第二章晶体结构与常见晶体结构类型第六讲PPT讲稿.ppt

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1、第二章晶体结构与常见晶体结构类型第六讲第1页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-37 层状结构硅氧四面体层状结构硅氧四面体 立体图立体图投影图投影图第2页，共48页，编辑于2022年，星期三按按照照硅硅氧氧层层中中活活性性氧氧的的空空间间取取向向不不同同，硅硅氧氧层层分分为为单单网网层层和和复复网网层层。单单网网层层结结构构中中，硅硅氧氧层层的的所所有有活活性性氧氧均均指指向向同同一一个个方方向向。而而复复网网层层结结构构中中，两两层层硅硅氧氧层层中中的的活活性性氧氧交交替替地地指指向向相相反反方方向向。活活性性氧氧的的电电价价由由其其它它金金属属离离子子来来平平衡衡，一一般般为为6配

2、配位位的的Mg2+或或Al3+离离子子，同同时时，水水分分子子以以OH形形式式存存在在于于这这些些离离子子周周围围，形成所谓的水铝石或水镁石层。形成所谓的水铝石或水镁石层。单单网网层层相相当当于于一一个个硅硅氧氧层层加加上上一一个个水水铝铝（镁镁）石石层层，称称为为1：1层层。复复网网层层相相当当于于两两个个硅硅氧氧层层中中间间加加上上一一个个水水铝铝（镁镁）石石层层，称称为为2：1层层，见见图图2-38-1、图、图2-38-2示。示。根根据据水水铝铝（镁镁）石石层层中中八八面面体体空空隙隙的的填填充充情情况况，结结构构又又分分为为三三八八面面体体型型和和二二八八面面体体型型。前前者者八八面面

3、体体空空隙隙全全部部被被金金属属离离子子所所占占据据，后后者者只只有有2/3的的八八面面体体空空隙被填充。隙被填充。第3页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-38-1 层状结构硅酸盐晶体中硅氧四面体层和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铝氧八面体层的连接方式（）：型（）：型（）：型（）：型第4页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-38-2 单网层及复网层的构成单网层及复网层的构成 第5页，共48页，编辑于2022年，星期三滑石滑石Mg3Si4O10（OH）2的结构的结构 滑石属单斜晶系，空间群滑石属单斜晶系，空间群C2/c，晶胞参数，晶胞参数a=0.525

4、nm，b=0.910nm，c=1.881nm，=100o；结构属于复网层结构，如图；结构属于复网层结构，如图2-39所示。所示。（a）所示）所示 OH位于六节环中心，位于六节环中心，Mg2+位于位于Si4+与与OH形成的三角形的中心，但形成的三角形的中心，但高度不同。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，形成）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，形成复网层。复网层平行排列即形成滑石结构。水镁石层中复网层。复网层平行排列即形成滑石结构。水镁石层中Mg2+的配位数为的配位数为6，形，形成成MgO4（OH）2八面体。其中全部八面体空隙被八面体。其

5、中全部八面体空隙被Mg2+所填充，因此，滑石结所填充，因此，滑石结构属于三八面体型结构。构属于三八面体型结构。第6页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-39 滑石的结构滑石的结构（a）（）（001）面上的投）面上的投影影（b）图（）图（a）结构的纵剖）结构的纵剖面图面图第7页，共48页，编辑于2022年，星期三n结结构构与与性性质质的的关关系系：复复网网层层中中每每个个活活性性氧氧同同时时与与3个个Mg2+相相连连接接，从从Mg2+处处获获得得的的静静电电键键强强度度为为32/6=1，从从Si4+处处也也获获得得1价价，故故活活性性氧氧的的电电价价饱饱和和。同同理理，OH中中的的氧氧的

