硅酸盐晶体结构.ppt

文档介绍：硅酸盐晶体结构
（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）