2-2硅酸盐晶体结构.ppt

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1、无机材料科学基础无机材料科学基础第二节第二节 硅酸盐硅酸盐(Silicate)Silicate)晶体结构晶体结构地壳中的优势矿物为硅酸盐和地壳中的优势矿物为硅酸盐和铝硅酸盐。铝硅酸盐。在地壳中形成矿物时，由于成在地壳中形成矿物时，由于成矿的环境不可能十分纯净，矿矿的环境不可能十分纯净，矿物组成中常含有其它元素，加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取可以被其它离子部分或全部取代，这就使得硅酸盐晶体的化代，这就使得硅酸盐晶体的化学组成甚为复杂。学组成甚为复杂。地壳内元素的丰度地壳内元素的丰度无机材料科学基础无机材料科学基础一、硅酸

2、盐晶体的一般特点及分类一、硅酸盐晶体的一般特点及分类 硅酸盐结构的一般特点硅酸盐结构的一般特点:（1 1）据据鲍鲍林林第第一一规规则则，SiSi4 4的的配配位位数数为为4 4，形形成成 SiOSiO4 4 四四面面体体。SiSiO O之之间间的的平平均均距距离离为为0.1600.160nmnm，此此值值小小于于硅硅氧氧离离子子半半径径之之和和0.1810.181nmnm，说说明明硅硅氧氧键键并并非非简简单单的的离离子子键键，尚尚含含有有相相当当成成分分的的共共价价键键，一一般般认认为为，离离子子键键和和共共价价键键各各占占5050。SiSi4 4之之间间不不直直接接相相连连，而而必必须须通通

3、过过O O2 2相相连。连。（2 2）按按静静电电键键规规则则，Z Z4 4，s=1s=1，i=2i=2，所所以以么么一一个个O O2 2最最多多为为两两个个 SiOSiO4 4 四四面面体体所所共共有有，如如果果只只有有一一个个SiSi4 4为为O O2 2提提供供电电价价，那那么么O O2 2另另一一个个未未饱饱和和的的电电价价将将由由其其它它离离子子如如AlAl3 3、MgMg2 2等等来来提提供供。SiOSiO4 4 四四面面体体中中心心的的SiSi4+4+离离子子可可部部分分地地被被AlAl3+3+所取代。所取代。这种情况在硅酸盐结构中是经常见到的。这种情况在硅酸盐结构中是经常见到的

4、。无机材料科学基础无机材料科学基础续续（3 3）按按鲍鲍林林第第三三规规则则，SiOSiO4 4 四四面面体体可可以以独独立立存存在在，两两个个相相邻邻的的 SiOSiO4 4 四四面面体体只只以以共共顶顶，而而不不以以共共棱棱或共面存在。或共面存在。（4 4）按按鲍鲍林林第第五五规规则则，在在同同一一类类型型硅硅酸酸盐盐中中，SiOSiO4 4 四面体的连接方式一般只有一种。四面体的连接方式一般只有一种。（5 5）SiSiO OSiSi结结合合键键通通常常并并不不是是一一条条直直线线，而而是是一一条条折折线线，其其SiSiO OSiSi键键角角并并不不完完全全一一致致，一一般般在在14514

5、5 左右。左右。SP3杂化无机材料科学基础无机材料科学基础书写方法书写方法硅酸盐晶体的表达式有硅酸盐晶体的表达式有化学式化学式和和结构式结构式两种：两种：（1 1）即按氧化物来书写。若用化学式书写，则可按）即按氧化物来书写。若用化学式书写，则可按1 1价、价、2 2价、价、3 3价价氧化物的顺序书写，最后写出氧化物的顺序书写，最后写出SiOSiO2 2和和H H2 2O O。（2 2）即按无机络盐方式书写。若用结构式书写，则先写）即按无机络盐方式书写。若用结构式书写，则先写外加正离子，后写硅氧骨干，再写外加负离子，（外加正离子，后写硅氧骨干，再写外加负离子，（OHOH）和和H H2 2O O。

6、例例1 1：钾长石，：钾长石，化学式：化学式：K K2 2OAlOAl2 2O O3 3 6SiO 6SiO2 2 ，结构式：结构式：KAlSiKAlSi3 3O O8 8。例例2 2：高岭石，：高岭石，化学式：化学式：AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 22H2H2 2O O，结构式：结构式：AlAl2 2SiSi2 2O O5 5(OH)(OH)4 4。无机材料科学基础无机材料科学基础Si:OSi:O公用氧公用氧硅氧骨干硅氧骨干类型类型例子例子1:41:40 0 SiOSiO4 4 4-4-孤岛状孤岛状有有限限硅硅氧氧基基团团镁橄榄石镁橄榄石MgMg2 2SiOSiO4 4 1:

