第21章硅酸盐矿物.ppt
,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,含氧盐：络阴离子团与金属阳离子组成的化合物。如：硅酸盐，含SiO4 碳酸盐，含CO3 硫酸盐，含SO4 磷酸盐，含PO4 钨酸盐，含WO4 络阴离子团中心阳离子电价高，半径小，与O的结合键力很强，形成一个紧密的结构基团；络阴离子与外部阳离子结合较弱，一般为离子键。所以，含氧盐一般表现为离子晶格的特点。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,含氧盐中最重要的一类是硅酸盐，占地壳岩石圈总重量的85；占已知矿物种的1/4。本章介绍硅酸盐。其他含氧盐下一章介绍。硅酸盐晶体化学特点1、化学组成：阴离子为SiO44，此外还有一些附加阴离子O2，OH，F等；阳离子为惰性气体型离子以及过渡型离子，很少量铜型离子。2、硅氧骨干：SiO4四面体以共角顶的方式连接形成各种形式的硅氧骨干：,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,岛状骨干：包括孤立的SiO4，也包括双四面体Si2O7,桥氧：惰性氧，无电价端氧：活性氧，有一剩余电荷，有电价。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,环状骨干：SiO4四面体共角顶连接成封闭的环：,在环状骨干中，每个SiO4四面体至少要有2个惰性氧。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,链状骨干：SiO4四面体共角顶连接成无限延伸的链，可以有单链和双链：,在单链、双链状骨干中，每个SiO4四面体至少要有几个惰性氧？,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,层状骨干：SiO4四面体共角顶连接成无限伸展的层：,在层状骨干中，每个SiO4四面体至少要有几个惰性氧？,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,架状骨干：SiO4四面体共4个角顶连接成架状：,在架状骨干中，每个SiO4四面体有几个惰性氧？,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,3、铝的作用：Al在硅酸盐起着双重作用：AlIV：代替Si进入四面体，在骨干内，形成铝硅酸盐；如：钠长石NaAlSiO8。AlVI：在骨干外，六次配位（八面体），形成铝的硅酸盐；如：高岭石Al4Si4O10(OH)8。如果存在两种形式的Al，叫铝的铝硅酸盐；如：白云母KAl2AlSi3O10(OH)2,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,Al有双重作用的内因：从鲍林法则1：阴、阳离子半径比可决定阳离子配位数，R Al3+/R O2-=0.419，恰巧近于四次配位与六次配位的分界线0.414，所以，Al既可四次配位，也可六次配位。Al有双重作用的外因：高压低温：六次配位；低压高温：四次配位。如：高温 Al2SiO4O AlAlSiO5 蓝晶石 高压 夕线石,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,AlO4四面体与SiO4四面体比较：从鲍林法则2：阴、阳离子的键强阳离子电荷/配位数，所以，SiO4四面体中的键强4/41，AlO4四面体中的键强3/41，所以AlO4四面体比SiO4四面体不稳定。另外，AlO4四面体之间不能共角顶相连，假如相连，则桥氧的键强之和为3/4+3/4=3/2，离O的电荷2相差太远，因此是不稳定的。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,不同硅氧骨干中AlO4四面体存在的情况：,为什么Al/Si的数量比不能大于1？,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,4、SiOM 键性：研究化学键的性质，一般是用各种化学键模型去衡量它，如果符合离子键模型，就断定其为离子键，如果符合共价键模型，就断定它为共价键。（各种化学键实际上是人们建立的各种化学模型）,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,Si-O键：既符合共价键模型，也符合离子键模型，因此可以认为它是双重键性的。共价键模型（符合价键理论）：Si的外层电子恰好可以形成sp3杂化轨道，而此轨道的分布特点就是四面体配位的，与SiO4是四面体相符合。离子键模型（符合鲍林法则、最紧密堆积原理）：RSi/RO=0.29恰好处于四面体配位范围，与SiO4是四面体相符合。,但大多数教科书都认为Si-O键为共价键。