上一講主要內容回顧1離子晶體的結構及其影響因素2鮑林規則3二元化合物的典型晶體結構上一講主要內容回顧1離子晶體的結構及其影響因素2.4硅酸鹽的晶體結構一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點及分類

二、島狀結構

三、組群狀結構四、鏈狀結構五、層狀結構六、架狀結構2.4硅酸鹽的晶體結構一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點2.4硅酸鹽晶體結構

硅

26.0wt%

地殼中：鋁

7.45wt%

氧

49.130wt%

優勢礦物：硅酸鹽鋁硅酸鹽基本結構單元構造基本結構單元之間連接

結構和性質上特征等2.4硅酸鹽晶體結構硅一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點及分類

硅酸鹽晶體化學組成復雜，常采用兩種方法表征：

氧化物表示法無機絡鹽表示法（結構式）一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點及分類硅酸鹽晶體化學組成復氧化物表示法：按一定比例和順序寫出構成硅酸鹽晶體所有氧化物，先1價堿金屬氧化物，其次2價、3價金屬氧化物，最后SiO2。如，鉀長石化學式：K2O·Al2O3·6SiO2；無機絡鹽表示法：按一定比例和順序全部寫出構成硅酸鹽晶體所有離子，再用[]將相關絡陰離子括起，先是1價、2價金屬離子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。如，鉀長石：K[AlSi3O8]。氧化物表示法：按一定比例和順序寫出構成硅酸鹽晶體所有氧化物，基本結構單元：[SiO4]四面體。Si－O－Si鍵為夾角不等折線，一般145o左右；[SiO4]每個頂點，即O2-最多為兩個[SiO4]所共用；兩相鄰[SiO4]之間只能共頂而不能共棱或共面連接；[SiO4]中心Si4+可部分被Al3+

所取代。硅酸鹽晶體結構特點：基本結構單元：[SiO4]四面體。Si－O－Si鍵為夾角不等以不同Si/O比對應基本結構單元[SiO4]之間不同結合方式，分為五種方式：島狀

組群狀

鏈狀

層狀

架狀對應Si/O由1/4→1/2，結構趨于復雜。硅酸鹽晶體分類方法：以不同Si/O比對應基本結構單元[SiO4]之間不同結合方硅酸鹽晶體結構類型與Si/O比的關系硅酸鹽晶體結構類型與Si/O比的關系二、島狀結構

[SiO4]以孤島狀存在，各頂點之間互不連接，每個O2-一側與1個Si4+連接，另一側與其它金屬離子相配位使電價平衡。結構中Si/O比為1:4。如：鋯石英Zr[SiO4]、鎂橄欖石Mg2[SiO4]、藍晶石Al2O3·SiO2、莫來石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S（Ca2SiO4）和C3S（Ca3SiO5）等。二、島狀結構[SiO4]以孤島狀存在，各頂點之間互不連接鎂橄欖石Mg2[SiO4]結構屬斜方晶系，空間群Pbnm晶胞參數a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子數Z=4O2-近似于六方最緊密堆積排列（即ABAB……層序堆積），Si4+填充1/8四面體空隙；Mg2+填充1/2八面體空隙每個[SiO4]被[MgO6]隔開，呈孤島狀分布鎂橄欖石Mg2[SiO4]結構屬斜方晶系，空間群Pbnm鎂橄欖石晶體結構（1）（a）（100）面上的投影圖（b）（001）面上的投影圖（c）立體側視圖鎂橄欖石晶體結構（1）（a）（100）面上的投影圖（b）（鎂橄欖石晶體結構（2）鎂橄欖石晶體結構（2）（a）（100）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（3）（a）（100）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（3）（b）（001）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（4）（b）（001）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（4）鎂橄欖石結構中的同晶取代（1）Mg2+被Fe2+以任意比例取代，則形成橄欖石（FexMg1-x）SiO4固溶體；（2）若上圖（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，則形成鈣橄欖石CaMgSiO4；（3）若Mg2+全部被Ca2+取代，則形成-Ca2SiO4（即-C2S），其中Ca2+配位數為6。由于配位規則，在水中幾乎為惰性注意：另一種島狀結構的水泥熟料礦物-Ca2SiO4（即-C2S）屬單斜晶系，其中Ca2+有8和6兩種配位。由于其配位不規則，化學性質活潑，能與水發生水化反應。

鎂橄欖石結構中的同晶取代鎂橄欖石結構與性質的關系（1）結構中每個O2-同時和1個[SiO4]和3個[MgO6]相連接，其電價飽和，晶體結構穩定；（2）Mg－O鍵和Si－O鍵均較強，則表現出較高硬度，熔點達到1890℃，是鎂質耐火材料的主要礦物；（3）結構中各個方向上鍵力分布較均勻，則無明顯解理，破碎后呈現粒狀。鎂橄欖石結構與性質的關系三、組群狀結構2個、3個、4個或6個[SiO4]通過共用氧相連接形成單獨硅氧絡陰離子團（有限硅氧四面體群），它們之間再通過其它金屬離子連接。（1）橋氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面體群中連接兩個Si4+的氧，其電價已飽和，一般不再與其它正離子配位（2）非橋氧（或非公共氧、活性氧）：只有一側與Si4+相連接的氧三、組群狀結構2個、3個、4個或6個[SiO4]通過共用孤立的有限硅氧四面體群雙四面體[Si2O7]6-三節環[Si3O9]6-四節環[Si4O12]8-六節環[Si6O18]12-孤立的有限硅氧四面體群雙四面體[Si2O7]6-三節環[Si組群狀結構中Si/O比：2:7或1:3雙四面體：硅鈣石Ca3[Si2O7]

鋁方柱石Ca2Al[AlSiO7]

鎂方柱石Ca2Mg[Si2O7]三節環：藍錐礦BaTi[Si3O9]六節環：綠寶石Be3Al2[Si6O18]組群狀結構中Si/O比：2:7或1:3綠寶石Be3Al2[Si6O18]結構六方晶系，空間群P6/mcc，晶胞參數：a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子數Z=2，如圖1-34。基本結構單元是由6個[SiO4]組成六節環，其中1個Si4+和2個O2-處在同一高度，環與環相疊。綠寶石Be3Al2[Si6O18]結構六方晶系，空間群P6綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）粗黑線六節環在上，標高100，細黑線六節環在下，標高50上下兩層環錯開30o，投影方向不重疊環與環之間通過Be2+和Al3+連接綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）粗黑線六節環

