硅酸盐晶体结构精选课件.ppt

《硅酸盐晶体结构精选课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《硅酸盐晶体结构精选课件.ppt（80页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、关于硅酸盐晶体结构第一页，本课件共有80页一、硅酸盐晶体的组成表征、结构特点一、硅酸盐晶体的组成表征、结构特点 及分类及分类在地壳中形成矿物时，由于成矿的环境不可能十分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：酸盐晶体的化学式时，通常有两种方法：一种是所谓的一种是所谓的氧化

2、物方法氧化物方法，另一种是无机络盐表示法另一种是无机络盐表示法。第二页，本课件共有80页氧氧化化物物方方法法：即即把把构构成成硅硅酸酸盐盐晶晶体体的的所所有有氧氧化化物物按按一一定定的的比比例例和和顺顺序序全全部部写写出出来来，先先是是1 1价价的的碱碱金金属属氧氧化化物物，其其次次是是2 2价价、3 3价价的的金金属属氧氧化化物物，最最后后是是SiOSiO2 2。例例如如，钾钾长长石石的化学式写为的化学式写为 K K2 2O OAlAl2 2O O3 36SiO6SiO2 2；无无机机络络盐盐表表示示法法：把把构构成成硅硅酸酸盐盐晶晶体体的的所所有有离离子子按按照照一一定定比比例例和和顺顺序

3、序全全部部写写出出来来，再再把把相相关关的的络络阴阴离离子子用用 括括起起来来。先先是是1 1价价、2 2价价的的金金属属离离子子，其其次次是是AlAl3+3+和和SiSi4+4+，最最后后是是O O2-2-或或OHOH。如钾长石为。如钾长石为KAlSiKAlSi3 3O O8 8。第三页，本课件共有80页n（1 1）构成硅酸盐晶体的）构成硅酸盐晶体的基本结构单元基本结构单元SiOSiO4 4 四面体四面体。Si-O-Si-O-SiSi键是一条夹角不等的折线，一般在键是一条夹角不等的折线，一般在145145o o左右。左右。n（2 2）SiOSiO4 4 四面体的每个顶点，即四面体的每个顶点，

4、即O O2-2-离子最多只能为两个离子最多只能为两个SiOSiO4 4 四面体所共用。四面体所共用。n（3 3）两个相邻的）两个相邻的SiOSiO4 4 四面体之间只能共顶而不能共棱或共四面体之间只能共顶而不能共棱或共面连接。面连接。n（4 4）SiOSiO4 4 四面体中心的四面体中心的SiSi4+4+离子可部分地被离子可部分地被AlAl3+3+所取代。所取代。硅酸盐晶体结构的共同特点：硅酸盐晶体结构的共同特点：第四页，本课件共有80页硅酸盐晶体化学式中不同的硅酸盐晶体化学式中不同的Si/OSi/O比对应基本结构比对应基本结构单元之间的不同结合方式。单元之间的不同结合方式。X X射线结构分析

5、表明，硅酸射线结构分析表明，硅酸盐晶体中盐晶体中SiOSiO4 4 四面体的结合方式有岛状、组群状、链状、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，其对应的型，其对应的Si/OSi/O由由1/41/4变化到变化到1/21/2，结构变得越来越复杂，结构变得越来越复杂，见表见表1-3-1-3-1 1。第五页，本课件共有80页表表1-3-1硅酸盐晶体结构类型与硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系比的关系第六页，本课件共有80页二、岛状结构二、岛状结构SiOSiO4 4 四四面面体体以以孤孤岛岛状状存存

6、在在，各各顶顶点点之之间间并并不不互互相相连连接接，每每个个O O2-2-一一侧侧与与1 1个个SiSi4+4+连连接接，另另一一侧侧与与其其它它金金属属离离子子相配位使电价平衡。结构中相配位使电价平衡。结构中Si/OSi/O比为比为1 1：4 4。岛状硅酸盐晶体主要有锆石英岛状硅酸盐晶体主要有锆石英ZrSiOZrSiO4 4、镁橄榄石、镁橄榄石MgMg2 2SiOSiO4 4、蓝晶石、蓝晶石AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2、莫来石、莫来石3Al3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2以及水以及水泥熟料中的泥熟料中的-C-C2 2S S、-C-C2 2S S和和C C3 3S

