《表1 不同应力下蒙脱石结构优化的键长》

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《高应力下蒙脱石电子结构第一性原理研究》

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由图1蒙脱石晶体结构可以看出，所有的氧原子虽然对称分布，但它们并不等价，其中氧原子可分为3种：硅环系统桥接到铝环系统的称为顶端氧（O2、O4、O6、O8）；连接硅原子的氧原子称为环氧（O1、O3、O5、O7、O9、O10）；连接内部氢原子的氧称为内部氧（O11、O12）.由表1可知，当应力为0 GPa时，Si-O（顶端氧）键长.略长于Si-O（环氧），Al-O（顶端氧）键键长要长于Si-O（顶端氧）和Si-O（环氧）键长，此外，蒙脱石为2∶1的层状黏土矿物，在外界的应力作用下会导致结构体积和内部化学键的显著变化.从计算结果可以看出：随着应力从0～100 GPa增加，Al-O（顶端氧）键键长显著减少，由1.91?减少到1.76?，减少了0.15?，其中0～20 GPa变化了0.06?，占总变化的40%；到40 GPa变化了0.09?，占总变化的60%.Si-O（顶端氧）键键长和Si-O（环氧）键键长虽然也随着应力的增加而减少，分别减少0.07?和0.06?，变化并不明显.羟基H-O（内部氧）键长基本没有变化，维持在0.98?.总体来看Si-O键长小于Al-O键，并在应力的作用下Si-O键减小幅度更小，成键更加稳定，这也解释了蒙脱石内部的Al离子更容易被外界二价金属阳离子（如Mg2+）所置换.