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| 硅酸鹽 | |
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硅酸鹽( Silicate )，化學上，硅酸鹽指由硅和氧組成的化合物(SixOy)，有時亦包括一或多種金屬和或氫。它亦用以表示由二氧化硅或硅酸產生的鹽。在普通情況下，最穩定的硅化合物是二氧化硅(SiO2)——俗稱石英，和類似的化合物。二氧化硅經常有微量的硅酸（H4SiO4）處於平衡狀態。化學家認為石英是不可溶解的，但在長時間尺度下，它是可以流動的。
基本簡介
硅酸鹽是由硅元素、氧元素和金屬元素組成的化合物的總稱。它是構成地殼岩石的主要成分之一，自然界中存在各種各樣的硅酸鹽礦石，約占地殼的5%。粘土的主要成分也是硅酸鹽。粘土的種類很多，常見的有高嶺土和一般粘土，前者含雜質較少，後者含雜質較多。此外，在鹼性條件下，會出現H2SiO42−。大部分硅酸鹽都是不可溶解的。
概述
硅酸鹽礦物組成硅酸鹽礦物的元素達40餘種。其中除了構成硅酸根所必不可少的Si和O以外，作為金屬陽離子存在的主要是惰性氣體型離子（如Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Ba2+、Al3+等）和部分過渡型離子（如Fe2+、Fe3+、Mn2+、Mn3+、Cr3+、Ti3+等）的元素，銅型離子（如Cu+、Zn2+、Pb2+、Sn4+等）的元素較少見 。此外 ，還有 （OH）-、O2-、F-、C1-、[CO3 ]2-、[SO4] 2-等以附加陰離子的形式存在。在硅酸鹽礦物的化學組成中廣泛存在着類質同象替代，除金屬陽離子間的替代非常普遍外，經常有Al3+、同時有Be2+或B3+等替代硅酸根中的Si4+，從而分別形成鋁硅酸鹽、鈹硅酸鹽和硼硅酸鹽礦物。此外，少數情況下還可能有（OH）-替代硅酸根中的O2-。[1]
2類型
硅酸鹽礦物由於在礦物中僅有硅灰石膏（或再加上斯石英）屬於六氧硅酸鹽，因而硅酸鹽礦物的分類實際上只限於四氧硅酸鹽礦物。通用的分類法是以W.L.布拉格1930年提出的晶體化學分類為基礎，根據硅氧絡陰離子骨幹中[zo4]四面體（Z主要為Si4+，還可為類質同象替代Si4+的Al3+、Be2+、B3+等）的連接形式而劃分為島狀、環狀、鏈狀、層狀和架狀結構硅酸鹽五類（也有人從島狀結構硅酸鹽中再分出一類群狀結構硅酸鹽）。[2]
3結構
硅酸鹽礦物硅酸鹽礦物的晶體結構中，最基本的結構單元是Si-O絡陰離子。除硅灰石膏結構中 Si4+具有6次配位，Si-O鍵長為1.78Å,形成Si-O6配位八面體而屬於六氧硅酸鹽外，其他所有硅酸鹽礦物都屬於四氧硅酸鹽。其Si4+具有4次配位，平均Si-O鍵長為1.62┱，形成Si-O4配位四面體。這樣的硅氧四面體在結構中可以孤立地存在，彼此間由其他金屬陽離子來連接。但硅氧四面體間經常還可通過共用角頂上的O2-(稱為橋氧)而相互連接，從而構成四面體群、環、鏈、層和架等不同連接形式的所謂硅氧骨幹。硅氧骨幹與硅氧骨幹之間再藉助於其他金屬陽離子來連接。
4形狀
島狀
