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，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)家認為石英是不可溶解的，但在長時間尺度下，它是可以流動的。此外，在堿性條件下，會出現(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)生的即時深層加熱。與此同時,微波所產(chǎn)生的交變磁場會促使介質(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交替排列,導(dǎo)致了分子的高速振蕩。對于這種振蕩而言,又會受到分子熱運動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,從而對其分子可以進行測定。
試驗部分
1 儀器與試劑
儀器:家用微波爐(如美的牌)。
試劑:水泥熟料標樣;普通硅酸鹽水泥標樣;水泥生料標樣;TEA(三乙醇胺)(體積配合比1:2);鹽酸;KOH溶液;EDTA標樣;鈣黃綠素-甲基百里香酚藍-酚酞混合指示劑(CMP混合指示劑)。
2 實驗方法
(1)EDTA標液的標定
首先取一定體積的CaCO3溶液稀釋8倍,如在實際的實驗過程之中,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.首先對水泥熟料標樣或普通硅酸鹽水泥標樣的消解:稱取0.1000g已于105～110℃烘過兩個小時的水泥熟料標樣或是普通硅酸鹽水泥標樣,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的鹽酸溶液中對樣品進行溶解,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.水泥生料標樣的消解:稱取0.2000g已于105～110℃溫度條件下烘過兩個小時的水泥生料標樣,放于400mL的燒杯之中,加入適量的蒸餾水與HCl溶液對樣品進行溶解,蓋上表面皿,置于微波爐之中進行加熱消解。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
主要對水泥熟料與普通硅酸鹽水泥之中的CaO的含量進行了測定。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四面體均以三個角頂與周圍三個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)單元層本身的電價未達平衡，則層間可以有低價的大半徑陽離子（如K+、Na+、Ca2+等）存在，如云母、蒙脫石等。后者的層間同時還有水分子存在。此外，八面體片中與四面體片的一個六元環(huán)范圍相匹配的是中心呈三角形分布的三個八面體。當(dāng)八面體位置為二價陽離子占據(jù)時，此三個八面體中都必須有陽離子存在，才能達到電價平衡。若為三價陽離子時，則只需有兩個陽離子即可達到平衡，此時另一個八面體位置是空的。
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。