7、 S等。等。第七页，本课件共有80页1 1、镁橄榄石、镁橄榄石MgMg2 2SiOSiO4 4 结构结构u属属斜斜方方晶晶系系，空空间间群群PbnmPbnm；晶晶胞胞参参数数a=0.476nma=0.476nm，b=1.021nmb=1.021nm，c=0.599nmc=0.599nm；晶晶胞胞分分子子数数Z=4Z=4。如如图图1-1-3-13-1、1-3-21-3-2、1-3-31-3-3所示。所示。u镁镁橄橄榄榄石石结结构构中中，O O2-2-离离子子近近似似于于六六方方最最紧紧密密堆堆积积排排列列，SiSi4+4+离离子子填填于于四四面面体体空空隙隙的的1/81/8；MgMg2+2+离离

8、子子填填于于八面体空隙的八面体空隙的1/21/2。u每每个个SiOSiO4 4 四四面面体体被被MgOMgO6 6 八八面面体体所所隔隔开开，呈呈孤孤岛岛状分布状分布。第八页，本课件共有80页图图1-3-1镁橄榄石结构镁橄榄石结构（a）（100）面）面上的投影上的投影图图（b）（）（001）面上的投影图）面上的投影图（c）立体侧视立体侧视图图镁橄榄石结构中，镁橄榄石结构中，O O2-2-离子近似于六方最紧密堆积排列，离子近似于六方最紧密堆积排列，SiSi4+4+离子填于四面体空隙的离子填于四面体空隙的1/81/8；MgMg2+2+离子离子填于八面体空隙的填于八面体空隙的1/21/2。每个每个S

9、iOSiO4 4 四面体被四面体被MgOMgO6 6 八面体所隔开，呈孤岛状分布八面体所隔开，呈孤岛状分布。第九页，本课件共有80页图图1-3-2镁橄榄石晶体理想结构镁橄榄石晶体理想结构第十页，本课件共有80页（a）（）（100）面上的投影图）面上的投影图（b）（）（001）面上的投影图）面上的投影图图图1-3-3 镁橄榄石结构镁橄榄石结构第十一页，本课件共有80页结构中的同晶取代结构中的同晶取代：n镁镁橄橄榄榄石石中中的的MgMg2+2+可可以以被被FeFe2+2+以以任任意意比比例例取取代代，形形成成橄榄石（橄榄石（FeFex xMgMg1-x1-x）SiOSiO4 4固溶体。固溶体。n如

10、如果果图图1-3-21-3-2中中2525、7575的的MgMg2+2+被被CaCa2+2+取取代代，则则形形成成钙钙橄橄榄榄石石CaMgSiOCaMgSiO4 4。第十二页，本课件共有80页n如果如果MgMg2+2+全部被全部被CaCa2+2+取代，则形成取代，则形成-Ca-Ca2 2SiOSiO4 4，即即-C-C2 2S S，其中，其中CaCa2+2+的配位数为的配位数为6 6。另一种岛状。另一种岛状结构的水泥熟料矿物结构的水泥熟料矿物-Ca-Ca2 2SiOSiO4 4，即，即-C-C2 2S S属于属于单斜晶系，其中单斜晶系，其中CaCa2+2+有有8 8和和6 6两种配位。由于其两

11、种配位。由于其配位不规则，化学性质活泼，能与水发生水化配位不规则，化学性质活泼，能与水发生水化反应。而反应。而-C-C2 2S S由于配位规则，在水中几乎是由于配位规则，在水中几乎是惰性的。惰性的。第十三页，本课件共有80页结结构构与与性性质质的的关关系系：结结构构中中每每个个O O2-2-离离子子同同时时和和1 1个个SiOSiO4 4 和和3 3个个MgOMgO6 6 相相连连接接，因因此此，O O2-2-的的电电价价是是饱饱和和的的，晶晶体体结结构构稳稳定定。由由于于Mg-OMg-O键键和和Si-OSi-O键键都都比比较较强强，所所以以，镁镁橄橄榄榄石石表表现现出出较较高高的的硬硬度度，

12、熔熔点点达达到到18901890，是是镁镁质质耐耐火火材材料料的的主主要要矿矿物物。同同时时，由由于于结结构构中中各各个个方方向向上上键键力力分分布布比比较较均均匀匀，所所以以，橄橄榄榄石石结结构构没没有有明明显显的的解解理，破碎后呈现粒状。理，破碎后呈现粒状。第十四页，本课件共有80页三、组群状结构三、组群状结构组组群群状状结结构构是是2 2个个、3 3个个、4 4个个或或6 6个个SiOSiO4 4 四四面面体体通通过过共共用用氧氧相相连连接接形形成成单单独独的的硅硅氧氧络络阴阴离离子子团团，如如图图1-3-41-3-4所所示示。硅硅氧氧络络阴阴离离子子团团之之间间再再通通过过其其它它金金

