k硅酸鹽礦物概述

1、第21章 含氧鹽大類(lèi) (一)含氧鹽大類(lèi)礦物概述硅酸鹽類(lèi)硫酸鹽類(lèi)碳酸鹽類(lèi)含氧鹽大類(lèi) (一)硅酸鹽類(lèi)礦物概述1含氧鹽礦物：金屬陽(yáng)離子與各種含氧酸根絡(luò)陰離子結(jié)合而成的鹽類(lèi)化合物。本大類(lèi)礦物種數(shù)約占已知礦物總數(shù)的2/3，重量超過(guò)地殼總重量的4/5。1 含氧鹽大類(lèi)礦物概述21. 化學(xué)組成陽(yáng)離子： 惰性氣體型離子最為重要；其次為部分過(guò)渡型離子。絡(luò)陰離子： SiO44-、SO42-、CO32-、PO43-、 WO42-、BO43-、AsO43-、VO43-、 MoO42-、NO3-、CrO42- 2. 晶體化學(xué)特點(diǎn) 絡(luò)陰離子內(nèi)中心陽(yáng)離子的半徑小、電價(jià)高，主要以共價(jià)鍵與O2-牢固相聯(lián)，是晶體結(jié)構(gòu)中的獨(dú)立單位；

2、絡(luò)陰離子主要藉助O2-與外部金屬陽(yáng)離子以離子鍵結(jié)合；層狀結(jié)構(gòu)者層間以分子鍵聯(lián)系。 總體看含氧鹽屬離子晶格。3含氧鹽礦物晶體化學(xué)特點(diǎn)石榴子石晶體結(jié)構(gòu)4含氧鹽礦物晶體化學(xué)特點(diǎn)53. 物理性質(zhì) 具離子晶格的特性1光學(xué)性質(zhì)：通常為淺色，條痕白色，透明，玻璃光澤；少數(shù)為金剛光澤、半金屬光澤。 2其他性質(zhì)： 1）H 變化極大（18）：無(wú)水的含氧鹽特別是硅酸鹽(層狀硅酸鹽除外)礦物一般具較高的硬度和熔點(diǎn)，一般不溶于水；其他礦物硬度較小 2）G中等輕。 3）不同類(lèi)礦物及同一類(lèi)礦物不同礦物種，其解理發(fā)育不同。 4）導(dǎo)熱性差，不導(dǎo)電。 64. 分類(lèi)據(jù)絡(luò)陰離子種類(lèi)的不同，分為：硅酸鹽類(lèi)硫酸鹽類(lèi)碳酸鹽類(lèi)磷酸鹽類(lèi)鎢酸鹽

3、類(lèi)硼酸鹽類(lèi)砷酸鹽類(lèi)釩酸鹽類(lèi)鉬酸鹽類(lèi)硝酸鹽類(lèi)鉻酸鹽類(lèi)71. 硅酸鹽類(lèi)礦物概述概念SiO4硅氧四面體或它們彼此共用頂角氧聯(lián)接形成的各種硅氧四面體骨干，借助其它陽(yáng)離子結(jié)合而成的化合物，稱(chēng)硅酸鹽礦物。分布硅酸鹽礦物種類(lèi)繁多，已知硅酸鹽礦物有800余種，約占礦物種總數(shù)的24%，占地殼巖石圈重量的85%。2 硅酸鹽類(lèi)礦物8意義：1）是三大類(lèi)巖石的主要造巖礦物，是組成地殼的物質(zhì)基礎(chǔ)；2）對(duì)研究巖石或礦床的成因、構(gòu)造帶的劃分均有特殊意義；3）許多硅酸鹽礦物本身，作為非金屬礦物原料或特種非金屬材料，廣泛用于工業(yè)、國(guó)防、尖端技術(shù)及其他領(lǐng)域，并日益發(fā)揮重要作用。 4）是許多金屬元素特別是稀有金屬Be、Li、Rb、C

