《硅酸盐晶体结构》课件.ppt

*******************硅酸盐晶体结构绪论概述硅酸盐是地球上最常见的矿物种类，占地壳总重量的92%。重要性硅酸盐在工业、建筑、陶瓷、玻璃等领域有着广泛的应用，对人类社会发展具有重要意义。硅酸盐结构的基本单元硅酸盐是由硅氧四面体[SiO4]4-为基本结构单元构成的。每个硅原子与四个氧原子以共价键连接，形成正四面体结构，硅原子位于四面体中心，氧原子位于四面体的四个顶角。每个氧原子都可以与两个硅原子相连，形成一个连续的硅氧四面体网络结构。四面体单元的连接方式1独立四面体通过阳离子连接2环状通过共用顶点连接3链状通过共用两个顶点连接4层状通过共用三个顶点连接5框架状通过共用四个顶点连接硅铝酸盐结构的分类1独立四面体结构每个硅氧四面体都独立存在，没有相互连接。2环状硅铝酸盐结构硅氧四面体通过顶点连接形成环状结构。3链状硅铝酸盐结构硅氧四面体通过顶点连接形成单链或双链结构。4层状硅铝酸盐结构硅氧四面体通过顶点连接形成二维平面结构。独立四面体结构石榴石石榴石是独立四面体结构的典型代表，每个硅氧四面体都独立存在，通过氧离子与其他阳离子（如镁、铁、钙等）连接。橄榄石橄榄石也属于独立四面体结构，其结构中硅氧四面体通过氧离子与镁、铁等阳离子形成紧密的网络。锆石锆石的结构中，硅氧四面体与锆离子形成紧密的结合，具有较高的硬度和耐高温性。环状硅铝酸盐结构环状硅铝酸盐结构由多个[SiO4]四面体通过共用顶角氧原子连接成环状结构。环状硅铝酸盐结构中，每个[SiO4]四面体的平均配位数为2.5。由于四面体以环状排列，所以环状硅铝酸盐结构又称为“环状硅酸盐”。链状硅铝酸盐结构链状硅铝酸盐结构是由单个硅氧四面体通过共用两个氧原子连接形成的无限长链。这些链可以是单链或双链，具体取决于连接方式。在单链硅铝酸盐结构中，每个硅氧四面体共用两个氧原子，形成一条长链，就像一条链条一样。例如，辉石类矿物（如透辉石）就属于单链硅铝酸盐。在双链硅铝酸盐结构中，两个单链通过共用氧原子连接起来，形成双链。例如，角闪石类矿物（如普通角闪石）就属于双链硅铝酸盐。层状硅铝酸盐结构云母云母是由硅氧四面体层和铝氧八面体层交替排列而成的层状结构，具有良好的片状解理。高岭土高岭土是由一层硅氧四面体层和一层铝氧八面体层组成的层状结构，具有较强的吸附性。蒙脱石蒙脱石是由两层硅氧四面体层夹着一层铝氧八面体层组成的层状结构，具有良好的膨胀性。框架状硅铝酸盐结构框架状硅铝酸盐结构是指硅氧四面体通过共用所有顶点而形成的三维空间网络结构。这种结构中，每个硅氧四面体与四个相邻的硅氧四面体共用顶点，形成连续的网状结构，并形成许多空隙，这些空隙中可以容纳各种阳离子，如Na+、K+、Ca2+、Mg2+等。框架状硅铝酸盐结构的典型代表是**长石**，其结构中硅氧四面体和铝氧四面体以一定比例交替连接，形成连续的三维网络结构。由于这种结构非常稳定，因此长石是地壳中含量最丰富的矿物之一。硅酸盐的主要元素硅(Si)硅是硅酸盐的主要组成元素，在硅酸盐中以四价阳离子形式存在。铝(Al)铝是硅酸盐中常见的替代元素，它可以取代硅的位置，形成铝硅酸盐。氧(O)氧是硅酸盐中含量最多的元素，它与硅和铝形成四面体结构单元。阳离子(Ca,Mg,Fe,Na,K)这些阳离子元素与硅酸盐结构中的氧离子结合，形成离子键，平衡结构的电荷。硅元素的电子构型电子层电子数电子构型K22s2L82s22p6M43s23p2硅元素的价态硅元素的价态主要为+4价，这是因为硅原子最外层有4个电子，可以形成4个共价键，形成稳定的四面体结构。铝元素的电子构型13原子序数铝元素在元素周期表中位于第三周期，第IIIA族。3电子层铝原子拥有三个电子层。3价电子铝原子最外层有三个价电子。铝元素的价态常见价态铝元素最常见的价态是+3价，这是由于铝原子的外层电子排布为3s23p1，容易失去3个电子形成稳定的+3价阳离子。其他价态在一些特殊情况下，铝元素也可以呈现+1价和+2价，但这比较罕见，通常需要特殊的反应条件才能实现。氧元素的电子构型2电子层氧原子有两个电子层。8核外电子氧原子核外共有8个电子。6最外层电子氧原子的最外层电子数为6个。氧元素的价态价态说明-2氧元素在硅酸盐中通常以-2价存在，形成氧化物阴离子（O2-）。阳离子元素的电子构型钙钙的电子构型为2,8,8,2。当钙失去两个电子后，形成钙离子，电子构型变为2,8,8，带正二价电荷。镁镁