《礦物學(xué)（第2版）》課件8第八講：第十一章 第四大類硅酸鹽類

1、第十一章 第四大類：含氧鹽（一）（硅酸鹽類）（2學(xué)時(shí)） 0 概述硅和氧是地殼中分布最廣的兩種元素，其克拉克值分別為27.72%和46.6%。兩者總計(jì)為74.32%。形成硅酸鹽礦物的總量占地殼總重量的85%。兩者組成SiO2外，還組成地殼中最為廣泛的硅酸酸鹽。1一 前言1 化學(xué)成分：陽離子主要是惰性氣體型離子和部分過渡性離子，而銅型離子少見。陰離子是主要由硅和氧組成的絡(luò)陰離子，及附加陰離子O、OH、F、CL、S、CO3、SO4、H2O。22 硅氧骨干：每一個(gè)硅周圍有4 個(gè)O包圍著，構(gòu)成SiO4四面體，它是硅酸鹽的基本構(gòu)造單元。每個(gè)硅氧四面體都有四個(gè)氧離子，氧離子的一半電價(jià)與硅結(jié)合，而另一半則與四

2、面體外的其它陽離子相聯(lián)、或與其它硅氧四面體相聯(lián)，在空間形成形成網(wǎng)格。硅氧四面體骨干在空間的聯(lián)結(jié)方式主要有：（1）島狀硅氧骨干：硅氧骨被其他陽離子所隔開，彼此分開如島狀。進(jìn)一步分為孤立的單四面體或雙四面體。（2）環(huán)狀硅氧骨干：硅氧四面體以角頂相聯(lián)形成封閉的環(huán)狀，要形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)至少需要3個(gè)。進(jìn)一步又可分為單層環(huán)、雙層環(huán)。（3） 鏈狀硅氧骨干：硅氧四面體以角頂相聯(lián)沿一個(gè)方向無限地延伸，可分為單鏈和雙鏈。據(jù)聯(lián)結(jié)方式和重復(fù)規(guī)律又可以分為多種形式。345（3）層狀硅氧骨干：硅氧四面體以角頂相聯(lián)，形成兩度空間的無限延伸的面，在平面內(nèi)硅氧四面體共用三個(gè)角頂，在平面內(nèi)的O兩價(jià)態(tài)都有被利用，即為“惰性氧”，或稱為

3、“氧橋”。每個(gè)硅氧四面體的剩余的一個(gè)氧即為“活性氧”，這種活性氧可以指向一側(cè)，變可以指向兩側(cè)，因此據(jù)硅氧四面體的聯(lián)結(jié)方式及活性氧的朝向等到層狀硅酸骨干可細(xì)分若干類。（4）架狀硅氧骨干：硅氧骨干四個(gè)氧都是惰性氧，硅氧四面在空間三個(gè)方向無限延伸，典型的架狀結(jié)構(gòu)是石英。由于這種結(jié)構(gòu)無剩余電價(jià)，其他離子不能進(jìn)入晶格，因此必須要有部分Al代替硅進(jìn)入架狀結(jié)構(gòu)中，從而使O有剩余的電價(jià)，與其陽離子結(jié)合，形成牢固 的架狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)。由于架狀硅酸鹽剩余電價(jià)少、且會(huì)形成較大的空隙，因此架狀硅酸鹽離子大多是低電價(jià)的、大離子半徑的、高配位的離子。有時(shí)并有附加陰離子和水分子存在。 67891011123 鋁的作用鋁具有雙

4、重性質(zhì)，既可以替代硅，形成四次配位的鋁硅酸鹽；又可以成六次配位，構(gòu)成鋁的硅酸鹽。有時(shí)在同一種結(jié)構(gòu)中同時(shí)具有這兩種結(jié)構(gòu)。鋁氧四面體比硅氧四面體稍大，在硅氧四面體為主的架狀結(jié)構(gòu)中是不穩(wěn)定的因素，且兩個(gè)鋁氧四面體不能相聯(lián)，因此鋁替代硅的最大限度是1:1。另一方面，由于鋁氧四面體摻入到硅氧四面體為主的結(jié)構(gòu)中是不穩(wěn)定的，因此，在低溫不穩(wěn)定，常會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。即發(fā)生鋁四次配位轉(zhuǎn)向六次配位。硅和鋁在架狀結(jié)構(gòu)中可以是有序的，也可以是無序的。131415 二、形態(tài)與物理性質(zhì)硅酸鹽礦物的晶體形態(tài)，取決于硅氧骨干的型式和其它陽離子配位多面體，AlO6八面體的連結(jié)。具孤立SiO4四面體骨干的硅酸鹽在形態(tài)上常表現(xiàn)為三向等長(zhǎng)

