第二章晶体结构与晶体结构缺陷

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1、各缺陷对晶体结构和性能的影响各缺陷对晶体结构和性能的影响难点：难点：重点：重点：1.点缺陷的定义分类点缺陷的定义分类3.固溶体的分类及影响因素固溶体的分类及影响因素4.硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构2.缺陷反应方程式的写法缺陷反应方程式的写法本章内容：本章内容：3.晶体结构缺陷晶体结构缺陷1.典型结构类型典型结构类型 自学复习自学复习2.硅酸盐晶体结构硅酸盐晶体结构第二章第二章 晶体结构与晶体中的缺陷晶体结构与晶体中的缺陷2.2 2.2 硅酸盐的晶体结构硅酸盐的晶体结构2.2.1 2.2.1 硅酸盐化学组成的表示方法硅酸盐化学组成的表示方法2.2.2 2.2.2 硅酸盐晶体结构的特点硅酸盐晶体结

2、构的特点2.2.3 2.2.3 硅酸盐晶体结构类型硅酸盐晶体结构类型重点重点: 各种硅酸盐晶体结构的各种硅酸盐晶体结构的特点、矿特点、矿物代表和性能物代表和性能难点：难点： 根据晶体结构说明晶体的性能根据晶体结构说明晶体的性能 序言序言 硅酸盐矿物在自然界中分布极为广泛，已知硅酸盐矿物在自然界中分布极为广泛，已知的硅酸盐矿物有的硅酸盐矿物有600600多种多种，约占已知矿物种的，约占已知矿物种的1/41/4，占地壳岩石圈总质量的，占地壳岩石圈总质量的85%85%。 在硅酸盐结构中，每个在硅酸盐结构中，每个SiSi原子一般为四个原子一般为四个O O原子包围，构成原子包围，构成SiOSiO4 4

3、四面体四面体，即硅氧骨干，它，即硅氧骨干，它是硅酸盐的是硅酸盐的基本结构单元基本结构单元。2.2.1 硅酸盐化学组成的表示方法v1 1 氧化物表示法：氧化物表示法： 把构成硅酸盐的氧化物写出来，先写把构成硅酸盐的氧化物写出来，先写一价一价金属金属氧化物，其次是氧化物，其次是二价、三价二价、三价的金属氧化物，最后是的金属氧化物，最后是SiOSiO2 2。如果有水，则。如果有水，则H H2 2O O写在写在SiOSiO2 2后面，各氧化物的后面，各氧化物的比比例例用用系数系数的形式写在的形式写在各氧化物的前面各氧化物的前面。 如：钾长石：如：钾长石： K K2 2O AlO Al2 2O O3 3

4、 6SiO 6SiO2 2 高岭石：高岭石： AlAl2 2O O3 3 2SiO 2SiO2 2 2H 2H2 2O O 2 2 无机络盐法：无机络盐法： 先写先写+1+1、+2+2价阳离子，其次是价阳离子，其次是AlAl3+3+和和SiSi4+4+，最后写最后写O O2-2-, ,各种离子的数量（摩尔数）比用各种离子的数量（摩尔数）比用角标角标的形式的形式写在各离子的写在各离子的右下角右下角。3 3 结构式法：结构式法： 先写先写联接联接Si-OSi-O骨干的阳离子骨干的阳离子（由低价到高价），然（由低价到高价），然后写后写Si-OSi-O骨干骨干，并用方括号括起来，最后写，并用方括号括起

5、来，最后写H H2 2O.O.如：如：KAlSi3O8 ； Al4Si4O10(OH)8如：如：KAlSi3O8 通式：通式：M+1xN+2yAlaSibOc2.2.2 硅酸盐晶体结构的特点1 1 硅酸盐的基本单元硅酸盐的基本单元: :SiOSiO4 4 四面体四面体. . 2 2 键型特点：键型特点：Si-OSi-O键键不是纯不是纯离子键离子键, ,有相当的有相当的共价键成分共价键成分3 SiO3 SiO4 4 联接：联接：四面体四面体彼此孤立彼此孤立或或共顶共顶联接。联接。4 4 同晶取代同晶取代: : 硅酸盐晶体中会发生同晶取代现硅酸盐晶体中会发生同晶取代现象象三三 硅酸盐晶体结构类型硅