具有孤立[SiO4]四面體或由有限的若干個[SiO4]四面體連接而成（但不構成封閉環狀）硅氧骨幹的硅酸鹽礦物。骨幹形式以單個的[SiO4] 4-孤立四面體最為常見。其所有四個角頂上的氧均為活性氧（有部分電價未飽和的O2-），由它們再與其他金屬陽離子(主要是電價中等和偏高而半徑中等和偏小的陽離子，如Mg2+、Fe2+、Al3+、Ti4+、Zr4+等)相結合而組成整個晶格。橄欖石、鋯石、石榴子石等均屬之。其次是由兩個[SiO4]四面體共用一個角頂而組成的[Si2O7]6-雙四面體，見於異極礦等礦物中。在綠簾石、符山石等礦物中則雙四面體與孤立四面體同時並存。此外 ，礦物中已知的島狀硅氧骨幹形式還有三四面體[Si3O8]8-和五四面體[Si5O16]12- 。有人將島狀結構硅酸鹽礦物限於只具孤立四面體的礦物，而將含雙四面體、三四面體和五四面體的礦物另劃一類，稱為群狀結構硅酸鹽礦物。硅酸鹽礦物
島狀硅酸鹽礦物的形態和物理性質，因硅氧骨幹形式的不同而存在着差異。在具孤立四面體的島狀硅酸鹽中，由於硅氧四面體本身的等軸性，礦物晶體具有近似等軸狀的外形，雙折射率小，多色性和吸收性較弱，常具中等到不完全多方向的解理。又由於結構中的原子堆積密度較大，因而具有硬度大、比重大和折射率高等特點。雙四面體島狀硅酸鹽礦物的情況則不完全相同。晶體外形往往具有一向延長的特徵。礦物的硬度、折射率稍偏低，並表現出稍大的異向性。雙折射率、多色性和吸收性都有所增強。含水或具有附加陰離子（OH，F）的島狀硅酸鹽礦物的硬度、比重、折射率都有所降低。
環狀
總述
具有由有限的若干個[ZO4]四面體以角頂相連而構成封閉環狀硅氧骨幹的硅酸鹽礦物。其硅氧骨幹按組成環的四面體個數而有三元環、四元環、六元環、八元環、九元環和十二元環之分；此外還有雙層的四元環和六元環以及帶有分枝的六元環。常見的如綠柱石、堇青石和電氣石中的六元環。環與環之間通過活性氧與其他金屬陽離子（主要有Mg2+、Fe2+、Al3+、Mn2+、Ca2+、Na+、K+等）的成鍵而相互維繫。環的中心為較大的空隙，常為(OH)-、水分子或大半徑陽離子所占據。
形態
硅酸鹽礦物環狀結構硅酸鹽礦物常呈三方、六方、四方板狀、柱狀的晶體形態，這是與晶體結構中環本身的對稱性有關。另外，環本身雖具有三方、六方或四方的對稱，但由於它們與晶體結構中金屬陽離子連接的方式不同，對稱性常降低，而呈正交（斜方）、單斜或三斜晶系，但外形上仍常呈現出假三方、假六方或假四方對稱。環狀結構硅酸鹽礦物的原子堆積密度以及比重、硬度、折射率一般要比島狀結構硅酸鹽礦物的稍低。此外，環本身的非等軸性，導致環狀結構硅酸鹽礦物的形態和物理性質的異向性，其程度都比島狀結構硅酸鹽礦物稍大，但比鏈狀和層狀結構硅酸鹽礦物要小得多。
鏈狀
具有由一系列[ZO4]四面體以角頂相連成一維無限延伸的鏈狀硅氧骨幹的硅酸鹽礦物。鏈與鏈間由金屬陽離子（主要有Ca、Na、Fe、Mg、Al、Mn等)相連。已發現鏈的類型有20餘種，其中最主要的是輝石單鏈[Si2O6]4-和閃石雙鏈[Si4O11]6-。硅酸鹽礦物
在鏈狀結構硅酸鹽礦物中，由於硅氧骨幹呈一向延伸的鏈，而且平行分布，所以其晶體結構的異向性比島狀和環狀的要突出得多。礦物在形態上表現為一向伸長，經常呈柱狀、針狀以及纖維狀的外形。在物理性質上，解理平行於鏈的方向較發育，平行或近於平行鏈的方向折射率較高，垂直於鏈的方向較低，雙折射率較島狀或環狀礦物的大。化學組成中具有過渡元素的礦物的多色性和吸收性是非常明顯的，如富含鐵、鈦等元素的輝石族和閃石族礦物。
層狀
