十一大类硅酸盐类

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1、第十一章 第四大类：含氧盐（一）（硅酸盐类）（2学 时） 0 概述 硅和氧是地壳中分布最广的两种元素，其 克拉克值分别为27.72%和46.6%。两者总 计为74.32%。形成硅酸盐矿物的总量占地 壳总重量的85%。 两者组成SiO2外，还组成地壳中最为广泛 的硅酸酸盐。 1 一 前言 1 化学成分：阳离子主要是惰性气体型 离子和部分过渡性离子，而铜型离子少见 。阴离子是主要由硅和氧组成的络阴 离子，及附加阴离子O、OH、F、CL、S、 CO3、SO4、H2O。 2 2 硅氧骨干： 每一个硅周围有4 个O包围着，构成SiO4四面体，它是硅酸 盐的基本构造单元。每个硅氧四面体都有四个氧离子，氧离

2、子 的一半电价与硅结合，而另一半则与四面体外的其它阳离子相 联、或与其它硅氧四面体相联，在空间形成形成网格。硅氧四 面体骨干在空间的联结方式主要有： （1）岛状硅氧骨干：硅氧骨被其他阳离子所隔开，彼此分开 如岛状。进一步分为孤立的单四面体或双四面体。 （2）环状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联形成封闭的环状 ，要形成环状结构至少需要3个。进一步又可分为单层环、双 层环。 （3） 链状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联沿一个方向无限 地延伸，可分为单链和双链。据联结方式和重复规律又可以分 为多种形式。 3 4 5 （3）层状硅氧骨干：硅氧四面体以角顶相联，形成两度 空间的无限延伸的面，在平面内硅氧四面

3、体共用三个角顶 ，在平面内的O两价态都有被利用，即为“惰性氧”，或称 为“氧桥”。每个硅氧四面体的剩余的一个氧即为“活性氧” ，这种活性氧可以指向一侧，变可以指向两侧，因此据硅 氧四面体的联结方式及活性氧的朝向等到层状硅酸骨干可 细分若干类。 （4）架状硅氧骨干：硅氧骨干四个氧都是惰性氧，硅氧 四面在空间三个方向无限延伸，典型的架状结构是石英 。 由于这种结构无剩余电价，其他离子不能进入晶格，因此 必须要有部分Al代替硅进入架状结构中，从而使O有剩余 的电价，与其阳离子结合，形成牢固 的架状硅酸盐结构 。 由于架状硅酸盐剩余电价少、且会形成较大的空隙，因此 架状硅酸盐离子大多是低电价的、大离子

4、半径的、高配位 的离子。有时并有附加阴离子和水分子存在。 6 7 8 9 10 11 12 3 铝的作用 铝具有双重性质，既可以替代硅，形成四次配 位的铝硅酸盐；又可以成六次配位，构成铝的硅 酸盐。有时在同一种结构中同时具有这两种结构 。 铝氧四面体比硅氧四面体稍大，在硅氧四面体 为主的架状结构中是不稳定的因素，且两个铝氧 四面体不能相联，因此铝替代硅的最大限度是1:1 。 另一方面，由于铝氧四面体掺入到硅氧四面体 为主的结构中是不稳定的，因此，在低温不稳定 ，常会发生转变。即发生铝四次配位转向六次配 位。 硅和铝在架状结构中可以是有序的，也可以是 无序的。 13 14 15 二、形态与物理性

5、质 硅酸盐矿物的晶体形态，取决于硅氧骨干的型式和其它阳离 子配位多面体，AlO6八面体的连结。 具孤立SiO4四面体骨干的硅酸盐在形态上常表现为三向等 长，如石榴子石等。 具有环状硅氧骨干的硅酸盐晶体常呈柱状习性，柱状晶体往 往属六方或三方晶系，柱的延长方向垂直于环状硅氧骨干的 平面，如绿柱石、电气石。 具有链状硅氧骨干的硅酸盐晶体常呈柱状或针状晶体，晶体 延长的方向平行链状硅氧骨干延长的方向，如辉石、角闪石 、硅灰石。 具层状硅氧骨干的硅酸盐晶体呈板状、片状、甚至鳞片状 ，如云母、葡萄石。 对于具有架状硅氧骨干的硅酸盐，其形态决定于架内化学键 的分布情况。. 16 硅酸盐矿物具共价键及离子键

