Силикаты и их использование (стр. 3 из 5)
Дальнейшая конденсация приводит к образованию слоистых силикатов. К их числу относятся слюды и глины, содержащие в своей структуре группировки [Z4O10], где Z=Si и Al в четверной координации относительно кислорода. В слюдах слои состоят из шестичленных колец, построенных из алюмо- и кремнекислородных тетраэдров. Слоистых силикатов существует множество: слои могут быть построены из пяти- и шестичленных колец (см. рис. 1); состоять из чередующихся в определенном отношении восьми- и пятичленных колец; могут существовать слои, в которых кремнекислородный тетраэдр необязательно имеет три мостиковых атома кислорода, и др.
И наконец, последней ступенью полимеризации являются силикаты с каркасным строением, которых тоже существует великое множество. Примером каркасных силикатов могут служить кремнезем и полевые шпаты. Полевые шпаты делятся на плагиоклазы (непрерывный ряд твердых растворов в системе альбит-анортит (NaAlSi3O8‑CaAl2Si2O8)) и калиевый полевой шпат K[AlSi3O8]. Их структура представляет собой бесконечный объемно-увязанный каркас из тетраэдров SiO4 и AlO4, в пустотах которого расположены ионы Na, Ca, K (рис. 4). Сам же кремнезем – это вязь из кремнекислородных тетраэдров. К разряду каркасных силикатов, но не полевых шпатов относится и упоминаемый ранее минерал лейцит K[AlSi2O6], казалось бы, метасиликат калия и алюминия. В действительности это каркасный алюмосиликат, в котором атомы алюминия выполняют структурную функцию атомов кремния. Каркас состоит из тетраэдров AlO4 и SiO4 (все атомы кислорода мостиковые), в пустотах которого расположены ионы калия. Полевые шпаты, в свою очередь, в результате процессов выветривания превращаются в глины и различные виды кремнезема:
2K[AlSi3O6] + CO2 +2H2O =
= Al2 [Si2O5] (OH) 4 + K2CO3 + SiO2
Каолинит Кварц, опал
Каолинит – минерал со слоистой структурой. Слои состоят из шестичленных кремнекислородных колец. В конечном итоге процессы выветривания полевых шпатов, слюд, талька, нефелина приводят к образованию растворимых солей щелочных и щелочноземельных металлов, плохо растворимых гидратов оксидов железа и алюминия и гидросиликатов, которые переносятся водными растворами и дают начало образованию новых минералов, с которых как бы начинается новый виток образования силикатных минералов.
4. Яркие представители группы силикатов
а) Топаз – полудрагоценный камень, минерал из группы островных силикатов алюминия (Al2[SiO4] (F, OH)2). Примеси Fe2+, Fe3+, Ti, Cr, V и др. Кристаллизуется в ромбической сингонии, ромбо – дипирамидальный вид симметрии.
Этимология. Название топаз получил по месту первой его находки на острове Топазиос (Топазион) в Красном море, в настоящее время – остров Зеберген, по другой версии – от санскритского слова «топас» – огонь. Синоним – «тяжеловес» (старое название уральских рудокопов, по большому уд. весу)
Свойства. Цветовая гамма топаза разнообразна: от коричнево- и винно-желтого до голубого, розового, золотистого, оранжевого и красновато-оранжевого (редко). Чаще – бесцветный. Встречаются полихромные топазы, когда разные участки или зоны одного кристалла имеют разную окраску (обычно голубой / винно-жёлтый). Твёрдость 8; плотность 3,49–3,6 г/см3. Спайность совершенная в одном направлении по (001). Излом раковистый. Блеск сильный, стеклянный, на плоскостях спайности – перламутровый. Очень устойчив, в кислотах не растворяется. Разлагается фосфорной солью.
Топаз – один из эталонных минералов для определения относительной твёрдости методом царапанья – шкалы Мооса (минералогической шкалы твердости).
Форма нахождения. Обычен в кристаллах. Кристаллы ромбо-призматические или кроткостолбчатые. Иногда крупные, известны находки кристаллов массой до 60–80 кг и более. Грани призмы обычно немногочисленны, а головки кристаллов бывают весьма разнообразны и богаты гранями. Характерны признаки природного растворения, проявляющиеся в конусовидных и сосковидных формах на головках кристаллов и в углублениях и бороздах в форме отрицательных тетрагональных пирамид на призме. Также параллельно-шестоватые крупнокристаллические сростки, скрытокристаллические «яшмоподобные» образования, лучистые и тонкопластинчатые (пикнит) образования.