4、s、Zr、Hf等的主要或唯一來(lái)源。5）不少硅酸鹽礦物是珍貴的寶玉石礦物，如綠柱石(祖母綠和海藍(lán)寶石)、硬玉(翡翠)、軟玉、電氣石(碧璽)、黃玉、石榴子石（紫牙烏）等。91.1 化學(xué)組成陽(yáng)離子：陽(yáng)離子元素有57種之多，主要是惰性氣體型離子及部分過(guò)渡型離子；銅型離子很少見(jiàn)。最主要為Al、Fe、Ca、Mg、Na、K，其次有Mn、Ti、Li、Be、Zr等。 構(gòu)成硅酸鹽礦物的主要陽(yáng)離子依常見(jiàn)的配位數(shù)區(qū)分時(shí)，可分下列幾類(lèi)：配位數(shù)為4：B3+、Be2+、Al3+、Ti4+、Li+、Fe3+、Zn2+、Mg2+；配位數(shù)為6：Al3+、Ti4+、Fe3+、Mg2+、Li+、Zr4+、Mn2+、Ca2+、Fe2+

5、、Se3+、K+；配位數(shù)為8：Na+、Ca2+、Fe2+、Mn2+、Zr4+、Mg2+、K+、Ba2+；配位數(shù)為12：K+、Ba2+。陰離子：除SiO44-絡(luò)陰離子及它們相互連接而成的一系列復(fù)雜絡(luò)陰離子外，有時(shí)還存在F-、Cl-、(OH) -、O2- 及 S2-、CO32-、SO42-附加陰離子。此外，還存在水分子H2O。10硅酸鹽化學(xué)組成11 注意： 1）各種不同元素間普遍存在類(lèi)質(zhì)同像。 2）硅酸鹽中的水，常為(OH)- 和H2O； (H3O)+只在某些層狀硅酸鹽中少量存在，且易于轉(zhuǎn)變?yōu)镠+H2O。H2O多呈沸石水或?qū)娱g水，僅在少數(shù)硅酸鹽中才以結(jié)晶水的形式存在，起著充填空隙或水化陽(yáng)離子的作用

6、。 121.2 晶體化學(xué)特征Si4+與O2-結(jié)合時(shí)以四次配位的形式最為穩(wěn)定，鍵長(zhǎng)1.6，所以在硅酸鹽礦物中它總是以配位四面體的形式出現(xiàn)于結(jié)構(gòu)中。在結(jié)構(gòu)化學(xué)上是用硅的sp3雜軌道加以解釋的，這四個(gè)雜化軌道形狀相同，分別指向四面體的四個(gè)角頂，鍵角為1092816，與相應(yīng)的氧原子構(gòu)成四個(gè)鍵力很強(qiáng)的鍵。因此，硅酸鹽礦物的結(jié)構(gòu)中，總是將SiO44-看成是一個(gè)不可分割的整體。SiO44-四面體是硅酸鹽礦物的基本結(jié)構(gòu)單元，可孤立地存在；也可以角頂相聯(lián)形成多種復(fù)雜的絡(luò)陰離子，即各種形式的硅氧骨干，再與金屬陽(yáng)離子結(jié)合形成多種硅酸鹽礦物。SiO44-四面體13 活性氧（非橋氧，端氧）： SiO44-四面體中 與1

7、個(gè)Si相聯(lián)結(jié)的O。惰性氧（橋氧）： SiO44-四面體中 與2個(gè)Si相聯(lián)結(jié)的O， 其電荷已中和。 141.2.1 硅氧骨干的基本形式在硅酸鹽礦物晶體結(jié)構(gòu)中， SiO44-四面體是基本結(jié)構(gòu)單元， SiO44-四面體聯(lián)成各種形式的絡(luò)陰離子骨干，因SiO44-的聯(lián)結(jié)方式的不同而異，骨干與骨干之間再借助其它陽(yáng)離子互相聯(lián)接成許多類(lèi)型的硅酸鹽結(jié)構(gòu)。目前已發(fā)現(xiàn)的硅氧骨干有幾十種，常見(jiàn)的基本形式主要有： 1）島狀硅氧骨干硅氧骨干被其他陽(yáng)離子隔開(kāi)，彼此分離猶如孤島。15（1）孤立四面體： SiO44- SiO = 14 SiO44-間彼此互不連接，孤立地分布。如橄欖石 (Mg，F(xiàn)e)2SiO4 。（2）雙四面體

