所謂硅酸鹽指的是硅、氧與其它化學(xué)元素（主要是鋁、鐵、鈣、鎂、鉀、鈉等）結(jié)合而成的化合物的總稱。它在地殼中分布極廣，是構(gòu)成多數(shù)巖石（如花崗巖）和土壤的主要成分。
由于其結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，種類繁多（硅酸鹽礦物的基本結(jié)構(gòu)是硅――氧四面體；在這種四面體內(nèi)，硅原子占據(jù)中心，四個(gè)氧原子占據(jù)四角。這些四面體，依著四面體，依著不同的配合，形成了各類的硅酸鹽）。它們大多數(shù)熔點(diǎn)高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，是硅酸鹽工業(yè)的主要原料。硅酸鹽制品和材料廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)、科學(xué)研究及日常生活中。
化學(xué)性質(zhì)
化學(xué)上，指由硅和氧組成的化合物(SixOy)，有時(shí)亦包括一種或多種金屬或氫元素。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(chǎn)生的鹽。能與酸反應(yīng)生成硅酸固體。在普通情況下，最穩(wěn)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(jīng)常有微量的硅酸（H4SiO4）處于平衡狀態(tài)。化學(xué)家認(rèn)為石英是不可溶解的，但在長時(shí)間尺度下，它是可以流動(dòng)的。此外，在堿性條件下，會(huì)出現(xiàn)H2SiO42-。大部分硅酸鹽都是不可溶解的。
硅酸鹽礦物的特征是它們的正四面體結(jié)構(gòu)，有時(shí)這些正四面體以鏈狀、雙鏈狀、片狀、三維架狀方式連結(jié)起來。按正四面體聚合的程度，硅酸鹽再細(xì)分為：島狀硅酸鹽類、環(huán)狀硅酸鹽類等。
在地質(zhì)學(xué)和天文學(xué)上，硅酸鹽指一種由硅和氧組成的巖石(通常為SiO2或SiO4)，有時(shí)亦包括一或多種金屬和或氫。此類巖石包括花崗巖及輝長巖等。地球及其他類地行星的大部分地殼均以硅酸鹽組成。
常見化合物
例如：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)4Si2O5】
礦物學(xué)上，硅酸鹽礦物按其分子結(jié)構(gòu)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(huán)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
云母和白土(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(zhì)量的95%
硅酸鹽的系統(tǒng)分析方法
原理
微波是電磁波中位于遠(yuǎn)紅外與無線電之間的一種電磁輻射,它的頻率范圍為300MHz～3×105MHz。微波加熱與傳統(tǒng)的加熱方式有所不同,微波加熱屬于一種內(nèi)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(chǎn)生的即時(shí)深層加熱。與此同時(shí),微波所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)會(huì)促使介質(zhì)分子發(fā)生極化的現(xiàn)象,而極性分子又可以隨著頻率高的磁場(chǎng)交替排列,導(dǎo)致了分子的高速振蕩。對(duì)于這種振蕩而言,又會(huì)受到分子熱運(yùn)動(dòng)與相鄰分子之間相互作用的阻礙與干擾,產(chǎn)生了類似于摩擦作用使得分子獲得高能量。因此,這種高能量可以擊碎巖石礦物之中的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的硅酸鹽,從而對(duì)其分子可以進(jìn)行測(cè)定。
試驗(yàn)部分
1 儀器與試劑
儀器:家用微波爐(如美的牌)。
試劑:水泥熟料標(biāo)樣;普通硅酸鹽水泥標(biāo)樣;水泥生料標(biāo)樣;TEA(三乙醇胺)(體積配合比1:2);鹽酸;KOH溶液;EDTA標(biāo)樣;鈣黃綠素-甲基百里香酚藍(lán)-酚酞混合指示劑(CMP混合指示劑)。
2 實(shí)驗(yàn)方法
(1)EDTA標(biāo)液的標(biāo)定
