1§2.6.6 硅酸盐矿物的晶体构造硅酸盐矿物的晶体构造一、岛状构造一、岛状构造 镁橄榄石〔镁橄榄石〔 Mg2[SiO4]或或 2MgO·SiO2〕〕二、组群状构造二、组群状构造绿宝石〔绿宝石〔Be3Al2[Si6O18] 或或 3BeO·Al2O3 ·6SiO2) 三、连状构造三、连状构造透辉石透辉石CaMg [Si2O6] 的构造〔的构造〔CaO·MgO·2SiO2 〕〕四、层状构造〔层状构造矿物的特点〕四、层状构造〔层状构造矿物的特点〕1、高岭石构造〔、高岭石构造〔 Al2O3•2SiO2 •2H2O 或或Al4[Si4O10](OH)8〕〕2、、 蒙脱石〔微晶高龄石〕的构造〔蒙脱石〔微晶高龄石〕的构造〔Al2[Si4O10](OH)8•nH2O实际式〕实际式〕3、滑石的构造、滑石的构造(Mg3[Si4O10](OH)2〕〕4、伊利石构造〔化学式、伊利石构造〔化学式K1~1.5Al4[Si7~6.5Al1~1.5O20](OH)4〕〕5、白云母〔化学式、白云母〔化学式KAl2[AlSi3O10](OH)2 〕〕五、架状构造〔五、架状构造〔1、石英晶体构造；、石英晶体构造；2、长石晶体构、长石晶体构造〕造〕 2六、硅酸盐矿物的晶体构造六、硅酸盐矿物的晶体构造概述概述 硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅硅酸盐晶体种类繁多，是构成地壳的主要矿物，也是硅酸盐工业的主要原料。
酸盐工业的主要原料硅酸盐的化学组成复杂由于硅酸盐中的正离子、负离子硅酸盐的化学组成复杂由于硅酸盐中的正离子、负离子都有能够被其他离子部分或全部取代都有能够被其他离子部分或全部取代 3•硅酸盐的化学式有两种写法：硅酸盐的化学式有两种写法：•①①氧化物陈列法氧化物陈列法——按金属氧化物的价态由低到高陈列，按金属氧化物的价态由低到高陈列，最后是最后是SiO2如钾长石，化学式为如钾长石，化学式为K2O·Al2O3·6SiO2；；•②②无机络盐写法无机络盐写法——按离子价态从高到低陈列，最后是按离子价态从高到低陈列，最后是O2-，并按一定的比例写出其化学式并按一定的比例写出其化学式• 如：钾长石，如：钾长石，KAlSi3O8•硅酸盐的构造也很复杂，不象其化学式表示的那样简单硅酸盐的构造也很复杂，不象其化学式表示的那样简单鉴于此，对硅酸盐的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏鉴于此，对硅酸盐的分类不是从化学上按正硅酸盐、偏硅酸盐划分，而是根据硅酸盐划分，而是根据[SiO4]四面体在构造中的结合陈四面体在构造中的结合陈列方式进展分类列方式进展分类X-ray衍射构造分析证明，硅酸盐中衍射构造分析证明，硅酸盐中的的[SiO4]四面体结合方式有岛状、组群状、链状、层状四面体结合方式有岛状、组群状、链状、层状和架状五种方式。
如表和架状五种方式如表2-5所列 4硅酸盐构造分类硅酸盐构造分类[SiO4][SiO4]是构造的根本构造单元，是构造的根本构造单元，[SiO4][SiO4]彼此经过共用彼此经过共用O2-O2-衔接衔接起来，由于衔接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干，起来，由于衔接方式不同，而构成了不同型式的硅氧骨干，硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进展分类〔硅酸盐矿物的分类也是硅氧骨干类型进展分类〔[SiO4][SiO4]的的陈列方式〕陈列方式〕〔〔1 1〕〕 岛状岛状 [SiO4] [SiO4]不直接衔接，没有公共的顶角，不直接衔接，没有公共的顶角，[SiO4][SiO4]经过其它离子经过其它离子连结成一个完好的构造这种构造称为岛状构造连结成一个完好的构造这种构造称为岛状构造单四面体、单四面体、 5双四面体双四面体 三元环三元环 四元环四元环 六元环六元环〔〔2〕〕 组群状组群状 ①①双双 四四 面面 体体 ：： 两两 个个 [SiO4]经经 过过 公公 共共 “氧氧 桥桥 〞〞 相相 互互 连连 成成[Si2O7]6-团，再经过其它金属离子衔接。
团，再经过其它金属离子衔接Si/O=2:7=1:3.5 ②②孤孤立立环环状状：：由由三三个个、、四四个个或或六六个个[SiO4]4-彼彼此此共共用用两两个个顶顶点点而而组组成成封封锁锁平平面面孤孤立立环环，，称称为为三三节节环环、、四四节节环环、、六六节节环环Si/O=1:3 6 单链单链 双链双链(3) (3) 链状链状单链单链 ：：[SiO4][SiO4]彼此共用两个顶彼此共用两个顶点，在一维方向上连结成无限的点，在一维方向上连结成无限的长链，每一四面体仍有长链，每一四面体仍有2 2个活性个活性氧，借此与存在于链间的金属离氧，借此与存在于链间的金属离子相连，子相连，Si/O=1:3Si/O=1:3；；双链双链 ：双链是由两个单链经过：双链是由两个单链经过共用氧平行衔接而成，或者看成共用氧平行衔接而成，或者看成是单链经过一个镜面反映而得是单链经过一个镜面反映而得Si/O=4:11Si/O=4:11 7(4)延续层状延续层状 由由无无穷穷个个[SiO4]彼彼此此共共用用三三个个顶顶点点，，在在二二维维方方向向上上连连结结成成无无限限的的六六方方平平面面网网，，借借助助于于剩剩下下的的活活性性氧氧离离子子与与 金金属属阳阳离离子子相相连连，，而而再再于于其其它它平平面面层层衔衔接接。