7、3.51:3.51 1 SiSi2 2O O7 7 6-6-双四面体双四面体硅钙石硅钙石CaCa3 3SiSi2 2O O7 7 1:31:32 2 SiSi3 3O O9 9 6-6-三元环三元环蓝锥矿蓝锥矿BaTiSiBaTiSi3 3O O9 9 2 2 SiSi4 4O O1212 8-8-四元环四元环斧石斧石CaCa2 2AlAl2 2(Fe,Mn)BO(Fe,Mn)BO3 3SiSi4 4O O1212(OH)(OH)2 2 SiSi6 6O O1818 12-12-六元环六元环绿宝石绿宝石BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818 2 2 SiSi2 2O O6 6

8、 4-4-单链状单链状无无限限硅硅氧氧基基团团透辉石透辉石CaMgSiCaMgSi2 2O O6 6 1:2.71:2.75 52 2，3 3 SiSi4 4O O1111 6-6-双链状双链状透闪石透闪石CaMgCaMg5 5SiSi4 4O O1111 2 2(OH)(OH)2 21:2.51:2.53 3 SiSi4 4O O1010 4-4-层状层状高岭石高岭石AlAl4 4SiSi4 4O O1010(OH)(OH)8 81:21:24 4 SiOSiO2 2 架状架状石英石英 SiOSiO2 2表表 硅酸盐晶体结构分类硅酸盐晶体结构分类无机材料科学基础无机材料科学基础6 6硅酸盐结

9、构示意图硅酸盐结构示意图无机材料科学基础无机材料科学基础双四面体双四面体结构单元Si2O88-1O2-=Si2O76-此O被共用无机材料科学基础无机材料科学基础三元环三元环基本结构单元Si3O1212-3O2-Si3O96-此O被共用共有三个这样的O对于每个SiO4有两个O被共用无机材料科学基础无机材料科学基础六元环六元环O5O4O8O10O3O3O9Si4O5Si3O4O8Si1Si2O10O9Si4Si3O6O7O2O1O6O7无机材料科学基础无机材料科学基础链状结构示意图链状结构示意图单链结构示意图Single chains双链结构示意图Double chain silicates无机材

10、料科学基础无机材料科学基础二、岛状结构（二、岛状结构（Orthosilicates(Nesosilictaes)Orthosilicates(Nesosilictaes)）在硅酸盐晶体中，在硅酸盐晶体中，SiOSiO4 4 四面体以孤立状态存在，四面体以孤立状态存在，SiOSiO4 4 四面体之间不是以四面体之间不是以O O2 2共顶连接，即每个共顶连接，即每个O O2 2除了与一个除了与一个SiSi4+4+相连外，不再与其它相连外，不再与其它 SiOSiO4 4 四面四面体中的体中的SiSi4+4+相连，而与其它金属离子相连。相连，而与其它金属离子相连。主要有镁橄榄石（主要有镁橄榄石（MgM

11、g2 2SiOSiO4 4），），锆英石（锆英石（ZrSiOZrSiO4 4）等等 Neo-:fromGreekMeans:island无机材料科学基础无机材料科学基础（1 1）镁橄榄石（）镁橄榄石（MgMg2 2SiOSiO4 4）（）（OlivineOlivine）基基本本特特征征：斜斜方方晶晶系系，PbnmPbnm空空间间群群。晶晶格格常常数数a=0.467nm,b=1.020nm,c=0.598nm,a=0.467nm,b=1.020nm,c=0.598nm,每每个个晶晶胞胞中中有有4 4个个“分子分子”，故可以写成，故可以写成MgMg8 8SiSi4 4O O1616。按鲍林第一规则

12、按鲍林第一规则:所所以以SiSi4 4的的配配位位数数为为4 4，形形成成 SiOSiO4 4 四四面面体体；，所以，所以MgMg2 2的配位数为的配位数为6 6，形成，形成 MgOMgO6 6 八面体。八面体。按鲍林第三规则，按鲍林第三规则，SiOSiO4 4 四面体应该孤立存在，四面体应该孤立存在，而而 MgOMgO6 6 八面体可以共棱。八面体可以共棱。无机材料科学基础无机材料科学基础续（镁橄榄石结构）续（镁橄榄石结构）按按鲍鲍林林第第四四规规则则，高高价价低低配配位位的的 SiOSiO4 4 四四面面体体不不互互相相结结合合，而而是是孤孤立立存存在在，而而 SiOSiO4 4 四四面面