5、，如石榴子石等。具有環(huán)狀硅氧骨干的硅酸鹽晶體常呈柱狀習(xí)性，柱狀晶體往往屬六方或三方晶系，柱的延長(zhǎng)方向垂直于環(huán)狀硅氧骨干的平面，如綠柱石、電氣石。具有鏈狀硅氧骨干的硅酸鹽晶體常呈柱狀或針狀晶體，晶體延長(zhǎng)的方向平行鏈狀硅氧骨干延長(zhǎng)的方向，如輝石、角閃石、硅灰石。 具層狀硅氧骨干的硅酸鹽晶體呈板狀、片狀、甚至鱗片狀，如云母、葡萄石。對(duì)于具有架狀硅氧骨干的硅酸鹽，其形態(tài)決定于架內(nèi)化學(xué)鍵的分布情況。.16 硅酸鹽礦物具共價(jià)鍵及離子鍵，一般具有離子晶格的特點(diǎn)。礦物一般為透明，玻璃-金剛光澤，淺色或無色。 硅酸鹽礦物的解理亦與其硅氧骨干的形式有關(guān)。具層狀骨干者常平行層面有極完全解理，如云母、滑石等.具鏈狀骨

6、干者常平行鏈延長(zhǎng)的方向產(chǎn)生解理，如輝石、角閃石等；具架狀骨干者，解理決定于架中化學(xué)鍵的分布，如長(zhǎng)石有平行a軸的兩組解理，是因?yàn)殚L(zhǎng)石架狀硅氧骨干中有平行a軸的比較強(qiáng)的鏈；具環(huán)狀骨干的硅酸鹽一般解理不好。17 第一亞類島狀硅酸鹽主要礦物介紹1 橄欖石化學(xué)成分：橄欖石的晶體化學(xué)式是R2SiO4，其中R為Mg、Fe、Mn等，也有Ni、Co、Zn等，都為2價(jià)的離子，三價(jià)的離子少見。當(dāng)R為鈣離子時(shí)則出現(xiàn)復(fù)鹽礦物。習(xí)慣上的橄欖石為（Mg，F(xiàn)e）2SiO4，鐵和鎂是完全類質(zhì)同象系列。依次分為六個(gè)亞種，即為鎂、貴、透鐵、鎂鐵、鐵鎂、鐵橄欖石。 晶體結(jié)構(gòu)：典型的孤立的單硅氧四面體結(jié)構(gòu)，四面體之間靠其他陽離子聯(lián)結(jié)，

7、物理性質(zhì)：鎂橄欖石為白色、淡黃色、淡綠色，隨著2 價(jià)鐵的增加，顏色加深，而成深黃色、墨綠色和黑色，但一般為橄欖綠色。玻璃光澤，透明至半透明，解理010中等，100不完全，貝殼狀斷口，硬度6.57，相對(duì)密度為3.274.37， 隨2 價(jià)的鐵含量增加密度變大。 1819202122 石榴子石：化學(xué)成分A3B2SiO43，其中A為二價(jià)離子的鎂 鐵錳鈣等到離子，而B為三價(jià)的的鋁、鐵、鉻、釩、鈦等。由于A離子中的鈣與其他的二價(jià)離子半徑分為兩個(gè)系列：鐵鋁石榴石系列：（Mg,Fe,Mn）3Al2SiO43鎂鋁石榴石系列Mg3Al2SiO43鐵鋁石榴石系列Fe3Al2SiO43錳鋁石榴石系列Mn3Al2SiO