綠寶石結構與性質的關系六節環內無其它離子存在，結構中存在大的環形空腔。有電價低、半徑小離子（如Na+）存在時，直流電場中表現出顯著離子電導，交流電場中有較大介電損耗；當晶體受熱時，質點熱振動振幅增大，大空腔使晶體不會有明顯膨脹，表現出較小的膨脹系數；結晶學方面，常呈現六方或復六方柱晶形。綠寶石結構與性質的關系堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]結構與性質綠寶石結構的六節環中有一個Si4+被Al3+取代，且環外正離子由（Be3Al2）變為（Mg2Al3），使電價平衡。由于正離子在環形空腔遷移阻力增大，故介電性質較綠寶石提高。性質：熱學性能良好，但因其高頻損耗大，不宜作無線電陶瓷。注意：（1）有學者將綠寶石中[BeO4]歸到硅氧骨架中，則綠寶石便屬于架狀硅酸鹽礦物，化學式改寫為Al2[Be3Si6O18]；（2）有學者提出堇青石是一種帶有六節環和四節環的結構，化學式為Mg2[Al4Si5O18]。

堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]結構與性質四、鏈狀結構1.鏈的類型、重復單元與化學式

[SiO4]通過橋氧相連接，形成向一維方向無限延伸的鏈。依照[SiO4]共用O2-數目不同，分為單鏈和雙鏈。四、鏈狀結構1.鏈的類型、重復單元與化學式單鏈：每個[SiO4]通過共用2個頂點向一維方向無限延伸，按重復出現與第一個[SiO4]空間取向完全一致的周期不等，分為1節鏈、2節鏈、3節鏈……7節鏈等7種類型，2節鏈以[Si2O6]4-為結構單元無限重復，化學式為[Si2O6]n4n-。雙鏈：兩條相同單鏈通過尚未共用的氧組成帶狀，2節雙鏈以[Si4O11]6-為結構單元向一維方向無限伸展，化學式為[Si4O11]n6n-。單鏈：每個[SiO4]通過共用2個頂點向一維方向無限延伸，按

（1）硅氧四面體所構成的鏈（a）單鏈結構；（b）雙鏈結構；（c）（d）（e）為從箭頭方向觀察所得的投影圖

（1）硅氧四面體所構成的鏈（a）單鏈結構；（（2）單鏈結構類型（2）單鏈結構類型單鏈結構：輝石類硅酸鹽礦物，如：透輝石CaMg[Si2O6]

頑火輝石Mg2[Si2O6]雙鏈結構：角閃石類硅酸鹽礦物，如：斜方角閃石(Mg,Fe)7[Si4O11]2(OH)2

透閃石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2單鏈結構：輝石類硅酸鹽礦物，如：

無論單鏈或雙鏈，由于鏈內結構牢固，鏈間通過其它金屬陽離子連接，最常見的是Mg2+和Ca2+。而金屬陽離子與O2－之間的鍵比Si－O鍵弱，容易斷。則鏈狀結構礦物總是形成柱狀、針狀、或纖維狀解理。無論單鏈或雙鏈，由于鏈內結構牢固，鏈間通透輝石CaMg[Si2O6]結構單斜晶系，空間群C2/c，晶胞參數a=0.971nm，b=0.889nm，c=0.524nm，=105o37，；晶胞分子數Z=4。如圖所示，[Si2O6]單鏈平行于c軸方向伸展，兩個重疊硅氧鏈分別以粗黑線和細黑線表示。單鏈之間依靠Ca2+、Mg2+連接。Ca2+配位數為8，其中4個活性氧，4個非活性氧；Mg2+為6，6個均為活性氧

。Ca2+負責[SiO4]底面間的連接，Mg2+負責頂點間的連接。若透輝石結構中的Ca2+全部被Mg2+取代，則形成斜方晶系的頑火輝石Mg2[Si2O6]。透輝石CaMg[Si2O6]結構單斜晶系，空間群C2/c，透輝石結構（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投影透輝石結構（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投

（1）結構特征

2節單鏈，結構單元［Si2O6］，Z＝4。

(a)圖為（010）面，即a－c面投影。硅氧鏈沿c軸發展。鏈與鏈之間通過Mg2+和Ca2+連接起來，鏈與鏈不直接結合。

Mg2+和Ca2+在b軸方向重疊，現稍稍錯開便于觀察其位置。鏈中的四面體在b方向是一高一低排列呈鋸齒狀，即在(a)圖中，［SiO4］中的一個活性氧朝上朝下的重復排列。從(a)圖和(b)圖中可以看出：在沿a和b的方向上相鄰的鏈上［SiO4］活性氧的所指向方向相反，且交替出現。（1）結構特征

（2）Mg2＋和Ca2＋的配位

8處Mg2+與2個25、2個-10、2個10的O2-配位，配位數為6。

31處Ca2+與2個52，2個75，2個10，2個48的O2-配位，配位數為8。

（3）電價檢驗

出現電價過飽和情況，如：52處非活性O2-與2個［SiO4］連接，又和1個［CaO8］配位。則:

注意：有電價過飽和的O2-也會有電價不飽和的O2-（2）Mg2＋和Ca2＋的配位

圖（b）上部頂朝下，［SiO4］頂端的活性O2-同時與1個Si4＋、2個Mg2＋、1個Ca2＋配位。則:

圖（b）上部頂朝上，［SiO4］底部的活性O2-同時與1個Si4＋、1個Mg2＋、1個Ca2＋配位。則:

活性O2-平均電價：

非活性O2-和活性O2-的電價平均值為：所以總電價是平衡的。圖（b）上部頂朝下，［SiO4］頂端的活性O2-同時與1個（4）結構與性質的關系

a．介電性質輝石類晶體比綠寶石類晶體緊密，則頑火輝石Mg2[Si2O6]、鋰輝石LiAl[Si2O6]等均具有良好電絕緣性能，是高頻無線電陶瓷和微晶玻璃的主要晶相；當結構中存在變價正離子時，則晶體又呈現顯著電子電導，這與結構中局部電荷不平衡有關。（4）結構與性質的關系a．介電性質

b.鍵型與解理角的關系

解理角面交角：透輝石為93o，透閃石為56o，由于結構中單鏈或雙鏈造成——區分輝石類和角閃石類晶體的基本特征之一。由于Si－O鍵強于Ca－O和Mg－O鍵，則破裂總發生在金屬離子和O2-之間。Mg2+負責［SiO4］頂角與頂角之間聯系。Ca2+負責［SiO4］底面和底面之間聯系。由于Mg2+半徑小，所以Mg－O鍵強于Ca－O鍵，即礦物受外力作用破壞時Ca－O鍵將斷裂。由于透輝石是單鍵，則其夾角為93o；而角閃石式雙鍵，則其夾角為56o。b.鍵型與解理角的關系透輝石和透閃石單位晶胞在（001）面上的投影

透輝石和透閃石單位晶胞在（001）面上的投影五、層狀結構1.層狀結構的基本單元、化學式與類型每個[SiO4]通過3個橋氧連接，構成向二維方向伸展的六節環狀硅氧層（無限硅氧四面體群），其中可取出一個矩形單元[Si4O10]4-，則化學式：[Si4O10]n4n-。見圖。五、層狀結構1.層狀結構的基本單元、化學式與類型層狀結構硅氧四面體