13、属属离离子子连连接接起起来来，所所以以，组组群状结构也称为孤立的有限硅氧四面体群。群状结构也称为孤立的有限硅氧四面体群。双四面体双四面体Si2O76-三节环三节环Si3O96-四节环四节环Si4O128-六节环六节环Si6O1812-第十五页，本课件共有80页n桥桥氧氧：有有限限四四面面体体群群中中连连接接两两个个SiSi4+4+离离子子的的氧氧称称为为桥桥氧氧，由由于于这这种种氧氧的的电电价价已已经经饱饱和和，一一般般不不再再与与其其它它正正离离子子再再配配位位，故故桥桥氧氧亦亦称称为为非非活性氧活性氧。n非非桥桥氧氧：相相对对地地只只有有一一侧侧与与SiSi4+4+离离子子相相连连接的氧称

14、为接的氧称为非桥氧非桥氧或或活性氧活性氧。第十六页，本课件共有80页组群状结构中组群状结构中Si/OSi/O比为比为2 2：7 7或或1 1：3 3。n硅硅钙钙石石CaCa3 3SiSi2 2O O7 7，铝铝方方柱柱石石CaCa2 2AlAlSiOAlAlSiO7 7 和和镁方柱石镁方柱石CaCa2 2MgSiMgSi2 2O O7 7 等具有双四面体结构。等具有双四面体结构。n蓝锥矿蓝锥矿BaTiSiBaTiSi3 3O O9 9 具有三节环结构。具有三节环结构。n绿宝石绿宝石BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818 具有六节环结构。具有六节环结构。第十七页，本课件共有80

15、页图图1-3-5绿宝石晶胞在绿宝石晶胞在（0001）面上的投影（上半）面上的投影（上半个晶胞）个晶胞）基基本本结结构构单单元元：由由6 6个个SiOSiO4 4 四四面面体体组组成成的的六六节节环环。六六节节环环中中的的1 1个个SiSi4+4+和和2 2个个O O2-2-处处在在同同一一高高度度，环环与与环环相相叠叠起起来来。图图中中粗粗黑黑线线的的六六节节环环在在上上面面，标标高高为为100100，细细黑黑线线的的六六节节环环在在下下面面，标标高高为为5050。上上下下两两层层环环错错开开3030o o，投投影影方方向向并并不不重重叠叠。环与环之间通过环与环之间通过BeBe2+2+和和Al

16、Al3+3+离子连接。离子连接。绿宝石绿宝石BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818 结构结构绿宝石属于六方晶系，空间群绿宝石属于六方晶系，空间群P6/mcc，晶胞参数，晶胞参数a=0.921nm，c=0.917nm，晶胞分子数，晶胞分子数Z=2，如，如图图1-3-5。第十八页，本课件共有80页结结构构与与性性质质的的关关系系：绿绿宝宝石石结结构构的的六六节节环环内内没没有有其其它它离离子子存存在在，使使晶晶体体结结构构中中存存在在大大的的环环形形空空腔腔。当当有有电电价价低低、半半径径小小的的离离子子（如如NaNa+）存存在在时时，在在直直流流电电场场中中，晶晶体体会会表表现

17、现出出显显著著的的离离子子电电导导，在在交交流流电电场场中中会会有有较较大大的的介介电电损损耗耗；当当晶晶体体受受热热时时，质质点点热热振振动动的的振振幅幅增增大大，大大的的空空腔腔使使晶晶体体不不会会有有明明显显的的膨膨胀胀，因因而而表表现现出出较较小小的的膨膨胀胀系系数数。结结晶晶学学方面，绿宝石的晶体常呈现六方或复六方柱晶形。方面，绿宝石的晶体常呈现六方或复六方柱晶形。第十九页，本课件共有80页介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场介质在外加电场时会产生感应电荷而削弱电场，原外加电场(真空中真空中)与与最终介质中电场比值即为最终介质中电场比值即为介电常数介电常数(perme

18、ablity),(permeablity),又称诱电率又称诱电率.其其小，代表束缚电子能力弱。小，代表束缚电子能力弱。介电强度介电强度（dielectric strengthdielectric strength）是指单位厚度的绝缘材）是指单位厚度的绝缘材料在击穿之前能够承受的最高电压，即电场强度最大值，单料在击穿之前能够承受的最高电压，即电场强度最大值，单位是位是kV/mmkV/mm。包括塑料。包括塑料 介电损耗介电损耗是指是指 电介质在交变电场中电介质在交变电场中,由于消耗部分电能而使电解质本由于消耗部分电能而使电解质本身发热的现象。原因身发热的现象。原因,电解质中含有能导电的载流子电解质