Si/O=1:2.5;层状构造层状构造 8α-鳞鳞石英的构造〔架状〕石英的构造〔架状〕(5)架状架状每每个个[SiO4]的的四四个个顶顶角角都都与与相相邻邻 [SiO4]相相连连结结，，构构成成三三维维方方向向延延续续延延伸伸的的架架状状骨骨架架Si/O=1:2.上上述述五五种种构构造造概概括括于于表表2-5〔〔P47〕〕中中，，经经过过分分析析后后应应掌掌握其规律握其规律 9 10硅酸盐晶体的几个特点硅酸盐晶体的几个特点〔〔1〕硅酸盐构造中〕硅酸盐构造中Si4+间不存在直接的键，键的间不存在直接的键，键的联接是经过联接是经过O2-来实现的，来实现的，Si－－O－－Si键角为键角为145°；；〔〔2〕每一个〕每一个Si4+存在于四个存在于四个O2-为顶点的四面体中为顶点的四面体中心，构成心，构成[SiO4]四面体，它是硅酸盐晶体构造的四面体，它是硅酸盐晶体构造的根底；根底；〔〔3〕〕[SiO4]四面体的每个顶点，即四面体的每个顶点，即O2-最多只能最多只能为两个为两个[SiO4]四面体所共用〔电价平衡〕；四面体所共用〔电价平衡〕；〔〔4〕相邻的〕相邻的[SiO4]四面体之间只能以共顶而不能四面体之间只能以共顶而不能以共棱或共面相衔接；以共棱或共面相衔接；〔〔5〕构造中常出现同晶置换景象，除含有〕构造中常出现同晶置换景象，除含有Si以外，以外，还有还有Mg2+、、Al3+、、Be2+、、Na+、、K+等，这些离等，这些离子可以取代子可以取代Si4+，相互置换，并不改动晶体的构，相互置换，并不改动晶体的构造，这种景象称为同晶置换。
造，这种景象称为同晶置换〔〔6〕有些硅酸盐矿物组成中还存在一些〕有些硅酸盐矿物组成中还存在一些“附加阴附加阴离子〞最常见的有离子〞最常见的有F-、、Cl-、、OH-等，此外还能够等，此外还能够有构造水或吸附水有构造水或吸附水 11•1、岛状构造、岛状构造•——[SiO4]四面体在构造中以孤立形状存在四面体在构造中以孤立形状存在•即即[SiO4]各顶角之间并不相互衔接，每个各顶角之间并不相互衔接，每个O2-除曾经与一个除曾经与一个Si4+相连外，不再与其他相连外，不再与其他[SiO4]中的中的Si4+相配位，没个相配位，没个O2-剩余的一价可与金属离子相配位而到达点价平衡因此，剩余的一价可与金属离子相配位而到达点价平衡因此，[SiO4]四面体之间是经过其他金属离子联络起来的四面体之间是经过其他金属离子联络起来的•属于岛状构造的晶体有：属于岛状构造的晶体有：•锆英石锆英石Zr[SiO4]；橄榄石；橄榄石(Mg,Fe)2[SiO4]；硅线石；硅线石Al2O3·SiO2；莫来石；莫来石3Al2O3·2SiO2及水泥熟料中的及水泥熟料中的C2S、、C3S等 12镁橄榄石镁橄榄石Mg2[SiO4]构造〔构造〔 2MgO·SiO2〕〕属斜方晶系，属斜方晶系，Pbmm空间群，空间群，a=0.476nm，，b=1.021nm，，c=0.599nm，，Z=4；；以下图为镁橄榄石的晶胞立体构造图和〔以下图为镁橄榄石的晶胞立体构造图和〔100〕面投影图。
〕面投影图镁橄榄石晶胞立体图镁橄榄石晶胞立体图 13镁橄榄石晶体构造〔镁橄榄石晶体构造〔100〕面投影〕面投影黄球标高黄球标高25，绿球标高，绿球标高75；；镁橄榄石的镁橄榄石的 特征：特征：①①O2-近似排成平行于〔近似排成平行于〔100〕面的两层〔六方密堆〕；〕面的两层〔六方密堆〕；Si4+填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的填入四面体空隙中，仅占四面体空隙的1/8；； 14②②Mg2+填入八面体空隙〔三个填入八面体空隙〔三个25，三，三个个75位置位置O2-〕，构成〕，构成[MgO6]八面体，八面体，占据八面体空隙的占据八面体空隙的1/2；；[SiO4]四面体经过四面体经过Mg2+联络起来联络起来[MgO6]间共棱、间共棱、[SiO4]与与[MgO6]共共面相连面相连③③在镁橄榄石构造中，电价是平衡的在镁橄榄石构造中，电价是平衡的由于由于O2-同时与三个同时与三个[MgO6]八面体中八面体中的的Mg2+和一个和一个[SiO4]四面体中的四面体中的Si4+相配位，正离子分配给相配位，正离子分配给O2-的电价是：的电价是： ，所以，所以O2-的电价是饱的电价是饱和的。