8、43鈣鐵石榴石系列：Ca3（Al,Fe,Cr,Ti,V,Zr）2SiO43鈣鋁石榴石Ca3Al2SiO43鈣鐵石榴石Ca3Fe2SiO43鈣鉻石榴石Ca3Cr2SiO43鈣釩石榴石Ca3V2SiO43鈣鋯石榴石Ca3Zr2SiO43這兩個(gè)系列經(jīng)常發(fā)生類質(zhì)同象，23第二亞類鏈狀硅酸鹽主要礦物介紹 （1） 輝石族1 化學(xué)成分輝石的化學(xué)通式為：XYT2O6，其中X=Na、Ca、Mn、Fe、Mg、Li等；占據(jù)M2的位置 Y=Mn、Fe（2+、3+）、Mg、Cr、Al、Ti占據(jù)M1的位置 T=Si、Al（Al：Si之比值要小于1/3）24252 內(nèi)部結(jié)構(gòu)其中X和Y的元素有相當(dāng)多是一樣的，這里的X和Y 對(duì)

9、元素并無專指意義，而是對(duì)結(jié)構(gòu)位置的專指意義。X位置是指占據(jù)M2的位置，而Y占據(jù)M1的位置，T則占據(jù)硅氧四體的中心。為單鏈，每?jī)蓚€(gè)四面體一重復(fù)，故為Si2O6，M1位置是硅氧四面體角頂位置之間，為八面體的六次配位，M1為小空隙；而M2位置是硅氧四面體多個(gè)底面相對(duì)之間的位置，斜方輝石中為畸變的八面體的六次配位，而在單斜輝石中為八次配位，M2為大空隙。其中M2的位置對(duì)于輝石的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了明顯的影響：當(dāng)M2為小半徑離子Fe、Mg時(shí)則為斜方晶系；當(dāng)M2位置為大半徑離子時(shí)，則為單斜晶系。26斜方輝石：頑火輝石（En）Mg2Si2O6斜方鐵輝石（Fs）Fe2Si2O6系列 頑火輝石古銅輝石紫蘇輝石鐵紫蘇輝

10、石尤萊輝石斜方鐵輝石單斜輝石： 鈣鐵輝石亞族：透輝石CaMgSi2O6鈣鐵輝石CaFeSi2O6 堿性輝石亞族2728（2） 硅灰石（單鏈）：化學(xué)成分為Ca3Si3O9，每三個(gè)硅氧四面體為一個(gè)重復(fù)單元，硅氧四面體鏈與鏈之間由鈣來聯(lián)結(jié)，鈣與硅氧四面體中的氧形成鈣氧八面體，二個(gè)鈣氧八面體的長(zhǎng)度與三個(gè)硅氧四面體的長(zhǎng)度相等。是典型的變質(zhì)作用產(chǎn)物，常為碳酸鹽巖石與酸性巖漿巖反應(yīng)生成硅灰石：3CaCO3 + 3SiO2 = Ca3Si3O9 + 3 CO229（3）角閃石族化學(xué)成分通式：A01X2Y5T4O11（OH，F(xiàn)，Cl），角閃石的化學(xué)成分復(fù)雜，一般Al取代Si不能超過1/3。其中A=Na、Ca、K

11、、H3OX=Na、Li、K、Ca、Mg、Fe（2+）、MnY=Mg、Fe（2+、3+）、Mn、AL、Ti、CrT=Si、Al、Ti根據(jù)X位置中的（Na+Ca）X和（Na）X 的原子數(shù)分為四組： 30角閃石分類表角閃石亞類（Na+Ca）X（Na）X（Ca）X鎂鐵錳角閃石1.341.34鈉鈣角閃石0.67,1.340.67,1.34堿性角閃石1.3431四 第三亞類層狀硅酸鹽主要礦物介紹（1） 四面體片和八面體片：在層狀硅酸鹽中，硅氧四面體中的三個(gè)角頂在平面中與其他硅氧四面體相聯(lián)，形成六方網(wǎng)格狀，另一自由角頂朝同一方向；兩兩相對(duì)的角頂通過OH和其他陽離子M形成八面體層。四面體片為T層，八面體片為O