6、，一般具有离子晶 格的特点。矿物一般为透明，玻璃-金刚光泽，浅 色或无色。 硅酸盐矿物的解理亦与其硅氧骨干的形式有关。 具层状骨干者常平行层面有极完全解理，如云母 、滑石等. 具链状骨干者常平行链延长的方向产生解理，如 辉石、角闪石等； 具架状骨干者，解理决定于架中化学键的分布， 如长石有平行a轴的两组解理，是因为长石架状硅 氧骨干中有平行a轴的比较强的链；具环状骨干的 硅酸盐一般解理不好。 17 第一亚类岛状硅酸盐主要矿物介绍 1 橄榄石 化学成分：橄榄石的晶体化学式是R2SiO4，其中R为Mg 、Fe、Mn等，也有Ni、Co、Zn等，都为2价的离子，三 价的离子少见。当R为钙离子时则出现复

7、盐矿物。习惯上 的橄榄石为（Mg，Fe）2SiO4，铁和镁是完全类质同象系 列。依次分为六个亚种，即为镁、贵、透铁、镁铁、铁镁 、铁橄榄石。 晶体结构：典型的孤立的单硅氧四面体结构，四面体之间 靠其他阳离子联结， 物理性质：镁橄榄石为白色、淡黄色、淡绿色，随着2 价 铁的增加，颜色加深，而成深黄色、墨绿色和黑色，但一 般为橄榄绿色。玻璃光泽，透明至半透明，解理010中 等，100不完全，贝壳状断口，硬度6.57，相对密度为 3.274.37， 随2 价的铁含量增加密度变大。 18 19 20 21 22 石榴子石： 化学成分A3B2SiO43，其中A为二价离子的镁 铁锰钙等到离子， 而B为三价

8、的的铝、铁、铬、钒、钛等。 由于A离子中的钙与其他的二价离子半径分为两个系列： 铁铝石榴石系列：（Mg,Fe,Mn）3Al2SiO43 镁铝石榴石系列Mg3Al2SiO43 铁铝石榴石系列Fe3Al2SiO43 锰铝石榴石系列Mn3Al2SiO43 钙铁石榴石系列：Ca3（Al,Fe,Cr,Ti,V,Zr）2SiO43 钙铝石榴石Ca3Al2SiO43 钙铁石榴石Ca3Fe2SiO43 钙铬石榴石Ca3Cr2SiO43 钙钒石榴石Ca3V2SiO43 钙锆石榴石Ca3Zr2SiO43 这两个系列经常发生类质同象， 23 第二亚类链状硅酸盐主要矿物介绍 （1） 辉石族 1 化学成分 辉石的化学通

9、式为：XYT2O6， 其中X=Na、Ca、Mn、Fe、Mg、Li等；占据M2的位置 Y=Mn、Fe（2+、3+）、Mg、Cr、Al、Ti占据M1的位置 T=Si、Al（Al：Si之比值要小于1/3） 24 25 2 内部结构 其中X和Y的元素有相当多是一样的，这里的X和Y 对元素 并无专指意义，而是对结构位置的专指意义。 X位置是指占据M2的位置，而Y占据M1的位置，T则占据 硅氧四体的中心。 为单链，每两个四面体一重复，故为Si2O6，M1位置是 硅氧四面体角顶位置之间，为八面体的六次配位，M1为 小空隙；而M2位置是硅氧四面体多个底面相对之间的位 置，斜方辉石中为畸变的八面体的六次配位，而

10、在单 斜辉石中为八次配位，M2为大空隙。 其中M2的位置对于辉石的晶体结构产生了明显的影响： 当M2为小半径离子Fe、Mg时则为斜方晶系； 当M2位置为大半径离子时，则为单斜晶系。 26 斜方辉石：顽火辉石（En）Mg2Si2O6 斜方铁辉石（Fs）Fe2Si2O6系列 顽火辉石古铜辉石紫苏辉石 铁紫苏辉石尤莱辉石斜方铁辉石 单斜辉石： 钙铁辉石亚族：透辉石 CaMgSi2O6钙铁辉石CaFeSi2O6 碱性辉石亚族 27 28 （2） 硅灰石（单链）： 化学成分为Ca3Si3O9，每三个硅氧四面体为一 个重复单元，硅氧四面体链与链之间由钙来联结 ，钙与硅氧四面体中的氧形成钙氧八面体，二个 钙