19、中含有能导电的载流子,在外加电场作在外加电场作用下用下,产生导电电流产生导电电流,消耗掉一部分电能消耗掉一部分电能,转为热能。转为热能。第二十页，本课件共有80页堇堇青青石石MgMg2 2AlAl3 3AlSiAlSi5 5O O1818 与与绿绿宝宝石石结结构构相相同同，但但六六节节环环中中有有一一个个SiSi4+4+被被AlAl3+3+取取代代；同同时时，环环外外的的正正离离子子由由（BeBe3 3AlAl2 2）变变为为（MgMg2 2AlAl3 3），使使电电价价得得以以平平衡衡。此此时时，正正离离子子在在环环形形空空腔腔迁迁移移阻阻力力增增大大，故故堇堇青青石石的的介介电电性性质质较

20、较绿绿宝宝石石有有所所改改善善。堇堇青青石石陶陶瓷瓷热热学学性性能能良良好好，但但不不宜宜作作无无线线电电陶陶瓷瓷，因为其高频损耗大。因为其高频损耗大。应应该该注注意意，有有的的研研究究者者将将绿绿宝宝石石中中的的BeOBeO4 4 四四面面体体归归到到硅硅氧氧骨骨架架中中，这这样样绿绿宝宝石石就就属属于于架架状状结结构构的的硅硅酸酸盐盐矿矿物物，分分子子式式改改写写为为AlAl2 2BeBe3 3SiSi6 6O O1818。至至于于堇堇青青石石，有有人人提提出出它它是是 一一 种种 带带 有有 六六 节节 环环 和和 四四 节节 环环 的的 结结 构构，化化 学学 式式 为为MgMg2 2

21、AlAl4 4SiSi5 5O O1818。第二十一页，本课件共有80页四、链状结构四、链状结构1.1.链的类型、重复单元与化学式链的类型、重复单元与化学式 硅硅氧氧四四面面体体通通过过共共用用的的氧氧离离子子相相连连接接，形形成成向向一一维维方方向向无无限限延延伸伸的的链链。依依照照硅硅氧氧四四面面体体共共用用顶顶点点数数目目的的不同，分为不同，分为单链和双链单链和双链两类。两类。第二十二页，本课件共有80页如如果果每每个个硅硅氧氧四四面面体体通通过过共共用用两两个个顶顶点点向向一一维维方方向向无无限限延延伸伸，则则形形成成单单链链，见见图图1-3-61-3-6 。单单链链结结构构以以SiS

22、i2 2O O6 6 4-4-为为结结构构单元不断重复，结构单元的化学式为单元不断重复，结构单元的化学式为SiSi2 2O O6 6。在在单单链链结结构构中中，按按照照重重复复出出现现与与第第一一个个硅硅氧氧四四面面体体的的空空间间取取向向完完全全一一致致的的周周期期不不等等，单单链链分分为为1 1节节链链、2 2节节链链、3 3节节链链7 7节节链链等等7 7种类型，见图种类型，见图1-3-7 1-3-7。第二十三页，本课件共有80页图图1-3-7 单链结构类型单链结构类型第二十四页，本课件共有80页图图1-3-6硅氧四面体所构成的链硅氧四面体所构成的链（a）单链结构）单链结构 （d）双链结

23、构）双链结构 （c）（）（b）（）（e）为从箭头方向观察所得的投影图）为从箭头方向观察所得的投影图两条相同的单链通过尚未共用的氧组成带状，形成两条相同的单链通过尚未共用的氧组成带状，形成双链双链。双链以。双链以Si4O116-为结构单元向一维方向无限伸展，化学式为为结构单元向一维方向无限伸展，化学式为Si4O11。第二十五页，本课件共有80页辉辉石石类类硅硅酸酸盐盐结结构构中中含含有有SiSi2 2O O6 6 单单链链，如如透透辉辉石石、顽顽火火辉辉石石等等。链链间间通通过过金金属属正正离离子连接，最常见的是子连接，最常见的是MgMg2+2+和和CaCa2 2。角角闪闪石石类类硅硅酸酸盐盐含

24、含有有双双链链SiSi4 4O O1111，如如斜斜方方角角闪闪石石（MgMg，FeFe）7 7SiSi4 4O O1111 2 2（OHOH）2 2和和透透闪石闪石CaCa2 2MgMg5 5SiSi4 4O O1111 2 2（OHOH）2 2等。等。第二十六页，本课件共有80页透辉石透辉石CaMgSiCaMgSi2 2O O6 6 结构结构 透透辉辉石石属属单单斜斜晶晶系系，空空间间群群C2/cC2/c，晶晶胞胞参参数数a=0.971nma=0.971nm，b=0.889nmb=0.889nm，c=0.524nmc=0.524nm，=105=105o o3737，。第二十七页，本课件共有