和的镁橄榄石晶体构造〔镁橄榄石晶体构造〔100〕面投影〕面投影O2-:黄球标高黄球标高25，绿球标高，绿球标高75；；Mg2+ :标高标高50，标高为，标高为0的未画出的未画出 15根据根据Pauling规那么分析：规那么分析：〔〔1〕镁橄榄石中有〕镁橄榄石中有[SiO4]和和[MgO6]两种配位体〔符合规那么一、两种配位体〔符合规那么一、五〕；五〕；〔〔2〕电价平衡〔规那么二〕；〕电价平衡〔规那么二〕；〔〔3〕〕 [MgO6]间共棱、间共棱、[SiO4]与与[MgO6]共面相连，共面相连， [SiO4]间不相连间不相连〔三、四〕〔三、四〕镁橄榄石的构造是稳定的镁橄榄石的构造是稳定的Mg-O，，Si-O键力都较强，该矿物熔点键力都较强，该矿物熔点高〔高〔1890℃ 〕，硬度大〔〕，硬度大〔6~7级〕且键力分布均匀，晶形呈粒级〕且键力分布均匀，晶形呈粒状，无显著解理状，无显著解理镁橄榄石中的镁橄榄石中的Mg2+被被Ca2+取代，就构成钙橄榄石取代，就构成钙橄榄石- Ca2SiO4 Ca2+的配位数为的配位数为6，化学稳定性好，几乎无水硬性；而，化学稳定性好，几乎无水硬性；而- Ca2SiO4 ，， Ca2+的配位数为的配位数为6、、8两种，而不是全部为两种，而不是全部为6，化学稳，化学稳定性差，即水化反响活性大，有很好的水硬性。
定性差，即水化反响活性大，有很好的水硬性C3S 中中Ca2+的配位数也是的配位数也是6，但，但 [CaO6]的的O2-分布不规那么，留有分布不规那么，留有较大的空腔，水化反响更快较大的空腔，水化反响更快 162、组群状构造、组群状构造组群状构造是两个、三个、四个、六个组群状构造是两个、三个、四个、六个[SiO4]四面体经过公共氧四面体经过公共氧相衔接，构成单独的硅氧负离子团如图相衔接，构成单独的硅氧负离子团如图1-35所示硅氧负离所示硅氧负离子团再经过其他金属正离子联络起来，这类构造又称为孤立的子团再经过其他金属正离子联络起来，这类构造又称为孤立的有限硅氧四面体群有限硅氧四面体群这类构造中这类构造中[SiO4]之间公用的之间公用的O2-电价到达饱和，普通不再与其他电价到达饱和，普通不再与其他金属离子配位，称公共氧为非活性氧或桥氧；只用去一价的金属离子配位，称公共氧为非活性氧或桥氧；只用去一价的O2-称为活性氧或非桥氧非桥氧还可与其他金属离子配位称为活性氧或非桥氧非桥氧还可与其他金属离子配位组群状构造的典型组群状构造的典型硅酸盐晶体是绿宝硅酸盐晶体是绿宝石〔石〔Be3Al2[Si6O18])和镁方柱石和镁方柱石〔〔Ca2Mg[Si2O7])。
17绿宝石构造分析〔绿宝石构造分析〔Be3Al2[Si6O18] 或或 3BeO·Al2O3 ·6SiO2) 〔〔Si : O=1: 3〕〕属六方晶系，属六方晶系，P6/mcc空间群，空间群，a=0.921nm，，c=0.917nm，，Z=2；；在绿宝石构造中，在绿宝石构造中，[SiO4]四面体构成六节环，环与环之间靠四面体构成六节环，环与环之间靠[BeO4]四面体中的四面体中的Be2+和和[AlO6]八面体中的八面体中的Al3+衔接如图如图2-61所示为绿宝石构造在〔所示为绿宝石构造在〔0001〕面上〕面上1/2个晶胞的投影在个晶胞的投影在c轴高度上还有一半未画出轴高度上还有一半未画出Be2+个数个数=1/2 4+1=3个；个；Al3+个数个数=1 2=2个个所以为半个晶胞所以为半个晶胞 18绿宝石晶体构造〔绿宝石晶体构造〔0001〕面投影〕面投影 19绿宝石构造分析：绿宝石构造分析：〔〔1〕绿宝石的根本构造单元是〕绿宝石的根本构造单元是[SiO4]六节环，且每个六节环，且每个[SiO4]中有中有两个两个O2-是公共氧，它们与四面体中的是公共氧，它们与四面体中的Si4+处于同一高度。
六节处于同一高度六节环两层相迭，交叉错开环两层相迭，交叉错开30°，构成复六环，环之间由，构成复六环，环之间由Be2+和和Al3+衔接〔〔2〕图中有〕图中有5个个Be2+处在以处在以c轴为轴为100的的75标高处，所以属于该晶胞标高处，所以属于该晶胞的的Be2+为〔为〔1/2 4+1〕〕3个Be2+分别与分别与2个个65标高的标高的O2-〔下面一〔下面一层上面的层上面的O2-〕和〕和2个个85标高的标高的O2-〔上面一层下面的〔上面一层下面的O2-〕相连〕相连构成构成[BeO4]四面体〔〔3〕图中有〕图中有2个个Al3+也处在也处在75标高，与标高，与3个个85的的O2-和和3个个65的的O2-构构成成[AlO6]八面体，这些八面体，这些O2-也与也与 Be2+相配位，所以相配位，所以 O2-的电价是饱和的的电价是饱和的[BeO4]与与[AlO6]共棱共棱相连；相连； [BeO4]与与 [SiO4]、、 [AlO6]与与 [SiO4]共顶共顶相连相连 20•〔〔4〕以标高为〕以标高为50的的Si4+和和O2-处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即单处作一反射面，就可得到晶胞的另一半，即单位晶胞中有位晶胞中有2个绿宝石分子。