（a）立體圖（b）投影圖層狀結構硅氧四面體（a）立體圖（b）投影圖

活性氧電價由其它金屬離子來平衡，一般為6配位的Mg2+或Al3+離子，同時水分子以OH-形式存在于這些離子周圍，形成水鋁石或水鎂石層。根據活性氧空間取向不同，硅氧層分為：

單網層：一層硅氧層所有活性氧均指向同一個方向，相當于一個硅氧層加上一個水鋁（鎂）石層，稱為1∶1層；復網層：兩層硅氧層中活性氧交替地指向相反方向，相當于兩個硅氧層中間加上一個水鋁（鎂）石層，稱為2∶1層。活性氧電價由其它金屬離子來平衡，一般為6配位根據水鋁（鎂）石層中八面體空隙填充情況，結構又分為：三八面體型：八面體空隙全部被金屬離子所占據

二八面體型：2/3八面體空隙被填充結構中的水

結構水：以OH-形式占據結點位置的水，需400～600℃排除，排除時結構被破壞。

結合水：以H2O形式進入層間的水，100～120℃可排除，排除時結構不被破壞。根據水鋁（鎂）石層中八面體空隙填充情況，結構又分為：（1）層狀結構硅酸鹽晶體中硅氧四面體層和

鋁氧八面體層的連接方式（A）１∶１型（B）２∶１型（1）層狀結構硅酸鹽晶體中硅氧四面體層和

單網層及復網層的構成

單網層及復網層的構成單網層的構成

單網層的構成滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結構

單斜晶系，空間群C2/c，復網層結構，晶胞參數a=0.525nm，b=0.910nm，c=1.881nm，=100o，如圖所示。滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結構單滑石的結構

（a）（001）面上的投影（b）圖（a）結構的縱剖面圖OH-位于六節環中心，Mg2+位于Si4+與OH-形成的三角形中心，但高度不同兩個硅氧層的活性氧指向相反，中間通過鎂氫氧層連接，形成復網層復網層平行排列形成滑石結構水鎂石層中Mg2+配位數為6，形成[MgO4(OH)2]八面體。其中全部八面體空隙被Mg2+所填充，屬三八面體型結構滑石的結構（a）（001）面上的投影（b）圖（a）結構的結構與性質的關系：復網層中每個活性O2-同時與3個Mg2+相連接，電價飽和；OH-中氧的電價也飽和，則復網層內為電中性，層與層之間靠微弱分子力結合，致使層間易相對滑動，則具有良好片狀解理，并有滑膩感。

結構與性質的關系：離子取代現象：用2個Al3+取代滑石中的3個Mg2+，則形成二八面體型的葉蠟石Al2[Si4O10]（OH）2結構（Al3+占據2/3八面體空隙）。葉蠟石同樣具有良好片狀解理和滑膩感。晶體加熱時結構變化：都含有OH-，加熱時產生脫水效應。滑石斜斜頑火輝石-Mg2[Si2O6]

葉蠟石莫來石3Al2O3·2SiO2

離子取代現象：用2個Al3+取代滑石中的3個Mg2+，則形成

滑石和葉蠟石都是玻璃和陶瓷工業重要原料

滑石：用于制備絕緣、介電性能良好的滑石瓷和堇青石瓷葉蠟石：常用作硼硅質玻璃中引入Al2O3的原料滑石和葉蠟石都是玻璃和陶瓷工業重要原料高嶺石Al2O3·2SiO2·2H2O的結構

(即Al4[Si4O10](OH)8)

高嶺石是一種主要粘土礦物，屬三斜晶系，空間群C1；晶胞參數a=0.514nm，b=0.893nm，c=0.737nm，=91o36，，=104o48，，=89o54，；晶胞分子數Z=1，結構如圖。基本結構單元：[SiO4]層＋水鋁石層→單網層。

Al3+配位數為6，形成[AlO2(OH)4]八面體，這兩個O2-把水鋁石層和硅氧層連接起來。水鋁石層中，Al3+占據2/3八面體空隙，屬二八面體型結構。高嶺石Al2O3·2SiO2·2H2O的結構

(即Al高嶺石的結構（1）高嶺石的結構（1）高嶺石的結構（2）(b)(010)面上的投影(a)（001）面上的投影（顯示出硅氧層的六節環及各離子的配位信息）(c)（100）面上的投影（顯示出單網層中Al3+填充2/3八面體空隙）（d）（100）面上的投影（顯示出單網層的構成）(d)高嶺石的結構（2）(b)(010)面上的投影(a)（001）

結構與性質的關系：單網層中O2-電價飽和，即層內為電中性，則層間只能靠物理鍵結合——片狀解理；水鋁石層OH-與硅氧層O2-相接觸——層間氫鍵結合；氫鍵結合比分子間力強——水分子不易進入單網層之間，無加水膨脹性，也無滑膩感；不易發生同晶取代，陽離子交換容量較低；質地較純，熔點較高。

結構與性質的關系：蒙脫石（微晶高嶺石）的結構蒙脫石是一種粘土類礦物，屬單斜晶系，空間群C2/ma；理論化學式為Al2[Si4O10](OH)2·nH2O；晶胞參數a=0.515nm，b=0.894nm，c=1.520nm，=90o；單位晶胞中Z=2。實際化學式為

(Al2-xMgx)[Si4O10](OH)2·（Nax·nH2O），式中x=0.33，晶胞參數a0.532nm，b

0.906nm，c的數值隨含水量而變化，無水時c

0.960nm。蒙脫石（微晶高嶺石）的結構蒙脫石是一種粘土類礦物，屬單斜晶蒙脫石具有復網層結構：兩層[SiO4]層＋水鋁石層。理論上復網層內呈電中性，層間靠分子間力結合。實際上，由于結構中Al3+可被Mg2+取代，使復網層并不呈電中性，帶有少量負電荷（一般為-0.33e，也可有很大變化）；因而復網層之間有斥力，使略帶正電性的水化正離子易于進入層間；與此同時，水分子也易滲透進入層間，使晶胞c軸膨脹，隨含水量變化，由0.960nm變化至2.140nm，則蒙脫石又稱為膨潤土。蒙脫石具有復網層結構：兩層[SiO4]層＋水鋁石層。蒙脫石的結構

蒙脫石的結構結構中的離子置換現象：由于晶格中可發生多種離子置換，使蒙脫石的組成常與理論化學式有出入。其中硅氧四面體層內的Si4+可以被Al3+或P5+等取代，這種取代量有限；八面體層（即水鋁石層）中的Al3+可被Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+或Li+等所取代，取代量可以從極少量到全部被取代。結構中的離子置換現象：由于晶格中可發生多種離子置換，使蒙脫石結構與性質關系：蒙脫石復網層之間靠微弱的分子力作用，因此呈良好的片狀解理，且晶粒細小，所以也稱之為微晶高嶺石；蒙脫石晶胞c軸長度隨含水量而變化，甚至空氣濕度的波動也能導致c軸參數的變化，所以晶體易于膨脹或壓縮：加水膨脹，加熱脫水并產生較大收縮，一直干燥到脫去結構水之前，其晶格結構不會被破壞；隨層間水進入的正離子使復網層電價平衡，它們易于被交換，使礦物具有很高的陽離子交換能力。由于蒙脫石易發生同晶取代，因而質地不純，熔點較低。