6、的电电价价也也是是饱饱和和的的，所所以以，复复网网层层内内是是电电中中性性的的。这这样样，层层与与层层之之间间只只能能依依靠靠较较弱弱的的分分子子间间力力来来结结合合，致致使使层层间间易易相相对对滑滑动，所有滑石晶体具有动，所有滑石晶体具有良好的片状解理良好的片状解理特性，并具有特性，并具有滑腻感滑腻感。第8页，共48页，编辑于2022年，星期三n离离子子取取代代现现象象：用用2个个Al3+取取代代滑滑石石中中的的3个个Mg2+，则则形形成成二二八八面面体体型型结结构构（Al3+占占据据2/3的的八八面面体体空空隙隙）的的叶叶蜡蜡石石Al2Si4O10（OH）2结结构构。同同样样，叶叶蜡蜡石石

7、也具有良好的片状解理和滑腻感。也具有良好的片状解理和滑腻感。n晶体加热时结构的变化：晶体加热时结构的变化：滑石和叶蜡石中都含有滑石和叶蜡石中都含有OH，加热时会产生脱水，加热时会产生脱水效应。滑石脱水后变成斜顽火辉石效应。滑石脱水后变成斜顽火辉石-Mg2Si2O6，叶蜡石脱水后变成莫来石，叶蜡石脱水后变成莫来石3Al2O32SiO2。它们都是玻璃和陶瓷工业的重要原料，滑石可以用于生成绝。它们都是玻璃和陶瓷工业的重要原料，滑石可以用于生成绝缘、介电性能良好的滑石瓷和堇青石瓷，叶蜡石常用作硼硅质玻璃中引入缘、介电性能良好的滑石瓷和堇青石瓷，叶蜡石常用作硼硅质玻璃中引入Al2O3的原料。的原料。第9

8、页，共48页，编辑于2022年，星期三高岭石高岭石Al2O32SiO22H2O的结构的结构 (即即Al4Si4O10(OH)8)高岭石是一种主要的粘土矿物，属三斜晶系，空间群高岭石是一种主要的粘土矿物，属三斜晶系，空间群C1；晶胞参数；晶胞参数a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm，=91o36，=104o48，=89o54，；晶胞分；晶胞分子数子数Z=1。结构如图结构如图2-40，高岭石的基本结构单元是由硅氧层和水铝石层构成的单网层，高岭石的基本结构单元是由硅氧层和水铝石层构成的单网层，单网层平行叠放形成高岭石结构。单网层平行叠放形成高岭石结构。Al3+配位数为配位数为6

9、，其中，其中2个是个是O2-，4个是个是OH-，形成形成AlO2(OH)4八面体，正是这两个八面体，正是这两个O2-把水铝石层和硅氧层连接起来。水铝石层把水铝石层和硅氧层连接起来。水铝石层中，中，Al3+占据八面体空隙的占据八面体空隙的2/3。第10页，共48页，编辑于2022年，星期三(d)（d)（001）面上的）面上的投影（显示出硅氧层的投影（显示出硅氧层的六节环及各离子的配位六节环及各离子的配位信息）信息）(c)（100）面上的投影）面上的投影（显示出单网层中（显示出单网层中Al3+填填充充2/3八面体空隙）八面体空隙）(b）（）（010）面上的投）面上的投影（显示出单网层的影（显示出单

10、网层的构成）构成）(a)(001)面上的面上的投影投影图图2-40 高岭石的结构高岭石的结构第11页，共48页，编辑于2022年，星期三结构与性质的关系结构与性质的关系：根据电价规则计算出单网层中：根据电价规则计算出单网层中O2-的电的电价是平衡的，即理论上层内是电中性的，所以，高岭石的价是平衡的，即理论上层内是电中性的，所以，高岭石的层间只能靠物理键来结合，这就决定了高岭石也容易解理层间只能靠物理键来结合，这就决定了高岭石也容易解理成片状的小晶体。但单网层在平行叠放时是水铝石层的成片状的小晶体。但单网层在平行叠放时是水铝石层的OH与硅氧层的与硅氧层的O2-相接触，故层间靠氢键来结合。由于氢键

