7、硅酸盐的结构、性质与应用解析

硅酸盐的结构、性质与应用解析

在材料科学领域，硅酸盐一直是研究的热点。它涵盖了众多天然矿物和合成样品，具有复杂的结构和多样的性质。下面我们将深入探讨几类重要的硅酸盐，包括硅钡铁石（Gillespite）和鱼眼石（Apophyllite）型硅酸盐。

1. 硅钡铁石型硅酸盐

硅钡铁石型硅酸盐包含多种矿物和合成硅酸盐，如硅钡铁石（BaFeSi₄O₁₀）、铜硅钡石（BaCuSi₄O₁₀）等。

1.1 晶体结构与晶格参数

• 硅钡铁石（BaFeSi₄O₁₀） ：在常温常压下，硅钡铁石结晶为四方P4/ncc型结构。它是一种层状硅酸盐，由SiO₄⁻四面体组成的四元环构成基本结构单元。所有环的顶端氧原子指向同一方向，每个环与四个顶端氧原子指向相反方向的环相连，形成无限的硅酸盐四面体层。亚铁离子位于四重轴上，与四个O₃氧原子呈平面正方形配位；层间钡离子占据 -4 位点，具有不规则的八配位，对应于变形的立方体。其基本层间重复距离（平行于c轴）约为 8 Å，但相邻层中的四元环相对旋转约 15°，因此沿c轴的真实重复周期约为 16 Å，此相称为硅钡铁石I。
• 压力诱导的相转变 ：天然和合成的硅钡铁石会发生压力诱导的可逆一级相转变。在约 1.8(1) GPa 时，会从四方结构转变为正交结构（硅钡铁石II）。相转变时，c轴减半，铁和钡的配位多面体发生改变。硅钡铁石II中，钡的配位变为扭曲的矩形反棱柱。不同样品的转变压力有所不同，天然样品的转变压力介于合成样品和其他天然样品之间。
• AMSi₄O₁₀（A = Ca, Sr, Ba; M =