6、酸盐晶体结构类型结构类型结构类型 SiOSiO4 4 共用共用O O2-2-数数形形 状状络络 阴阴 离离 子子Si:OSi:O实实 例例岛岛 状状0 0四面体四面体SiOSiO4 4 4-4-1:41:4镁橄榄石镁橄榄石MgMg2 2SiOSiO4 4 组组 群群 状状 1 1双四面双四面体体SiSi2 2O O7 7 6-6-2:72:7硅钙石硅钙石CaCa3 3SiSi2 2O O7 7 2 2三节环三节环SiSi3 3O O9 9 6-6-1:31:3蓝锥矿蓝锥矿BaTiSiBaTiSi3 3O O9 9 四节环四节环SiSi4 4O O1212 8-8-六节环六节环SiSi6 6O

7、O1818 12-12-绿宝石绿宝石BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818 链链 状状 2 2单链单链SiSi2 2O O6 6 4-4-1:31:3透辉石透辉石CaMgSiCaMgSi2 2O O6 6 2 2，3 3双链双链SiSi4 4O O1111 6-6-4:114:11透闪石透闪石CaCa2 2MgMg5 5SiSi4 4O O1111 2 2(OH)(OH)2 2层层 状状3 3平面层平面层SiSi4 4O O1010 4-4-4:104:10滑石滑石MgMg3 3SiSi4 4O O1010(OH)(OH)2 2架架 状状4 4骨架骨架SiOSiO2 2 1:

8、21:2石英石英SiOSiO2 2(Al(Alx xSiSi4-x4-x)O)O8 8 x-x-钠长石钠长石NaAlSiNaAlSi3 3O O8 8 1 1 岛状结构岛状结构特点：特点：SiOSiO4 4 在结构中以在结构中以孤立状态孤立状态存在，存在，SiOSiO4 4 之之间没有共用氧，间没有共用氧，但氧离子会和其他金属阳但氧离子会和其他金属阳离子相连。离子相连。代表矿物：代表矿物： 镁橄榄石、红柱石、镁橄榄石、红柱石、-C-C2 2S S、-C-C2 2S S。镁橄榄石：镁橄榄石：MgMg2 2SiOSiO4 4, , 正交晶系，正交晶系， Z=4 Z=4 。（100100）面投影图。

9、）面投影图。O O2-2-近似于六方密堆积，近似于六方密堆积，单位晶胞内有单位晶胞内有1616个八个八面体空隙和面体空隙和3232个四面个四面体空隙体空隙，MgMg2+2+填充填充1/21/2八面体空隙八面体空隙，SiSi4+4+填填充充1/81/8四面体四面体空隙，空隙， O O2+2+电价饱和。电价饱和。性能：性能：1 1. .较高的硬度，较高的熔点（较高的硬度，较高的熔点（189018900 0C C），是镁质耐火材），是镁质耐火材料的主要组成。（原因：料的主要组成。（原因：Mg-OMg-O和和si-Osi-O键都比较强）键都比较强）2.2.没有显著的解理，成粒状。（结构中各方向上键力分

10、没有显著的解理，成粒状。（结构中各方向上键力分布比较均匀）布比较均匀）在上述结构中在上述结构中MgMg2+2+换成换成CaCa2+2+则生成则生成-C-C2 2S S和和-C-C2 2S S。-C-C2 2S S 配位数为配位数为6 6 ，属于镁质橄榄石结构；，属于镁质橄榄石结构；-C-C2 2S S 配位数为配位数为6 6和和8 8，单斜晶系，具有介稳性，单斜晶系，具有介稳性，活性大。活性大。2 组群状结构特点：特点：SiOSiO4 4 以以两个、三个、四个或六两个、三个、四个或六个个, ,通过共用氧连通过共用氧连接成接成硅氧四面体群硅氧四面体群，这些，这些群体群体之间由之间由其它阳离子其它

11、阳离子按一按一定的配位方式把它们连接起来。定的配位方式把它们连接起来。基本结构单元：基本结构单元：SiSi2 2O O7 7 Si Si3 3O O9 9 Si Si4 4O O1212 Si Si6 6O O1818 桥氧：桥氧：两个两个SiOSiO4 4 之间共用的氧离子（非活性氧）之间共用的氧离子（非活性氧）非桥氧：非桥氧：只供一个只供一个SiOSiO4 4 用（活性氧）。用（活性氧）。代表矿物：绿宝石、堇青石。代表矿物：绿宝石、堇青石。绿宝石：绿宝石：化学式：化学式：BeBe3 3AlAl2 2SiSi6 6O O1818,六方六方晶系，晶系，Z=2Z=2。基本结构单元：六个基本结构单