文档介绍：第一章晶体结构
Crystal structure
(四)硅酸盐晶体结构
硅酸盐晶体结构特点:
硅酸盐晶体分类方法:
以不同Si/O比对应基本结构单元[SiO4] 之间不同结合方式,分为五种方式:
岛状组群状链状层状骨架状
对应Si/O由1/4→1/2,结构趋于复杂。
硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系
岛状结构
[SiO4] 以孤岛状存在,各顶点之间互不连接,每个O2-一侧与1个Si4+连接,另一侧与其它金属离子相配位使电价平衡。结构中Si/O比为1:4。
例:锆石英Zr[SiO4]、镁橄榄石Mg2[SiO4]、蓝晶石Al2O3·SiO2、莫来石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S和C3S等。
(100)
(001)
立体侧视图
镁橄榄石结构
镁橄榄石Mg2[SiO4]结构
属斜方晶系,空间群Pbnm
晶胞参数 a=,b=,c=
晶胞分子数 Z=4
O2-近似于六方最紧密堆积排列(即ABAB……层序堆积),Si4+填充1/8四面体空隙;Mg2+填充1/2八面体空隙
每个[SiO4] 被[MgO6] 隔开,呈孤岛状分布
镁橄榄石晶体结构
(a)(100)面上的投影图
(b)(001)面上的投影图
镁橄榄石结构
镁橄榄石结构中的同晶取代
(1)Mg2+被Fe2+以任意比例取代,则形成橄榄石(FexMg1-x)SiO4固溶体;
(2)若上图(b)中25、75的Mg2+被Ca2+取代,则形成钙橄榄石CaMgSiO4;
(3)若Mg2+全部被Ca2+取代,则形成-Ca2SiO4(即-C2S),其中Ca2+配位数为6。由于配位规则,在水中几乎为惰性。
注意:另一种岛状结构的水泥熟料矿物-Ca2SiO4(即-C2S)属单斜晶系,其中Ca2+有8和6两种配位。由于其配位不规则,化学性质活泼,能与水发生水化反应。
镁橄榄石结构与性质的关系
(1)结构中每个O2-同时和1个[SiO4]和3个[MgO6]相连接,其电价饱和,晶体结构稳定;
(2)Mg-O键和Si-O键均较强,则表现出较高硬度,熔点达到1890℃,是镁质耐火材料的主要矿物;
(3)结构中各个方向上键力分布较均匀,则无明显解理,破碎后呈现粒状。
组群状结构
2个、3个、4个或6个[SiO4] 通过共用氧相连接形成单独硅氧络阴离子团(有限硅氧四面体群),它们之间再通过其它金属离子连接。 Si/O比:2:7或1:3
(1)桥氧(或公共氧、非活性氧):有限四面体群中连接两个Si4+的氧,其电价已饱和,一般不再与其它正离子配位。
(2)非桥氧(或非公共氧、活性氧):只有一侧与Si4+相连接的氧。
双四面体[Si2O7]6-
三节环[Si3O9]6-
四节环[Si4O12]8-
六节环
[Si6O18]12-
绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构
六方晶系,空间群P6/mcc,
晶胞参数:a=,c=
晶胞分子数Z=2,基本结构单元是由6个[SiO4] 组成六节环,其中1个Si4+和2个O2-处在同一高度,环与环相叠。
粗黑线六节环在上,标高100,细黑线六节环在下,标高50
上下两层环错开30o,投影方向不重叠
环与环之间通过Be2+和Al3+连接
绿宝石晶胞在(0001)面上的投影(上半个晶胞)