25、80页图图1-3-8透辉石结构透辉石结构（A）（）（010）面上的投影）面上的投影（B）（）（001）面上的投影）面上的投影晶晶胞胞分分子子数数Z=4Z=4。如如图图1-3-81-3-8所所示示，硅硅氧氧单单链链SiSi2 2O O6 6 平平行行于于c c轴轴方方向向伸伸展展，图图中中两两个个重重叠叠的的硅硅氧氧链链分分别别以以粗粗黑黑线线和和细细黑黑线线表表示示。单单链链之之间间依依靠靠CaCa2+2+、MgMg2+2+连连接接。CaCa2+2+的的配配位数为位数为8 8，MgMg2+2+为为6 6。CaCa2+2+负责负责SiOSiO4 4 底面间的连接，底面间的连接，MgMg2+2+负

26、责顶点间的连接。负责顶点间的连接。若若透透辉辉石石结结构构中中的的CaCa2+2+全全部部被被MgMg2+2+取取代代，则则形形成成斜斜方方晶晶系系的的顽顽火火辉辉石石MgMg2 2SiSi2 2O O6 6。第二十八页，本课件共有80页五、层状结构五、层状结构1.1.层状结构的基本单元、化学式与类型层状结构的基本单元、化学式与类型n 层状结构是每个硅氧四面体通过层状结构是每个硅氧四面体通过3 3个桥氧连接，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），见图面体群），见图1-3-9 1-3-9。n 在六节环状的层中，可取出一个矩形

27、单元在六节环状的层中，可取出一个矩形单元SiSi4 4O O1010 4-4-，于是硅氧层的化学式可写为，于是硅氧层的化学式可写为SiSi4 4O O1010。第二十九页，本课件共有80页图图1-3-9层状结构硅氧四面体层状结构硅氧四面体（a）立体图）立体图（b）投影图）投影图Si4O10第三十页，本课件共有80页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

28、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 6配配位位的的MgMg2+2+或或AlAl3+3+离离子子，同同时时，水水分分子子以以OHOH形形式式存存在在于于这这些些离离子子周周围围，形形成所谓的水铝石或水镁石层。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 1：1 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）石层，称为石层，称为2 2：1 1层，层，见见图图1-3-101-3-10、图、图1-3

29、-111-3-11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，后者只有据，后者只有2/32/3的八面体空隙被填充。的八面体空隙被填充。第三十一页，本课件共有80页图图1-3-10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（）：型第三十二页，本课件共有80页图图1-3-11单网层及复网层的构成单网层及复网层的构成第三十三页，本课件

30、共有80页高岭石高岭石Al2O32SiO22H2O的结构的结构(即即Al4Si4O10(OH)8)高高岭岭石石是是一一种种主主要要的的粘粘土土矿矿物物，属属三三斜斜晶晶系系，空空间间群群C1C1；晶晶 胞胞 参参 数数 a=0.514nma=0.514nm，b=0.893nmb=0.893nm，c=0.737nmc=0.737nm，=91=91o o3636，=104=104o o4848，=89=89o o5454，；晶胞分子数；晶胞分子数Z=1Z=1。结结构构如如图图1-3-131-3-13，高高岭岭石石的的基基本本结结构构单单元元是是由由硅硅氧氧层层和和水水铝铝石石层层构构成成的的单单网

31、网层层，单单网网层层平平行行叠叠放放形形成成高高岭岭石石结结构构。AlAl3+3+配配位位数数为为6 6，其其中中2 2个个是是O O2-2-，4 4个个是是OHOH-，形形成成AlOAlO2 2(OH)(OH)4 4 八八面面体体，正正是是这这两两个个O O2-2-把把水水铝铝石石层层和和硅硅氧氧层层连连接接起起来来。水水铝铝石石层层中，中，AlAl3+3+占据八面体空隙的占据八面体空隙的2/32/3。第三十四页，本课件共有80页图图1-3-13高岭石的结构高岭石的结构结结构构如如图图1-3-131-3-13，高高岭岭石石的的基基本本结结构构单单元元是是由由硅硅氧氧层层和和水水铝铝石石层层构

32、构成成的的单单网网层层，单单网网层层平平行行叠叠放放形形成成高高岭岭石石结结构构。AlAl3+3+配配位位数数为为6 6，其其中中2 2个个是是O O2-2-，4 4个个是是OHOH-，形形成成AlOAlO2 2(OH)(OH)4 4 八八面面体体，正正是是这这两两个个O O2-2-把把水水铝铝石石层层和和硅硅氧氧层层连连接接起起来来。水水铝铝石石层层中中，AlAl3+3+占占据据八八面面体空隙的体空隙的2/32/3。第三十五页，本课件共有80页(d)(a)(001)面上的投影面上的投影(b)（100）面）面上的投影（显上的投影（显示出单网层中示出单网层中Al3+填充填充2/3八八面体空隙）面