13、体体和和 MgOMgO6 6 八八面面体直接可以共顶和共棱连接。体直接可以共顶和共棱连接。按按鲍鲍林林第第五五规规则则，在在镁镁橄橄榄榄石石中中，SiSi4 4的的配配位位方方式式只只有有 SiOSiO4 4 四四面面体体，MgMg2 2只只有有 MgOMgO6 6 八八面面体体，没没有有其其它它形式配位多面体的存在。形式配位多面体的存在。结构和性能的关系：结构和性能的关系：镁镁橄橄榄榄石石结结构构紧紧密密，静静电电键键也也很很强强，硬硬度度较较高高，结结构构稳稳定定，熔熔点点高高达达18001800，是是一一类类重重要要的的耐耐火火材材料料。同同时时在在各各个个方方向向上上结结合合力力分分布

14、布差差异异不不大大，所所以以没没有有显显著的解理，常呈粒状。著的解理，常呈粒状。无机材料科学基础无机材料科学基础示意图示意图镁橄榄石在（镁橄榄石在（100）面投影）面投影无机材料科学基础无机材料科学基础镁橄榄石结构中的同晶取代：镁橄榄石结构中的同晶取代：镁橄榄石中的镁橄榄石中的MgMg2+2+可以被可以被FeFe2+2+以任意比例取代，形成铁以任意比例取代，形成铁橄榄石（橄榄石（FeFex xMgMg1-x1-x）SiOSiO4 4固溶体。固溶体。部分部分MgMg2+2+被被CaCa2+2+取代，则形成钙橄榄石取代，则形成钙橄榄石CaMgSiOCaMgSiO4 4。如果如果MgMg2+2+全部

15、被全部被CaCa2+2+取代，则形成取代，则形成-CaCa2 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。水泥熟料矿物水泥熟料矿物-CaCa2 2SiOSiO4 4，属于单斜晶系，其中属于单斜晶系，其中CaCa2+2+有有8 8和和6 6两种配位。由于其配位不规则，化学性质活泼，能两种配位。由于其配位不规则，化学性质活泼，能与水发生水化反应。而与水发生水化反应。而-C C2 2S S由于配位规则，在水中几由于配位规则，在水中几乎是惰性的。乎是惰性的。其它同类型晶体其它同类型晶体：蓝晶石蓝晶石AlAl2 2O O3 3SiOSiO2 2、莫

16、来石莫来石3 3AlAl2 2O O3 32SiO2SiO2 2以及水泥熟料中的以及水泥熟料中的-C C2 2S S、-C-C2 2S S和和C C3 3S S等。等。水泥的主要组成矿物之一无机材料科学基础无机材料科学基础橄榄石橄榄石自然界中，橄榄石（自然界中，橄榄石（PeridotPeridot或或OlivineOlivine）因具有橄榄绿色而得名，因具有橄榄绿色而得名，以酷似祖母绿色者最佳，次为浓绿以酷似祖母绿色者最佳，次为浓绿色和黄绿色，为八月诞辰石，产于色和黄绿色，为八月诞辰石，产于河北，吉林。河北，吉林。无机材料科学基础无机材料科学基础三、组群状结构（三、组群状结构（Sorosili

17、cates and Sorosilicates and CyclosilicatesCyclosilicates）基本特点：基本特点：两两个个、三三个个、四四个个或或六六个个 SiOSiO4 4 四四面面体体通通过过共共用用氧氧相相连连接接，形形成成单单独独有有限限的的硅硅氧氧络络阴阴离离子子，除除双双四四面面体体外外其其余余的的通通常常为为环环状状(Ring Ring Silicates)Silicates)，环环还还可可以以重重叠叠起起来来形形成成双双环环，如如六六元元双双环环。环环与与环环之之间间通通过过其其它它金金属属正正离离子子如如CaCa2 2、MgMg2+2+、BeBe2 2等联

18、系起来。等联系起来。常常见见同同类类矿矿物物：硅硅钙钙石石CaCa3 3SiSi2 2O O7 7,镁镁方方柱柱石石CaCa2 2MgSiMgSi2 2O O7 7，蓝蓝 锥锥 矿矿 BaTiSiBaTiSi3 3O O9 9，绿绿 宝宝 石石BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818 等。等。举例举例:绿宝石绿宝石无机材料科学基础无机材料科学基础绿宝石（绿宝石（BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818，berylberyl）基本特征基本特征:六方晶系，六方晶系，P6/mccP6/mcc空间群，空间群，a=0.919nma=0.919nm，c=0.919nmc=0