首先取一定體積的CaCO3溶液稀釋8倍,如在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程之中,吸取了10mL該溶液稀釋至80mL,然后加入適量的CMP混合指示劑,在磁力攪拌器攪拌的作用下滴加200g/L的KOH溶液之后一直到出現(xiàn)綠色熒光之后再滴定過量2mL左右。以EDTA標(biāo)液滴定溶液滴定至綠色熒光消失且呈現(xiàn)紅色。
(2)樣品的消解
a.首先對(duì)水泥熟料標(biāo)樣或普通硅酸鹽水泥標(biāo)樣的消解:稱取0.1000g已于105～110℃烘過兩個(gè)小時(shí)的水泥熟料標(biāo)樣或是普通硅酸鹽水泥標(biāo)樣,放入400mL的燒杯之中,加入20～30mL的蒸餾水與3～4mL體積配合比為1:1的鹽酸溶液中對(duì)樣品進(jìn)行溶解,蓋上表面皿,放入微波爐加熱消解,取出,冷卻至室溫,定容于100mL的容量瓶之中,待用。
b.水泥生料標(biāo)樣的消解:稱取0.2000g已于105～110℃溫度條件下烘過兩個(gè)小時(shí)的水泥生料標(biāo)樣,放于400mL的燒杯之中,加入適量的蒸餾水與HCl溶液對(duì)樣品進(jìn)行溶解,蓋上表面皿,置于微波爐之中進(jìn)行加熱消解。然后取出并冷卻至室溫,定容于100mL的容量瓶中,待用。
3 結(jié)果與討論
主要對(duì)水泥熟料與普通硅酸鹽水泥之中的CaO的含量進(jìn)行了測(cè)定。具體見表1所示。
由上1可以看出,在微波小火條件下,消解2min以上,氧化鈣含量已在允差范圍之內(nèi),符合測(cè)定要求。
硅酸鹽礦物分類
鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物
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干的硅酸鹽礦物。鏈與鏈間由金屬陽離子（主要有Ca、Na、Fe、Mg、Al、Mn等)相連。已發(fā)現(xiàn)鏈的類型有20余種，其中最主要的是輝石單鏈[Si2O6]4-和閃石雙鏈[Si4O11]6-。
在鏈狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物中，由于硅氧骨干呈一向延伸的鏈，而且平行分布，所以其晶體結(jié)構(gòu)的異向性比島狀和環(huán)狀的要突出得多。礦物在形態(tài)上表現(xiàn)為一向伸長，經(jīng)常呈柱狀、針狀以及纖維狀的外形。在物理性質(zhì)上，解理平行于鏈的方向較發(fā)育，平行或近于平行鏈的方向折射率較高，垂直于鏈的方向較低，雙折射率較島狀或環(huán)狀礦物的大。化學(xué)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。
層狀結(jié)構(gòu)硅酸鹽礦物
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干的硅酸鹽礦物。硅氧骨干中最常見的是每個(gè)四面體均以三個(gè)角頂與周圍三個(gè)四面體相連而成六角網(wǎng)孔狀的單層，其所有活性氧都指向同一側(cè)。它廣泛地存在于云母、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(jié)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(gòu)成二維無限延展的八面體片。四面體片與八面體片相結(jié)合，便構(gòu)成了結(jié)構(gòu)單元層。
如果結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)單元層，如高嶺石、蛇紋石中的層。如是由活性氧相對(duì)的兩片四面體片夾一片八面體片構(gòu)成，則為2∶1型結(jié)構(gòu)單元層，如云母、滑石、蒙脫石中的層。如果結(jié)構(gòu)單元層本身的電價(jià)未達(dá)平衡，則層間可以有低價(jià)的大半徑陽離子（如K+、Na+、Ca2+等）存在，如云母、蒙脫石等。后者的層間同時(shí)還有水分子存在。此外，八面體片中與四面體片的一個(gè)六元環(huán)范圍相匹配的是中心呈三角形分布的三個(gè)八面體。當(dāng)八面體位置為二價(jià)陽離子占據(jù)時(shí)，此三個(gè)八面體中都必須有陽離子存在，才能達(dá)到電價(jià)平衡。若為三價(jià)陽離子時(shí)，則只需有兩個(gè)陽離子即可達(dá)到平衡，此時(shí)另一個(gè)八面體位置是空的。
硅酸在水溶液中
硅酸在水中的溶解度很低，25℃下約為0.002mol?L-1。在溶解度范圍內(nèi)，硅酸以單硅酸形式存在。硅酸在溶液中濃度高于溶解度時(shí)發(fā)生聚合，聚合作用是硅酸的重要性質(zhì)，即單硅酸聚合成低聚硅酸，再聚合成高聚硅酸。