結構與性質關系：蒙脫石復網層之間靠微弱的分子力作用，因此呈良伊利石K1~1.5Al4［Si7~6·5Al1~1.5O20］(OH)4結構

伊利石屬于單斜晶系，C2/c空間群，晶胞參數a＝0.520nm，b＝0.900nm，c＝1.000nm。β角尚無確切值，晶胞分子數Z＝2。伊利石也是復網層結構，和蒙脫石不同的是Si－O四面體中大約的Si4＋被Al3＋離子所取代。為平衡多余的負電荷，結構中將近有1~1.5個K＋進入結構單位層之間。K＋處于上下兩個硅氧四面體六節環的中心，相當于結合成配位數為12的K－O配位多面體。因此層間的結合力較牢固，這種陽離子不易被交換。伊利石K1~1.5Al4［Si7~6·5Al1~1.5O2白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2的結構屬單斜晶系，空間群C2/c；晶胞參數a=0.519nm，b=0.900nm，c=2.004nm，=95o11，；Z=2。其結構如圖1-42所示，圖中重疊的O2-已稍行移開。白云母屬于復網層結構，復網層由兩個硅氧層及其中間的水鋁石層所構成。連接兩個硅氧層的水鋁石層中的Al3+之配位數為6，形成[AlO4(OH)2]八面體。由圖1-42（a）可以看出，兩相鄰復網層之間呈現對稱狀態，因此相鄰兩硅氧六節環處形成一個巨大的空隙。白云母KAl2[AlSi3O10](OH)2的結構屬單斜晶白云母的結構（a）（100）面上的投影（b）（010）面上的投影白云母的結構（a）（100）面上的投影（b）（010）面上的結構與性質關系：白云母結構與蒙脫石相似，但因其硅氧層中有1/4的Si4+被Al3+取代，復網層不呈電中性，所以，層間有K+進入以平衡其負電荷。K+的配位數為12，呈統計地分布于復網層的六節環的空隙間，與硅氧層的結合力較層內化學鍵弱得多，故云母易沿層間發生解理，可剝離成片狀。結構與性質關系：白云母結構與蒙脫石相似，但因其硅氧層中有1/（1）2個Al3+被3個Mg2+取代，形成金云母KMg3[AlSi3O10](OH)2；用F－取代OH－，得到人工合成的氟金云母KMg3[AlSi3O10]F2，作絕緣材料使用時耐高溫達1000℃，而天然的僅600℃。（2）用(Mg2+,

Fe2+)代替Al3+，形成黑云母K(Mg，Fe

)3[AlSi3O10](OH

)2；（3）用(Li+，Fe2+)

取代1個Al3+，得鋰鐵云母KLiFe2+Al[AlSi3O10](OH

)2；

結構中的離子取代：（1）2個Al3+被3個Mg2+取代，形成金云母KMg3[A（4）若2個Li+取代1個Al3+，同時[AlSi3O10]中的Al3+被Si4+取代，則形成鋰云母Kli2Al[Si4O10](OH)2。（5）如果K+被Na+取代，形成鈉云母；若K+被Ca2+取代，同時硅氧層內有1/2的Si4+被Al3+取代，則成為珍珠云母CaAl2[Al2Si2O10](OH)2，由于Ca2+連接復網層較K+牢固，因而珍珠云母的解理性較白云母差。

（4）若2個Li+取代1個Al3+，同時[AlSi3O10]云母類礦物的用途：合成云母作為一種新型材料，在現代工業和科技領域用途很廣。云母陶瓷具有良好的抗腐蝕性、耐熱沖擊性、機械強度和高溫介電性能，可作為新型的電絕緣材料。云母型微晶玻璃具有高強度、耐熱沖擊、可切削等特性，廣泛應用于國防和現代工業中。云母類礦物的用途：合成云母作為一種新型材料，在現代工業和科技六、架狀結構架狀結構中硅氧四面體的每個頂點均為橋氧，硅氧四面體之間共頂連接，形成三維“骨架”結構。作為骨架的硅氧結構單元的化學式為[SiO2]n，其中Si/O為1∶2。六、架狀結構架狀結構中硅氧四面體的每個頂點均為橋氧，硅氧四

當硅氧骨架中Si被Al取代時，結構單元化學式可寫成[AlSiO4]或[AlSi3O8]，其中（Al+Si）∶O仍為1∶2。此時，由于結構中有剩余負電荷，一些電價低、半徑大的正離子（如K+、Na+、Ca2+、Ba2+等）會進入結構中。典型的架狀結構有石英族晶體，化學式為SiO2，以及一些鋁硅酸鹽礦物，如霞石Na[AlSiO4]、長石(Na,K)[AlSi3O8]、方沸石Na[AlSi2O6]·H2O等礦物。當硅氧骨架中Si被Al取代時，結構1.石英族晶體的結構

SiO2晶體具有多種變體，常壓下可分為三個系列：石英、鱗石英和方石英，其轉變關系如下：

1.石英族晶體的結構SiO2晶位移性轉變：同一系列（即縱向）之間轉變，如-石英和β-石英之間轉變，不涉及晶體結構中鍵的破裂和重建，僅是鍵長、鍵角的調整，轉變迅速且可逆；重建性轉變：不同系列（即橫向）之間的轉變，如-石英和-鱗石英、-鱗石英和-方石英之間轉變，都涉及鍵的破裂和重建，轉變速度緩慢。位移性轉變：同一系列（即縱向）之間轉變，如-石英和β-石

石英的三個主要變體：-石英、-鱗石英、-方石英，其結構差別在于硅氧四面體之間的連接方式不同（見圖）。-方石英：兩個共頂硅氧四面體以共用O2-為中心處于中心對稱狀態，Si-O-Si鍵角為180o

；-鱗石英：兩個共頂硅氧四面體之間相當于有一對稱面，Si-O-Si鍵角為180o；-石英：相當于在-方石英結構基礎上，使Si-O-Si鍵角由180o轉變為150o。由于這三種石英中硅氧四面體的連接方式不同，因此，它們之間的轉變屬于重建性轉變。

石英的三個主要變體：-石英、硅氧四面體的連接方式硅氧四面體的連接方式

（1）-方石英結構

-方石英屬立方晶系，空間群Fd3m；晶胞參數a=0.713nm；晶胞分子數Z=8。結構如圖所示，其中Si4+位于晶胞頂點及面心，晶胞內部還有4個Si4+，其位置相當于金剛石中C原子的位置。它是由交替地指向相反方向的硅氧四面體組成六節環狀的硅氧層（不同于層狀結構中的硅氧層，該硅氧層內四面體取向的一致的），以3層為一個重復周期在平行于（111）面的方向上平行疊放而形成的架狀結構。疊放時，兩平行的硅氧層中的四面體相互錯開60o，并以共頂方式對接，共頂的O2-形成對稱中心，如圖所示。-方石英冷卻到268℃會轉變為四方晶系的-方石英，其晶胞參數a=0.497nm，c=0.692nm。（1）-方石英結構-方石英的結構

