硅酸盐矿物

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  硅酸盐矿物汉语拼音:ɡuisuɑnyɑn kuɑnɡwu;英语:silicate mineral),硅酸盐类含氧盐矿物。组成元素达50余种:除硅、氧之外,金属阳离子主要是惰性气体型离子(如钠、钾、镁、钙、钡、铝等元素)和部分过渡型离子(如铁、锰、铬、钛等元素),铜型离子(如铜、铅、锌等元素)较少见;阴离子除[SiO4]4-外,还有(OH)-、O2-、F-、Cl-、[CO3]2-、[SO4]2-等附加阴离子。类质同象替代广泛,除金属阳离子间的替代外,常有铝、铍、硼替代硅酸根中的硅,分别形成铝硅酸盐、铍硅酸盐和硼硅酸盐矿物。少数情况下有(OH)-替代硅酸根中的O2-

结构

  硅酸盐矿物的晶体结构中,最基本的结构单元是Si-O络阴离子。Si被O围绕形成硅氧多面体,除硅灰石膏结构中,硅氧多面体是八面体外,几乎所有硅酸盐矿物的硅氧多面体都是四面体。硅氧四面体在结构中可以孤立存在,彼此间由其他金属阳离子连接;也可通过共用角顶上的氧(称为桥氧)相互连接,构成环、链、层、架等不同硅氧多面体群的形式,称硅氧骨干。硅氧骨干间的连接,靠其他金属阳离子。硅氧四面体的连接方式为硅酸盐矿物分类提供依据。一般根据硅氧骨干中,硅氧四面体的连接形式划分为岛状、环状、链状、层状和架状结构硅酸盐。

矿物类型

  按结构分为以下类型。

  岛状结构硅酸盐矿物 硅氧骨干形式有孤立的[SiO4]4-四面体、[Si2O7]6-双四面体和二者共存的混合类型(不构成封闭环状)。其中,孤立四面体形式为主,其所有4个角顶上的氧均为活性氧,它们与镁、铁、铝、钛、锆等金属阳离子结合,形成橄榄石锆石石榴子石黄玉红柱石蓝晶石等矿物。双四面体形式是由2个[SiO4]4-四面体共用1个角顶组成的硅氧骨干[Si2O7]6-,见于硬柱石黑柱石异极矿粒硅钙石等矿物中。在绿帘石黝帘石褐帘石符山石等矿物结构中,双四面体与孤立四面体混合并存。此外,还有三四面体[Si3O8]8-和五四面体[Si5O16]12-形式。岛状硅酸盐矿物晶体呈近似等轴状。折射率高、双折射率小,多色性和吸收性较弱。具中等或不完全的多向解理。硬度和密度较大。双四面体岛状硅酸盐矿物晶体呈一向延长的习性。硬度、折射率偏低,并表现出稍大的异向性。双折射率、多色性和吸收性都有所增强。含水或具有附加阴离子(OH,F)的岛状硅酸盐矿物的硬度、密度、折射率都有所降低。

  环状结构硅酸盐矿物 由若干个硅氧四面体,以角顶相连的形式构成封闭的环。按组成环的四面体个数,有三元环[Si3O9]6-、四元环[Si4O12]8-、六元环[Si6O18]12-、八元环[Si8O24]16-、九元环[Si9O27]18-和十二元环[Si112O30]12-之分,后三者极少见;此外,还有双层四元环[Si8O20]8-和双层六元环[Si12O30]12-。环的中心空隙较大,常为(OH)-、水分子或大半径阳离子所占据。环状结构硅酸盐矿物的单元环具有三方、六方或四方的对称,晶体也属于相应的晶系(如电气石异性石绿柱石透视石等);也由于结构中金属阳离子连接的方式不同,晶体结构对称性降低,使一些晶体呈正交(斜方)、单斜或三斜晶系(如堇青石斧石钙钇铒矿等);但外形仍常呈假三方、假六方或假四方对称的板状或柱状。环状结构硅酸盐矿物的密度、硬度、折射率一般稍低于岛状结构硅酸盐矿物。形态和物理性质的异向性也比岛状结构硅酸盐矿物稍大,但比链状和层状结构硅酸盐矿物要小得多。电气石在垂直于C轴和平行C轴方向多色性和吸收性的强弱差异就是最突出的例子。