11、结相接触，故层间靠氢键来结合。由于氢键结合比分子间力强，所以，水分子不易进入单网层之间，晶体合比分子间力强，所以，水分子不易进入单网层之间，晶体不会因为水含量增加而膨胀。不会因为水含量增加而膨胀。第12页，共48页，编辑于2022年，星期三蒙脱石（微晶高岭石）的结构蒙脱石（微晶高岭石）的结构 蒙脱石是一种粘土类矿物，属单斜晶系，空间群蒙脱石是一种粘土类矿物，属单斜晶系，空间群C2/ma；理；理论化学式为论化学式为 Al2Si4O10(OH)2nH2O；晶胞参数晶胞参数a=0.515nm，b=0.894nm，c=1.520nm，=90o；单位晶；单位晶胞中胞中Z=2。实际化学式为实际化学式为 (

12、Al2-xMgx)Si4O10(OH)2（NaxnH2O），），式中式中x=0.33，晶胞参数，晶胞参数a 0.532nm，b 0.906nm，c的数值随的数值随含水量而变化，无水时含水量而变化，无水时c 0.960nm。第13页，共48页，编辑于2022年，星期三蒙脱石具有复网层结构，由两层硅氧四面体层和夹在中间蒙脱石具有复网层结构，由两层硅氧四面体层和夹在中间的水铝石层所组成，如图的水铝石层所组成，如图2-41所示。理论上复网层内呈电中性，所示。理论上复网层内呈电中性，层间靠分子间力结合。实际上，由于结构中层间靠分子间力结合。实际上，由于结构中Al3+可被可被Mg2+取代，取代，使复网层并

13、不呈电中性，带有少量负电荷（一般为使复网层并不呈电中性，带有少量负电荷（一般为-0.33e，也，也可有很大变化）；因而复网层之间有斥力，使略带正电性的水可有很大变化）；因而复网层之间有斥力，使略带正电性的水化正离子易于进入层间；与此同时，水分子也易渗透进入层间，化正离子易于进入层间；与此同时，水分子也易渗透进入层间，使晶胞使晶胞c轴膨胀，随含水量变化，由轴膨胀，随含水量变化，由0.960nm变化至变化至2.140nm，因，因此，此，蒙脱石蒙脱石又称为又称为膨润土膨润土。第14页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-41 蒙脱石的结构蒙脱石的结构 第15页，共48页，编辑于2022年，星期

14、三n结构中的离子置换现象：结构中的离子置换现象：由于晶格中可发生多种离子置换，由于晶格中可发生多种离子置换，使蒙脱石的组成常与理论化学式有出入。其中硅氧四面体层使蒙脱石的组成常与理论化学式有出入。其中硅氧四面体层内的内的Si4+可以被可以被Al3+或或P5+等取代，这种取代量是有限的；八等取代，这种取代量是有限的；八面体层（即水铝石层）中的面体层（即水铝石层）中的Al3+可被可被Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+或或Li+等所取代，取代量可以从极少量到全部被取代。等所取代，取代量可以从极少量到全部被取代。第16页，共48页，编辑于2022年，星期三白云母白云母KAl2AlSi3O10（OH

15、）2的结构的结构 属单斜晶系，空间群属单斜晶系，空间群C2/c；晶胞参数；晶胞参数a=0.519nm，b=0.900nm，c=2.004nm，=95o11，；Z=2。其结构如图。其结构如图2-42所示，所示，图中重叠的图中重叠的O2-已稍行移开。已稍行移开。白云母属于复网层结构，复网层由两个硅氧层及其中间的白云母属于复网层结构，复网层由两个硅氧层及其中间的水铝石层所构成。连接两个硅氧层的水铝石层中的水铝石层所构成。连接两个硅氧层的水铝石层中的Al3+之配位数之配位数为为6，形成，形成AlO4（OH）2八面体。由图八面体。由图2-42（a）可以看出，两相）可以看出，两相邻复网层之间呈现对称状态，

