硅灰石

煤灰石是一種常見的礦物，其化學成分為 CaSiO3，更準確地說是 Ca3。 從化學角度來看，這是一種天然存在的硅酸鈣或偏硅酸的鈣鹽。 因此，硅灰石屬于硅酸鹽和鍺酸鹽礦物類。 其晶體結構由 (SiO3) 鏈組成，這些鏈通過鈣陽離子相互連接。 作為一種單鏈硅酸鹽，硅灰石是鏈狀硅酸鹽的一部分，但不屬于輝石礦物組，后者常被錯誤地用作單鏈硅酸鹽的同義詞，而是屬于類輝石（pyroxene-like），因為 (SiO3) 鏈在其晶體結構中遵循不同的連接模式。 煤灰石無色，三斜晶系結晶。 它由石灰巖接觸變質作用形成，是矽卡巖變質巖的成巖組分。

硅灰石，更準確地說是它的兩個變體硅灰石-1A 和硅灰石-2M，屬于“硅酸鹽和鍺酸鹽”的礦物類別。

在自然界中，煤灰石通常以煤灰石-1T的形式出現。 煤灰石-1T結晶于三斜晶系，晶體結構中xxx的對稱元素是反轉中心，它通過點反射使原子倍增。 反轉中心位于角、面的中心點和晶胞的中心。 晶體結構包含三個晶體學上可區分的鈣和硅原子以及九個不同的氧原子。 晶體學上可區分意味著這些原子不能通過現有的對稱元素（在這種情況下為反轉中心）相互轉換。 反演中心將三個鈣和硅原子以及九個氧原子加倍，因此晶胞包含上述六個式單元。

水晶石-1T 的晶體學數據在表中給出，并與其他兩個修改進行了比較。

與幾乎所有硅酸鹽一樣，硅被四面體形式的四個氧原子包圍。 然而，這些 SiO4 四面體在晶體結構中并不是孤立的，而是相互連接形成鏈（見下一節）。 氧硅距離在157到166 pm之間，對應于硅酸鹽中的通常距離。鈣原子被六個氧原子以扭曲的八面體形式包圍，鈣氧距離在227到255 pm之間。

雖然硅灰石屬于單鏈硅酸鹽，但硅酸鹽鏈中SiO4四面體的連接模式與更常見的輝石不同。 將硅灰石與輝石頑輝石 (MgSiO3) 進行比較時，差異就變得很明顯。SiO4 四面體通過共同的四面體角連接在所有鏈狀硅酸鹽中，即通過共同的氧原子。 為了形成一條鏈，每個硅必須與相鄰的硅原子共享其四面體中的兩個氧原子，因此它只“擁有”這些氧原子的一半。 這導致鏈中的硅氧比為 1:3，這也反映在鏈狀硅酸鹽的化學式中（煤灰石：CaSiO3，頑輝石：MgSiO3）。 這些鏈條實際上是無限的，僅受晶體大小的限制。

這些鏈現在可以通過 SiO4 四面體彼此的取向進一步區分。 在頑火輝石和所有其他輝石中，相同的圖案在兩個四面體之后重復，而煤灰石中的鏈式圖案由三個四面體給出。 簡單來說，在頑輝石中，一個點交替指向“上”和“下”的四面體，而在硅灰石中，一個四面體指向“下”，而接下來的兩個四面體指向“上”。 輝石也因此有“二單鏈”之說，煤灰石有“三單鏈”之說。 因為硅灰石中鏈的基本基序由三個四面體組成，所以化學式也經常給出三倍，Ca3。 在晶體結構中，無限長的（SiO3）鏈從硅灰石沿方向，即晶體b軸方向延伸。 三個四面體的鏈基序在732 pm之后重復，這正好對應于b軸方向上晶胞的晶格常數。 硅灰石中四面體的更復雜排列是由于晶體結構中 Ca 陽離子（Ca 大于輝石中常見的 Mg 和 Fe 陽離子）的空間需求增加。

石英石的一些宏觀性質可以在晶體結構的基礎上進行解釋。 硅灰石的單晶具有針狀到纖維狀（習性），因為晶體優先在晶體 b 軸方向生長，這與晶體結構中硅酸鹽鏈的取向相對應。 如果你在中間打斷一根硅灰石針，即你打斷了硅酸鹽鏈，就會產生不均勻的斷裂面，而平行于 b 軸的機械應力會產生均勻的解理面（{100} 完美，{001} 和 {102}良好的乳溝）出現。 這也可以通過晶體中的化學鍵合條件來解釋。 雖然硅和氧通過共價鍵（原子鍵）相互連接，但鈣和氧之間存在離子鍵，它基于純靜電相互作用，因此是較弱的鍵。