个绿宝石分子绿宝石构造对性能的影响：绿宝石构造对性能的影响：由于构造中有较大的环形孔隙，由于构造中有较大的环形孔隙，当有半径小、电价低的离子〔当有半径小、电价低的离子〔K+，，Na+〕存在时，呈现出离〕存在时，呈现出离子导电堇青石堇青石Mg2Al3[AlSi5O18] 与绿宝石构造一样，六节与绿宝石构造一样，六节环中的环中的[SiO4]被被[AlO4]取取代，而环外的〔代，而环外的〔Be3Al2 〕〕被〔被〔Mg2Al3〕取代，坚持〕取代，坚持电价平衡电价平衡 213、连状构造、连状构造硅氧四面体经过公共氧连起来组成延续的链，构成一维空间无限延硅氧四面体经过公共氧连起来组成延续的链，构成一维空间无限延伸的连状构造，如图伸的连状构造，如图2-62在单链中，在单链中，[SiO4]中有中有2个氧变成非桥氧，链中的构造单元为个氧变成非桥氧，链中的构造单元为[Si2O6]4-，单链的化学式为，单链的化学式为[Si2O6]n4n-，， Si : O=1: 3两条一样的单链经过非桥氧可组成带状两条一样的单链经过非桥氧可组成带状——双链，图双链，图2-62D 双链的双链的[SiO4]中平均有中平均有2.5个桥氧〔一个桥氧〔一半有半有2个，一半有个，一半有3个〕，链中的构造个〕，链中的构造单元为单元为[Si4O11]6-，双链的化学式为，双链的化学式为[Si4O11]n6n-，， Si : O=1: 2.75。
在单链中，按周期长短，即第一个在单链中，按周期长短，即第一个[SiO4]反复出现的位置，分为一节链，反复出现的位置，分为一节链，二节链二节链……七节链〔目前发现的只需七节链〔目前发现的只需七种〕，图七种〕，图2-62A为二节链为二节链 22 辉石类硅酸盐〔如透辉石，玩火辉石〕含有辉石类硅酸盐〔如透辉石，玩火辉石〕含有[Si2O6]n4n-单链，链与链之间经过金属正离子相衔接，最单链，链与链之间经过金属正离子相衔接，最常见的为常见的为Mg2+和和Ca2+ ，也有被其他正离子取代的情况，，也有被其他正离子取代的情况，Mg2+可被可被Fe2+替代，〔替代，〔Mg2++Ca2+〕可被〔〕可被〔Na++Al3+〕〕, 〔〔Na++Fe3+〕〕, 〔〔Li++Al3+〕等离子对所取代〕等离子对所取代 角闪石类硅酸盐含有角闪石类硅酸盐含有[Si4O11]n6n-双链，如斜方角闪双链，如斜方角闪石石 (Mg,Fe)7 [Si4O11]2(OH)2，透闪石，透闪石 Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2，，具有硅氧链的硅酸盐矿物，因链内具有硅氧链的硅酸盐矿物，因链内Si-O键要比链之间键要比链之间的的M-O键强得多，所以这类矿物易沿链〔或带〕方向键强得多，所以这类矿物易沿链〔或带〕方向劈裂为柱状或纤维状。
劈裂为柱状或纤维状 以透辉石为例阐明该类矿物的构造以透辉石为例阐明该类矿物的构造 23透辉石透辉石CaMg [Si2O6] 的构造〔的构造〔CaO•MgO•2SiO2 〕〕属单斜晶系，属单斜晶系，C2/c空间群，空间群，a=0.975nm，，b=0.890nm，，c=0.525nm，，=105°37´ ，，Z =4；图；图2-63为透辉石构造在〔为透辉石构造在〔010〕和〔〕和〔001〕面的投影〕面的投影 各硅氧链平行于各硅氧链平行于c轴伸展，沿轴伸展，沿c轴链中轴链中[SiO4]的位置是一个向上一个向下更迭的位置是一个向上一个向下更迭地陈列着，以粗黑线和细黑线分别表示两个重叠的硅氧链地陈列着，以粗黑线和细黑线分别表示两个重叠的硅氧链(稍有挪动稍有挪动)透辉石晶体构造〔透辉石晶体构造〔010〕面投影图〕面投影图 24由图由图2-63A，链之间由，链之间由Mg2+和和Ca2+ 相连，相连， Mg2+的配位数是的配位数是6〔图中〔图中2个个“25〞〞 O2-，，2个个“10〞，〞，2个个“-10〞〕；〞〕；Ca2+的配位数是的配位数是8，其中，其中4个非桥氧和个非桥氧和4个桥氧个桥氧〔图中〔图中2个个“75〞〞 O2-，，2个个“10〞，〞，2个个“48〞，〞， 2个个“52〞〞 〕；〕； ，，由图由图B透辉石的〔透辉石的〔001〕面投影和见，〕面投影和见，Mg2+主要担任硅氧链中主要担任硅氧链中[SiO4]的顶角之的顶角之间衔接。