16、因此相邻两硅氧六节环处形成一个邻复网层之间呈现对称状态，因此相邻两硅氧六节环处形成一个巨大的空隙。巨大的空隙。第17页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-42 白云母的结构白云母的结构（A）（）（100）面上的投影）面上的投影（B）（）（010）面上的投影）面上的投影第18页，共48页，编辑于2022年，星期三n结构与性质关系：结构与性质关系：白云母结构与蒙脱石相似，但因其硅氧层中有白云母结构与蒙脱石相似，但因其硅氧层中有1/4的的Si4+被被Al3+取代，复网层不呈电中性，所以，层间有取代，复网层不呈电中性，所以，层间有K+进入以平衡其负电荷。进入以平衡其负电荷。K+的配位数为的配位

17、数为12，呈统计地分布于复网层，呈统计地分布于复网层的六节环的空隙间，与硅氧层的结合力较层内化学键弱得多，故云的六节环的空隙间，与硅氧层的结合力较层内化学键弱得多，故云母易沿层间发生解理，可剥离成片状。母易沿层间发生解理，可剥离成片状。第19页，共48页，编辑于2022年，星期三n云母类矿物的用途：云母类矿物的用途：合成云母作为一种新型材料，在现代工合成云母作为一种新型材料，在现代工业和科技领域用途很广。云母陶瓷具有良好的抗腐蚀性、耐业和科技领域用途很广。云母陶瓷具有良好的抗腐蚀性、耐热冲击性、机械强度和高温介电性能，可作为新型的电绝缘热冲击性、机械强度和高温介电性能，可作为新型的电绝缘材料。

18、云母型微晶玻璃具有高强度、耐热冲击、可切削等特材料。云母型微晶玻璃具有高强度、耐热冲击、可切削等特性，广泛应用于国防和现代工业中。性，广泛应用于国防和现代工业中。第20页，共48页，编辑于2022年，星期三六、架状结构六、架状结构 架状结构中硅氧四面体的每个顶点均为桥氧，硅氧四面体之间以共架状结构中硅氧四面体的每个顶点均为桥氧，硅氧四面体之间以共顶方式连接，形成三维顶方式连接，形成三维“骨架骨架”结构。结构的重复单元为结构。结构的重复单元为SiO2，作为骨架的硅，作为骨架的硅氧结构单元的化学式为氧结构单元的化学式为SiO22。其中。其中Si/O为为1：2。当硅氧骨架中的当硅氧骨架中的Si被被A

19、l取代时，结构单元的化学式可以写成取代时，结构单元的化学式可以写成AlSiO4或或AlSi3O8，其中（，其中（Al+Si）：）：O仍为仍为1：2。此时，由于结构中有剩余负电荷，一些电价低、半径大的。此时，由于结构中有剩余负电荷，一些电价低、半径大的正离子（如正离子（如K+、Na+、Ca2+、Ba2+等）会进入结构中。典型的架状结构有石英族等）会进入结构中。典型的架状结构有石英族晶体，化学式为晶体，化学式为SiO2，以及一些铝硅酸盐矿物，如霞石，以及一些铝硅酸盐矿物，如霞石NaAlSiO4、长石、长石（Na，K）AlSi3O8、方沸石、方沸石NaAlSi2O6H2O等沸石型矿物等。等沸石型矿物

20、等。第21页，共48页，编辑于2022年，星期三 从热力学角度来看，每一种晶体都有其从热力学角度来看，每一种晶体都有其形成形成和和稳定存在稳定存在的热的热力学条件。这种化学组成相同的物质，在不同的热力学条件力学条件。这种化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象，称为下形成结构不同的晶体的现象，称为同质多晶现象同质多晶现象。由此所产。由此所产生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体，称为生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体，称为变体变体。同质多。同质多晶现象在氧化物晶体中普遍存在，对研究晶型转变、材料制备过晶现象在氧化物晶体中普遍存在，对研究晶型转变、材料制备过程中工艺制

