陶瓷與玻璃

矽酸鹽結構(silicate structures)

矽與氧是地殼中含量最高的兩種元素,所以大多數岩石、沙、黏土和玻璃都是矽酸鹽:由同一種重複的磚塊砌成的材料。這塊磚就是 SiO4 四面體:一個矽原子,四個氧位在小三角錐的角上。矽酸鹽礦物之所以千變萬化,全看這些磚塊彼此共用了幾個角。

數一數共用的角,就把矽酸鹽分類了。都不共用,就得到被中間金屬離子連起來的孤立四面體(島狀矽酸鹽,如橄欖石)。各共用兩個角,磚塊接成鏈或環(如輝石與石棉)。共用三個角,得到平坦的層片(如雲母與黏土,所以會剝成薄片)。四個角全共用,四面體往各方向相連,形成剛硬的三維骨架,這就是純二氧化矽 SiO2。每個共用的氧都是連接兩個矽的橋,所以隨著共用增加,化學式比例會從 SiO4 群逐漸滑向 SiO2。

這一個概念就解釋了驚人的行為範圍。黏土的層片遇水會彼此滑動,所以你能拉坯製陶;一加熱層片便熔合。骨架型矽酸鹽既硬又高熔點,因為要移動任何東西都得在三維裡打斷強韌的 Si-O 鍵。而當這個骨架被凍結成到處無序、時而未共用的排列(而非整齊的晶體)時,你得到的就是玻璃。矽酸鹽是傳統陶瓷與窗玻璃共同的骨幹。

不共用角得到島狀的橄欖石;共用三個角得到雲母與黏土的平坦層片(會剝落);四個角全共用得到二氧化矽 SiO2 剛硬的三維骨架。

SiO4 磚塊共用幾個角,決定你得到的是薄片、鏈條,還是堅硬的骨架。

矽酸鹽不只是化學冷知識:同一個 SiO4 四面體,無論是整齊堆疊還是無序凍結,都是黏土陶器、花崗岩、雲母與玻璃共同的骨架。

又称
silicates矽酸鹽