具有由一系列[ZO4]四面體以角頂相連成二維無限延伸的層狀硅氧骨幹的硅酸鹽礦物。硅氧骨幹中最常見的是每個四面體均以三個角頂與周圍三個四面體相連而成六角網孔狀的單層，其所有活性氧都指向同一側。它廣泛地存在於雲母、綠泥石、滑石、葉蠟石、蛇紋石和粘土礦物中，通常稱之為四面體片。四面體片通過活性氧再與其他金屬陽離子（主要是Mg2+、Fe2+、Al3+等）相結合。這些陽離子都具有八面體配位，各配位八面體均共棱相連而構成二維無限延展的八面體片。四面體片與八面體片相結合，便構成了結構單元層。如果結構單元層只由一片四面體片與一片八面體片組成，是1∶1型結構單元層，如高嶺石、蛇紋石中的層。如是由活性氧相對的兩片四面體片夾一片八面體片構成，則為2∶1型結構單元層，如雲母、滑石、蒙脫石中的層。如果結構單元層本身的電價未達平衡，則層間可以有低價的大半徑陽離子（如K+、Na+、Ca2+等）存在，如雲母、蒙脫石等。後者的層間同時還有水分子存在。此外，八面體片中與四面體片的一個六元環範圍相匹配的是中心呈三角形分布的三個八面體。當八面體位置為二價陽離子占據時，此三個八面體中都必須有陽離子存在，才能達到電價平衡。若為三價陽離子時，則只需有兩個陽離子即可達到平衡，此時另一個八面體位置是空的。據此，還可將結構單元層區分為三八面體型和二八面體型。
在層狀結構硅酸鹽礦物中，礦物晶體的形態一般都呈二向延展的板狀、片狀的外形，並具有一組平行於硅氧骨幹層方向的完全解理。在晶體光學性質上，極大多數礦物呈一軸晶或二軸晶負光性，並具正延性。雙折射率大。當礦物的化學組成中具有過渡元素離子時，多色性和吸收性都十分顯著。
架狀
具有由一系列[ZO4]四面體以角頂相連成三維無限伸展的架狀硅氧骨幹的硅酸鹽礦物。除極個別例外，幾乎所有架狀硅氧骨幹中的每個[ZO4]四面體均以其全部的四個角頂與相鄰四面體共用而相連接，所有的O2-全為橋氧。當Z全部為Si4+時，硅氧骨幹本身電荷以達平衡，不能再與其他陽離子相鍵合。石英族礦物的晶體結構正好就是如此。因此，從化學組成上石英族礦物（SiO2）歸屬於氧化物礦物。但不少人從結構角度把它們歸屬於架狀結構硅酸鹽礦物。為了能有剩餘的負電荷再與其他金屬陽離子相結合，一般的架狀硅氧骨幹中均有部分Si4+被Al3+或較少被Be2+、B3+等類質同象替代。故絕大多數架狀結構硅酸鹽礦物都是鋁硅酸鹽。與骨架相結合的金屬陽離子主要是電價低而半徑大的K+、Na+、Ca2+、Ba2+等。架狀硅氧骨幹中四面體連接的形式多種多樣，隨礦物而異。但從其中往往可以分割出某些形式的環、鏈等次一級的構築單元。例如方鈉石的硅氧骨架可看成由一系列四元環或六元環再連接而成；長石則可視為由一系列四元環首先連成平行a軸的曲軸狀雙鏈，由後者再連接而成架狀硅氧骨幹。
由於架狀硅氧骨幹是一個三維的骨架，它在不同方向上的展布一般不如鏈狀和層狀硅氧骨幹那樣具有明顯的異向性，因而架狀結構硅酸鹽礦物常表現出呈近於等軸狀的外形，具多方向的解理，雙折射率小等特點。此外，架狀硅氧骨幹所圍成的空隙都較大，與之結合的又主要是大半徑的鹼和鹼土金屬離子，因而架狀結構硅酸鹽礦物還表現出比重小，折射率低，多數呈無色或淺色，多色性和吸收性都不明顯。只有少數具有過渡元素的礦物，往往具有特殊的顏色，多色性、吸收性也較明顯，折射率、雙折射率和比重也相對偏大。
微波是電磁波中位於遠紅外與無線電之間的一種電磁輻射,它的頻率範圍為300MHz～3×10∧5MHz。微波加熱與傳統的加熱方式有所不同,微波加熱屬於一種內部加熱方式,其被加熱的樣品與酸混合物通過吸收微波能產生的即時深層加熱。與此同時,微波所產生的交變磁場會促使介質分子發生極化的現象,而極性分子又可以隨着頻率高的磁場交替排列,導致了分子的高速振盪。對於這種振盪而言,又會受到分子熱運動與相鄰分子之間相互作用的阻礙與干擾,產生了類似於摩擦作用使得分子獲得高能量。因此,這種高能量可以擊碎岩石礦物之中的化學性質穩定的硅酸鹽,從而對其分子可以進行測定。
化學性質
化學上，指由硅和氧組成的化合物(SixOy)，有時亦包括一或多種金屬和或氫。從概念上可以說硅酸鹽是硅，氧和金屬組成的化合物的總稱。它亦用以表示由二氧化硅或硅酸產生的鹽。能與酸反應生成硅酸固體。