21、度的确定等具有重要意义。程中工艺制度的确定等具有重要意义。1.同质多晶与类质同晶同质多晶与类质同晶第22页，共48页，编辑于2022年，星期三在自然界还存在这样一种现象，化学组成相似或相近的在自然界还存在这样一种现象，化学组成相似或相近的物质，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构，物质，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为这种现象称为类质同晶类质同晶现象。这是自然界很多矿物经常共生在一现象。这是自然界很多矿物经常共生在一起的根源。例如菱镁矿（起的根源。例如菱镁矿（MgCO3）和菱铁矿（）和菱铁矿（FeCO3）因其组）因其组成接近，结构相同，因而经常共生在一起。

22、类质同晶对矿物成接近，结构相同，因而经常共生在一起。类质同晶对矿物提纯与分离、固溶体的形成及材料改性具有重要意义。提纯与分离、固溶体的形成及材料改性具有重要意义。第23页，共48页，编辑于2022年，星期三2.同质多晶转变同质多晶转变 在同质多晶中，由于各个变体是在不同的热力学条在同质多晶中，由于各个变体是在不同的热力学条件下形成的，因而各个变体都有自己稳定存在的热力学范件下形成的，因而各个变体都有自己稳定存在的热力学范围。当外界条件改变到一定程度时，各变体之间就可能发围。当外界条件改变到一定程度时，各变体之间就可能发生结构上的转变，即发生同质多晶转变生结构上的转变，即发生同质多晶转变。根据转

23、变时速度的快慢和晶体结构变化的不同，可将多晶转根据转变时速度的快慢和晶体结构变化的不同，可将多晶转变分为两类：变分为两类：位移性转变和重建性转变位移性转变和重建性转变。第24页，共48页，编辑于2022年，星期三n位移性转变位移性转变仅仅是结构畸变，转变前后结构差异小，转变时并不打仅仅是结构畸变，转变前后结构差异小，转变时并不打开任何键或改变最邻近的配位数，只是原子的位置发生少许位移，开任何键或改变最邻近的配位数，只是原子的位置发生少许位移，使次级配位有所改变，如图使次级配位有所改变，如图2-9所示的高对称结构（所示的高对称结构（a）向（）向（b）和）和（c）结构的转变。由于位移性转变仅仅是键

24、长和键角的调整，未涉）结构的转变。由于位移性转变仅仅是键长和键角的调整，未涉及旧键破坏和新键形成，因而转变速度很快，常在一个确定稳定下及旧键破坏和新键形成，因而转变速度很快，常在一个确定稳定下发生。发生。位移性转变也称为高低温性转变位移性转变也称为高低温性转变。-石英和石英和-石英在石英在573的晶型转变属于位移性转变。的晶型转变属于位移性转变。第25页，共48页，编辑于2022年，星期三n重建性转变重建性转变不能简单地通过原子位移来实现，转变前后结构差异不能简单地通过原子位移来实现，转变前后结构差异大，必须打开原子间的键，形成一个具有新键的结构，如大，必须打开原子间的键，形成一个具有新键的结

25、构，如图图2-9中中（a）到（）到（d）的转变。因为打开旧键并重新组成新键需要较大的能）的转变。因为打开旧键并重新组成新键需要较大的能量，所以重建性转变的速度很慢。高温型的变体经常以介稳状态存量，所以重建性转变的速度很慢。高温型的变体经常以介稳状态存在于室温条件下。如在于室温条件下。如-石英和石英和-磷石英之间的转变。加入矿化剂可磷石英之间的转变。加入矿化剂可以加速这种转变的进行。以加速这种转变的进行。第26页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-9 多晶转变类型多晶转变类型 位移性转变位移性转变重建性转变重建性转变各自有何特点？各自有何特点？第27页，共48页，编辑于2022年，星期三

26、n n石英网络结构石英网络结构 多种变体多种变体28289/20/20229/20/2022-石英石英石英石英870870-磷石英磷石英磷石英磷石英14701470方石英方石英方石英方石英17231723熔体熔体熔体熔体573-石英石英石英石英160-磷石英磷石英磷石英磷石英117-磷石英磷石英磷石英磷石英268-方石英方石英方石英方石英重建型、位移型晶型转变重建型、位移型晶型转变n n横向：横向：键破坏、重建，转变缓慢键破坏、重建，转变缓慢重建型晶型转变重建型晶型转变n n纵向：纵向：仅键长、键角调整，转变迅仅键长、键角调整，转变迅速可逆速可逆位移型晶型转变位移型晶型转变第28页，共48页，