间衔接Ca2+主要担任硅氧链中主要担任硅氧链中[SiO4]的底面之间衔接的底面之间衔接 ‖a轴轴，，(1)、、(3)二条二条顶顶角相背，角相背，(2)(4)二条二条顶顶角相角相对对‖c轴，轴，(1)、、(2)二条链二条链顶角指向左、右顶角指向左、右〔〔A〕〕—-〔〔010〕面投影〕面投影 25 假设构造中的假设构造中的Ca2+ 全部被全部被 Mg2+所替代，那么变为玩火辉石所替代，那么变为玩火辉石Mg2[Si2O6]〔斜方晶系〕〔斜方晶系〕 辉石类晶体构造比环状构造的绿宝石类严密，因此它们具有辉石类晶体构造比环状构造的绿宝石类严密，因此它们具有良好的电绝缘性良好的电绝缘性 辉石类和角闪石类矿物都具有典型的解理，解理方向发生在辉石类和角闪石类矿物都具有典型的解理，解理方向发生在金属正离子与金属正离子与O2-之间，而不在之间，而不在Si-O之间透辉石和透闪石解理角的差别在于，辉石类构造中是单链，而角透辉石和透闪石解理角的差别在于，辉石类构造中是单链，而角闪石类构造中是双链闪石类构造中是双链 264、层状构造、层状构造层状构造是层状构造是[SiO4]四面体经过三个公共氧所构成的向二维平面无限四面体经过三个公共氧所构成的向二维平面无限延伸的六节环硅氧层。
图延伸的六节环硅氧层图2-64在硅氧层中可取出一个在硅氧层中可取出一个a=0.52nm，，b=0.90nm的矩形单位的矩形单位[Si4O10]4-，，Si︰︰O=1︰︰2.5所以硅氧层的化学式应为所以硅氧层的化学式应为[Si4O10]n4n-每个[SiO4]四面体上有三个桥氧电荷已到达平衡；一个非桥氧可与硅四面体上有三个桥氧电荷已到达平衡；一个非桥氧可与硅氧层以外的其他正离子氧层以外的其他正离子(Mg2+、、Al3+、、Fe3+、、Fe2+等〕相连等〕相连硅氧层可分为二类：硅氧层可分为二类：一类是一切的活性氧指向同一个方向；一类是一切的活性氧指向同一个方向；另一类是活性氧交替的指向上，指向下另一类是活性氧交替的指向上，指向下属于层状构造的晶体有：属于层状构造的晶体有：高岭石、滑石、蒙脱石、伊利石、高岭石、滑石、蒙脱石、伊利石、白云母、叶蜡石等白云母、叶蜡石等硅氧层的构造〔六边形网络〕硅氧层的构造〔六边形网络〕0.52nm0.90nm 27 在层状硅酸盐晶体构造中，与自在氧相连的在层状硅酸盐晶体构造中，与自在氧相连的Mg2+、、Al3+等离子配位数为等离子配位数为6，构，构成成[MgO6] 、、[AlO6]八面体，它们之间有二种联接方式：八面体，它们之间有二种联接方式： ①①二八面体型二八面体型——八面体以共棱方式联接，八面体中的八面体以共棱方式联接，八面体中的O2-只被二个正离子所只被二个正离子所共用〔或者说八面体空隙只需共用〔或者说八面体空隙只需2/3被正离子填充〕。
被正离子填充〕 [AlO6]八面体即为二八面八面体即为二八面体构造〔体构造〔3/6×2=1，电价平衡〕电价平衡〕②②三八面体型三八面体型——八面体以八面体以共棱方式联接，八面体中的共棱方式联接，八面体中的O2-被三个正离子所共用〔或被三个正离子所共用〔或者说八面体空隙全部被正离者说八面体空隙全部被正离子填充〕子填充〕 [MgO6]八面体即为三八面体八面体即为三八面体构造〔构造〔2/6×3=1，电价平衡〕电价平衡〕 28 在层状硅酸盐晶体构造中，在层状硅酸盐晶体构造中，[SiO4]四面体层和四面体层和[MgO6] 、、[AlO6]八八面体层的联接方式有二种：面体层的联接方式有二种： 一种是一层四面体层与一层八面体层相连，称为一种是一层四面体层与一层八面体层相连，称为1︰︰1型〔两层型型〔两层型或单网层〕层状构造；或单网层〕层状构造； 另一种是由两四面体层中间夹一层八面体层，称为另一种是由两四面体层中间夹一层八面体层，称为2︰︰1型〔三层型〔三层型或复网层〕层状构造；型或复网层〕层状构造；2︰︰1型型1︰︰1型型 29•层状构造矿物的特点：层状构造矿物的特点：•①①由硅氧层组成的矿物，层间为分子间力由硅氧层组成的矿物，层间为分子间力(也能够有氢也能够有氢键结合键结合)，较弱，都具有完全的片状解理；，较弱，都具有完全的片状解理；•②②层状矿物中都含有构造水，以层状矿物中都含有构造水，以OH－方式存在；－方式存在；•存在于复网层间的结合水，不结实，除去时不会破坏晶存在于复网层间的结合水，不结实，除去时不会破坏晶体构造；体构造；•③③八面体层中有阳离子交换时，可呵斥电价不平衡，层八面体层中有阳离子交换时，可呵斥电价不平衡，层间可进入低电价离子间可进入低电价离子(K+、、Na+等等)。