12、層。（2）三八面體和二八面體：在兩個(gè)四面體層夾一八面體層的結(jié)構(gòu)中，在每一個(gè)由硅氧四面體組成的六方環(huán)中對(duì)應(yīng)著有三個(gè)八面體與相對(duì)應(yīng)；每個(gè)八面體是由四個(gè)氧和兩個(gè)OH組成，每個(gè)八面體共有6- 價(jià)；當(dāng)這三個(gè)八面體被二價(jià)離子占據(jù)時(shí)，三個(gè)八面體空隙可以被完全充滿，此時(shí)，則稱為三八面體；若三個(gè)八面體被三價(jià)離子占據(jù)，6- 價(jià)只能容納二個(gè)離子，即三個(gè)八面體中只能有兩個(gè)八面體被充填，此時(shí)，稱二八面體。若三個(gè)八面體同時(shí)被二價(jià)、三價(jià)離子充填，則稱為過渡性結(jié)構(gòu)。3233（3）層狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)單元層的基本型式：四面體片（T）和八面體片（O）是組成層狀硅酸鹽的結(jié)構(gòu)單元層。它有兩種基本型式：1：1型（TO型）2：1型（TOT型）

13、（4）層間域T和O組成的結(jié)構(gòu)單元層，進(jìn)一步組合而形成層狀硅酸鹽。這種構(gòu)造單元層之間的空隙，即為層間域。當(dāng)結(jié)構(gòu)單元層內(nèi)的電價(jià)已平衡，層間域中只充填少量的吸附水或有機(jī)分子如高嶺土、葉臘石；當(dāng)結(jié)構(gòu)單元層中電價(jià)不平衡，層間域則充填一些大個(gè)陽離子，并吸附一定的水分子、或有機(jī)分子等，如云母、蒙脫石。34層間域 中不同離子的存在或分子吸附，將影響晶胞參數(shù)和礦物的物理性質(zhì)。（5）多型性、間層（混合）物多型性：由于同種礦物的結(jié)構(gòu)層結(jié)構(gòu)單元層的疊置方式不同形成多型性。間層（混合）礦物：由于結(jié)構(gòu)層底面的相似性，不同礦物結(jié)構(gòu)單元層呈規(guī)則或不規(guī)則的間層（混層），如伊利石、蒙皂石間層等。（6）硅氧四面體的層狀結(jié)構(gòu)與礦物的

14、物理性質(zhì)之間的關(guān)系形態(tài)上單斜晶系，假六方板、片狀、短柱狀物理性質(zhì)底面的一組極完全解理，低硬度，薄片具有彈性和撓性，少數(shù)具脆性，相對(duì)密度小。（7）粘土礦物都是層狀硅酸鹽礦物，顆粒非常細(xì)小，比表面積巨大，具有吸附性、膨脹性、可塑料性等。35五 第四亞類架狀硅酸鹽0 通論硅氧四面體的四個(gè)角頂與相鄰的四個(gè)硅氧四面體相聯(lián)，形成硅氧架狀結(jié)構(gòu)，由于硅氧四面體中的部分硅被鋁所取代，就需要有其他陽離子加入，從而形成鋁硅酸鹽。架狀硅酸鹽中的陽離子一般為大個(gè)的、低價(jià)的陽離子，如K、Na、Ca、Ba、Rb、Cs、NH4等，一般不存在六次配位的Fe、Mg、Mn、Al等。這是由于架狀硅氧骨干所具有大的空隙、少量的多余的電

15、荷所決定的。由架狀結(jié)構(gòu)，在三度空間連結(jié)，可以形成 巨大的空間，甚至可以連通成孔道，礦物中的F、Cl、（OH）、SO4、CO3等附加陰離子即可存在于其中。最主要是長(zhǎng)石族和沸石族，此外還有方柱石族、似長(zhǎng)族、霞石族等。36371 長(zhǎng)石1.1化學(xué)通式：為MT4O8，其中的M=Na、Ca、K和Ba，少量的Li、Rb、Cs、Sr、NH4 T=Si、Al，少量的三價(jià)的鐵、B等Or鉀長(zhǎng)石：KAlSi3O8Ab鈉長(zhǎng)石：NaAlSi3O8An鈣長(zhǎng)石：CaAl2Si2O81.2堿性長(zhǎng)石 堿性長(zhǎng)石由兩個(gè)端元組分組成：即鉀長(zhǎng)石和鈉長(zhǎng)石3839 鉀長(zhǎng)石包括透長(zhǎng)石、正長(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石，它們的化學(xué)成分都是KAlSi3O8，它們之間是