27、编辑于2022年，星期三在上述各变体中，同一系列（即纵向）之间的转变不在上述各变体中，同一系列（即纵向）之间的转变不涉及晶体结构中键的破裂和重建，仅是键长、键角的调整，涉及晶体结构中键的破裂和重建，仅是键长、键角的调整，转变迅速且可逆，对应的是位移性转变。不同系列（即横向）转变迅速且可逆，对应的是位移性转变。不同系列（即横向）之间的转变，如之间的转变，如-石英和石英和-鳞石英、鳞石英、-鳞石英和鳞石英和-方石英之间方石英之间的转变都涉及键的破裂和重建，转变速度缓慢，属于重建性转的转变都涉及键的破裂和重建，转变速度缓慢，属于重建性转变。变。第29页，共48页，编辑于2022年，星期三n 石英的三

28、个主要变体：石英的三个主要变体：-石英、石英、-鳞石英和鳞石英和-方石英结构上方石英结构上的主要差别在于硅氧四面体之间的连接方式不同（见图的主要差别在于硅氧四面体之间的连接方式不同（见图2-43）。在）。在-方石英中，两个共顶连接的硅氧四面体以共用方石英中，两个共顶连接的硅氧四面体以共用O2-为为中心处于中心对称状态。在中心处于中心对称状态。在-鳞石英中，两个共顶的硅氧鳞石英中，两个共顶的硅氧四面体之间相当于有一对称面。在四面体之间相当于有一对称面。在-石英中，相当于在石英中，相当于在-方方石英结构基础上，使石英结构基础上，使Si-O-Si键由键由180o转变为转变为150o。由于这三。由于这

29、三种石英中硅氧四面体的连接方式不同，因此，它们之间的转变种石英中硅氧四面体的连接方式不同，因此，它们之间的转变属于重建性转变。属于重建性转变。第30页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-43 硅氧四面体的连接方式硅氧四面体的连接方式 （a）-方石英（存方石英（存在对称中心）在对称中心）（b）-鳞石英鳞石英（存在对称面）（存在对称面）（c）-石英石英（无对称中心（无对称中心和对称面）和对称面）第31页，共48页，编辑于2022年，星期三（1）石英的结构）石英的结构 -石英属六方晶系，空间群石英属六方晶系，空间群P6422或或P6222；晶胞参数；晶胞参数a=0.496nm，c=0.545

30、nm；晶胞分子数晶胞分子数Z=3。-石英在（石英在（0001）面上的投影如图）面上的投影如图2-47所示。结构中每个所示。结构中每个Si4+周围有周围有4个个O2-，空间取向是，空间取向是2个在个在Si4+上方、上方、2个在其下方。各四面体中的离子，排列于高度个在其下方。各四面体中的离子，排列于高度不同的三层面上，最上一层用粗线表示，其次一层用细线表示，最下方一层以虚线表不同的三层面上，最上一层用粗线表示，其次一层用细线表示，最下方一层以虚线表示。示。-石英结构中存在石英结构中存在6次螺旋轴，围绕螺旋轴的次螺旋轴，围绕螺旋轴的Si4+离子，在（离子，在（0001）面上的投影可连）面上的投影可连

31、接成正六边形，如图接成正六边形，如图2-48（a）和）和2-49（a）所示。根据螺旋轴的旋转方向不同，）所示。根据螺旋轴的旋转方向不同，-石英有石英有左形和右形之分，其空间群分别为左形和右形之分，其空间群分别为P6422和和P6222。-石英中石英中Si-O-Si键角为键角为150o。第32页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-47 -石英在（石英在（0001）面上的投影）面上的投影 第33页，共48页，编辑于2022年，星期三-石英属三方晶系，空间群石英属三方晶系，空间群P3221或或P3121；晶胞参数；晶胞参数a=0.491nm，c=0.540nm；晶胞分子数；晶胞分子数Z=3。