30〔〔1〕高岭石构造〔〕高岭石构造〔 Al2O3•2SiO2 •2H2O 或或Al4[Si4O10](OH)8〕〕高岭石属三斜晶系，高岭石属三斜晶系，C1空间群，空间群， a=0.514nm，，b=0.893nm，，c=0.737nm，，α =91°36´ ，，=104°48´ ，， γ =89°54´，， Z =1；；高岭石是高岭石是1:1型构造，由一层型构造，由一层[SiO4]和一层和一层[AlO6]相连图图2-67是高岭石构造在〔是高岭石构造在〔010〕和〕和〔〔100〕面上的投影，由图可看出〕面上的投影，由图可看出[SiO4] 层和层和[AlO6]层的衔接情况层的衔接情况构造中构造中Al3+的配位数是的配位数是6，每个，每个Al3+同时与同时与2个个O2-和和4个个OH-相连，相连，构成构成[AlO2 (OH)4]八面体，即八面体，即O2-起着桥梁作用，把硅氧层与水铝起着桥梁作用，把硅氧层与水铝石层联络在一同石层联络在一同Al3+只填充了只填充了由由2个个O2-和和4个个OH-构成的八面体构成的八面体空隙的空隙的2/3〔二八面体型〕〔二八面体型〕 31图图2-67A是高岭石在〔是高岭石在〔001〕面的投影，并注明了〕面的投影，并注明了c轴方向各离子的轴方向各离子的高度及高度及[SiO4]和和[AlO2 (OH)4]，可清楚看到硅氧层的六节环构造。
可清楚看到硅氧层的六节环构造 [SiO4]与与[AlO2 (OH)4]共顶相连共顶相连高岭石的单网层之间主要以氢键高岭石的单网层之间主要以氢键〔〔OH…O〕相连，起作用力比分〕相连，起作用力比分子间力大，所以，其构造特点为：子间力大，所以，其构造特点为：〔〔1〕解理成小片状晶体；〕解理成小片状晶体；〔〔2〕单网层之间水分子不易进入，〕单网层之间水分子不易进入，不会因水含量添加而膨胀；不会因水含量添加而膨胀；〔〔3〕可交换的阳离子容量较小〕可交换的阳离子容量较小 32〔〔2〕蒙脱石〔微晶高岭石〕的构造〔〕蒙脱石〔微晶高岭石〕的构造〔Al2[Si4O10](OH)8•nH2O实际式〕实际式〕属单斜晶系，属单斜晶系，C2/m空间群，空间群， a=0.523nm，，b=0.906nm，，c值可变，值可变，Z=2图图2-68是蒙脱石构造在〔是蒙脱石构造在〔100〕面投影，该矿物是〕面投影，该矿物是2:1型构造，由两型构造，由两层层[SiO4]层中间夹一层铝氧八面体层中间夹一层铝氧八面体层〔水铝石〕层〔水铝石〕Al3+的配位数为的配位数为6〔〔4个个O2-和和2个个OH-〕，且为二八〕，且为二八面体型。
面体型铝氧八面体层中的铝氧八面体层中的Al3+可可 被被Mg2+取代，取代，使复网层不呈电中性，而带有少量负电荷，使复网层不呈电中性，而带有少量负电荷，层之间有斥力，使带有正电的水化正离子层之间有斥力，使带有正电的水化正离子易进入平衡电价所以其化学式为易进入平衡电价所以其化学式为(Mx•nH2O)(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2 33蒙脱石的根本性质：蒙脱石的根本性质： (1)水化正离子进入层间，可使其膨胀，水化正离子进入层间，可使其膨胀，c轴方向的晶胞尺寸在轴方向的晶胞尺寸在0.96~2.14nm之间之间——又称为膨润土；又称为膨润土； (2)加水那么膨胀，脱水那么收缩，在脱去构造水之前不破坏其晶加水那么膨胀，脱水那么收缩，在脱去构造水之前不破坏其晶格构造；格构造； (3)随层间水进入的正离子易于随层间水进入的正离子易于交换，使该矿物具有较高的阳交换，使该矿物具有较高的阳离子交换容量离子交换容量 34〔〔3〕滑石的构造〕滑石的构造(Mg3[Si4O10](OH)2〕〕 属单斜晶系，属单斜晶系， C2/c空间群空间群, a=0.526nm，，b=0.910nm，，c=1.881nm，，β =91°36´ ，，2:1型构造。
型构造滑石构造与蒙脱石相近，将蒙脱石中滑石构造与蒙脱石相近，将蒙脱石中的的Al-O八面体换成八面体换成Mg-O八面体，且八面体，且三个三个Mg2+共用一个共用一个O2-成为三八面体成为三八面体构造如图如图2-69，两层，两层[SiO4]层中间夹一层层中间夹一层镁氧八面体层〔水镁石层〕，镁氧八面体层〔水镁石层〕， Mg2+的配位数为的配位数为6〔〔4个个O2-和和2个个OH-〕复网层是电中性的，层之间靠分子间复网层是电中性的，层之间靠分子间力联络所以，滑石具有良好的片状力联络所以，滑石具有良好的片状解理，并有滑腻感解理，并有滑腻感 35〔〔4〕伊利石构造〔化学式〕伊利石构造〔化学式K1~1.5Al4[Si7~6.5Al1~1.5O20](OH)4〕〕 属单斜晶系，属单斜晶系， C2/c空间群，空间群， a=0.520nm，，b=0.900nm，，c=1.00nm，，β 角尚未确定角尚未确定 ，，Z=2，，2:1型构造 伊利石具有蒙脱石类似的复网层，不同的是伊利石具有蒙脱石类似的复网层，不同的是[SiO4]中中约有约有1/6的的Si4+被被Al3+取代，为平衡多余的负电荷，约有取代，为平衡多余的负电荷，约有1~1.5个个K+进入构造单位层之间。
