第二章晶体结构与常见晶体结构类型 第六讲.pptVIP

钾长石的结构 高温型钾长石（即透长石）属单斜晶系，空间群C2/m；晶胞参数a=0.856nm，b=1.303nm，c=0.718nm，?=115o59，；晶胞分子数Z=4。四条曲轴状链相互连接形成一个八联环， K+位于八联环的空隙中，且处于对称面的位置上，结构呈左右对称。透长石结构在（001）面上的投影示于图2-52，从该图中可以看出，由四节环构成的曲轴状链平行于a轴方向伸展，结构中K+的平均配位数为9。在低温型钾长石中，K+的配位数平均为8。K+的电价除了平衡骨架中[AlO4]多余的负电荷外，还与骨架中的桥氧之间产生诱导键力。 钾(透) 长石晶体结构图（一部分） 图2-52钾(透)长石的结构 K 蒙脱石具有复网层结构，由两层硅氧四面体层和夹在中间的水铝石层所组成，如图2-41所示。理论上复网层内呈电中性，层间靠分子间力结合。实际上，由于结构中Al3+可被Mg2+取代，使复网层并不呈电中性，带有少量负电荷（一般为-0.33e，也可有很大变化）；因而复网层之间有斥力，使略带正电性的水化正离子易于进入层间；与此同时，水分子也易渗透进入层间，使晶胞c轴膨胀，随含水量变化，由0.960nm变化至2.140nm，因此，蒙脱石又称为膨润土。 图2-41 蒙脱石的结构 结构中的离子置换现象：由于晶格中可发生多种离子置换，使蒙脱石的组成常与理论化学式有出入。其中硅氧四面体层内的Si4+可以被Al3+或P5+等取代，这种取代量是有限的；八面体层（即水铝石层）中的Al3+可被Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+或Li+等所取代，取代量可以从极少量到全部被取代。 白云母KAl2[AlSi3O10]（OH）2的结构 属单斜晶系，空间群C2/c；晶胞参数a=0.519nm，b=0.900nm，c=2.004nm，?=95o11，；Z=2。其结构如图2-42所示，图中重叠的O2-已稍行移开。 白云母属于复网层结构，复网层由两个硅氧层及其中间的水铝石层所构成。连接两个硅氧层的水铝石层中的Al3+之配位数为6，形成[AlO4（OH）2]八面体。由图2-42（a）可以看出，两相邻复网层之间呈现对称状态，因此相邻两硅氧六节环处形成一个巨大的空隙。 图2-42 白云母的结构 （A）（100）面上的投影 （B）（010）面上的投影 结构与性质关系：白云母结构与蒙脱石相似，但因其硅氧层中有1/4的Si4+被Al3+取代，复网层不呈电中性，所以，层间有K+进入以平衡其负电荷。K+的配位数为12，呈统计地分布于复网层的六节环的空隙间，与硅氧层的结合力较层内化学键弱得多，故云母易沿层间发生解理，可剥离成片状。 云母类矿物的用途：合成云母作为一种新型材料，在现代工业和科技领域用途很广。云母陶瓷具有良好的抗腐蚀性、耐热冲击性、机械强度和高温介电性能，可作为新型的电绝缘材料。云母型微晶玻璃具有高强度、耐热冲击、可切削等特性，广泛应用于国防和现代工业中。 六、架状结构 架状结构中硅氧四面体的每个顶点均为桥氧，硅氧四面体之间以共顶方式连接，形成三维“骨架”结构。结构的重复单元为[SiO2]，作为骨架的硅氧结构单元的化学式为[SiO2]2。其中Si/O为1：2。 当硅氧骨架中的Si被Al取代时，结构单元的化学式可以写成[AlSiO4]或[AlSi3O8]，其中（Al+Si）：O仍为1：2。此时，由于结构中有剩余负电荷，一些电价低、半径大的正离子（如K+、Na+、Ca2+、Ba2+等）会进入结构中。典型的架状结构有石英族晶体，化学式为SiO2，以及一些铝硅酸盐矿物，如霞石Na[AlSiO4]、长石（Na，K）[AlSi3O8]、方沸石Na[AlSi2O6]·H2O等沸石型矿物等。 从热力学角度来看，每一种晶体都有其形成和稳定存在的热力学条件。这种化学组成相同的物质，在不同的热力学条件下形成结构不同的晶体的现象，称为同质多晶现象。由此所产生的每一种化学组成相同但结构不同的晶体，称为变体。同质多晶现象在氧化物晶体中普遍存在，对研究晶型转变、材料制备过程中工艺制度的确定等具有重要意义。 1.同质多晶与类质同晶 在自然界还存在这样一种现象，化学组成相似或相近的物质，在相同的热力学条件下，形成的晶体具有相同的结构，这种现象称为类质同晶现象。这是自然界很多矿物经常共生在一起的根源。例如菱镁矿（MgCO3）和菱铁矿（FeCO3）因其组成接近，结构相同，因而经常共生在一起。类质同晶对矿物提纯与分离、固溶体的形成及材料改性具有重要意义。 2.同质多晶转变 在同质多晶中，由于各个变体是在不同的热力学条件下形成的，因而各个变体都有自己稳定存在的热力学范围。当外界条件改变到一定程度时，各变体之间就可能发生结构上的转变，即发生同质多晶转变 。 根据