19、.919nm。“分子数分子数”Z Z2 2。基本结构特征：基本结构特征：六个六个 SiOSiO4 4 四面体形成六元环，六节环中四面体形成六元环，六节环中一个一个SiSi4 4和两个和两个O O2 2在同一高度，环与环相叠，途中粗黑在同一高度，环与环相叠，途中粗黑线和细黑线分别表示上下两层，上下两层交叉线和细黑线分别表示上下两层，上下两层交叉3030。环与环之间由环与环之间由BeBe2 2和和AlAl3 3连接。连接。三个三个8585位置的位置的O O2-2-和三个和三个6565位置的位置的O O2-2-及其中的及其中的AlAl3 3构成构成 AlOAlO6 6 八面体。而两个八面体。而两个8

20、585位置的位置的O O2 2和两个和两个6565位置的位置的O O2 2及及其中的其中的BeBe2 2构成构成 BeOBeO4 4 四面体。四面体。O O2 2，连接有三个连接有三个 BeOBeO4 4 四面体和一个四面体和一个 AlOAlO6 6 八面体，电八面体，电价达到饱和。价达到饱和。无机材料科学基础无机材料科学基础六元环六元环无机材料科学基础无机材料科学基础绿宝石结构示意图绿宝石结构示意图绿宝石结构在（绿宝石结构在（0001）面上的投影）面上的投影无机材料科学基础无机材料科学基础祖母绿祖母绿为绿柱石矿物的一种，因具特殊晶莹的为绿柱石矿物的一种，因具特殊晶莹的“祖母绿色祖母绿色”被誉

21、为被誉为“绿色宝石之王绿色宝石之王”，据说其绿色之美，任何绿色以宝石皆望尘莫及。以，据说其绿色之美，任何绿色以宝石皆望尘莫及。以翠绿、皆为佳，优质绿祖母绿均产于哥伦比亚。翠绿、皆为佳，优质绿祖母绿均产于哥伦比亚。无机材料科学基础无机材料科学基础绿柱石和云母绿柱石和云母绿柱石绿柱石无机材料科学基础无机材料科学基础链状硅酸盐链状硅酸盐Chain Silicates(Inosilicates)Chain Silicates(Inosilicates)基本特点：基本特点：一个硅氧四面体有两个顶点被共用，而形成各种环状一个硅氧四面体有两个顶点被共用，而形成各种环状与链状结构结合的长链，与链状结构结合的长

22、链，既可以是单链，也可以是双链既可以是单链，也可以是双链。链上未饱和的氧离子靠金属阳离子链上未饱和的氧离子靠金属阳离子(如如MgMg2+2+，CaCa2+2+等等)饱和，饱和，并且把链与链连接在一起。并且把链与链连接在一起。代表矿物：代表矿物：辉石族和闪石族。辉石族和闪石族。辉石族是陶瓷中主要物相。滑石瓷的主要晶相是顽火辉石辉石族是陶瓷中主要物相。滑石瓷的主要晶相是顽火辉石晶体晶体MgMg2 2SiSi2 2O O6 6。石棉是闪石类矿物，具有双链结构，呈细长纤维状。石棉是闪石类矿物，具有双链结构，呈细长纤维状。Ino-:fromGreekmeans:thread无机材料科学基础无机材料科学基

23、础单链结构示意图Single chains双链结构示意图Double chain silicates无机材料科学基础无机材料科学基础透辉石透辉石结构特征：单斜晶系，结构特征：单斜晶系，C2/CC2/C空间群，空间群，单链无机材料科学基础无机材料科学基础透闪石透闪石CaCa2 2MgMg5 5SiSi4 4O O1111(OH)(OH)2 2单斜，（单斜，（100）面上的投影）面上的投影翡翠，硬玉类。翡翠，硬玉类。软玉，由角闪石矿软玉，由角闪石矿物组成物组成无机材料科学基础无机材料科学基础透灰石透灰石透闪石透闪石直闪石石棉直闪石石棉无机材料科学基础无机材料科学基础层状硅酸盐结构层状硅酸盐结构(S