-方石英的結構-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯示出以3層為周期的平行堆積）-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯示出以3層為周期的平行堆積）-方石英的硅氧層的平行疊放

（從體對角線方向觀察，顯（2）-鱗石英的結構

-鱗石英屬六方晶系，空間群P63/mmc；晶胞參數a=0.504nm，c=0.825nm；晶胞分子數Z=4。其結構如圖所示。結構由交替指向相反方向的硅氧四面體組成的六節環狀的硅氧層平行于（0001）面疊放而形成架狀結構。平行疊放時，硅氧層中的四面體共頂連接，并且共頂的兩個四面體處于鏡面對稱狀態，Si-O-Si鍵角是180o，對于-鱗石英，有的認為屬于斜方晶系，晶胞參數a=0.874nm，b=0.504nm，c=0.824nm。而有的認為屬于單斜晶系，參數為a=1.845nm，b=0.499nm，c=2.383nm，=105o39，。（2）-鱗石英的結構-鱗石英的結構

-鱗石英的結構-方石英和-鱗石英中硅氧四面體的不同連接方式對比-方石英和-鱗石英中硅氧四面體的不同連接方式對比（3）石英的結構

-石英屬六方晶系，空間群P6422或P6222；晶胞參數a=0.496nm，c=0.545nm；晶胞分子數Z=3。-石英在（0001）面上的投影如圖所示。結構中每個Si4+周圍有4個O2-，空間取向是2個在Si4+上方、2個在其下方。各四面體中的離子，排列于高度不同的三層面上，最上一層用粗線表示，其次一層用細線表示，最下方一層以虛線表示。（3）石英的結構

-石英結構中存在6次螺旋軸，圍繞螺旋軸的Si4+離子，在（0001）面上的投影可連接成正六邊形。根據螺旋軸的旋轉方向不同，-石英有左形和右形之分，其空間群分別為P6422和P6222。-石英中Si-O-Si鍵角為150o。-石英結構中存在6次螺旋軸，圍繞螺-石英在（0001）面上的投影-石英在（0001）面上的投影-石英屬三方晶系，空間群P3221或P3121；晶胞參數a=0.491nm，c=0.540nm；晶胞分子數Z=3。-石英是-石英的低溫變體，兩者之間通過位移性轉變實現結構的相互轉換。兩結構中的Si4+在（0001）面上的投影示于圖1-48。在-石英結構中，Si-O-Si鍵角由-石英中的150o變為137o，這一鍵角變化，使對稱要素從-石英中的6次螺旋軸轉變為-石英中的3次螺旋軸。圍繞3次螺旋軸的Si4+在（0001）面上的投影已不再是正六邊形，而是復三角形，見圖1-49（b）。-石英也有左、右形之分。-石英屬三方晶系，空間群P3221或P3121；晶胞參數a（a）

-石英、（b）

-石英中

Si4+在（0001）面上的投影

（a）-石英、（b）-石英中

Si4+在（0（a）

-石英

（b）

-石英中硅氧四面體在（0001）面上的投影（a）-石英

（b）-石英中硅氧四面體在（000結構與性質的關系：SiO2結構中Si-O鍵的強度很高，鍵力分別在三維空間比較均勻，因此SiO2晶體的熔點高、硬度大、化學穩定性好，無明顯解理；且由于結構中存在較大空隙，表現出熱膨脹系數小，密度小。結構與性質的關系：SiO2結構中Si-O鍵的強度很高，鍵力分-石英的壓電效應：正壓電效應(directpiezoelectriceffect)：由“壓力”產生“電”的現象，即晶體在機械力作用下發生變形，使晶體內正負電荷中心相對位移而極化，致使晶體兩端表面出現符號相反的束縛電荷，其電荷密度與應力成比例。逆壓電效應(conversepiezoelectriceffect)：由“電”產生“機械形變”的現象，即具有壓電效應的晶體置于外電場中，電場使晶體內部正負電荷中心位移，導致晶體產生形變。正壓電效應和逆壓電效應統稱為壓電效應。-石英的壓電效應：產生壓電效應的條件：晶體結構中無對稱中心。根據轉動對稱性，晶體分為32個點群，在無對稱中心的21個點群中，除O-432點群外，有20種點群具有壓電效應。在20種壓電晶體中又有10種具有熱釋電效應（pyroelectriceffect）。晶體的壓電性質與自發極化性質都是由晶體的對稱性決定的。存在對稱中心的晶體受外力時，正負電荷中心不會分離，因而沒有壓電性。產生壓電效應的條件：晶體結構中無對稱中心。

由于晶體的各向異性，壓電效應產生的方向、電荷的正負等都隨晶體切片的方位而變化。如圖(a)顯示無外力作用時，晶體中正負電荷中心是重合的，整個晶體中總電矩為零；圖(b)表明，在垂直方向對晶體施加壓力時，晶體發生變形，使正電荷中心相對下移，負電荷中心相對上移，導致正負電荷中心分離，使晶體在垂直于外力方向的表面上產生電荷(上負、下正)。圖(c)顯示出晶體水平方向受壓時，在平行于外力的表面上產生電荷的過程，此時，電荷為上正下負。由于晶體的各向異性，壓電效應產生的方向、電荷的正負等都隨晶-石英中壓電效應產生的機理及方位關系無外力作用時，晶體中正負電荷中心是重合的，整個晶體中總電矩為零垂直方向對晶體施加壓力時，晶體發生變形，使正電荷中心相對下移，負電荷中心相對上移，導致正負電荷中心分離，使晶體在垂直于外力方向的表面上產生電荷（上負、下正）。晶體水平方向受壓時，在平行于外力的表面上產生電荷的過程，此時，電荷為上正下負。-石英中壓電效應產生的機理及方位關系無外力作用時，晶體中

由此可見，壓電效應是由于晶體在外力作用下發生變形，正負電荷中心產生相對位移，使晶體總電矩發生變化造成的。因此，在使用壓電晶體時，為了獲得良好的壓電性，須根據實際要求，切割出相應方位的晶片。由此可見，壓電效應是由于晶體在外力作壓電晶體的應用：壓電材料在宇航、電子、激光、計算機、微波、能源等領域得到廣泛應用。目前主要用作壓電振子和壓電換能器。前者主要利用振子本身的諧振特性，要求壓電、介電、彈性等性能的溫度變化、經時變化穩定，機械品質因數高。后者主要將一種形式的能能量轉換成另一種形式的能量，要求換能效益（即機電耦合系數和品質因數）高。壓電晶體的應用：壓電材料在宇航、電子、激光、計算機、微波、能2、長石的結構

