矽酸鹽結構與黏土礦物

島狀矽酸鹽

/ NEE-so-SIL-ih-kate /

最簡單的矽酸鹽:孤零零的四面體像座座小島,漂浮在金屬陽離子的海裡,彼此之間不共用任何氧。這就是島狀矽酸鹽(nesosilicate,源自希臘文 nesos,島)。每個 SiO4 單元把自己的四個氧全留給自己,各單元之間並不靠矽氧鍵相連,而是完全靠填在縫隙裡的金屬離子維繫,這些金屬離子同時與好幾個相鄰四面體的角氧鍵結。

因為每個氧都是繫在陽離子上的非橋接氧,Si:O 比恰為 1:4,化學式讀起來就像一種鹽:孤立的 (SiO4)4- 陰離子由陽離子平衡,例如 Mg2SiO4(每個四面體配兩個 Mg2+),或石榴子石與鋯石(ZrSiO4)。這裡沒有可撕開或可解理的鏈或層,所以島狀矽酸鹽多半是硬、緻密、等軸的晶體,而非纖維狀或片狀,而且熔點通常相對高而尖銳,因為緊密鍵結的陽離子-氧網路在各個方向都強化了本已強固的 Si-O 四面體。

對陶瓷工作者而言,最重要的島狀矽酸鹽是橄欖石(olivine),其鎂端成分鎂橄欖石(forsterite)是極佳的鹼性耐火材料。更廣義地說,島狀矽酸鹽之所以重要,是因為它們是聚合度最低的矽酸鹽,是搭建鏈、層、骨架的起點,一路靠逐步共用更多角而建成。一個常見的誤解是以為孤立四面體會給出軟、低熔點的固體;事實上周圍的陽離子鍵讓其中許多既堅韌又耐火。

鎂橄欖石 Mg2SiO4 是島狀矽酸鹽:各自分開的 SiO4 四面體由坐在八面體孔隙中的 Mg2+ 離子黏合。它的熔點接近 1890 度 C,這正是鎂橄欖石磚用於鋼廠爐襯的原因。

孤立不等於脆弱:島與島之間的陽離子鍵讓鎂橄欖石成為高熔點的耐火材料。

別把那個孤立陰離子讀成分子。並不存在能整團溶解的離散 (SiO4)4- 分子;它是離子晶體,陽離子-氧鍵和 Si-O 鍵一樣都是結構性的。

又稱
island silicateorthosilicateisolated-tetrahedron silicate島狀矽酸鹽正矽酸鹽