24、heet Silicate or Sheet Silicate or Phyllosilicates)Phyllosilicates)基本特征：基本特征：（1 1）SiOSiO4 4 四四面面体体通通过过三三个个共共用用氧氧构构成成向向二二维维空空间间无无限限伸伸展展的的六六节节环环。在在六六节节环环中中，可可以以取取出出一一个个基基本本单单元元 SiSi4 4O O1010，每每一一个个 SiOSiO4 4 四四面面体体的的第第四四个个顶顶点点(O O2-2-)则则与与金金属属阳阳离离子子结结合合，像像这这种种只只与与一一个个硅硅相相联联结结的的氧氧为为“活活性性氧氧”，活性氧可指向一方也可

25、以指向相反的方向。，活性氧可指向一方也可以指向相反的方向。在在层层状状结结构构中中，层层与与层层之之间间靠靠分分子子间间力力或或氢氢键键结结合合，比比层层内内的的Si-OSi-O键键结结合合力力小小得得多多，故故这这种种结结构构材材料料可可以以沿沿层层与与层层之间劈开成薄片，很容易产生层与层之间滑移。之间劈开成薄片，很容易产生层与层之间滑移。常见矿物：高岭石、云母和滑石。常见矿物：高岭石、云母和滑石。无机材料科学基础无机材料科学基础层状硅酸盐中的四面体层状硅酸盐中的四面体如何得到基本结构单元？如何得到基本结构单元？无机材料科学基础无机材料科学基础层状结构示意图层状结构示意图a=0.52nma=

26、0.90nm无机材料科学基础无机材料科学基础 中、小半径的阳离子中、小半径的阳离子Mg2+、Fe2+、Fe3+、Al3+等，形成二维连续的六配位的铝氧八面体结构等，形成二维连续的六配位的铝氧八面体结构层或镁氧八面体结构层。将八面体划分为两种类型：层或镁氧八面体结构层。将八面体划分为两种类型：其一为其一为三八面体层三八面体层；具有与氢氧镁石；具有与氢氧镁石Mg（OH）2结构相同的特点，故又称氢氧镁石层；结构相同的特点，故又称氢氧镁石层；其二为其二为二八面体层二八面体层；这种八面体结构层具有；这种八面体结构层具有与三水铝石与三水铝石Al（OH）3结构相同的特点，所以又称结构相同的特点，所以又称氢氧

27、铝石层。若八面体层中，二价和三价阳离子同氢氧铝石层。若八面体层中，二价和三价阳离子同时存在，则属于上述两者之间的中间类型。时存在，则属于上述两者之间的中间类型。无机材料科学基础无机材料科学基础双层结构六元环无机材料科学基础无机材料科学基础高岭石（高岭石（KaoliniteKaolinite）AlAl4 4(Si(Si4 4O O1010)(OH)(OH)8 8最早发现于江西景德镇，景德镇古称昌南（最早发现于江西景德镇，景德镇古称昌南（ChinaChina出处）出处），明末，在景德镇高岭村开采此矿，命名为高岭土。，明末，在景德镇高岭村开采此矿，命名为高岭土。后经德国地质学家李希霍芬按高岭土之音译

28、成后经德国地质学家李希霍芬按高岭土之音译成“Kaolin”Kaolin”介绍到世界矿物学界。介绍到世界矿物学界。多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体。白多呈隐晶质、分散粉末状、疏松块状集合体。白或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色，条痕白色，土状或浅灰、浅绿、浅黄、浅红等颜色，条痕白色，土状光泽。摩氏硬度光泽。摩氏硬度2-2.52-2.5，比重，比重2.6-2.632.6-2.63。吸水性强，和。吸水性强，和水具有可塑性，粘舌，干土块具粗糙感。水具有可塑性，粘舌，干土块具粗糙感。高岭石是组成高岭土的主要矿物，常见于岩浆岩高岭石是组成高岭土的主要矿物，常见于岩浆岩和变质岩的风化壳中。中国高岭石的著名

29、产地有江西和变质岩的风化壳中。中国高岭石的著名产地有江西景德镇、江苏苏州、河北唐山、湖南醴陵等。世界其景德镇、江苏苏州、河北唐山、湖南醴陵等。世界其它著名产地有英国的康沃尔和德文、法国的伊里埃、它著名产地有英国的康沃尔和德文、法国的伊里埃、美国的佐治亚等。高岭石是陶瓷的主要原料，在其它美国的佐治亚等。高岭石是陶瓷的主要原料，在其它工业中也有广泛使用。工业中也有广泛使用。无机材料科学基础无机材料科学基础(010)(001)无机材料科学基础无机材料科学基础属于双层结构。属于双层结构。无机材料科学基础无机材料科学基础从高岭土结构可以推出其它层状硅酸盐从高岭土结构可以推出其它层状硅酸盐高岭土双层结构叶

