• 硅酸盐化学式表示方法：
• 2. 结构式：先写连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。
• 【Eg.】 钾长石 K [ AlSi3O8 ] • 高岭土 Al2[Si2O5 ](OH )4
• 多水高岭土 Al2[Si2O5 ](OH )4 • nH 2O
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2-32-1、 2-32-2、2-32-3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。
2.6硅酸盐晶体结构
• 自然矿物是制造所有无机材料的 重要原料
• 地壳中最丰富的两种元素：硅和 氧
• 硅酸盐占所有矿物的1/3以上
• 研究硅酸盐矿物结构必要性！
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一、硅酸盐晶体的组成表征、结构特点及分类
组成表征： 在地壳中形成矿物时，由于成矿的环境不可能十分纯净，
矿物组成中常含有其它元素，加之硅酸盐晶体中的正负离 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。
2/22/2020
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• 硅酸盐化学式表示方法：
3.无机络盐表示法：把构成硅酸盐晶体的所有离子 按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。
• 硅酸盐矿物中的水分子 • 1.吸附水：中性水分子，不参与晶体结构，
Si/O
实例
1：4
2：7 1：3 1：3
1：3 1：3 4：11 4：10
1：2
镁橄榄石 Mg2[SiO4] 镁铝石榴石 Al2Mg3[SiO4]3 硅钙石 Ca3[Si2O7] 蓝锥矿 BaTi[Si3O9] 斧石
Ca2Al2(Fe,Mn)BO3[Si4O12](OH) 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
（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。
（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 变得越来越复杂，见表2-8。
物理吸附于矿物颗粒表面/缝隙，含量不固 定，100 ℃以上逸出 • 2.结构水：（化合水）以OH－存在，参与 晶体结构，占据晶格固定位置，含量比确 定，600～1000℃逸出导致结构破坏重组
Al2[Si2O5 ](OH )4
• 硅酸盐矿物中的水分子
• 3.层间水：层状硅酸盐结构层之间，中性水 分子，参与晶体结构，含量大范围波动，110 ℃以上大量逸出
• 硅酸盐化学式表示方法：
• 1. 氧化物式：金属氧化物先低价、后高价， SiO2在最后，之后写结构水、层间水(＋)
• 【Eg.】 钾长石 K2O • Al2O3 • 6SiO2 • 高岭土 Al2O3 • 2SiO2 • 2H 2O • 多水高岭土 Al2O3 • 2SiO2 • 2H2O nH2O
由于氧原子用于键合的是两个具有方向 性的轨道，所以[SiO4]4－亚单元之间通常 以共顶相连接，偶尔共棱，从不共面
（鲍林规则：Si高电价、低配位）
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-OSi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。
（a） （100） 面上的 投影图
（c） 立体侧
视图
（b）（001）面上的投影图
图2-32-1 镁橄榄石结构
图2-32-2 镁橄榄石晶体理想结构
图2-32-3 镁橄榄石结构
（a）（100）面上的投影图
图2-32-3 镁橄榄石结构
（b）（001）面上的投影图
Байду номын сангаас
结构中的同晶取代：镁橄榄石中的Mg2+可以被Fe2+以任 意比例取代，形成橄榄石（FexMg1-x）SiO4固溶体。如果图 2-32（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 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。
表2-8 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
形状 四面体
1 组群状 2
双四面体 三节环 四节环
链状 层状
2 2，3 3
六节环 单链 双链 平面层
架状
4
骨架
络阴离子
[SiO4]4-
[Si2O7]6[Si3O9]6[Si4O12]8-
[Si6O18]12[Si2O6]4[Si4O11]6[Si4O10]4[SiO2]0 [AlSi3O8]1[AlSiO4]1-
• 层间水含量受交换阳离子及空气潮湿环境影 响，吸水膨胀性（层间距↑），水分子逸出， 层间距↓
2、无机硅酸盐在空间的结合 (1) 结构亚单元间的结合形式
A、直接连接－－共顶(棱、面) 共用顶角氧
B、间接连接 a、离子键键合：为达电中性引入 正离子而形成的离子键 b、分子间力：亚单元(及其结合体) 间的Van der waals力
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。