11、氧八面体的长度与三个硅氧四面体的长度相等 。 是典型的变质作用产物，常为碳酸盐岩石与酸性 岩浆岩反应生成硅灰石： 3CaCO3 + 3SiO2 = Ca3Si3O9 + 3 CO2 29 （3）角闪石族 化学成分通式：A01X2Y5T4O11（OH，F，Cl），角 闪石的化学成分复杂，一般Al取代Si不能超过1/3。 其中A=Na、Ca、K、H3O X=Na、Li、K、Ca、Mg、Fe（2+）、Mn Y=Mg、Fe（2+、3+）、Mn、AL、Ti、Cr T=Si、Al、Ti 根据X位置中的（Na+Ca）X和（Na）X 的原子数分为 四组： 30 角闪石分类表 角闪石亚类（Na+Ca） X （N

12、a）X（Ca）X 镁铁锰角闪 石 1.341.34 钠钙角闪石0.67,1.340.67,1.34 碱性角闪石1.34 31 四 第三亚类层状硅酸盐主要矿物介绍 （1） 四面体片和八面体片： 在层状硅酸盐中，硅氧四面体中的三个角顶在平面中与其他硅氧四面体 相联，形成六方网格状，另一自由角顶朝同一方向；两两相对的角顶通 过OH和其他阳离子M形成八面体层。四面体片为T层，八面体片为O层 。 （2）三八面体和二八面体： 在两个四面体层夹一八面体层的结构中，在每一个由硅氧四面体组成的 六方环中对应着有三个八面体与相对应； 每个八面体是由四个氧和两个OH组成，每个八面体共有6- 价； 当这三个八面体被二

13、价离子占据时，三个八面体空隙可以被完全充满， 此时，则称为三八面体； 若三个八面体被三价离子占据，6- 价只能容纳二个离子，即三个八面体 中只能有两个八面体被充填，此时，称二八面体。 若三个八面体同时被二价、三价离子充填，则称为过渡性结构。 32 33 （3）层状硅酸盐结构单元层的基本型式： 四面体片（T）和八面体片（O）是组成层状硅酸盐的 结构单元层。它有两种基本型式： 1：1型（TO型） 2：1型（TOT型） （4）层间域 T和O组成的结构单元层，进一步组合而形成层状硅酸 盐。这种构造单元层之间的空隙，即为层间域。当结 构单元层内的电价已平衡，层间域中只充填少量的吸 附水或有机分子如高岭土

14、、叶腊石；当结构单元 层中电价不平衡，层间域则充填一些大个阳离子，并 吸附一定的水分子、或有机分子等，如云母、蒙脱石 。 34 层间域 中不同离子的存在或分子吸附，将影响晶胞参数和矿物的物理 性质。 （5）多型性、间层（混合）物 多型性：由于同种矿物的结构层结构单元层的叠置方式不同形成多型 性。 间层（混合）矿物：由于结构层底面的相似性，不同矿物结构单元层 呈规则或不规则的间层（混层），如伊利石、蒙皂石间层等。 （6）硅氧四面体的层状结构与矿物的物理性质之间的关系 形态上单斜晶系，假六方板、片状、短柱状 物理性质底面的一组极完全解理，低硬度，薄片具有弹性和挠性 ，少数具脆性，相对密度小。 （7

15、）粘土矿物都是层状硅酸盐矿物，颗粒非常细小，比表面积巨大 ，具有吸附性、膨胀性、可塑料性等。 35 五 第四亚类架状硅酸盐 0 通论 硅氧四面体的四个角顶与相邻的四个硅氧四面体相联，形 成硅氧架状结构，由于硅氧四面体中的部分硅被铝所取代 ，就需要有其他阳离子加入，从而形成铝硅酸盐。 架状硅酸盐中的阳离子一般为大个的、低价的阳离子 ，如K、Na、Ca、Ba、Rb、Cs、NH4等，一般不存在六 次配位的Fe、Mg、Mn、Al等。这是由于架状硅氧骨干所 具有大的空隙、少量的多余的电荷所决定的。 由架状结构，在三度空间连结，可以形成 巨大的空间 ，甚至可以连通成孔道，矿物中的F、Cl、（OH）、 SO4、CO3等附加阴离子即可存在于其中。最主要是长 石族和沸石族，此外还有方柱石族、似长族、霞石族等。 36 37 1 长石 1.1化学通式：为MT4O8，其中的M=Na、Ca、K和 Ba，少量的Li、Rb、Cs、Sr、NH4 T=Si、Al，少量的三价的铁、B等 Or钾长石：KAlSi3O8 Ab钠长石：NaAlSi3O8 An钙长石：CaAl2Si2O8 1.2碱性长石 碱性长石由两个端元组