  链状结构硅酸盐矿物 是硅氧四面体以角顶相连成一维无限延伸的链。已发现链的类型有20余种,最主要的是辉石单链[Si2O6]4-和闪石双链[Si4O11]6-闪石双链可看成是由两条辉石单链以共用部分四面体角顶连接而成。其他较重要的类型有硅灰石单链[Si3O9]6-蔷薇辉石单链[Si5O15]10-夕线石双链[SiAlO5]2-等。由于链状硅酸盐矿物中,存在着相互平行分布的链,使其异向性比岛状和环状硅酸盐突出得多。矿物常呈柱状、针状以及纤维状。平行于链的方向的解理较发育。链延伸方向的折射率较高,垂直方向较低;双折射率也比岛状或环状矿物的大。含过渡元素的矿物(如富含铁、钛等元素的辉石族和闪石族矿物),其多色性和吸收性都非常明显。

  层状结构硅酸盐矿物 每个硅氧四面体,都以三个角顶与周围三个硅氧四面体相连,形成在二维空间无限延伸的层,这种简单的硅氧结构层,称为四面体片。通过四面体片上的活性氧与其他金属阳离子(主要是镁、铁、铝等)相结合。这些阳离子均为6次配位,每个配位八面体都共棱相连,构成在二维方向无限延展的层,称八面体片。四面体片与八面体片相结合,便构成了结构单元层。当结构单元层只由一张四面体片与一张八面体片组成,称1∶1型结构单元层,如高岭石蛇纹石等矿物。若两张四面体片的活性氧相对,中间又夹一张八面体片,则构成2∶1型结构单元层,如云母滑石叶蜡石蒙脱石蛭石等矿物。如果结构单元层本身的电价未达平衡,单元层间会有低价、大半径阳离子(如钾、钠、钙等)和水的存在,如云母蒙脱石等。层状结构硅酸盐矿物晶体常呈板状、片状。一组平行硅氧骨干层方向的完全解理。大多数矿物呈一轴晶或二轴晶负光性、正延性、双折射率大。含过渡元素离子者,多色性和吸收性都十分显著。

  架状结构硅酸盐矿物 每个硅氧四面体,除极个别例外,均以其全部的4个角顶与相邻四面体连接,形成在三维空间无限伸展的架状硅氧骨干。若硅氧四面体[SiO4]4-中的硅,不被任何元素替代,整个结构的电性达到中和,硅和氧的原子数比等于1∶2。这与石英族矿物成分、结构完全相同。石英族矿物的结构属典型的架状结构,但从化学成分上,它应属于氧化物,不属于硅酸盐矿物。因为架状硅酸盐矿物都是铝硅酸盐,通常有1/4~1/3的硅被铝(少数铍、硼等)替代,总替代量不超过1/2。架状硅酸盐矿物中,由铝替代硅出现的多余负电荷,要靠与其他金属阳离子中和,达到电价平衡。与其结合的金属阳离子,主要是电价低、半径大的钾、钠、钙、钡等(如方钠石钾长石)。架状硅氧骨干中四面体连接的形式多种多样,随矿物而异。由于架状硅氧骨干在三维方向上的异向性,不如链状和层状硅氧骨干那么明显,使矿物常表现出近似等轴状的外形、多方向的解理、双折射率小、密度小、折射率低的特点,多数呈无色或浅色、多色性和吸收性都不明显等特征。只有少数含过渡元素的矿物,具有特殊的颜色;较明显的多色性、吸收性;密度、折射率、双折射率也相对偏大。

分布和用途

  在自然界,硅酸盐矿物的种类丰富,约占矿物总数的1/4;分布极广,就体积而言,占地壳地幔的90%以上;在石陨石月岩中的含量也很丰富。硅酸盐矿物中,长石是地壳中数量最多、分布最广的矿物之一;橄榄石辉石则是上地幔中数量最多的矿物。许多硅酸盐矿物充当三大岩类的主要造岩矿物,是提炼稀有和稀土元素的矿物原料、珍贵的宝石矿物、高性能矿物材料的原料等。

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