处于上下两层进入构造单位层之间处于上下两层[SiO4]六六节环中心，相当于配位数为节环中心，相当于配位数为12的的K-O配位多面体，使层结配位多面体，使层结合结实，且这种阳离子不易被交换因此，伊利石与水接合结实，且这种阳离子不易被交换因此，伊利石与水接触，不发生膨胀触，不发生膨胀 36〔〔5〕白云母〔化学式〕白云母〔化学式KAl2[AlSi3O10](OH)2 〕〕属单斜晶系，属单斜晶系， C2/c空间群空间群, a=0.519nm，，b=0.900nm，，c=2.000nm，，β =95°47´ ，，Z=2，，2:1型构造两层两层[SiO4]层经过层经过Al3+联接，联接，Al3+的配位数为的配位数为6 〔〔4个个O2-和和2个个OH-〕由图由图2-28可见，相邻复网层间呈对称形状，使相邻两硅氧六节环处可见，相邻复网层间呈对称形状，使相邻两硅氧六节环处构成宏大空隙；构成宏大空隙；硅氧层内有硅氧层内有1/4的的Si4+被被Al3+取代，取代，由由K+进入层之间宏大空隙处平衡进入层之间宏大空隙处平衡多余的负电荷，其多余的负电荷，其 配位数也是配位数也是12，且比伊利石中的，且比伊利石中的K+多，使层间多，使层间的结合较结实〔但相对于层内仍的结合较结实〔但相对于层内仍较弱，为片状解理。
较弱，为片状解理白云母中的白云母中的Al3+可被可被Mg2+、、Fe2+、、(Li++Fe2+)等取代；等取代；K+可可被被Na+、、Ca2+ 、、H3O+取代，构取代，构成云母族的其他类型成云母族的其他类型 375、架状构造、架状构造每个每个[SiO4]中的四个角顶都与相邻的中的四个角顶都与相邻的[SiO4]共顶，共顶，使使[SiO4]四面体群陈列成具有三维空间的四面体群陈列成具有三维空间的“架〞[SiO4]中的中的O2-全部为公共氧，全部为公共氧， Si︰︰O=1︰︰2石英及其变体属于架状构造假设硅氧骨架中的石英及其变体属于架状构造假设硅氧骨架中的Si4+被被Al3+取代，那么会产生多余的负电荷，其取代，那么会产生多余的负电荷，其他正离子将会进入构造，以平衡电价普通是半他正离子将会进入构造，以平衡电价普通是半径大而电价低的正离子，如径大而电价低的正离子，如K+、、Na+、、Ca2+ 、、Ba2+等长石(K,Na)[AlSi3O8]，霞石，霞石Na[AlSiO4]，沸石，沸石Na[AlSi2O6]•H2O 等都属于架等都属于架状构造 38〔〔1〕石英晶体构造〕石英晶体构造石英在不同的热力学条件下有不同的变体，常压下石英变体间的关石英在不同的热力学条件下有不同的变体，常压下石英变体间的关系如下：系如下：上式中纵向之间的变化不涉及晶体构造中键的破裂和重建，上式中纵向之间的变化不涉及晶体构造中键的破裂和重建，只是键角的变化，转变过程迅速而可逆，这种转变称为位移只是键角的变化，转变过程迅速而可逆，这种转变称为位移性转变；性转变；横向间的转变都涉及键的破裂与重建，过程缓慢，这种转变横向间的转变都涉及键的破裂与重建，过程缓慢，这种转变称为重建性转变，见图称为重建性转变，见图2-71。
-石英石英 α-鳞石英鳞石英 α-方石英方石英 -石英石英 β-鳞石英鳞石英 β-方石英方石英 -鳞石英鳞石英 573℃163℃117℃870℃1470℃180～270℃ 39图图2-71 40石英的三种主要变体石英的三种主要变体-石英、石英、-鳞石英、鳞石英、-方石英在构造上的方石英在构造上的差别在于差别在于[SiO4]间的衔接方式，图间的衔接方式，图2-72在在-方石英中，两方石英中，两[SiO4]之间有一对称中心关系，之间有一对称中心关系，Si-O-Si键角为键角为180°；； -鳞石英中，两共顶的鳞石英中，两共顶的[SiO4]间有一对称面，间有一对称面， Si-O-Si键角为键角为180°；； -石英中，两共顶的石英中，两共顶的[SiO4]间间无对称关系，无对称关系， Si-O-Si键角为键角为150°它们之间的转变需拆它们之间的转变需拆开开Si-O键，重新组合成新骨架。
键，重新组合成新骨架 -石英石英 411〕〕 -石英石英属六方晶系，属六方晶系，P6222空间群，空间群， a=0.501nm，，c=0.547nm，，Z=3图图2-73是构造在〔是构造在〔0001〕面上的投影，在〕面上的投影，在-石英构造中存在六次螺石英构造中存在六次螺旋轴围绕螺旋轴的旋轴围绕螺旋轴的Si4+在〔在〔0001〕面上可连成正六边形〕面上可连成正六边形 -石英有左右形之分离石英有左右形之分离子群构成螺旋状〔子群构成螺旋状〔16、、50、、83〕 -石英属三方晶系，石英属三方晶系，P312或，或，P322空间群，空间群， a=0.491nm，，c=0.540nm，，Z=3 42• -石英与石英与 -石英的区别在于石英的区别在于 -石英的石英的Si-O-Si键角为键角为°，从而使六次，从而使六次螺旋轴变为三次螺旋轴围绕三次螺旋轴的螺旋轴变为三次螺旋轴围绕三次螺旋轴的Si4+在〔在〔0001〕面上〕面上的投影不是正六边形，而是复三方形的投影不是正六边形，而是复三方形 432〕〕-鳞石英鳞石英属六方晶系，属六方晶系，P63/mmc空间群，空间群， a=0.504nm，，c=0.825nm，，Z=4。