Местонахождения.Наибольшее число находок топаза в Ильменском минералогическом заповеднике в России (Урал) приходится на гранитные пегматитовые жилы. В Ильменах обнаружено большое количество пегматитовых жил, в которых встречаются топазы. Знаменитыми во всем мире, особо выдающимися и потому успешно выдерживающими конкуренцию на мировом рынке стали всего пять уральских драгоценных камней и среди них топаз. С открытия топазов началась слава Ильменских гор. В Ильменах топаз встречался не только бесцветный, но и более ценный – голубой. Здесь находили топазы массой до 30 кг. Топазы встречаются на Урале в четырех различных формациях, причем для каждой характерна определенная окраска самоцвета и формы кристаллов. Бесцветные топазы, нередко в виде крупных кристаллов, интенсивно добывались в свое время из друзовых полостей амазонитовых гранитных пегматитов Ильменогорского самоцветного пояса, впервые обнаруженные казаком Прутовым еще в начале XIX века и находящиеся в частной коллекции. Из них добыто несколько тонн прозрачных кристаллов. Наиболее крупные кристаллы топаза имели массу до 10 кг. Обломки кристаллов топаза употреблялись преимущественно как ювелирное сырье. Голубые и желтые топазы характерны для жильных гранитных пегматитов топазо-бериллового типа с друзовыми полостями в Мурзинско-Адуйском самоцветном поясе, ярко-голубые – для сложнопостроенных гранит-пегматитовых тел, и, наконец, малиновые и розовые топазы были встречены только в кварцевых жилках около восточного тектонического шва Кочкарского мегантиклинория на Южном Урале. Суммируя общие перспективы Урала по топазовой минерализации, А.Е. Ферсман в 1925 г. писал: «Россия может гордиться своими топазами, которые по красоте тона, чистоте воды и величине кристаллов занимают исключительное место среди топазов всего света: по качеству русский топаз выделяется среди всех топазов известных месторождений, причем красота нежно-голубого топаза Мурзинки, красновато-фиолетовый тон топазов Санарки и Каменки – всё это составляет гордость русских цветных камней».
Топаз массой в 5 тонн найден в Бразилии. В большом количестве винно-жёлтые и голубые топазы находят на Волынском месторождении (Украина) – в 1965 году в одной из шахт обнаружили винно-желтый кристалл топаза массой 117 кг. В горах Шри-Ланки еще в древности были обнаружены месторождения драгоценных камней топазов.
Отличительные признаки.Спектр окрасок природных (натуральных) топазов необычайно разнообразен – бесцветные, различные оттенки жетовато-коричневого, зеленовато-синего, розового и синего тонов. Характерной особенностью топазов является плеохроизм, заключающийся в изменении окраски кристалла в зависимости от направления света. Это свойство отчетливо проявлено в розовых и винно-желтых топазах, а в голубых – слабо. Обычно кристаллы прозрачны, иногда с облачным эффектом или эффектом «кошачьего глаза».
В ультрафиолетовых лучах длинноволнового диапазона наблюдается свечение (люминесценция) топазов: для голубых кристаллов – зеленоватое или желтоватое; для розовых и коричневых (винных) – оранжево-желтое. В коротковолновом диапазоне люминесценция слабая.
Физические свойства позволяют достаточно легко отличить топаз от многочисленных внешне сходных с ним камней-имитаторов. Так, шпинель и алмаз, не обладающие двулучепреломлением, легко отсортировать с помощью несложного прибора – порярископа. В отличие от топазов под ультрафиолетовой лампой аквамарин вообще не люминесцирует, а гелиодор светится желтым светом только в коротковолновом диапазоне.
Аквамарин, гелиодор и зеленоватый берилл (берилловая группа) и цитрин (кварцевая группа) отличаются от топаза значительно меньшей плотностью, что легко устанавливается путем вычисления массы вставки. В ряде случаев может помочь испытание карандашами твердости. Топаз по твердости значительно превосходит цитрин и циркон, он несколько тверже турмалина, но уступает рубинам, сапфирам и тем более алмазам. Однако следует иметь в виду, что близкую к топазу твердость имеют шпинель, хризоберилл и схожие с ним представители берилловой группы.
Незаменимым прибором при диагностике топазов является рефрактометр, с помощью которого определяют показатели преломления, являющиеся своеобразным паспортом камня. В ряде случаев идентификации может быть проведена по характеру плеохроизма или способности топаза электризоваться. Последнее свойство с успехом позволяет специалисту отличить от топаза все перечисленные выше камни-имитаторы, за исключением турмалина и алмаза.
б) Циркон. С химической точки зрения циркон является силикатом циркония. Название драгоценного камня происходит от персидского слова zargun. В переводе с персидского гаг означает «золото», а gun – «цвет». Следователвно, циркон на этом языке означает «золотоцветный». Помимо наиболее красивых золотисто-желтых и красных цирконов встречаются коричневые, желтовато-зеленые и небесно-голубые камни. Их цвет определяется примесями железа, меди, цинка, кальция, титана и некоторыми редкоземельными элементами.
Встречаются, впрочем, бесцветные и даже черные цирконы. Золотисто-красные камни называют гиацинтами. Согласно древнегреческому мифу. Гиацинт был убит диском, который бросил на состязаниях бог света Аполлон. Упавшие на землю капли крови юноши превратились в цветы гиацинты. Окаменев, они стали драгоценными камнями. В старинных русских рукописях драгоценный камень циркон-гиацинт упоминался как иакинф, иацинт или якинт.