八面体基本的结构是由1个铝离子 （Al3＋）和6个氧（O2－）离子（或氢 氧离子）所构成。
6个氧离子（或氢氧离子）排列成 两层，每层都由3个氧离子（或氢氧离 子）排列三角形，但上层氧的位置与 下层氧交错排列，铝离子位于两层氧 的中心空穴内。
像这样的构造单位， 如果连接相邻的3个氧离 子的中心，可构成假想的 8个三角形的面，铝离子 位于这8个面的中心，所 以我们称这种单位为铝氧 八面体（简称八面体）
颗粒大小介于高岭石 和蒙脱石之间，其可塑性、 粘结性、粘着性和吸湿性 都介于高岭石和蒙脱石之 间。
绿泥石组
这类矿物以绿 泥石为代表，绿泥 石 是 富 含 Mg、Fe 及 少 量 Cr 的 硅 酸 盐 粘 土矿物。