其构造可看成平行于〔其构造可看成平行于〔0001〕面，〕面，[SiO4]按六节环衔接方式构成四面按六节环衔接方式构成四面体层〔六方片状网络〕，任何两个体层〔六方片状网络〕，任何两个相邻的相邻的[SiO4]四面体的顶角指向相四面体的顶角指向相反方向，上下层之间再以顶角相连反方向，上下层之间再以顶角相连而成架状构造〔这只是一个理想的而成架状构造〔这只是一个理想的模型〕 443〕〕-方石英方石英属立方晶系，属立方晶系，Fd3m空间群，空间群， a=0.713nm，，Z=8图图2-76为为-方石英的构造晶胞图，方石英的构造晶胞图，Si4+占有全部面心立方结点的位占有全部面心立方结点的位置和立方体内八个小立方体中心的四个置和立方体内八个小立方体中心的四个 -方石英与立方方石英与立方ZnS构造类似构造类似假设将立方假设将立方ZnS构造中的构造中的Zn和和S全部换成全部换成Si，同时在每两个，同时在每两个Si原原子联线中心处放置一个子联线中心处放置一个O原子，原子，即称为方石英构造即称为方石英构造将将 -方石英冷却到方石英冷却到270℃以下，以下，就转化为四方晶系的就转化为四方晶系的 -方石英。
方石英图图2-76 45沿三次轴方向察看，可得到沿三次轴方向察看，可得到[SiO4]层的堆叠方式，由更迭地层的堆叠方式，由更迭地一上一下活性氧的硅氧层相互对放而构成的构造，图一上一下活性氧的硅氧层相互对放而构成的构造，图2-77图图2-77 46•〔〔2〕长石晶体构造〕长石晶体构造•长石类晶体可以为硅氧骨架中的一部分长石类晶体可以为硅氧骨架中的一部分Si4+被被Al3+取代，取代，K+、、Na+、、Ca2+ 、、Ba2+等离子填充在架状构造的空隙等离子填充在架状构造的空隙中，以平衡电价长石的主要组分由四种：中，以平衡电价长石的主要组分由四种：• 钾长石钾长石K[AlSi3O8]；钠长石；钠长石Na[AlSi3O8]；；• 钙长石钙长石Ca[Al2Si2O8]；钡长石；钡长石Ba[Al2Si2O8]•长石的根本构造单位是由四个四面体构成的环所组成的长石的根本构造单位是由四个四面体构成的环所组成的特别链，经过公共氧向三维空间开展构成疏松的骨架，特别链，经过公共氧向三维空间开展构成疏松的骨架，骨架空隙中那么有金属离子填入骨架空隙中那么有金属离子填入 47图图2-79(a)为四节环，数值为离子标高，环中的四面体两个指向上，为四节环，数值为离子标高，环中的四面体两个指向上，两个指向下，中间四个为公共氧。
两个指向下，中间四个为公共氧图图2-79(b)为由四节环对放构为由四节环对放构成的曲轴状链将成的曲轴状链将B环放在环放在A环上，共用两个环上，共用两个“4.2〞〞氧，氧，A环再放在环再放在B环上，共环上，共用两个用两个“8.4〞氧，如此反〞氧，如此反复，构成链；复，构成链；链之间再经过链之间再经过“2.1〞，〞，“6.3〞处的氧，向〞处的氧，向b、、c方方向开展，构成架状构造向开展，构成架状构造 48 钾长石中固溶少量钠长石，其高温构型即为透长石，化学式为钾长石中固溶少量钠长石，其高温构型即为透长石，化学式为(K,Na)[AlSi3O8]，属单斜晶系，，属单斜晶系， C2/m空间群空间群, a=0.856nm，，b=1.303nm，，c=0.718nm，，β =115°59´ ，，Z=4 图图2-80是透长石构造在是透长石构造在近于垂直近于垂直a轴的投影图中轴的投影图中画出了四条曲轴状链的投影画出了四条曲轴状链的投影〔只需两个四节环构成〕，〔只需两个四节环构成〕，K+位于八联环空隙处，且位位于八联环空隙处，且位于对称面位置于对称面位置 图中还标出了二次轴的图中还标出了二次轴的位置；图中四面体还标有位置；图中四面体还标有T1、、T2符号，一样符号的四面体符号，一样符号的四面体指存在对称关系。
指存在对称关系 49由图由图1-55透长石在〔透长石在〔001〕面的投影可看出，〕面的投影可看出，K+的配位数为的配位数为9〔图中〔图中所标为所标为10〕 假设八联环中的正离子是假设八联环中的正离子是Na+、、Ca2+时，即为斜长石由于时，即为斜长石由于Na+、、Ca2+ 半径小于半径小于K+，它们在八联环中将偏向一边，使其对称性下降，由透长，它们在八联环中将偏向一边，使其对称性下降，由透长石的单斜晶系变为斜长石的三斜晶系石的单斜晶系变为斜长石的三斜晶系由长石的构造还可见，环的结由长石的构造还可见，环的结合由二个桥氧连成，结合力较合由二个桥氧连成，结合力较强；而在强；而在b、、c方向，那么分别方向，那么分别为一个桥氧和金属离子为一个桥氧和金属离子M-O键键相连，结合力较相连，结合力较a轴方向弱因轴方向弱因此，长石类晶体在平行链的方此，长石类晶体在平行链的方向上有较好的解理向上有较好的解理。