33、体空隙）(c)（001）面）面上的投影上的投影（显示出硅（显示出硅氧层的六节氧层的六节环及各离子环及各离子的配位信息）的配位信息）（d）（）（010）面上的投影）面上的投影（显示出单网层的构成）（显示出单网层的构成）第三十六页，本课件共有80页结结构构与与性性质质的的关关系系：根根据据电电价价规规则则计计算算出出单单网网层层中中O O2-2-的的电电价价是是平平衡衡的的，即即理理论论上上层层内内是是电电中中性性的的，所所以以，高高岭岭石石的的层层间间只只能能靠靠物物理理键键来来结结合合，这这就就决决定定了了高高岭岭石石也也容容易易解解理理成成片片状状的的小小晶晶体体。但但单单网网层层在在平平行

34、行叠叠放放时时是是水水铝铝石石层层的的OHOH与与硅硅氧氧层层的的O O2-2-相相接接触触，故故层层间间靠靠氢氢键键来来结结合合。由由于于氢氢键键结结合合比比分分子子间间力力强强，所所以以，水水分分子子不不易易进进入入单单网网层层之之间间，晶晶体体不不会会因因为为水水含含量量增增加加而而膨膨胀胀。第三十七页，本课件共有80页滑石滑石MgMg3 3SiSi4 4O O1010（OHOH）2 2的结构的结构 滑滑石石属属单单斜斜晶晶系系，空空间间群群C2/cC2/c，晶晶胞胞参参数数a=0.525nma=0.525nm，b=0.910nmb=0.910nm，c=1.881nmc=1.881nm，

35、=100=100o o；结结构构属属于于复复网网层层结结构构，如如图图1-1-3-123-12所示。所示。（a a）所所示示 OHOH位位于于六六节节环环中中心心，MgMg2+2+位位于于SiSi4+4+与与OHOH形形成成的的三三角角形的中心，但高度不同。形的中心，但高度不同。（b b）所所示示，两两个个硅硅氧氧层层的的活活性性氧氧指指向向相相反反，中中间间通通过过镁镁氢氢氧氧层层连连接接，形形成成复复网网层层。复复网网层层平平行行排排列列即即形形成成滑滑石石结结构构。水水镁镁石石层层中中MgMg2+2+的的配配位位数数为为6 6，形形成成MgOMgO4 4（OHOH）2 2 八八面面体体。

36、其其中中全全部部八八面面体体空隙被空隙被MgMg2+2+所填充，因此，滑石结构属于三八面体型结构。所填充，因此，滑石结构属于三八面体型结构。第三十八页，本课件共有80页图图1-3-12滑石的结构滑石的结构（a）（）（001）面上的）面上的投影投影（b）图（）图（a）结构的纵）结构的纵剖面图剖面图（a a）所所示示 OHOH位位于于六六节节环环中中心。心。（b b）所所示示，两两个个硅硅氧氧层层的的活活性性氧氧指指向向相相反反，中中间间通通过过镁镁氢氢氧氧层层连连接接，形形成成复复网网层层。复复网网层层平平行行排排列列即即形形成成滑滑石石结结构构。水水镁镁石石层层中中MgMg2+2+的的配配位位

37、数数为为6 6，形形成成MgOMgO4 4（OHOH）2 2 八八面面体体。其其中中全全部部八八面面体体空空隙隙被被MgMg2+2+所所填填充充，因因此此，滑石结构属于三八面体型结构。滑石结构属于三八面体型结构。第三十九页，本课件共有80页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 3个个MgMg2+2+相相连连接接，从从MgMg2+2+处处获获得得的的静静电电键键强强度度为为32/6=132/6=1，从从SiSi4+4+处处也也获获得得1 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，OHOH中中的的氧氧的的电电价价也也是是饱饱和和的的，

38、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动，所所有有滑滑石石晶晶体体具具有有良良好好的片状解理的片状解理特性，并具有特性，并具有滑腻感滑腻感。第四十页，本课件共有80页n离离子子取取代代现现象象：用用2 2个个AlAl3+3+取取代代滑滑石石中中的的3 3个个MgMg2+2+，则则形形成成二二八八面面体体型型结结构构（AlAl3+3+占占据据2/32/3的的八八面面体体空空隙隙）的的叶叶蜡蜡石石AlAl2 2SiSi4 4O O1010（OHOH）2 2结结构构。同