在普通情況下，最穩定的硅酸鹽是二氧化硅(SiO2)－－俗稱石英，和類似的化合物。二氧化硅經常有微量的硅酸（H4SiO4）處於平衡狀態。化學家認為石英是不可溶解的，但在長時間尺度下，它是可以流動的。此外，在鹼性條件下，會出現H2SiO42-。大部分硅酸鹽都是不可溶解的。
硅酸鹽礦物的特徵是它們的正四面體結構，有時這些正四面體以鏈狀、雙鏈狀、片狀、三維架狀方式連結起來。按正四面體聚合的程度，硅酸鹽再細分為：島狀硅酸鹽類、環狀硅酸鹽類等。
在地質學和天文學上，硅酸鹽指一種由硅和氧組成的岩石(通常為SiO2或SiO3²ˉ)，有時亦包括一或多種金屬和或氫。此類岩石包括花崗岩及輝長岩等。地球及其他類地行星的大部分地殼均以硅酸鹽組成。
成因
除了隕石和月岩中形成的硅酸鹽礦物以外，在地殼中無論是內生、表生，還是變質作用的幾乎所有成岩、成礦過程中普遍地都有硅酸鹽礦物的形成。在岩漿作用中，隨着結晶分異作用的演化發展，硅酸鹽礦物的結晶順序有自島狀、鏈狀、向層狀、架狀過渡的趨勢。岩漿期後的接觸交代作用和熱液蝕變作用所產生的硅酸鹽礦物與原始圍岩的成分密切有關。變質作用（主要指區域變質作用）形成的硅酸鹽礦物，一方面取決於原岩成分，另一方面取決於變質作用的物理化學條件。硅酸鹽礦物及其組合在變質作用中的演變是變質作用的重要標誌。表生作用形成的硅酸鹽礦物以粘土礦物為主，多屬於層狀硅酸鹽，它們在表生作用條件下是最穩定的。
常見化合物
硅酸鈉：Na2O·SiO2【Na2SiO3】
石棉：CaO·3MgO·4SiO2【CaMg3Si4O12】
長石：K2O·Al2O3·6SiO2【K2Al2Si6O16】
普通玻璃的大致組成：Na2O·CaO·6SiO2【CaNa2Si6O14】
水泥的主要成分：3CaO·SiO2【Ca3SiO5】，2CaO·SiO2【Ca2SiO4】，3CaO·Al2O3
黏土的主要成分：Al2O3·2SiO2·2H2O【Al2(OH)4SiO5】
礦物學上，硅酸鹽礦物按其分子結構分為以下類別：
橄欖石(單正四面體) - 島狀硅酸鹽類
綠簾石(double tetrahedra) - 島狀硅酸鹽類
電氣石(rings of tetrahedra) - 環狀硅酸鹽類
輝石 (single chain) - 鏈狀硅酸鹽類
角閃石(double chain) - 鏈狀硅酸鹽類
雲母和白土(sheet) - 層狀硅酸鹽類
長石(framework) - 架狀硅酸鹽類
石英(SiO2 framework) - 架狀硅酸鹽類
天然硅酸鹽
自然界存在的各種天然硅酸鹽礦物約占地殼質量的95%
化學名詞
阿累尼烏斯方程 氨 螯合劑 螯合物 螯合物 半反應 半微量分析 苯 比色分析 變異係數 標定 標準電極電勢 標準曲線 標準溶液 標準自由能變 表徵 查依采夫規則 產物 常規分析 常量分析 沉澱反應 陳化 臭氧 船型構象 醇 磁性 次序規則 催化 催化反應 催化劑 單分子親核取代反應 單分子消除反應 單色器 氮族元素 滴定 滴定度 滴定分析 滴定誤差 滴定終點 狄爾斯阿爾得反應 碘量法 電池電動勢 電負性 電荷數 電化學分析 電極電勢 電解 電解質 電離 電離能 電子 電子的波動性 電子構型 電子自旋 定量分析 定性分析 對映體 多電子原子 多相離子平衡 多原子分子 二氧化碳 反應的活化能 反應方向 反應機理 反應級數 反應歷程 反應熱 反應速率 反應速率 范德華方程 芳香性 芳香族化合物 放射性 非金屬 非晶體 非均相催化劑 菲舍爾投影式 