8、： Si2O76- SiO = 13.5 2個(gè)SiO44-共用1個(gè)角頂相互連接。 如異極礦 Zn4Si2O7(OH)216孤立四面體17橄欖石 (Mg，F(xiàn)e)2SiO418雙四面體1920 2）環(huán)狀硅氧骨干：SinO3n2n- SiO = 13 由n個(gè)SiO44-彼此共用角頂相聯(lián)形成封閉的環(huán)，每個(gè)SiO44-與相鄰的SiO44-共用2個(gè)角頂。最常見(jiàn)六環(huán)Si6O1812-，如綠柱石Be3Al2Si6O18等；也有三環(huán)Si3O96-、四環(huán)Si4O128- 。 2122環(huán)狀硅氧骨干2324環(huán)狀硅氧骨干返回 25綠柱石Be3Al2Si6O18263）鏈狀硅氧骨干無(wú)數(shù)個(gè)SiO44-間通過(guò)共用2或3個(gè)角頂

9、，沿一個(gè)方向彼此相連，無(wú)限延伸成鏈。鏈間為其他金屬陽(yáng)離子聯(lián)結(jié)。常見(jiàn)單鏈和雙鏈。（1）單鏈： 每個(gè)SiO44-以2個(gè)橋氧分別與相鄰的2個(gè)SiO44-聯(lián)結(jié)。 按重復(fù)周期和聯(lián)結(jié)方式分： 輝石型： SiO = 13： 硅灰石型： 薔薇輝石型：2728硅灰石薔薇輝石輝石單鏈29（2）雙鏈雙鏈：相當(dāng)于2個(gè)單鏈聯(lián)結(jié)而成。角閃石型： SiO = 12.75 由互成鏡像關(guān)系的2個(gè)輝石型單鏈并聯(lián)而成，每個(gè)SiO44-中有2或3個(gè)橋氧。30雙鏈3132334）層狀硅氧骨干層狀硅氧骨干： SiO = 12.5每個(gè)SiO44-均以3個(gè)角頂分別與相鄰的3個(gè)SiO44-相連結(jié)而形成向二維空間無(wú)限延展的硅氧四面體層。 34層

10、狀硅氧骨干35365）架狀硅氧骨干： (AlxSin-x)O2nx- (Si + Al)O = 12所有SiO44-均以4個(gè)角頂分別與相鄰的4個(gè)SiO44-共用相連形成三維空間無(wú)限擴(kuò)展的架狀結(jié)構(gòu)。所有O2-皆為橋氧，為電性中和的結(jié)構(gòu)，不再是硅酸鹽的絡(luò)陰離子。 37架狀硅氧骨干3839故 在硅酸鹽的架狀骨干中，必須有部分的SiO44-為AlO45-（個(gè)別情況下可被BeO46-或BO45-等）所替代，這樣才能出現(xiàn)過(guò)剩的負(fù)電荷成為架狀絡(luò)陰離子，得以與骨干之外的一定的金屬陽(yáng)離子結(jié)合成鋁硅酸鹽。如：正長(zhǎng)石 KAlSi3O8，霞石 (Na，K)AlSiO4， 香花石 Ca3Li2BeSiO43F2 ，鈉硼

11、長(zhǎng)石 NaBSi3O8等。 40注意： 架狀硅氧骨干內(nèi)，O2-剩余電荷低，且空隙較大，要求低電價(jià)、大半徑、高配位數(shù)的金屬陽(yáng)離子與之結(jié)合。有時(shí)并有附加陰離子和水分子存在。 AlO45-不穩(wěn)定，在硅氧骨干結(jié)構(gòu)中，2個(gè)AlO45-不能直接相連，而必需有 SiO44-的支持，并由SiO44-將其分隔。故Al替代Si的數(shù)量不能超過(guò)Si總數(shù)的一半；孤立硅氧骨干中AlO45-四面體難以存在。411.2.2 化學(xué)鍵硅氧骨干內(nèi)部Si與O之間主要是共價(jià)鍵，硅氧骨干與金屬陽(yáng)離子間則以離子鍵為主。Si O鍵的性質(zhì)與SiO比值及其他金屬陽(yáng)離子存在的情況有關(guān)：隨著SiO比值由14遞增至12，Si O的作用遞增，而O2-與