32、-石英是石英是-石英的低温变体，两者石英的低温变体，两者之间通过位移性转变实现结构的相互转换。两结构中的之间通过位移性转变实现结构的相互转换。两结构中的Si4+在在（0001）面上的投影示于图）面上的投影示于图2-48。在。在-石英结构中，石英结构中，Si-O-Si键角键角由由-石英中的石英中的150o变为变为137o，这一键角变化，使对称要素从，这一键角变化，使对称要素从-石石英中的英中的6次螺旋轴转变为次螺旋轴转变为-石英中的石英中的3次螺旋轴。围绕次螺旋轴。围绕3次螺旋轴次螺旋轴的的Si4+在（在（0001）面上的投影已不再是正六边形，而是复三角形，）面上的投影已不再是正六边形，而是复三

33、角形，见图见图2-49（b）。）。-石英也有左、右形之分。石英也有左、右形之分。第34页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-48 石英中石英中Si4+在（在（0001）面上的投影）面上的投影-石英石英-石英石英第35页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-49石英中硅氧四面体在（石英中硅氧四面体在（0001）面上的投影）面上的投影 -石英石英-石英石英第36页，共48页，编辑于2022年，星期三n结构与性质的关系：结构与性质的关系：SiO2结构中结构中Si-O键的强度很高，键的强度很高，键力分别在三维空间比较均匀，因此键力分别在三维空间比较均匀，因此SiO2晶体的晶体的熔点高、硬

34、度大、化学稳定性好，无明显解理。熔点高、硬度大、化学稳定性好，无明显解理。第37页，共48页，编辑于2022年，星期三（2）-鳞石英的结构鳞石英的结构 -鳞石英属六方晶系，空间群鳞石英属六方晶系，空间群P63/mmc；晶胞参数；晶胞参数a=0.504nm，c=0.825nm；晶胞；晶胞分子数分子数Z=4。其结构如图。其结构如图2-46所示。结构由交替指向相反方向的硅氧四面体组成的六所示。结构由交替指向相反方向的硅氧四面体组成的六节环状的硅氧层平行于（节环状的硅氧层平行于（0001）面叠放而形成架状结构。平行叠放时，硅氧层中的四）面叠放而形成架状结构。平行叠放时，硅氧层中的四面体共顶连接，并且共

35、顶的两个四面体处于镜面对称状态，面体共顶连接，并且共顶的两个四面体处于镜面对称状态，Si-O-Si键角是键角是180o，对于，对于-鳞石英，有的认为属于斜方晶系，晶胞参数鳞石英，有的认为属于斜方晶系，晶胞参数a=0.874nm，b=0.504nm，c=0.824nm。而有的认为属于单斜晶系，参数为。而有的认为属于单斜晶系，参数为a=1.845nm，b=0.499nm，c=2.383nm，=105o39，。第38页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-46 -鳞石英的结构鳞石英的结构 第39页，共48页，编辑于2022年，星期三（3）-方石英结构方石英结构 -方方石石英英属属立立方方晶晶系

36、系，空空间间群群Fd3m；晶晶胞胞参参数数a=0.713nm；晶晶胞胞分分子子数数Z=8。结结构构如如图图2-49所所示示。其其中中Si4+位位于于晶晶胞胞顶顶点点及及面面心心，晶晶胞胞内内部部还还有有4个个Si4+，其其位位置置相相当当于于金金刚刚石石中中C原原子子的的位位置置。它它是是由由交交替替地地指指向向相相反反方方向向的的硅硅氧氧四四面面体体组组成成六六节节环环状状的的硅硅氧氧层层（不不同同于于层层状状结结构构中中的的硅硅氧氧层层，该该硅硅氧氧层层内内四四面面体体取取向向的的一一致致的的），以以3层层为为一一个个重重复复周周期期在在平平行行于于（111）面面的的方方向向上上平平行行叠

