矽酸鹽結構與黏土礦物

層狀矽酸鹽

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讓每個四面體把四個角中的三個都與同一平面上的鄰居共用,鏈便展寬成無盡的平坦層,一張朝兩個方向延伸、像雞籠鐵絲網般的四面體網。這就是層狀矽酸鹽(phyllosilicate,源自希臘文 phyllon,葉)。這是雲母、你搓在指間的滑石,尤其是讓傳統陶瓷得以成立的黏土礦物所屬的家族。它的招牌是像書頁般的晶形:層片鬆散堆疊,能裂成薄而柔韌的鱗片。

在理想的層中,每個四面體共用三個角,留下一個非橋接氧朝平面外指出,得到重複單元 Si2O5、Si:O 比 2:5。那些朝上的氧就是掛鉤:它們與第二張由氫氧化鋁或氫氧化鎂構成的八面體層鍵結,把一張四面體層(T)黏到一張八面體層(O)。一張 T 配一張 O 疊起來,得到 1:1 層(高嶺石);把一張 O 夾在兩張 T 層之間,得到 2:1 層(雲母、滑石與蒙脫石類黏土)。而夾在這些疊層之間的東西,是氫鍵、是被鎖住的陽離子(如 K+)、還是鬆散可膨脹的水,正是硬雲母與可塑黏土的分野。

層狀矽酸鹽的全部性格都來自這種各向異性:層內鍵強、疊層之間鍵弱,所以晶體沿底面完美解理成鱗片,摸起來滑膩,當層間夾著水時還能滑動並膨脹。這就是黏土可塑性、雲母可撕、滑石潤滑背後的結構祕密,全都源自四面體共用三個角。

用指甲從一塊雲母上撕下一片:你正把兩張以 Si2O5 為基礎、僅靠微弱層間鍵維繫的層扯開,而每張層內部的強鍵毫髮無傷。黏土在微觀尺度上做同樣的事,這正是濕黏土會滑動的原因。

面內強、面間弱:二維的層正是層狀矽酸鹽會解理、會滑動、含水時會膨脹的原因。

2:5 是純四面體層的理想比。真實的黏土與雲母會用鋁取代部分四面體矽,並加入八面體的鋁、鎂、鐵與 OH,因此它們實測的化學式看起來比單純的 Si2O5 複雜得多。

又稱
sheet silicatelayer silicatelayered silicate層狀矽酸鹽片狀矽酸鹽