39、同样样，叶叶蜡蜡石石也也具具有有良良好好的的片片状状解理和滑腻感。解理和滑腻感。n晶晶体体加加热热时时结结构构的的变变化化：滑滑石石和和叶叶蜡蜡石石中中都都含含有有OHOH，加加热热时时会会产产生生脱脱水水效效应应。滑滑石石脱脱水水后后变变成成斜斜顽顽火火辉辉石石-Mg-Mg2 2SiSi2 2O O6 6，叶叶蜡蜡石石脱脱水水后后变变成成莫莫来来石石3Al3Al2 2O O3 32SiO2SiO2 2。它它们们都都是是玻玻璃璃和和陶陶瓷瓷工工业业的的重重要要原原料料，滑滑石石可可以以用用于于生生成成绝绝缘缘、介介电电性性能能良良好好的的滑滑石石瓷瓷和和堇堇青青石石瓷瓷，叶叶蜡蜡石石常常用用作

40、作硼硼硅硅质质玻玻璃璃中中引引入入AlAl2 2O O3 3的的原原料。料。第四十一页，本课件共有80页蒙脱石的结构蒙脱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/maC2/ma；理论化学式为；理论化学式为 AlAl2 2SiSi4 4O O1010(OH)(OH)2 2nHnH2 2O O晶胞参数晶胞参数a=0.515nma=0.515nm，b=0.894nmb=0.894nm，c=1.520nmc=1.520nm，=90=90o o；单位晶胞中；单位晶胞中Z=2Z=2。实际化学式为实际化学式为 (Al (Al2-x2-xMgMgx x)

41、Si)Si4 4O O1010(OH)(OH)2 2（NaNax xnHnH2 2O O），），式中式中x=0.33x=0.33，晶胞参数，晶胞参数a a 0.532nm0.532nm，b b 0.906nm0.906nm，c c的数的数值随含水量而变化，无水时值随含水量而变化，无水时c c 0.960nm0.960nm。第四十二页，本课件共有80页蒙蒙脱脱石石具具有有复复网网层层结结构构，由由两两层层硅硅氧氧四四面面体体层层和和夹夹在在中中间间的的水水铝铝石石层层所所组组成成，如如图图1-3-141-3-14所所示示。理理论论上上复复网网层层内内呈呈电电中中性性，层层间间靠靠分分子子间间力力

42、结结合合。实实际际上上，由由于于结结构构中中AlAl3+3+可可被被MgMg2+2+取取代代，使使复复网网层层并并不不呈呈电电中中性性，带带有有少少量量负负电电荷荷（一一般般为为-0.33e-0.33e，也也可可有有很很大大变变化化）；因因而而复复网网层层之之间间有有斥斥力力，使使略略带带正正电电性性的的水水化化正正离离子子易易于于进进入入层层间间；与与此此同同时时，水水分分子子也也易易渗渗透透进进入入层层间间，使使晶晶胞胞c c轴轴膨膨胀胀，随随含含水水量量变变化化，由由0.960nm0.960nm变变化化至至2.140nm2.140nm，因此，因此，蒙脱石蒙脱石又称为又称为膨润土膨润土。第

43、四十三页，本课件共有80页图图1-3-14蒙脱石的结构蒙脱石的结构第四十四页，本课件共有80页n结结构构中中的的离离子子置置换换现现象象：由由于于晶晶格格中中可可发发生生多多种种离离子子置置换换，使使蒙蒙脱脱石石的的组组成成常常与与理理论论化化学学式式有有出出入入。其其中中硅硅氧氧四四面面体体层层内内的的SiSi4+4+可可以以被被AlAl3+3+或或P P5+5+等等取取代代，这这种种取取代代量量是是有有限限的的；八八面面体体层层（即即水水铝铝石石层层）中中的的AlAl3+3+可可被被MgMg2+2+、CaCa2+2+、FeFe2+2+、ZnZn2+2+或或LiLi+等等所取代，取代量可以从

44、极少量到全部被取代。所取代，取代量可以从极少量到全部被取代。第四十五页，本课件共有80页n结结构构与与性性质质关关系系：蒙蒙脱脱石石晶晶胞胞c c轴轴长长度度随随含含水水量量而而变变化化，甚甚至至空空气气湿湿度度的的波波动动也也能能导导致致c c轴轴参参数数的的变变化化，所所以以，晶晶体体易易于于膨膨胀胀或或压压缩缩。加加水水膨膨胀胀，加加热热脱脱水水并并产产生生较较大大收收缩缩，一一直直干干燥燥到到脱脱去去结结构构水水之之前前，其其晶晶格格结结构构不不会会被被破破坏坏。随随层层间间水水进进入入的的正正离离子子使使复复网网层层电电价价平平衡衡，它它们们易易于于被被交交换换，使矿物具有使矿物具有