30、腊石三层结构叶腊石三层结构叶蛇纹石2Al3+被3个Mg2+加一层加一层加一层加层间水皂石加层间水蒙脱石滑石高岭石蛇纹石双层结构滑石三层结构无机材料科学基础无机材料科学基础举例举例高岭石叶腊石滑石无机材料科学基础无机材料科学基础叶腊石：叶腊石：叶腊石：叶腊石：AlAl2 2SiSi4 4OO1010(OH)(OH)2 2 属属2：1型层状结构的硅酸盐矿型层状结构的硅酸盐矿 物，层间靠范德华力连结物，层间靠范德华力连结.有滑腻感，烧成收缩小，有滑腻感，烧成收缩小，线膨胀系数不大，适宜于快速烧成。线膨胀系数不大，适宜于快速烧成。无机材料科学基础无机材料科学基础滑石：滑石：滑石：滑石：MgMg3 3(

31、Si(Si4 4OO1010)(OH)(OH)2 2 为为2：1型层状结构的硅酸盐型层状结构的硅酸盐 矿物，硬度为矿物，硬度为1，可作为电瓷用料。无可塑性。，可作为电瓷用料。无可塑性。无机材料科学基础无机材料科学基础蒙脱石（微晶高岭石）的结构蒙脱石（微晶高岭石）的结构 单斜晶系，空间群单斜晶系，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；单位晶

32、胞中晶胞中Z=2Z=2。实际化学式为实际化学式为 (Al(Al2-x2-xMgMgx x)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的数值的数值随含水量而变化，无水时随含水量而变化，无水时c c 0.960nm0.960nm。水分子易渗透进入层间，使晶胞水分子易渗透进入层间，使晶胞c c轴膨胀，随含水量变化，轴膨胀，随含水量变化，由由0.960nm0.960nm变化至变化至2.140nm2.140nm，因此，

33、因此，蒙脱石蒙脱石又称为又称为膨润土膨润土。钠基膨润土和钠基膨润土和钙基膨润土钙基膨润土无机材料科学基础无机材料科学基础结构与性质关系：结构与性质关系：uC C轴变化较大，易于吸水轴变化较大，易于吸水。蒙脱石晶胞蒙脱石晶胞c c轴长度随含轴长度随含水量而变化，甚至空气湿度的波动也能导致水量而变化，甚至空气湿度的波动也能导致c c轴参轴参数的变化，所以，晶体易于膨胀或压缩。加水膨胀，数的变化，所以，晶体易于膨胀或压缩。加水膨胀，加热脱水并产生较大收缩，一直干燥到脱去结构水加热脱水并产生较大收缩，一直干燥到脱去结构水之前，其晶格结构不会被破坏。之前，其晶格结构不会被破坏。u高离子交换能力高离子交换

34、能力。随层间水进入的正离子使复网层随层间水进入的正离子使复网层电价平衡，它们易于被交换，使矿物具有很高的阳电价平衡，它们易于被交换，使矿物具有很高的阳离子交换能力。离子交换能力。无机材料科学基础无机材料科学基础用途用途滑石滑石可入药，有吸附和收敛作用，内可入药，有吸附和收敛作用，内服能保护肠壁。滑石粉撒布创面服能保护肠壁。滑石粉撒布创面形成被膜，有保护创面，吸收分形成被膜，有保护创面，吸收分泌物，促进结痂的作用。泌物，促进结痂的作用。药物载体药物载体(蒙脱石蒙脱石),化妆品化妆品,高级乳胶高级乳胶漆漆,水性涂料水性涂料,纺织纺织印花糊料印花糊料,农药蚕农药蚕药助剂药助剂,饲料等饲料等无机材料科

35、学基础无机材料科学基础白云母：白云母：白云母：白云母：结构式为结构式为KAl2 2(AlSi3 3)O1010(OH)2 2 属单斜晶系。属单斜晶系。为六角板状。差热曲线为：为六角板状。差热曲线为：100-150oC550-600oC880oC910oC无机材料科学基础无机材料科学基础白云母白云母无机材料科学基础无机材料科学基础 黏土矿物的基本性质黏土矿物的基本性质黏土矿物的基本性质黏土矿物的基本性质（1）可塑性可塑性 （2）膨胀性膨胀性 （3）稠性稠性 （4）分散性分散性 （5）凝聚性凝聚性 （6）黏性黏性 （7）触变性触变性 （8）离子交换性离子交换性 黏土的形成黏土的形成黏土的形成黏土的