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,M-O键：主要是离子键，因为SiO4四面体是一个带负电荷的离子团，骨干外阳离子M大多是易于失去电子的金属阳离子。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,5、SiO 键长、键角，SiO配位形式：1）SiOSi中的键长 SiO-M中的SiO键长；2）绝大多数SiO配位形成的是四面体，SiO4四面体连接方式不同会导致SiOSi键角发生很大变化。3）如果要形成SiO6八面体，则需要：拉长SiO键，削弱SiO键，这时需要MO键强SiO键强；（M=P,C）或者：缩短OO键，这时需要高压。所以，SiO6八面体是很难形成的，需要极端条件。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,6、离子堆积：因为受硅氧骨干的制约，不能实现单个氧离子的最紧密堆积，但能实现骨干与骨干排列尽量紧密的形式。在很多情况下，骨干的活性氧的排列是最紧密堆积的，如：云母结构。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,硅酸盐矿物结构的紧密度与硅氧骨干的形式有关，岛状骨干比较紧密，环状、链状、层状较不紧密，架状最不紧密。为什么？（请同学们自己解释）,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,7、骨干外阳离子大小与硅氧骨干的匹配：骨干外阳离子各种各样、大小不一，对硅氧骨干的形状会产生一些影响：例1：单链硅酸盐中，骨干外是MgO6还是CaO6，会使单链产生变形。（图片）例2：层状硅酸盐中，如果骨干外八面体层与层状骨干四面体层不匹配，则会使层状骨干产生波浪状变形。（图片）,辉石单链与硅灰石单链,返回,叶蛇纹石结构波浪变形,返回,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,8、类质同像：硅酸盐矿物结构中发生类质同像的难易程度与硅氧骨干的形式有关，岛状骨干最易发生，且离子代替范围也大，环状、链状、层状比较容易，架状最不容易。为什么？（代替是否容易，与结构是否容易实现重新调整有关）,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,9、附加阴离子及“水”：结构中有大空洞、层隙的硅酸盐容易接纳附加阴离子与“水”。与硅氧骨干的关系：岛状、单链骨干最不易接纳，环状、双链状、层状较比较容易接纳OH-，架状容易接纳OH-,F-,Cl-。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 概述,以上介绍的是硅酸盐晶体化学的内容（即以硅氧骨干为基础，探讨硅酸盐成分与结构的关系）。关于硅酸盐矿物的形态、物理性质及其与硅氧骨干的关系、与AlO6八面体连接方式的关系等，请同学们在学完硅酸盐矿物后自己总结。,第二十一章 含氧盐大类（一）硅酸盐类 分类,硅酸盐矿物的分类是根据硅氧骨干划分的：岛状、环状硅酸盐亚类链状硅酸盐亚类层状硅酸盐亚类架状硅酸盐亚类,思考题,1、什么是惰性氧（桥氧）、活性氧（端氧）？活性氧的含量与硅氧骨干的关系？2、从内因上解释铝的双重性。外因（温压）怎么影响铝的双重性？3、AlO4四面体与SiO4四面体的区别？AlO4四面体能否相连？为什么？AlO4四面体的含量与硅氧骨干的关系？4、在什么条件可以形成SiO6八面体？解释SiO4比SiO6稳定。5、结构紧密度与硅氧骨干的关系？6、类质同像的难易度与硅氧骨干的关系？,岛状、环状结构硅酸盐亚类 概述,包括：单岛状：SiO4：锆石、橄榄石、石榴子石、红柱石-蓝晶石、黄玉、榍石、十字石双岛状：Si2O7：绿帘石六方(复三方)环状：SinO3n：绿柱石、电气石、堇青石,主要矿物简介锆石：,化学组成：ZrSiO4，含Hf，Th，U等放射性元素，导致其有非晶化，形成变生锆石、曲晶石。晶体结构：SiO4四面体与ZrO8畸变立方体联结而成。四方晶系。形态：四方柱、四方双锥。形态具标型性。,1 mm,锆石,主要矿物简介锆石：,物理性质：颜色多变，常见褐色，玻璃光泽，硬度大，无解理，具放射性。成因：岩浆岩中的副矿物，伟晶型。用途：提取Zr，Hf，也可做宝石。在地质学里常作为测定矿物及母岩绝对年龄的研究对象，这是因为所含的放射性元素的衰变与时间有关。,主要矿物简介橄榄石：,化学组成：(Mg,Fe)2SiO4，MgFe之间为完全类质同像系列。晶体结构：O做六方最紧密堆积，Si充填1/8四面体空隙，Mg、Fe充填1/2八面体空隙。也可看成：Mg(Fe)O6八面体形成Z字形的链，其间分布孤立的SiO4四面体。,主要矿物简介橄榄石：,形态：粒状、柱状。