長石類硅酸鹽分為正長石系和斜長石系兩大類，其中有代表性的為：正長石系：鉀長石K[AlSi3O8]；鋇長石Ba[Al2Si2O8]。斜長石系：鈉長石Na[AlSi3O8]；鈣長石Ca[Al2Si2O8]。長石的基本結構單元：由[TO4]四面體連接成四聯環，其中2個四面體頂角向上、2個向下；四節環中的四面體通過共頂連方式接成曲軸狀的鏈，見圖。鏈與鏈之間在三維空間連接成架狀結構。2、長石的結構長石類硅酸鹽分為正長石系和斜長石系兩大長石結構中基本結構單元的構造(a)理想的曲軸長鏈(b)四聯環(c)實際的曲軸長鏈長石結構中基本結構單元的構造(a)理想的曲軸長鏈(b)四長石結構中基本結構單元的構造(a)理想的曲軸長鏈(b)四聯環(c)實際的曲軸長鏈長石結構中基本結構單元的構造(a)理想的曲軸長鏈(b)四鉀長石的結構

高溫型鉀長石（即透長石）屬單斜晶系，空間群C2/m；晶胞參數a=0.856nm，b=1.303nm，c=0.718nm，=115o59，；晶胞分子數Z=4。透長石結構在（001）面上的投影示于圖。結構由四節環構成的曲軸狀鏈平行于a軸方向伸展，K+位于鏈間空隙處，在K+處存在一對稱面，結構呈左右對稱，K+的平均配位數為10；低溫型鉀長石中，K+的配位數平均為8。K+的電價除了平衡骨架中[AlO4]多余的負電荷外，還與骨架中的橋氧之間產生誘導鍵力。鉀長石的結構透長石晶體結構圖（一部分）透長石晶體結構圖（一部分）透長石的結構

透長石的結構鈉長石的結構鈉長石屬三斜晶系，空間群C1；晶胞參數a=0.814nm，b=1.279nm，c=0.716nm，=94o19，，=116o34，，=87o39，。其結構如圖1-53所示。與透長石比較，鈉長石結構出現輕微的扭曲，左右不再呈現鏡面對稱。扭曲作用是由于四面體的移動，致使某些O2-環繞Na+更為緊密，而另一些O2-更為遠離。晶體結構從單斜變為三斜。鈉長石中Na+的配位數為6。鈉長石的結構鈉長石結構在（001）面上的投影鈉長石結構在（001）面上的投影透長石與鈉長石結構差異的原因

長石結構的曲軸狀鏈間有較大的空隙，半徑較大的陽離子位于空隙時，配位數較大，配位多面體較規則，能撐起[TO4]骨架，使對稱性提高到單斜晶系；半徑較小的陽離子位于空隙時，配位多面體不規則，致使骨架折陷，對稱性降為三斜晶系。

透長石與鈉長石結構差異的原因

在曲軸狀鏈中，Al3+取代Si+后，Al3+、Si+分布的有序－無序性也會影響結構的對稱性和軸長。當Al3+、Si+離子在鏈中的四面體位完全無序分布時，晶體具有單斜對稱，如透長石的c=0.72nm；而當Al3+、Si+離子在四面體位完全有序、呈相間排列時，晶體屬三斜晶系，如鈣長石c=1.43nm。

在曲軸狀鏈中，Al3+取代Si+后長石結構的解理性：長石結構的四節環鏈內結合牢固，鏈平行于a軸伸展，故沿a軸晶體不易斷裂；而在b軸和c軸方向，鏈間雖然也有橋氧連接，但有一部分是靠金屬離子與O2-之間的鍵來結合，較a軸方向結合弱得多；因此，長石在平行于鏈的方向上有較好的解理。

長石結構的解理性：長石結構的四節環鏈內結合牢固，鏈平行于a軸上一講主要內容回顧1離子晶體的結構及其影響因素2鮑林規則3二元化合物的典型晶體結構上一講主要內容回顧1離子晶體的結構及其影響因素2.4硅酸鹽的晶體結構一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點及分類

二、島狀結構

三、組群狀結構四、鏈狀結構五、層狀結構六、架狀結構2.4硅酸鹽的晶體結構一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點2.4硅酸鹽晶體結構

硅

26.0wt%

地殼中：鋁

7.45wt%

氧

49.130wt%

優勢礦物：硅酸鹽鋁硅酸鹽基本結構單元構造基本結構單元之間連接

結構和性質上特征等2.4硅酸鹽晶體結構硅一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點及分類

硅酸鹽晶體化學組成復雜，常采用兩種方法表征：

氧化物表示法無機絡鹽表示法（結構式）一、硅酸鹽晶體組成表征、結構特點及分類硅酸鹽晶體化學組成復氧化物表示法：按一定比例和順序寫出構成硅酸鹽晶體所有氧化物，先1價堿金屬氧化物，其次2價、3價金屬氧化物，最后SiO2。如，鉀長石化學式：K2O·Al2O3·6SiO2；無機絡鹽表示法：按一定比例和順序全部寫出構成硅酸鹽晶體所有離子，再用[]將相關絡陰離子括起，先是1價、2價金屬離子，其次Al3+和Si4+，最后O2-或OH-。如，鉀長石：K[AlSi3O8]。氧化物表示法：按一定比例和順序寫出構成硅酸鹽晶體所有氧化物，基本結構單元：[SiO4]四面體。Si－O－Si鍵為夾角不等折線，一般145o左右；[SiO4]每個頂點，即O2-最多為兩個[SiO4]所共用；兩相鄰[SiO4]之間只能共頂而不能共棱或共面連接；[SiO4]中心Si4+可部分被Al3+

所取代。硅酸鹽晶體結構特點：基本結構單元：[SiO4]四面體。Si－O－Si鍵為夾角不等以不同Si/O比對應基本結構單元[SiO4]之間不同結合方式，分為五種方式：島狀

組群狀

鏈狀

層狀

架狀對應Si/O由1/4→1/2，結構趨于復雜。硅酸鹽晶體分類方法：以不同Si/O比對應基本結構單元[SiO4]之間不同結合方硅酸鹽晶體結構類型與Si/O比的關系硅酸鹽晶體結構類型與Si/O比的關系二、島狀結構

