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。而-C2S由于配位规则，在水中几乎是惰性的。
结构与性质的关系：结构中每个O2-离子同时和1个 [SiO4]和3个[MgO6]相连接，因此，O2-的电价是饱和的，晶 体结构稳定。由于Mg-O键和Si-O键都比较强，所以，镁橄 榄石表现出较高的硬度，熔点达到1890℃，是镁质耐火材 料的主要矿物。同时，由于结构中各个方向上键力分布比 较均匀，所以，橄榄石结构没有明显的解理，破碎后呈现
线的六节环在下面，标高为50。上下两层环错开30o，投影 方向并不重叠。环与环之间通过Be2+和Al3+离子连接。
图1-34 绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半个晶胞）
结构与性质的关系：绿宝石结构的六节环内没有其它离子 存在，使晶体结构中存在大的环形空腔。当有电价低、半 径小的离子（如Na+）存在时，在直流电场中，晶体会表 现出显著的离子电导，在交流电场中会有较大的介电损耗； 当晶体受热时，质点热振动的振幅增大，大的空腔使晶体 不会有明显的膨胀，因而表现出较小的膨胀系数。结晶学 方面，绿宝石的晶体常呈现六方或复六方柱晶形。

（4）[SiO4]四面体中心的Si4+离子可部分地被Al3+ 所取代。
硅酸盐晶体结构的分类：
硅酸盐晶体化学式中不同的Si/O比对应基本结构单元之间的不 同结合方式。X射线结构分析表明，硅酸盐晶体中[SiO4]四面体的
结合方式有岛状、组群状、链状、层状和架状等五种方式。硅酸盐
晶体也分为相应的五种类型，其对应的Si/O由1/4变化到1/2，结构
四、链状结构
1.链的类型、重复单元与化学式 硅氧四面体通过共用的氧离子相连接，形成向一维方 向无限延伸的链。依照硅氧四面体共用顶点数目的不同， 分为单链和双链两类。
如果每个硅氧四面体通过共用两个顶点向一维方向无限延伸，
则形成单链，见图1-35-1 。单链结构以[Si2O6]4-为结构单元不断重复， 结构单元的化学式为[Si2O6]。在单链结构中，按照重复出现与第一个硅 氧四面体的空间取向完全一致的周期不等，单链分为1节链、2节链、3 节链……7节链等7种类型，见图1-35-2 。两条相同的单链通过尚未共用
所示，硅氧单链[Si2O6]平行于c轴方向伸展，图中两个重叠的硅氧
链分别以粗黑线和细黑线表示。单链之间依靠Ca2+、Mg2+连接。 Ca2+的配位数为8，Mg2+为6。Ca2+负责[SiO4] 底面间的连接， Mg2+负责顶点间的连接。 若透辉石结构中的Ca2+全部被Mg2+取代，则形成斜方晶系 的顽火辉石Mg2[Si2O6]。
图1-35 -1 硅氧四面体所构成的链
（a）单链结构 （d）双链结构 （c）（b）（e）为从箭头方向观察所得的投影图
图1-35-2 单链结构类型
透辉石CaMg[Si2O6]结构
透辉石属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数a=0.971nm，
b=0.889nm，c=0.524nm，=105o37，。晶胞分子数Z=4。如图1-36
二、岛状结构
结构特点：
[SiO4]四面体以孤岛状存在，各顶点之间并不互相连接， 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。
岛状硅酸盐晶体主要有锆石英Zr[SiO4]、镁橄榄石
Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3· SiO2、莫来石3Al2O3· 2SiO2以及水
泥熟料中的-C2S、-C2S和C3S等。
镁橄榄石Mg2[SiO4]结构
属斜方晶系，空间群Pbnm；晶胞参数a=0.476nm， b=1.021nm，c=0.599nm；晶胞分子数Z=4。如图1-32-1、 1-32-2、1-32-3所示。 镁橄榄石结构中，O2-离子近似于六方最紧密堆积排 列，Si4+离子填于四面体空隙的1/8；Mg2+离子填于八面体 空隙的1/2。每个[SiO4]四面体被[MgO6]八面体所隔开，呈 孤岛状分布。
意比例取代，形成橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体。如果图
1-32（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，则形成钙橄榄石
CaMgSiO4。如果Mg2+全部被Ca2+取代，则形成-Ca2SiO4，
即-C2S，其中Ca2+的配位数为6。另一种岛状结构的水泥熟
料矿物-Ca2SiO4，即-C2S属于单斜晶系，其中Ca2+有8和6
双四面体 [Si2O7]6-
三节环 [Si3O9]6-
四节环 [Si4O12]8-
六节环 [Si6O18]12-
图1-33 孤立的有限硅氧四面体群