36、形成（1）风化作用风化作用 （4）有机酸的腐蚀作用有机酸的腐蚀作用 （2）机械侵蚀作用机械侵蚀作用 （5）蒸汽与热水的作用蒸汽与热水的作用 （3）化学分解作用化学分解作用 粘土黏土无机材料科学基础无机材料科学基础5 5、架状结构、架状结构Framework Silicates(Tektosilicates)Framework Silicates(Tektosilicates)基本特征：基本特征：在骨架状结构中，硅氧四面体之间共在骨架状结构中，硅氧四面体之间共有四个顶点，四个有四个顶点，四个O O2 2全部为公用氧，全部为公用氧，SiOSiO4 4 四面四面体构成三维无限骨架状结构。体构成三维无

37、限骨架状结构。陶瓷材料中，非常重要的硅石陶瓷材料中，非常重要的硅石(SiOSiO2 2)就具有由就具有由 SiOSiO4 4 四面体组成的三维骨架结构。四面体组成的三维骨架结构。除此以外，除此以外，SiOSiO4 4 四面体中的四面体中的SiSi4+4+若被若被AlAl3 3所取代，所取代，形成形成 AlSiOAlSiO4 4 或或 AlSiAlSi3 3O O8 8 等形式，此时等形式，此时(Al+Si)/OAl+Si)/O仍为仍为1 1：2 2。代表矿物：石英、长石、沸石等。代表矿物：石英、长石、沸石等。无机材料科学基础无机材料科学基础1 1、SiOSiO2 2的各种变体及其结构的各种变体

38、及其结构SiOSiO2 2是玻璃、陶瓷等行业一种重要的原料，它有许多种变是玻璃、陶瓷等行业一种重要的原料，它有许多种变体，常温常压下可以分为石英、鳞石英和方石英三个系列。体，常温常压下可以分为石英、鳞石英和方石英三个系列。PolymorphDensity Crystal ClassStabilityCristobalite2.33CubicAbove1470CTridymite2.28HexagonalAbove870CQuartz(High)2.53HexagonalAbove570CQuartz(Low)2.65Rhombohedral SurfaceConditionsCoesite2.

39、93MonoclinicAbove20kbStishovite4.30TetragonalAbove80kb无机材料科学基础无机材料科学基础1 1、石英族晶体的结构、石英族晶体的结构 SiOSiO2 2晶晶体体具具有有多多种种变变体体，常常压压下下可可分分为为三三个个系系列列：石英、鳞石英和方石英。它们的转变关系如下：石英、鳞石英和方石英。它们的转变关系如下：870 1470 1723870 1470 1723 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 熔体熔体 573 160 268573 160 268 -石英石英 -鳞石英鳞石英 -方石英方石英 117117 -鳞石英鳞石英 无机材料科

40、学基础无机材料科学基础石英石英/水晶水晶石石英英与与辰辰砂砂共共生生无机材料科学基础无机材料科学基础玛瑙玛瑙碧玉碧玉无机材料科学基础无机材料科学基础位移性转变位移性转变：上述各变体中，同一系列（即纵向）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，转变迅速且可逆，如长、键角的调整，转变迅速且可逆，如-石英、石英、-石石英英 之间的相变。又称为之间的相变。又称为二级相变。二级相变。重建型相变重建型相变：不同系列（即横向）之间的转变，不同系列（即横向）之间的转变，如如-石英和石英和-鳞石英、鳞石英、-

41、鳞石英和鳞石英和-方石英之间的转方石英之间的转变都涉及键的破裂和重建，转变速度缓慢。又称为一级变都涉及键的破裂和重建，转变速度缓慢。又称为一级相变。相变。无机材料科学基础无机材料科学基础一级相变一级相变 重建型相变重建型相变 如如 SiOSiO2 2b b-方石英方石英b b-石英石英a a-石英石英晶体的相变无机材料科学基础无机材料科学基础 石英的三个主要变体：石英的三个主要变体：-石英、石英、-鳞石英和鳞石英和-方石英结构上的主要差别在于硅氧四面体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。之间的连接方式不同。u-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