[SiO4]以孤島狀存在，各頂點之間互不連接，每個O2-一側與1個Si4+連接，另一側與其它金屬離子相配位使電價平衡。結構中Si/O比為1:4。如：鋯石英Zr[SiO4]、鎂橄欖石Mg2[SiO4]、藍晶石Al2O3·SiO2、莫來石3Al2O3·2SiO2以及水泥熟料中-C2S、-C2S（Ca2SiO4）和C3S（Ca3SiO5）等。二、島狀結構[SiO4]以孤島狀存在，各頂點之間互不連接鎂橄欖石Mg2[SiO4]結構屬斜方晶系，空間群Pbnm晶胞參數a=0.476nm，b=1.021nm，c=0.599nm晶胞分子數Z=4O2-近似于六方最緊密堆積排列（即ABAB……層序堆積），Si4+填充1/8四面體空隙；Mg2+填充1/2八面體空隙每個[SiO4]被[MgO6]隔開，呈孤島狀分布鎂橄欖石Mg2[SiO4]結構屬斜方晶系，空間群Pbnm鎂橄欖石晶體結構（1）（a）（100）面上的投影圖（b）（001）面上的投影圖（c）立體側視圖鎂橄欖石晶體結構（1）（a）（100）面上的投影圖（b）（鎂橄欖石晶體結構（2）鎂橄欖石晶體結構（2）（a）（100）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（3）（a）（100）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（3）（b）（001）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（4）（b）（001）面上的投影圖鎂橄欖石晶體結構（4）鎂橄欖石結構中的同晶取代（1）Mg2+被Fe2+以任意比例取代，則形成橄欖石（FexMg1-x）SiO4固溶體；（2）若上圖（b）中25、75的Mg2+被Ca2+取代，則形成鈣橄欖石CaMgSiO4；（3）若Mg2+全部被Ca2+取代，則形成-Ca2SiO4（即-C2S），其中Ca2+配位數為6。由于配位規則，在水中幾乎為惰性注意：另一種島狀結構的水泥熟料礦物-Ca2SiO4（即-C2S）屬單斜晶系，其中Ca2+有8和6兩種配位。由于其配位不規則，化學性質活潑，能與水發生水化反應。

鎂橄欖石結構中的同晶取代鎂橄欖石結構與性質的關系（1）結構中每個O2-同時和1個[SiO4]和3個[MgO6]相連接，其電價飽和，晶體結構穩定；（2）Mg－O鍵和Si－O鍵均較強，則表現出較高硬度，熔點達到1890℃，是鎂質耐火材料的主要礦物；（3）結構中各個方向上鍵力分布較均勻，則無明顯解理，破碎后呈現粒狀。鎂橄欖石結構與性質的關系三、組群狀結構2個、3個、4個或6個[SiO4]通過共用氧相連接形成單獨硅氧絡陰離子團（有限硅氧四面體群），它們之間再通過其它金屬離子連接。（1）橋氧（或公共氧、非活性氧）：有限四面體群中連接兩個Si4+的氧，其電價已飽和，一般不再與其它正離子配位（2）非橋氧（或非公共氧、活性氧）：只有一側與Si4+相連接的氧三、組群狀結構2個、3個、4個或6個[SiO4]通過共用孤立的有限硅氧四面體群雙四面體[Si2O7]6-三節環[Si3O9]6-四節環[Si4O12]8-六節環[Si6O18]12-孤立的有限硅氧四面體群雙四面體[Si2O7]6-三節環[Si組群狀結構中Si/O比：2:7或1:3雙四面體：硅鈣石Ca3[Si2O7]

鋁方柱石Ca2Al[AlSiO7]

鎂方柱石Ca2Mg[Si2O7]三節環：藍錐礦BaTi[Si3O9]六節環：綠寶石Be3Al2[Si6O18]組群狀結構中Si/O比：2:7或1:3綠寶石Be3Al2[Si6O18]結構六方晶系，空間群P6/mcc，晶胞參數：a=0.921nm，c=0.917nm晶胞分子數Z=2，如圖1-34。基本結構單元是由6個[SiO4]組成六節環，其中1個Si4+和2個O2-處在同一高度，環與環相疊。綠寶石Be3Al2[Si6O18]結構六方晶系，空間群P6綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）粗黑線六節環在上，標高100，細黑線六節環在下，標高50上下兩層環錯開30o，投影方向不重疊環與環之間通過Be2+和Al3+連接綠寶石晶胞在（0001）面上的投影（上半個晶胞）粗黑線六節環

綠寶石結構與性質的關系六節環內無其它離子存在，結構中存在大的環形空腔。有電價低、半徑小離子（如Na+）存在時，直流電場中表現出顯著離子電導，交流電場中有較大介電損耗；當晶體受熱時，質點熱振動振幅增大，大空腔使晶體不會有明顯膨脹，表現出較小的膨脹系數；結晶學方面，常呈現六方或復六方柱晶形。綠寶石結構與性質的關系堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]結構與性質綠寶石結構的六節環中有一個Si4+被Al3+取代，且環外正離子由（Be3Al2）變為（Mg2Al3），使電價平衡。由于正離子在環形空腔遷移阻力增大，故介電性質較綠寶石提高。性質：熱學性能良好，但因其高頻損耗大，不宜作無線電陶瓷。注意：（1）有學者將綠寶石中[BeO4]歸到硅氧骨架中，則綠寶石便屬于架狀硅酸鹽礦物，化學式改寫為Al2[Be3Si6O18]；（2）有學者提出堇青石是一種帶有六節環和四節環的結構，化學式為Mg2[Al4Si5O18]。

堇青石Mg2Al3[AlSi5O18]結構與性質四、鏈狀結構1.鏈的類型、重復單元與化學式

[SiO4]通過橋氧相連接，形成向一維方向無限延伸的鏈。依照[SiO4]共用O2-數目不同，分為單鏈和雙鏈。四、鏈狀結構1.鏈的類型、重復單元與化學式單鏈：每個[SiO4]通過共用2個頂點向一維方向無限延伸，按重復出現與第一個[SiO4]空間取向完全一致的周期不等，分為1節鏈、2節鏈、3節鏈……7節鏈等7種類型，2節鏈以[Si2O6]4-為結構單元無限重復，化學式為[Si2O6]n4n-。雙鏈：兩條相同單鏈通過尚未共用的氧組成帶狀，2節雙鏈以[Si4O11]6-為結構單元向一維方向無限伸展，化學式為[Si4O11]n6n-。單鏈：每個[SiO4]通過共用2個頂點向一維方向無限延伸，按

（1）硅氧四面體所構成的鏈（a）單鏈結構；（b）雙鏈結構；（c）（d）（e）為從箭頭方向觀察所得的投影圖

（1）硅氧四面體所構成的鏈（a）單鏈結構；（（2）單鏈結構類型（2）單鏈結構類型單鏈結構：輝石類硅酸鹽礦物，如：透輝石CaMg[Si2O6]

頑火輝石Mg2[Si2O6]雙鏈結構：角閃石類硅酸鹽礦物，如：斜方角閃石(Mg,Fe)7[Si4O11]2(OH)2

透閃石Ca2Mg5[Si4O11]2(OH)2單鏈結構：輝石類硅酸鹽礦物，如：

無論單鏈或雙鏈，由于鏈內結構牢固，鏈間通過其它金屬陽離子連接，最常見的是Mg2+和Ca2+。而金屬陽離子與O2－之間的鍵比Si－O鍵弱，容易斷。則鏈狀結構礦物總是形成柱狀、針狀、或纖維狀解理。無論單鏈或雙鏈，由于鏈內結構牢固，鏈間通透輝石CaMg[Si2O6]結構單斜晶系，空間群C2/c，晶胞參數a=0.971nm，b=0.889nm，c=0.524nm，=105o37，；晶胞分子數Z=4。如圖所示，[Si2O6]單鏈平行于c軸方向伸展，兩個重疊硅氧鏈分別以粗黑線和細黑線表示。單鏈之間依靠Ca2+、Mg2+連接。Ca2+配位數為8，其中4個活性氧，4個非活性氧；Mg2+為6，6個均為活性氧

