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无机材料科学基础-2.4常见硅酸盐的晶体结构..ppt

发布:2017-05-25约9.86千字共102页下载文档
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上一讲主要内容回顾;2.4 硅酸盐的晶体结构;2.4 硅酸盐晶体结构 ;一、硅酸盐晶体组成表征、结构特点及分类 ;氧化物表示法:按一定比例和顺序写出构成硅酸盐晶体所有氧化物,先1价碱金属氧化物,其次2价、3价金属氧化物,最后SiO2。 如,钾长石化学式: K2O·Al2O3·6SiO2; 无机络盐表示法:按一定比例和顺序全部写出构成硅酸盐晶体所有离子,再用 [ ]将相关络阴离子括起,先是1价、2价金属离子,其次Al3+和Si4+,最后O2-或OH-。 如,钾长石:K[AlSi3O8]。;基本结构单元:[SiO4]四面体。Si-O-Si键为夹角不等折线,一般145o左右; [SiO4] 每个顶点,即O2-最多为两个[SiO4] 所共用; 两相邻[SiO4] 之间只能共顶而不能共棱或共面连接; [SiO4] 中心Si4+可部分被Al3+ 所取代。;以不同Si/O比对应基本结构单元[SiO4] 之间不同结合方式,分为五种方式: 岛状 组群状 链状 层状 架状 对应Si/O由1/4→1/2,结构趋于复杂。 ;硅酸盐晶体结构类型与Si/O比的关系;二、岛状结构 ;镁橄榄石Mg2[SiO4]结构 ;镁橄榄石晶体结构(1) ;镁橄榄石晶体结构(2) ;(a)(100)面上的投影图;(b)(001)面上的投影图;镁橄榄石结构中的同晶取代 (1)Mg2+被Fe2+以任意比例取代,则形成橄榄石(FexMg1-x)SiO4固溶体; (2)若上图(b)中25、75的Mg2+被Ca2+取代,则形成钙橄榄石CaMgSiO4; (3)若Mg2+全部被Ca2+取代,则形成?-Ca2SiO4(即?-C2S),其中Ca2+配位数为6。由于配位规则,在水中几乎为惰性 注意:另一种岛状结构的水泥熟料矿物?-Ca2SiO4(即?-C2S)属单斜晶系,其中Ca2+有8和6两种配位。由于其配位不规则,化学性质活泼,能与水发生水化反应。 ;镁橄榄石结构与性质的关系 (1)结构中每个O2-同时和1个[SiO4]和3个[MgO6]相连接,其电价饱和,晶体结构稳定; (2)Mg-O键和Si-O键均较强,则表现出较高硬度,熔点达到1890℃,是镁质耐火材料的主要矿物; (3)结构中各个方向上键力分布较均匀,则无明显解理,破碎后呈现粒状。 ;三、组群状结构 ;孤立的有限硅氧四面体群;组群状结构中Si/O比:2:7或1:3 双四面体:硅钙石Ca3[Si2O7] 铝方柱石 Ca2Al[AlSiO7] 镁方柱石Ca2Mg[Si2O7] 三节环:蓝锥矿BaTi[Si3O9] 六节环:绿宝石Be3Al2[Si6O18];绿宝石Be3Al2[Si6O18]结构 ;绿宝石晶胞在(0001)面上的投影(上半个晶胞); 绿宝石结构与性质的关系 六节环内无其它离子存在,结构中存在大的环形空腔。有电价低、半径小离子(如Na+)存在时,直流电场中表现出显著离子电导,交流电场中有较大介电损耗; 当晶体受热时,质点热振动振幅增大,大空腔使晶体不会有明显膨胀,表现出较小的膨胀系数; 结晶学方面,常呈现六方或复六方柱晶形。 ;堇青石Mg2Al3[AlSi5O18] 结构与性质 绿宝石结构的六节环中有一个Si4+被Al3+取代,且环外正离子由(Be3Al2)变为(Mg2Al3),使电价平衡。由于正离子在环形空腔迁移阻力增大,故介电性质较绿宝石提高。 性质:热学性能良好,但因其高频损耗大,不宜作无线电陶瓷。 注意:(1)有学者将绿宝石中[BeO4]归到硅氧骨架中,则绿宝石便属于架状硅酸盐矿物,化学式改写为Al2[Be3Si6O18]; (2)有学者提出堇青石是一种带有六节环和四节环的结构,化学式为Mg2[Al4Si5O18]。 ;四、链状结构 ;单链:每个[SiO4]通过共用2个顶点向一维方向无限延伸,按重复出现与第一个[SiO4]空间取向完全一致的周期不等,分为1节链、2节链、3节链……7节链等7种类型,2节链以[Si2O6]4-为结构单元无限重复,化学式为[Si2O6]n4n-。 双链:两条相同单链通过尚未共用的氧组成带状,2节双链以[Si4O11]6-为结构单元向一维方向无限伸展,化学式为[Si4O11] n6n-。; ;(2) 单链结构类型;单链结构:辉石类硅酸盐矿物,如: 透辉石CaMg[Si2O6] 顽火辉石Mg2[Si2O6] 双链结构:角闪石类硅酸盐矿物,如:
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