物理性质：一般为橄榄绿，含Mg高的颜色淡黄、绿，含Fe高颜色变深，玻璃光泽，硬度大，贝壳状断口。成因：基性、超基性岩浆型，变质型。用途：耐火材料，宝石。,橄榄石颗粒,橄榄岩,主要矿物简介石榴子石：,化学组成：铝系：(Mg，Fe2+，Mn)3Al2SiO43，钙系：Ca3(Al，Fe，Cr，Ti)2SiO43，晶体结构：O不做最紧密堆积。属于等轴晶系。结构中存在：SiO4四面体，(Al,Fe3+,Cr,Ti)O6八面体，(Ca,Mg,Fe2+,Mn)O8畸变立方体。,石榴子石晶体结构,主要矿物简介石榴子石：,石榴子石的结构特点反映成因：Ca,Mn2+,Fe2+,Mg 在立方体中，配位数为8，配位离子为O2-。据鲍林法则：阳离子越小，配位数越小。Ca较大，可以8次配位，随着离子半径减小，Mn2+Fe2+Mg2+只能6次配位，如果要形成8次配位，需要压力。所以：Ca系石榴子石形成低压环境，Mg石榴子石只能形成于极高压条件。镁铝石榴子石已经成为寻找金刚石的标志。,主要矿物简介石榴子石：,形态：常见四角三八面体，菱形十二面体，或它们的聚形。物理性质：颜色各样，与成分有关，常见褐色，玻璃光泽，端口油脂光泽，无解理，硬度大。成因：岩浆型，变质型。用途：研磨材料，宝石。,主要矿物简介红柱石-蓝晶石-夕线石：,红柱石蓝晶石夕线石是Al2SiO5三种同质多像变体。,红柱石、蓝晶石是岛状硅酸盐，夕线石是属于链状硅酸盐。,红柱石蓝晶石夕线石结构区别：,红柱石蓝晶石夕线石结构区别：,思考：从红柱石蓝晶石夕线石结构区别与它们成因上的区别，说明Al的配位形式与温度压力的关系是什么？思考：从红柱石蓝晶石夕线石结构区别分析它们三者的形态分别是什么？,主要矿物简介红柱石：,化学组成：Al2SiO4O晶体结构：一半的Al形成AlO6八面体，并连接成链，另一半的Al形成AlO5三方双锥；SiO4四面体孤立，在链间分布。形态：柱状，放射状排列形成菊花石，晶体生长时捕获碳质在晶体中定向排列，形成十字状结构，后期有可能碳质溶化形成中空结构，叫空晶石。成因：变质型，低压、较低温条件。,菊花石,红柱石横截面的十字状结构,主要矿物简介蓝晶石：,化学组成：Al2SiO4O晶体结构：一半的Al形成AlO6八面体，并连接成链，另一半的Al也形成AlO6八面体，也连接成链；SiO4四面体孤立，在链间分布。形态：板状，板柱状。物理性质：蓝色、白色，硬度异向性明显，可叫“二硬石”。成因：变质型，高压、较低温条件。,蓝晶石,主要矿物简介绿柱石：,化学组成：Be3Al2Si6O18，可以含一些K,Na,Li,Cs等大半径离子。晶体结构：SiO4四面体连接成六方环状，环间分布AlO6八面体和BeO4四面体。环中的大空洞可容纳K,Na,Li,Cs以及水分子，含量不固定。六方晶系。（当有Al3+代替Si4+才能有K,Na,Li,Cs大阳离子进入，以平衡电价。）形态：六方柱状，板状。,绿柱石晶体结构在0001面上投影,绿柱石晶体结构,主要矿物简介绿柱石：,物理性质：各种颜色，与成分有关，形成各种宝石：祖母绿（Cr），海蓝宝石(Fe2+)等等，玻璃光泽，无解理，硬度大。成因：伟晶型，高温热液型。用途：宝石，铍矿石。,祖母绿,海蓝宝石,主要矿物简介电气石：,化学组成：Na(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3Al6Si6O18BO33(OH,F)4。晶体结构：SiO4四面体连接成六方环状，成分、结构都比较复杂，但注意：除硅氧骨干外，还存在BO3三角形络阴离子团，属硼硅酸盐。三方晶系：L33P(3m),主要矿物简介电气石：,形态：柱状，有时成球面三方柱（思考：为什么？），柱体顶、底端晶面不同（思考：为什么？）。物理性质：各种颜色，与成分有关，玻璃光泽，无解理，硬度大。不仅具压电性，还具有热释电性（因为具单向极轴）成因：伟晶型，热液型。用途：宝石（俗称碧玺），压电材料，热释电材料。,电气石形态模型,电气石晶体,电气石晶体，有环带状构造,岛状、环状结构硅酸盐亚类思考题：,1、锆石的形态标型怎样指示形成条件？其成分有什么特点？2、橄榄石晶体结构与尖晶石晶体结构的关系？3、橄榄石的成因特点？鉴定特征？4、石榴子石属于什么晶系？常见单形是什么？5、石榴子石分哪两个成分系列？为什么钙铝、钙铁石榴子石形成压力小而镁铝石榴子石形成压力大？镁铝石榴子石可成为指示什么成因的标型矿物？6、红柱石、蓝晶石、夕线石是什么关系？它们的结构中铝的配位有什么区别？铝的配位与形成条件有什么关系？,岛状、环状结构硅酸盐亚类思考题：,7、绿柱石的结构特点？从绿柱石的结构特点解释：为什么绿柱石的硬度大但比重不大？8、空晶石、菊花石、祖母绿、海蓝宝石、碧玺的矿物学名称？9、黄玉的成因特点？鉴定特点？10、绿帘石的成因特点？鉴定特点？11、电气石的形态特征？成因特点？有什么应用价值？12、岛、环状硅酸盐中，哪些可作宝石？那些只产于变质岩中？13、从结构上解释：为什么十字石可以以010面浮生在蓝晶石100面上？,
