硅灰石

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煤灰石是一种常见的矿物,其化学成分为CaSiO3,更准确地说是Ca3。从化学角度来看,这是一种天然存在的硅酸钙或偏硅酸的钙盐。因此,硅灰石属于硅酸盐和锗酸盐矿物类。其晶体结构由(SiO3)链组成,这些链通过钙阳离子相互连接。作为一种单链硅酸盐,硅灰石是链状硅酸盐的一部分,但不属于辉石矿物组,后者常被错误地用作单链硅酸盐的同义词,而是属于类辉石(pyroxene-like),因为(SiO3)链在其晶...

硅灰石

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煤灰石是一种常见的矿物,其化学成分为 CaSiO3,更准确地说是 Ca3。 从化学角度来看,这是一种天然存在的硅酸钙或偏硅酸的盐。 因此,硅灰石属于硅酸盐和锗酸盐矿物类。 其晶体结构由 (SiO3) 链组成,这些链通过钙阳离子相互连接。 作为一种单链硅酸盐,硅灰石是链状硅酸盐的一部分,但不属于辉石矿物组,后者常被错误地用作单链硅酸盐的同义词,而是属于类辉石(pyroxene-like),因为 (SiO3) 链在其晶体结构中遵循不同的连接模式。 煤灰石无色,三斜晶系结晶。 它由石灰岩接触变质作用形成,是矽卡岩变质岩的成岩组分。

分类

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硅灰石,更准确地说是它的两个变体硅灰石-1A 和硅灰石-2M,属于“硅酸盐和锗酸盐”的矿物类别。

晶体结构

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在自然界中,煤灰石通常以煤灰石-1T的形式出现。 煤灰石-1T结晶于三斜晶系,晶体结构中xxx的对称元素是反转中心,它通过点反射使原子倍增。 反转中心位于角、面的中心点和晶胞的中心。 晶体结构包含三个晶体学上可区分的钙和硅原子以及九个不同的氧原子。 晶体学上可区分意味着这些原子不能通过现有的对称元素(在这种情况下为反转中心)相互转换。 反演中心将三个钙和硅原子以及九个氧原子加倍,因此晶胞包含上述六个式单元。

水晶石-1T 的晶体学数据在表中给出,并与其他两个修改进行了比较。

协调Ca和Si阳离子环境

与几乎所有硅酸盐一样,硅被四面体形式的四个氧原子包围。 然而,这些 SiO4 四面体在晶体结构中并不是孤立的,而是相互连接形成链(见下一节)。 氧硅距离在157到166 pm之间,对应于硅酸盐中的通常距离。钙原子被六个氧原子以扭曲的八面体形式包围,钙氧距离在227到255 pm之间。

硅酸盐链的连锁模式

虽然硅灰石属于单链硅酸盐,但硅酸盐链中SiO4四面体的连接模式与更常见的辉石不同。 将硅灰石与辉石顽辉石 (MgSiO3) 进行比较时,差异就变得很明显。SiO4 四面体通过共同的四面体角连接在所有链状硅酸盐中,即通过共同的氧原子。 为了形成一条链,每个硅必须与相邻的硅原子共享其四面体中的两个氧原子,因此它只“拥有”这些氧原子的一半。 这导致链中的硅氧比为 1:3,这也反映在链状硅酸盐的化学式中(煤灰石:CaSiO3,顽辉石:MgSiO3)。 这些链条实际上是无限的,仅受晶体大小的限制。

硅灰石

这些链现在可以通过 SiO4 四面体彼此的取向进一步区分。 在顽火辉石和所有其他辉石中,相同的图案在两个四面体之后重复,而煤灰石中的链式图案由三个四面体给出。 简单来说,在顽辉石中,一个点交替指向“上”和“下”的四面体,而在硅灰石中,一个四面体指向“下”,而接下来的两个四面体指向“上”。 辉石也因此有“二单链”之说,煤灰石有“三单链”之说。 因为硅灰石中链的基本基序由三个四面体组成,所以化学式也经常给出三倍,Ca3。 在晶体结构中,无限长的(SiO3)链从硅灰石沿方向,即晶体b轴方向延伸。 三个四面体的链基序在732 pm之后重复,这正好对应于b轴方向上晶胞的晶格常数。 硅灰石中四面体的更复杂排列是由于晶体结构中 Ca 阳离子(Ca 大于辉石中常见的 Mg 和 Fe 阳离子)的空间需求增加。

结构对宏观性质的影响

石英石的一些宏观性质可以在晶体结构的基础上进行解释。 硅灰石的单晶具有针状到纤维状(习性),因为晶体优先在晶体 b 轴方向生长,这与晶体结构中硅酸盐链的取向相对应。 如果你在中间打断一根硅灰石针,即你打断了硅酸盐链,就会产生不均匀的断裂面,而平行于 b 轴的机械应力会产生均匀的解理面({100} 完美,{001} 和 {102}良好的沟)出现。 这也可以通过晶体中的化学键合条件来解释。 虽然硅和氧通过共价键(原子键)相互连接,但钙和氧之间存在离子键,它基于纯静电相互作用,因此是较弱的键。

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词条目录
  1. 硅灰石
  2. 分类
  3. 晶体结构
  4. 协调Ca和Si阳离子环境
  5. 硅酸盐链的连锁模式
  6. 结构对宏观性质的影响

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