晶体结构中Si和O的排列，最常见的明确方法是视察硅原子周围的氧原子，以及这些基本单位怎样相互毗连

。在常见的二氧化硅晶体中，一个Si原子通常与四个O原子相连，形成以Si为中心、O位于四个极点的SiO?周围体

。多个周围体通过共用氧原子毗连起来，最终形成一连的三维晶体网络，而不是一个个相互自力的SiO?分子

。

Si和O的基本排列：Si位于周围体中心

在常见的二氧化硅晶体和许多硅酸盐晶体中，Si—O键具有较强的偏向性

。四个O原子大致漫衍在Si原子的周围，划分指向周围体的四个极点；Si则处于周围体中心

。这种结构可体现为一个SiO?周围体，是明确Si和O排列关系的最小结构单位

。

从局部规模看，排列关系可以归纳综合为：一个Si毗连四个O，一个O又可能同时毗连两个Si

。被两个Si配合使用的氧称为桥氧，示意关系可以写成Si—O—Si

。由于氧原子在相邻周围体之间起毗连作用，SiO?单位能够沿差别偏向一连延伸，组成稳固的空间骨架

。

• Si的配位数通常为4：周围直接毗连四个O
  
  。
• 局部几何形状为周围体：四个Si—O偏向并不在统一平面内
  
  。
• O肩负毗连作用：一个O可以毗连两个相邻SiO?单位
  
  。
• 整体比例为Si∶O=1∶2：这是由四个Si—O毗连和氧的共享关系配合决议的
  
  。

SiO?周围体怎样毗连成晶体

单个SiO?周围体并不可单独说明完整的晶体结构，要害还在于周围体之间怎样毗连

。最常见的毗连方法是共用极点，也就是两个周围体共用统一个O原子

。这样形成的Si—O—Si毗连，可以一直向差别偏向延伸

。

当大宗SiO?周围体通过共用极点毗连时，会形成具有长程有序性的三维网络

。这里的“有序”并不是指所有Si和O都排成简朴的直线或规则平面，而是指它们在较大规模内凭证特定的晶格周期重复排列

。Si—O—Si键角、周围体的转向方法以及晶胞中的相对位置，都会影响最终晶体的形态和性子

。

因此，晶体中的Si和O排列可以分成两个条理明确：第一层是局部配位，即Si周围有四个O，形成SiO?周围体；第二层是整体毗连，即许多周围体凭证一定规则在三维空间中毗连

。前者决议局部结构，后者决议晶体属于哪一种结构类型

。

差别晶型中，Si和O的排列并不完全相同

二氧化硅的化学组成虽然都是SiO?，但Si和O的空间排列可能差别，这种征象称为同质多象

。石英、方石英、鳞石英以及柯石英等晶体，都可以看作SiO?在差别条件下形成的结构形式

。

需要注重的是，“Si周围有四个O”是常见二氧化硅和硅酸盐结构中的主要纪律，但不是所有压力、温度条件下都绝对稳固

。在高压结构中，Si的配位数可能增添到六，SiO?周围体会转变为更高配位的结构单位

。因此，判断某个详细晶体的排列时，还要连系晶型和形成条件

。

为什么SiO?不是由自力的SiO?分子组成

在许多分子物质中，一个化学式代表一个相对自力的分子；但晶态二氧化硅通常属于原子晶体或共价网络晶体

。Si和O通过一连的化学键毗连成空间网络，晶体内部不保存大宗界线清晰、相互疏散的SiO?小分子

。

SiO?中的“1∶2”主要体现整个晶体中Si和O的原子数比例，而不是体现一个自力分子中只有一个Si和两个O

。用SiO?周围体来视察局部结构时，一个Si会对应四个O；由于相邻周围体共用O，统计整个网络后，平均每个Si对应两个O，正好获得SiO?的组成比例

。

这一点也诠释了为什么二氧化硅具有较高的熔点和较强的结构稳固性

。要破损晶体，通常需要破损一连网络中的大宗Si—O毗连，而不是只疏散较弱的分子间作用力

。

硅酸盐中的Si和O排列更富厚

若是讨论工具不局限于二氧化硅，而是更普遍的硅酸盐，SiO?周围体仍然是常见的基础单位，但它们的毗连数目可以差别

。周围体之间可以形成伶仃单位、成对单位、环状结构、链状结构、层状结构或三维骨架

。

• 伶仃周围体：每个SiO?单位相互脱离，结构中通常需要其他阳离子平衡电荷
  
  。
• 链状结构：周围体沿一个偏向一连毗连，形成单链或双链
  
  。
• 层状结构：周围体在两个偏向睁开，形成片层，层与层之间还可能保存其他离子或分子
  
  。
• 架状结构：周围体在三个偏向毗连，形成较完整的三维骨架，二氧化硅网络就是典典范子
  
  。

差别毗连方法会改变晶体的解理、硬度、密度、热膨胀和化学稳固性

。因此，研究Si和O的排列时，不可只看化学式，还应关注Si的配位数、O是否为桥氧、周围体的毗连方法以及整体晶格的对称性

。

看结构图时应重点视察什么

在晶体结构图中，Si通常用一种颜色或较小的球体现，O则用另一种颜色或较大的球体现

。判断排列关系时，可以先寻找每个Si周围最近的四个O，再视察这些O是否同时毗连到其他Si

。若多个SiO?单位通过O相连，并且毗连偏向向空间延伸，通常就可以判断其属于网络状结构

。

若是结构图只展示一个晶胞，不要把晶胞界线误以为结构的终点

。晶胞只是晶体中可以重复平移的最小几何单位，位于界线周围的Si或O还会与相邻晶胞中的原子配合组成完整的周围体和网络

。由此可见，晶体结构中Si和O的排列，焦点不是简朴地数原子，而是明确“Si处于什么配位情形、O怎样毗连相邻Si，以及这些单位怎样在空间中周期性重复”

。