12、金屬陽(yáng)離子作用遞減，致使Si的離子化趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)。421.2.3 Al 的作用Al在硅酸鹽結(jié)構(gòu)中起著特殊的雙重作用。1）Al3+呈六次配位，與O2- 結(jié)合成 AlO6八面體，存在于硅氧骨干之外，起聯(lián)結(jié)絡(luò)陰離子的普通金屬陽(yáng)離子（如Mg2+、Fe2+）的作用，形成 鋁的硅酸鹽。如高嶺石Al4Si4O10(OH)8，黃玉Al2SiO4(F， OH)2 2）Al3+呈四次配位，進(jìn)入硅氧骨干，替代部分的Si4+，形成AlO4四面體，構(gòu)成鋁硅酸鹽。如鉀長(zhǎng)石KAlSi3O8 3）有時(shí)，Al可在同一晶體結(jié)構(gòu)中，同時(shí)呈四次和六次配位，形成鋁的鋁硅酸鹽。如白云母KAl2AlSi3O10(OH)2 43SiO4OH

13、OAlAl 的作用1）高嶺石 Al4Si4O10(OH)8 44(Si，Al)O4K2）鉀長(zhǎng)石KAlSi3O845(Si，Al)O4AlO4(OH)23）白云母KAl2AlSi3O10(OH)246 Al 的氧化物的兩性： 酸性條件下Al 起陽(yáng)離子的作用，CN=6； 堿性條件下形成鋁酸根，CN=4 。 rAl / rO = 0.386 （近于0.414） 高壓條件下CN = 6 ；高溫條件下CN = 4 高溫或堿性條件下易形成鋁硅酸鹽， 如夕線(xiàn)石AlAlSiO5 ； 高壓或酸性條件下易形成鋁的硅酸鹽， 如藍(lán)晶石Al2SiO4 。 47 小結(jié)： 具單四面體島狀結(jié)構(gòu)的硅酸鹽，晶體一般最緊密；具鏈狀

14、層狀架狀結(jié)構(gòu)者，空隙度依次加大，結(jié)構(gòu)的緊密度依次降低。硅酸鹽礦物因晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)組成特點(diǎn)的不同，其形態(tài)和物理性質(zhì)各具特征。結(jié)構(gòu)內(nèi)鍵力的鍵強(qiáng)及強(qiáng)鍵的取向 晶體習(xí)性及力學(xué)性質(zhì)；結(jié)構(gòu)的緊密程度和金屬陽(yáng)離子的性質(zhì) 光學(xué)性質(zhì) 48硅氧四面體骨干SiO4四面體為其基本結(jié)構(gòu)單元，這種絡(luò)陰離子團(tuán)是由一個(gè)Si及其周?chē)乃膫€(gè)配位氧構(gòu)成，四個(gè)配位氧呈四面體形態(tài)包圍Si，故稱(chēng)為硅氧四面體按照絡(luò)陰離子團(tuán)骨干的形式不同可劃分亞類(lèi)：島狀硅氧四面體骨干這種硅氧四面體骨干是硅氧四面體以單個(gè)SiO44-形式，或每?jī)蓚€(gè)共角頂橋式氧相連組成雙四面體SI2O76-形式；結(jié)構(gòu)中彼此通過(guò)其它陽(yáng)離子聯(lián)系起來(lái)，而硅氧四面體骨干之間，彼此不直接

15、相連，如滄海中之弧島，故名“島狀”。環(huán)狀硅氧四面體骨干這種硅氧四面體骨干是硅氧四面體SiO4以頂角橋式氧相連形成封閉的環(huán)。附硅氧四面體骨干小結(jié)49 鏈狀硅氧四面體骨干 這種硅氧四面體骨干是SiO4以頂角橋式氧聯(lián)接成的沿一個(gè)方向無(wú)限延伸的連續(xù)鏈。最常見(jiàn)的有單鏈和雙鏈。 單鏈：在單鏈中，每一個(gè)SiO4四面體以?xún)蓚€(gè)頂角氧與相鄰的SiO4四面體共用。 雙鏈：雙鏈即由兩個(gè)單鏈在側(cè)向共用頂角氧并行排列而成。 層狀硅氧四面體骨干 每一個(gè)SiO4四面體，組成二維空間無(wú)限展開(kāi)的層。架狀硅氧四面體骨干 每一個(gè)SiO4四面體，組成三度空間無(wú)限擴(kuò)展的骨架。 兩個(gè)性質(zhì)：其一，架狀骨干中的孔隙較大，陽(yáng)離子半徑大；其二，氧