37、叠放放而而形形成成的的架架状状结结构构。叠叠放放时时，两两平平行行的的硅硅氧氧层层中中的的四四面面体体相相互互错错开开60o，并并以以共共顶顶方方式式对对接接，共共顶顶的的O2-形形成成对对称称中中心心，如如图图2-50所所示示。-方方石石英英冷冷却却到到268会会转转变变为为四四方方晶晶系的系的-方石英，其晶胞参数方石英，其晶胞参数a=0.497nm，c=0.692nm。第40页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-49 -方石英的结构方石英的结构 第41页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-50 -方石英的硅氧层的平行叠放方石英的硅氧层的平行叠放 （从体对角线方向观察，显示出

38、以（从体对角线方向观察，显示出以3层为周期的平行堆积）层为周期的平行堆积）第42页，共48页，编辑于2022年，星期三下图即为下图即为-方石英、方石英、-鳞石英中硅氧四面体的不同连接方式对比：鳞石英中硅氧四面体的不同连接方式对比：存在对称中心存在对称中心存在对称面存在对称面第43页，共48页，编辑于2022年，星期三2、长石的结构、长石的结构 长石类硅酸盐分为长石类硅酸盐分为正长石系正长石系和和斜长石斜长石系两大类。其中有代表性的为：系两大类。其中有代表性的为：n正长石系：钾长石正长石系：钾长石KAlSi3O8；钡长石；钡长石BaAl2Si2O8。n斜长石系：钠长石斜长石系：钠长石NaAlSi

39、3O8；钙长石；钙长石CaAl2Si2O8。长石的基本结构单元：长石的基本结构单元：长石的基本结构单元由长石的基本结构单元由TO4四面体连接成四节环，四面体连接成四节环，其中其中2个四面体顶角向上、个四面体顶角向上、2个向下；四节环中的四面体通过共顶连方式接成个向下；四节环中的四面体通过共顶连方式接成曲轴状的链，见图曲轴状的链，见图2-51。链与链之间在三维空间连接成架状结构。链与链之间在三维空间连接成架状结构。第44页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-51 长石结构中基本结构单元的构造长石结构中基本结构单元的构造(a)理想的曲轴长链理想的曲轴长链(b)四联环四联环(c)实际的曲轴长

40、链实际的曲轴长链第45页，共48页，编辑于2022年，星期三钾长石的结构钾长石的结构 高温型钾长石（即透长石）属单斜晶系，空间群高温型钾长石（即透长石）属单斜晶系，空间群C2/m；晶胞参数；晶胞参数a=0.856nm，b=1.303nm，c=0.718nm，=115o59，；晶胞分子数；晶胞分子数Z=4。四条曲轴状链相互连接形成一个八联环，四条曲轴状链相互连接形成一个八联环，K+位于八联环的空隙中，位于八联环的空隙中，且处于对称面的位置上，结构呈左右对称。透长石结构在（且处于对称面的位置上，结构呈左右对称。透长石结构在（001）面上的）面上的投影示于图投影示于图2-52，从该图中可以看出，由四

41、节环构成的曲轴状链平行于，从该图中可以看出，由四节环构成的曲轴状链平行于a轴方向伸展，结构中轴方向伸展，结构中K+的平均配位数为的平均配位数为9。在低温型钾长石中，。在低温型钾长石中，K+的的配位数平均为配位数平均为8。K+的电价除了平衡骨架中的电价除了平衡骨架中AlO4多余的负电荷外，还多余的负电荷外，还与骨架中的桥氧之间产生与骨架中的桥氧之间产生诱导键力诱导键力。第46页，共48页，编辑于2022年，星期三钾钾(透透)长石晶体结构图（一部分）长石晶体结构图（一部分）第47页，共48页，编辑于2022年，星期三图图2-52钾钾(透透)长石的结构长石的结构 K第48页，共48页，编辑于2022年，星期三