42、硅氧四面体以共用O O2-2-为中心处于中为中心处于中心对称状态。心对称状态。u在在-鳞石英中，两个共顶的硅氧四面体之间相当于有一对称面。鳞石英中，两个共顶的硅氧四面体之间相当于有一对称面。u在在-石英中，相当于在石英中，相当于在-方石英结构基础上，使方石英结构基础上，使Si-O-SiSi-O-Si键由键由180180o o转变为转变为150150o o。u由于这三种石英中硅氧四面体的连接方式不同，因此，它们之间的由于这三种石英中硅氧四面体的连接方式不同，因此，它们之间的转变属于重建性转变。转变属于重建性转变。无机材料科学基础无机材料科学基础石英种类及特征石英种类及特征（a）方石英方石英（b）

43、鳞石英鳞石英（c）石英石英 中心对称中心对称对称面对称面Si-O-Si键由由180o转变为150o无机材料科学基础无机材料科学基础结构示意图结构示意图鳞石英（镜面对称）方石英的开放结构（中心对称）无机材料科学基础无机材料科学基础长石（长石（FeldsparFeldspar）特征：特征：硅氧四面体中部分硅氧四面体中部分SiSi4 4被被AlAl3 3取代，为保持电中取代，为保持电中性，性，K K、NaNa、CaCa2 2等离子进入架状结构，如钾等离子进入架状结构，如钾长石长石KAlSiKAlSi3 3O O8 8 钙长石钙长石CaAlCaAl2 2SiSi2 2O O8 8、钡长石钡长石BaAl

44、BaAl2 2SiSi2 2O O8 8 基本结构单元为基本结构单元为 SiOSiO4 4 四面体形成的四元环。四面体形成的四元环。无机材料科学基础无机材料科学基础长石结构示意图长石结构示意图zigzagpairedchains无机材料科学基础无机材料科学基础透长石透长石透长石透长石钠长石钠长石钠长石钠长石正长石正长石正长石正长石长石的物理性质：长石的物理性质：比重：比重：2.56-3.37，硬度：硬度：6-6.5 ，熔点：熔点：11000C-17150C 颜色由无色颜色由无色-白色白色-灰白色灰白色-浅黄浅黄-肉红色。肉红色。无机材料科学基础无机材料科学基础总结：总结：Si:OSi:O公用公

45、用氧氧硅氧骨干硅氧骨干类型类型例子例子有有限限硅硅氧氧基基团团1:41:40 0 SiOSiO4 4 4-4-孤岛状孤岛状MgMg2 2SiOSiO4 4 镁橄榄石镁橄榄石/1:3.51:3.51 1 SiSi2 2O O7 7 6-6-双四面双四面体体组组群群状状CaCa3 3SiSi2 2O O7 7 硅钙石硅钙石1:31:32 2 SiSi3 3O O9 9 6-6-三元环三元环BaTiSiBaTiSi3 3O O9 9 兰锥矿兰锥矿2 2 SiSi4 4O O1212 8-8-四元环四元环2 2 SiSi6 6O O1818 12-12-六元环六元环BeBe3 3AlAl2 2SiSi

46、6 6O O1818 绿柱石绿柱石无无限限硅硅氧氧基基团团1:31:32 2 SiSi2 2O O6 6 4-4-单链单链链链状状CaMgSiCaMgSi2 2O O6 6 透辉石透辉石1:2.751:2.752 2，3 3 SiSi4 4O O1111 6-6-双链双链CaMgCaMg5 5SiSi4 4O O1111 2 2(OH)(OH)2 2透闪石透闪石1:2.51:2.53 3 SiSi4 4O O1010 4-4-层状层状AlAl4 4SiSi4 4O O1010(OH)(OH)8 8高岭石高岭石1:21:24 4 SiOSiO2 2 架状架状SiOSiO2 2石英石英无机材料科学

47、基础无机材料科学基础岛状岛状橄榄石橄榄石组群状组群状祖母绿祖母绿金绿猫眼金绿猫眼哥伦比亚哥伦比亚为绿柱石矿物的一种为绿柱石矿物的一种矿物名金绿宝石矿物名金绿宝石链状链状翡翠翡翠(JadeJade）缅甸缅甸主要矿物为硬玉主要矿物为硬玉Na(Al,Na(Al,Fe)SiFe)Si2 2O O6 6软玉软玉（Nephrite)Nephrite)新疆新疆“和田和田玉玉”“”“昆仑昆仑玉玉由角闪石类矿物（链状）组由角闪石类矿物（链状）组成成层状层状岫玉岫玉辽宁岫岩辽宁岫岩由蛇纹石族、透闪石族（链由蛇纹石族、透闪石族（链状）矿物组成状）矿物组成架状架状水晶、玛瑙水晶、玛瑙全国各地全国各地石英石英独山玉独山玉河南，甘肃河南，甘肃钙长石类钙长石类