45、很高的阳离子交换能力很高的阳离子交换能力。第四十六页，本课件共有80页白云母白云母KAl2AlSi3O10（OH）2的结构的结构属属单单斜斜晶晶系系，空空间间群群C2/cC2/c；晶晶胞胞参参数数a=0.519nma=0.519nm，b=0.900nmb=0.900nm，c=2.004nmc=2.004nm，=95=95o o1111，；Z=2Z=2。其其结结构构如如图图1-1-3-153-15所示，图中重叠的所示，图中重叠的O O2-2-已稍行移开。已稍行移开。白白云云母母属属于于复复网网层层结结构构，复复网网层层由由两两个个硅硅氧氧层层及及其其中中间间的的水水铝铝石石层层所所构构成成。连连

46、接接两两个个硅硅氧氧层层的的水水铝铝石石层层中中的的AlAl3+3+之之配配位位数数为为6 6，形形成成AlOAlO4 4（OHOH）2 2 八八面面体体。由由图图可可以以看看出出，两两相相邻邻复复网网层层之之间间呈呈现现对对称称状状态态，因因此此相相邻邻两两硅硅氧氧六六节节环处形成一个巨大的空隙。环处形成一个巨大的空隙。第四十七页，本课件共有80页图图1-3-15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）面上的投影第四十八页，本课件共有80页n结结构构与与性性质质关关系系：白白云云母母结结构构与与蒙蒙脱脱石石相相似似，但但因因其其硅硅氧

47、氧层层中中有有1/41/4的的SiSi4+4+被被AlAl3+3+取取代代，复复网网层层不不呈呈电电中中性性，所所以以，层层间间有有K K+进进入入以以平平衡衡其其负负电电荷荷。K K+的的配配位位数数为为1212，呈呈统统计计地地分分布布于于复复网网层层的的六六节节环环的的空空隙隙间间，与与硅硅氧氧层层的的结结合合力力较较层层内内化化学学键键弱弱得得多多，故云母易沿层间发生解理，可剥离成片状。故云母易沿层间发生解理，可剥离成片状。第四十九页，本课件共有80页1)21)2个个AlAl3+3+被被3 3个个MgMg2+2+取取代代，形形成成金金云云母母KMgKMg3 3AlSiAlSi3 3O

48、O1010(OH)(OH)2 2；用用F F取取代代OHOH，得得到到人人工工合合成成的的氟氟金金云云母母KMgKMg3 3AlSiAlSi3 3O O1010FF2 2，作作绝绝缘缘材材料料使使用用时时耐耐高高温温达达10001000，而天然的仅，而天然的仅600600。2)2)用用(Mg(Mg2+2+,FeFe2+2+)代替代替AlAl3+3+，形成黑云母，形成黑云母K(MgK(Mg，FeFe )3 3AlSiAlSi3 3O O1010(OH(OH )2 2；3)3)用用(Li(Li+，FeFe2+2+)取代取代1 1个个AlAl3+3+，得锂铁云母，得锂铁云母KLiFeKLiFe2+2

49、+AlAlSiAlAlSi3 3O O1010(OH(OH )2 2；4)4)若若2 2个个LiLi+取取代代1 1个个AlAl3+3+，同同时时AlSiAlSi3 3O O1010 中中的的AlAl3+3+被被SiSi4+4+取取代代，则则形形成成锂锂云母云母KliKli2 2AlSiAlSi4 4O O1010(OH)(OH)2 2。5)5)如如果果K K+被被NaNa+取取代代，形形成成钠钠云云母母；若若K K+被被CaCa2+2+取取代代，同同时时硅硅氧氧层层内内有有1/21/2的的SiSi4+4+被被AlAl3+3+取取代代，则则成成为为珍珍珠珠云云母母CaAlCaAl2 2AlAl

50、2 2SiSi2 2O O1010 (OH(OH)2 2，由由于于CaCa2+2+连接复网层较连接复网层较K K+牢固，因而珍珠云母的解理性较白云母差。牢固，因而珍珠云母的解理性较白云母差。n结构中的离子取代：结构中的离子取代：第五十页，本课件共有80页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，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、耐热冲击性、机械强度和高温介电好的抗腐蚀性、耐热冲击性、机械强度和高温介电性能，可作为性能，可作为新型的电绝缘材料新型的电绝缘材料。云母型微晶玻璃。云母型