費林試劑 分光光度法 分析化學 分子軌道 分子軌道理論 分子間力 分子間作用力 分子空間構型 酚酞 伏特電池 副反應係數 傅列德爾克拉夫茨反應 蓋斯定律 高錳酸鉀 高錳酸鉀 格利雅試劑 汞 共沉澱 共軛二烯烴 共軛雙鍵 共軛酸鹼對 共軛酸鹼對 共軛體系 共軛效應 共價鍵 共價鍵 共性 構象異構體 構象 構型 孤對電子 官能團 光源 硅的存在和製備 硅酸 硅酸鹽 軌道 軌道能量 軌道重疊 過程 過渡金屬 過濾 過失誤差 過氧化氫 過氧化物和超氧化物 過氧化物效應 耗氧量 合金 核磁共振 核化學 核聚變 核裂變 紅外光譜 紅移 互變異構現象 化合物 化學反應 化學反應的通式 化學方程式配平 化學分析 化學計量點 化學位移 化學平衡 化學需氧量 化學因數 還原 緩衝容量 緩衝溶液 緩衝溶液 活化能 活性中間體 霍夫曼規則 基準物質 極性分子 繼沉澱 加成反應 甲基橙 價層電子對互斥理論 價鍵理論 價鍵理論 檢測系統 鹼金屬 鹼土金屬 鍵長 鍵級 鍵角 鍵矩 鍵能 結構異構 解蔽 解離常數 金屬 金屬鍵 金屬晶體 金屬離子的水解 金屬指示劑 晶體結構 精密度 聚合物 均相催化劑 開鏈族化合物 凱庫勒結構式 坎尼扎羅反應 克萊門森還原 克萊森酯縮合反應 克萊森重排 鑭系元素 累積穩定常數 離去基團 離子的沉澱與分離 離子的選擇沉澱 離子方程式配平 離子晶體 離子偶極力 理想氣體狀態方程分壓 立體化學 立體異構 立體異構體 量子數 列·沙特列原理 磷酸 磷酸鹽 零水準 硫化物 盧卡斯試劑 鹵代烴 鹵仿反應 鹵化磷 鹵化物 鹵素 路易斯酸鹼 氯化物 麥克爾反應 酶 醚 摩爾吸光係數 能斯特方程 紐曼投影式 濃度 偶極矩 偶然誤差 泡林不相容原理 配離子的形成 配位化合物 配位數 配位數 配位體 配位原子 硼氫化反應 硼烷 偏差 硼族元素 平衡常數 親電加成 親電試劑 親電性 親核加成 親核取代反應 親核試劑 氫化物 氫鍵 氫氧化物 氫原子的波爾模型 傾瀉法 球密堆積 區元素 醛 熱力學第二定律 熱力學第一定律 熱與功 溶度積常數 溶解度 溶解氧 色譜分析 色散 熵 熵變 生成焓 石墨 試劑 鈰量法 手性分子 雙分子親核取代反應 雙分子消除反應 雙原子分子 水的離子積 水合氫離子 水合質子 水離解 順反異構 速率常數 酸和鹼 酸鹼 酸鹼的相對強度 酸鹼滴定法 酸鹼指示劑 酸鹼質子理論 酸效應係數 羧酸 羧酸衍生物 碳負離子 碳化物 碳水化合物 碳酸 碳酸鹽 碳正離子 碳族元素 鐵 同分異構體 同分異構現象 同離子效應 同位素 銅 酮 透光率 瓦爾登反轉 微量分析 位置異構體 物質的量 吸電子基 吸光率 吸熱與發熱過程 吸收池 烯丙基正離子 烯烴 稀有氣體 稀有氣體化合物 系統命名法 系統誤差 系統與環境 顯著性檢驗 線光譜 相 相對標準偏差 相轉移催化作用 消除反應 硝酸 校正曲線 鋅 興斯堡試驗 行 形態分析 休克爾規則 旋光性 鹽 掩蔽 氧化 氧化還原電對 氧化還原反應 氧化還原指示 氧化劑和還原劑 氧化數 氧化物 氧族元素 一氧化碳 儀器分析 乙醇 乙二胺四乙酸 乙醚 乙醛 乙炔 乙酸 乙烯 乙酰化劑 異構現象 銀鏡反應 銀量法 有機化學 有效核電荷 有效數字 右旋 誘導效應 元素的周期律 原電池 原子半徑 原子軌道 原子晶體 原子數 雜化 雜化軌道 雜化軌道 雜環化合物 在線分析 真實氣體 正態分布 脂肪族化合物 值 質量數 質子平衡 質子轉移反應 置信區間 置信水平 中心離子 仲裁分析 重鉻酸鉀 重鉻酸鉀 重鍵 重量分析法 周期表 狀態與狀態函數 準確度 灼燒 紫移 自發過程 總穩定常數 族 左旋