16、離子的剩余電荷少，陽(yáng)離子電價(jià)低。50根據(jù)硅氧四面體在結(jié)構(gòu)中的連接方式的不同，可以區(qū)分出下列五種類(lèi)型的絡(luò)陰離子，也可以說(shuō)成是五種骨干。島狀絡(luò)陰離子：常見(jiàn)的島狀絡(luò)陰離子有單個(gè)硅氧四面體SiO44-或雙四面體Si2O76-等，在結(jié)構(gòu)中孤立存在。它們彼此間靠其它金屬陽(yáng)離子連接。此外， 還有罕見(jiàn)的形式：一是Si3O108-，它是由三個(gè)硅氧四面體連接而成的，在鈹密黃石(aminoffite)中存在；另一種是由五個(gè)硅氧四面體連接而成的Si5O1612-絡(luò)陰離子， 一個(gè)四面體居中，其四個(gè)角頂分別與其余四個(gè)硅氧四面體連接，僅在氯黃晶(zunyite)存在。環(huán)狀絡(luò)陰離子：按環(huán)中四面體的數(shù)目，可分別稱(chēng)做三聯(lián)環(huán)、六聯(lián)

17、環(huán)、八聯(lián)環(huán)、九聯(lián)環(huán)和十二聯(lián)環(huán)。環(huán)內(nèi)每一個(gè)四面體均以?xún)蓚€(gè)角頂分別與相今的兩個(gè)四面體連接；環(huán)與之間則借助其它金屬陽(yáng)離子來(lái)維系。它們分別用Si3O96-、Si4O128-、Si6O1812-、Si8O2416-、Si9O2718-、Si12O3624-表示。51鏈狀絡(luò)陰離子：有單鏈和雙鏈等。單鏈中每個(gè)硅氧四面體以?xún)蓚€(gè)角頂分別與相鄰的柄個(gè)硅氧四面體連接成一維無(wú)限延伸的連續(xù)鏈。其絡(luò)陰離子可以用Si2O6n4n-表示。雙鏈相當(dāng)于兩個(gè)單鏈組合而成，例如角閃石族礦物中的雙鏈，其絡(luò)陰離子可以用Si4O11n6n-表示。層狀絡(luò)陰離子：每一硅氧四面體均以三個(gè)角頂分別與相鄰的三個(gè)硅氧四面體相邊接，組成在二維空間內(nèi)無(wú)限

18、延展的層。例如滑石Mg3Si4O10(OH)2，其絡(luò)陰離子可以用Si4O10n4n-來(lái)表示。架狀絡(luò)陰離子：每一硅氧四面體均以其全部四個(gè)角頂與相鄰的四面體連接，組成在三維空間中無(wú)限擴(kuò)展的骨架。此時(shí)，每個(gè)氧離子都是橋氧。52島狀硅氧骨干環(huán)狀硅氧骨干孤立四面體SiO44-兩個(gè)硅氧四面體共用一個(gè)角頂構(gòu)成雙四面體Si2O76-端氧（活性氧）橋氧（惰性氧） 硅氧四面體彼此之間共用兩個(gè)角頂構(gòu)成封閉的環(huán)狀SinO3n2n-(n 3)三方環(huán)Si3O96-、四方環(huán)Si4O128-及六方環(huán)Si6O1812-53鏈狀硅氧骨干硅氧四面體彼此之間共用兩個(gè)角頂構(gòu)成一向延伸的單鏈Si2O64-硅氧四面體部分共用兩個(gè)角頂，部分

19、共用三個(gè)角頂相互聯(lián)接構(gòu)成一向延伸的雙鏈Si4O116-硅氧四面體共用三個(gè)角頂構(gòu)成二向延展的平面層狀Si4O104-層狀硅氧骨干54當(dāng)硅氧四面體彼此共用四個(gè)角頂時(shí)構(gòu)成向三維空間發(fā)展的骨架狀SiO2，但是在硅酸鹽中，這種架狀結(jié)構(gòu)并不完全由硅氧四面體組成，而必須有一部分硅氧四面體（Si-O4）被鋁氧四面體（Al-O4）所代替，這樣才能出現(xiàn)多余的負(fù)電荷，而成為架狀絡(luò)陰離子，這種絡(luò)陰離子可用通式(AlxSin-x)O2nx-表示架狀硅氧骨干55 此外，根據(jù)最近研究結(jié)果(主要根據(jù)透射電鏡研究結(jié)果)，還發(fā)現(xiàn)一種具有單鏈、雙鏈、三鏈和層狀絡(luò)陰離子共同存在同一個(gè)晶體中的特殊結(jié)構(gòu)，屬于層鏈狀的混合結(jié)構(gòu)。已發(fā)現(xiàn)有幾