组群状结构中Si/O比为2：7或1：3。其中硅钙石 Ca3[Si2O7]，铝方柱石Ca2Al[AlSiO7]和镁方柱石 Ca2Mg[Si2O7]等具有双四面体结构。蓝锥矿BaTi[Si3O9] 具有三节环结构。绿宝石Be3Al2[Si6O18]具有六节环结 构。
照一定比例和顺序全部写出来，先是1价、2价的金属离
子，其次是Al3+和Si4+，最后是O2-或OH—。如钾长石为
KAlSi3O8。
结构式表示法：先写联结硅氧骨干的阳离子，按低价到
高价的顺序，然后写硅氧骨干，并用 [ ]括起来，最后写水，
水可以是OH-形式的，也可以是H2O分子形式的。 钾长石：K[AlSi3O8] 高岭石： Al4 [Si4O10] （OH）8
子都可以被其它离子部分或全部地取代，这就使得硅酸盐 晶体的化学组成甚为复杂。因此，在表征硅酸盐晶体的化 学式时，通常有两种方法：一种是所谓的氧化物方法，另 一种是无机络盐表示法和结构式写法。
氧化物方法：即把构成硅酸盐晶体的所有氧化物按
一定的比例和顺序全部写出来，先是1价的碱金属氧化物，
其次是2价、3价的金属氧化物，最后是SiO2。例如，钾 长石的化学式写为 K2O· Al2O3· 6SiO2； 无机络盐表示法：把构成硅酸盐晶体的所有离子按
单元[Si4O10]4-，于是硅氧层的化学式可写为[Si4O10]。
立体图
投影图
图1-37 层状结构硅氧四面体
按照硅氧层中活性氧的空间取向不同，硅氧层分为单网层和复网
层。单网层结构中，硅氧层的所有活性氧均指向同一个方向。而复网 层结构中，两层硅氧层中的活性氧交替地指向相反方向。活性氧的电 价由其它金属离子来平衡，一般为6配位的Mg2+或Al3+离子，同时，水 分子以OH－形式存在于这些离子周围，形成所谓的水铝石或水镁石层。
（Ａ）１：１型
（Ｂ）２：１型
图1-38-1 层状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体层和 铝氧八面体层的连接方式
图1-38-2 单网层及复网层的构成
滑石Mg3[Si4O10]（OH）2的结构
滑石属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数a=0.525nm，b=0.910nm， c=1.881nm，=100o；结构属于复网层结构，如图1-39所示。 （a）所示 OH－位于六节环中心，Mg2+位于Si4+与OH－形成的三角形的 中心，但高度不同。 （b）所示，两个硅氧层的活性氧指向相反，中间通过镁氢氧层连接，
（A）（010）面上的投影
图1-36 透辉石结构
（B）（001）面上的投影
图1-36 透辉石结构
五、层状结构
1.层状结构的基本单元、化学式与类型 层状结构是每个硅氧四面体通过3个桥氧连接，构 成向二维方向伸展的六节环状的硅氧层（无限四面体 群），见图1-37 。在六节环状的层中，可取出一个矩形
变得越来越复杂，见表1-8。
表1-8 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 四面体 [SiO4]4[Si2O7]6[Si3O9]6[Si4O12]8[Si6O18]12[Si2O6]4[Si4O11]6[Si4O10]4[SiO2]0 架状 4 骨架 [AlSi3O8]1[AlSiO4]11：2 1：4 2：7 1：3 1：3 1：3 1：3 4：11 4：10 镁橄榄石 Mg2[SiO4] 镁铝石榴石 Al2Mg3[SiO4]3 双四面体 三节环 四节环 硅钙石 Ca3[Si2O7] 蓝锥矿 BaTi[Si3O9] 斧石 Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH) 六节环 链状 2 2，3 层状 3 单链 双链 平面层 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 形状 络阴离子 Si/O 实例
硅酸盐晶体结构的共同特点：

（1）构成硅酸盐晶体的基本结构单元[SiO4]四面体。Si-O-
Si键是一条夹角不等的折线，一般在145o左右。

（2）[SiO4]四面体的每个顶点，即O2-离子最多只能为两个
[SiO4]四面体所共用。
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（3）两个相邻的[SiO4]四面体之间只能共顶而不能共棱或 共面连接。
（a） （100） 面上的 投影图
（c） 立体侧 视图
（b）（001）面上的投影图
图1-32-1 镁橄榄石结构
图1-32-2 镁橄榄石晶体理想结构
图1-32-3 镁橄榄石结构
（a）（100）面上的投影图
图1-32-3 镁橄榄石结构
（b）（001）面上的投影图
结构中的同晶取代：镁橄榄石中的Mg2+可以被Fe2+以任
单网层相当于一个硅氧层加上一个水铝（镁）石层，称为1： 1层。
复网层相当于两个硅氧层中间加上一个水铝（镁）石层，称为 2： 1层， 见图1-38-1、图1-38-2示。 根据水铝（镁）石层中八面体空隙的填充情况，结构又分为三八 面体型和二八面体型。前者八面体空隙全部被金属离子所占据，后者