。Ca2+負責[SiO4]底面間的連接，Mg2+負責頂點間的連接。若透輝石結構中的Ca2+全部被Mg2+取代，則形成斜方晶系的頑火輝石Mg2[Si2O6]。透輝石CaMg[Si2O6]結構單斜晶系，空間群C2/c，透輝石結構（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投影透輝石結構（a）（010）面上的投影（b）（001）面上的投

（1）結構特征

2節單鏈，結構單元［Si2O6］，Z＝4。

(a)圖為（010）面，即a－c面投影。硅氧鏈沿c軸發展。鏈與鏈之間通過Mg2+和Ca2+連接起來，鏈與鏈不直接結合。

Mg2+和Ca2+在b軸方向重疊，現稍稍錯開便于觀察其位置。鏈中的四面體在b方向是一高一低排列呈鋸齒狀，即在(a)圖中，［SiO4］中的一個活性氧朝上朝下的重復排列。從(a)圖和(b)圖中可以看出：在沿a和b的方向上相鄰的鏈上［SiO4］活性氧的所指向方向相反，且交替出現。（1）結構特征

（2）Mg2＋和Ca2＋的配位

8處Mg2+與2個25、2個-10、2個10的O2-配位，配位數為6。

31處Ca2+與2個52，2個75，2個10，2個48的O2-配位，配位數為8。

（3）電價檢驗

出現電價過飽和情況，如：52處非活性O2-與2個［SiO4］連接，又和1個［CaO8］配位。則:

注意：有電價過飽和的O2-也會有電價不飽和的O2-（2）Mg2＋和Ca2＋的配位

圖（b）上部頂朝下，［SiO4］頂端的活性O2-同時與1個Si4＋、2個Mg2＋、1個Ca2＋配位。則:

圖（b）上部頂朝上，［SiO4］底部的活性O2-同時與1個Si4＋、1個Mg2＋、1個Ca2＋配位。則:

活性O2-平均電價：

非活性O2-和活性O2-的電價平均值為：所以總電價是平衡的。圖（b）上部頂朝下，［SiO4］頂端的活性O2-同時與1個（4）結構與性質的關系

a．介電性質輝石類晶體比綠寶石類晶體緊密，則頑火輝石Mg2[Si2O6]、鋰輝石LiAl[Si2O6]等均具有良好電絕緣性能，是高頻無線電陶瓷和微晶玻璃的主要晶相；當結構中存在變價正離子時，則晶體又呈現顯著電子電導，這與結構中局部電荷不平衡有關。（4）結構與性質的關系a．介電性質

b.鍵型與解理角的關系

解理角面交角：透輝石為93o，透閃石為56o，由于結構中單鏈或雙鏈造成——區分輝石類和角閃石類晶體的基本特征之一。由于Si－O鍵強于Ca－O和Mg－O鍵，則破裂總發生在金屬離子和O2-之間。Mg2+負責［SiO4］頂角與頂角之間聯系。Ca2+負責［SiO4］底面和底面之間聯系。由于Mg2+半徑小，所以Mg－O鍵強于Ca－O鍵，即礦物受外力作用破壞時Ca－O鍵將斷裂。由于透輝石是單鍵，則其夾角為93o；而角閃石式雙鍵，則其夾角為56o。b.鍵型與解理角的關系透輝石和透閃石單位晶胞在（001）面上的投影

透輝石和透閃石單位晶胞在（001）面上的投影五、層狀結構1.層狀結構的基本單元、化學式與類型每個[SiO4]通過3個橋氧連接，構成向二維方向伸展的六節環狀硅氧層（無限硅氧四面體群），其中可取出一個矩形單元[Si4O10]4-，則化學式：[Si4O10]n4n-。見圖。五、層狀結構1.層狀結構的基本單元、化學式與類型層狀結構硅氧四面體

（a）立體圖（b）投影圖層狀結構硅氧四面體（a）立體圖（b）投影圖

活性氧電價由其它金屬離子來平衡，一般為6配位的Mg2+或Al3+離子，同時水分子以OH-形式存在于這些離子周圍，形成水鋁石或水鎂石層。根據活性氧空間取向不同，硅氧層分為：

單網層：一層硅氧層所有活性氧均指向同一個方向，相當于一個硅氧層加上一個水鋁（鎂）石層，稱為1∶1層；復網層：兩層硅氧層中活性氧交替地指向相反方向，相當于兩個硅氧層中間加上一個水鋁（鎂）石層，稱為2∶1層。活性氧電價由其它金屬離子來平衡，一般為6配位根據水鋁（鎂）石層中八面體空隙填充情況，結構又分為：三八面體型：八面體空隙全部被金屬離子所占據

二八面體型：2/3八面體空隙被填充結構中的水

結構水：以OH-形式占據結點位置的水，需400～600℃排除，排除時結構被破壞。

結合水：以H2O形式進入層間的水，100～120℃可排除，排除時結構不被破壞。根據水鋁（鎂）石層中八面體空隙填充情況，結構又分為：（1）層狀結構硅酸鹽晶體中硅氧四面體層和

鋁氧八面體層的連接方式（A）１∶１型（B）２∶１型（1）層狀結構硅酸鹽晶體中硅氧四面體層和

單網層及復網層的構成

單網層及復網層的構成單網層的構成

單網層的構成滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結構

單斜晶系，空間群C2/c，復網層結構，晶胞參數a=0.525nm，b=0.910nm，c=1.881nm，=100o，如圖所示。滑石Mg3[Si4O10](OH)2的結構單滑石的結構

（a）（001）面上的投影（b）圖（a）結構的縱剖面圖OH-位于六節環中心，Mg2+位于Si4+與OH-形成的三角形中心，但高度不同兩個硅氧層的活性氧指向相反，中間通過鎂氫氧層連接，形成復網層復網層平行排列形成滑石結構水鎂石層中Mg2+配位數為6，形成[MgO4(OH)2]八面體。其中全部八面體空隙被Mg2+所填充，屬三八面體型結構滑石的結構（a）（001）面上的投影（b）圖（a）結構的結構與性質的關系：復網層中每個活性O2-同時與3個Mg2+相連接，電價飽和；OH-中氧的電價也飽和，則復網層內為電中性，層與層之間靠微弱分子力結合，致使層間易相對滑動，則具有良好片狀解理，并有滑膩感。

結構與性質的關系：離子取代現象：用2個Al