20、種礦物，并命名為“云輝閃石(biopyribole)”族。561.3 形態(tài)與硅氧骨干形式密切相關(guān)。一般地：1）具孤立SiO44-四面體骨干的硅酸鹽礦物，常表現(xiàn)為三向等長(zhǎng)的形態(tài)，呈等軸狀或粒狀，如石榴子石，橄欖石。若不同方向的鍵力有差異，則呈非三向等長(zhǎng)的形態(tài)，如紅柱石呈柱狀，藍(lán)晶石呈板條狀 。2）具環(huán)狀硅氧骨干者，垂直環(huán)平面（沿c軸）的方向上環(huán)與環(huán)之間的聯(lián)結(jié)力一般較強(qiáng)，晶體常呈柱狀形態(tài)，往往屬三方、六方晶系，如電氣石， 綠柱石。57石榴子石58橄欖石石榴子石59紅柱石藍(lán)晶石60電氣石綠柱石61彩色電氣石623）具鏈狀硅氧骨干者，均鏈的方向而成柱狀、針狀、纖維狀，如 輝石，角閃石。4）層狀結(jié)構(gòu)礦物

21、晶體結(jié)構(gòu)層的方向而成板狀、片狀、鱗片狀，如滑石，云母。5）架狀結(jié)構(gòu)礦物較復(fù)雜，其形態(tài) 主要取決于SiO44-與AlO45-骨干內(nèi)部的連接形式及化學(xué)鍵分布的情況，可呈粒狀、片狀、板狀、板柱狀或柱狀。 如沸石族礦物因骨干內(nèi)部有的沿一個(gè)方向聯(lián)結(jié)力特強(qiáng)而似鏈狀，有的在某一平面內(nèi)聯(lián)結(jié)力特強(qiáng)而似層狀，有的則呈典型的架狀，故鈉沸石呈柱狀、片沸石呈片狀、方沸石呈三向等長(zhǎng)形態(tài)。 63 輝石64角閃石65滑石66云母 67681.4 物理性質(zhì)硅氧骨干內(nèi)部主要是共價(jià)鍵，硅氧骨干與金屬陽(yáng)離子之間主要以離子鍵結(jié)合。硅酸鹽礦物一般具離子晶格的性質(zhì)，明顯表現(xiàn)出非金屬性：大多為透明或半透明，玻璃光澤或金剛光澤，條痕白色或近白

22、色的淺色等。但顏色、解理、硬度、比重等性質(zhì)變化很大，主要受硅氧骨干形式及金屬陽(yáng)離子的種類(lèi)的影響。 691）顏色：取決于金屬陽(yáng)離子的種類(lèi)： 惰性氣體型離子的硅酸鹽礦物為無(wú)色或淺色； 含F(xiàn)e、Mn、Ti等過(guò)渡型離子者，顏色較深。 2）解理：明顯受結(jié)構(gòu)中強(qiáng)鍵的分布所控制： 具島狀結(jié)構(gòu)之三向等長(zhǎng)者，一般無(wú)完全解理；而紅柱石具c軸方向的柱狀解理，藍(lán)晶石具100的完全解理。 環(huán)狀者，如有解理，則為柱狀或底軸面的解理。 鏈狀者，具鏈的方向的柱狀完全解理。 層狀者，具層的極完全解理。（完全的底面解理） 架狀者，視其晶體格架類(lèi)型而有所不同，解理完善程度視鍵力情況 而不同。如長(zhǎng)石族礦物具001和 010中等完全解理。 703）硬度：一般均較高(小刀)，僅層狀結(jié)構(gòu)者例外。 島狀結(jié)構(gòu)者，結(jié)構(gòu)緊密，H 最高，通常為68； 環(huán)狀