Химическая классификация минералов (стр. 3 из 5)
Главным различием состава пироксенов и амфибиолов является обязательное вхождение в последние конституционной воды в форме дополнительных анионов (OH)-.
В структуре пироксенов имеются одинарные цепочки (Si2O6)4-,в амфибиолах - ленты (Si4O11)6- с группами (OH)- в центре каждого кольца этой ленты.
Наиболее простые химические формулы следующих минералов:
Зная эти формулы наизусть можно вывести из них все гипотетические и реальные составы пироксенов и амфибиолов. Так используя простую схему изовалентного изоморфизма Mg2+ Fe2+, получаем формулы:
Главнейшие пироксены и их формулы приведены в табл. 6. Однако в природе нет химически чистых пироксенов и амфибиолов, состав которых точно отвечал бы приведенным в этой таблице формулам. Он всегда более сложен за счет явлений изоморфизма.
Таблица 6. Главные пироксены и амфибиолы
| Состав | Пироксены | Амфибиолы | ||
| ромбические | моноклинные | ромбические | моноклинные | |
| Силикаты:магниевые | ЭнстатитMg(Si2O6) | КлиноэнстатитMg(Si2O6) | АнтофиллитMg(Si8O22)(OH)2 | КуммингтонитMg(Si8O22)(OH)2 |
| литиевые | ---- | СподуменLiAl(Si2O6) | ХолмквиститLiMg(Si8O22)(OH)2 | КлинохолмквиститLiMgAL(Si8O22)(OH)2 |
| кальциевые | ---- | ДиопсидCaMg(Si2O6)ГеденбергитCaFe(Si2O6) | -------- | ТремолитCa2Mg5(Si8O22)(OH)2ФерроактинолитCa2Fe5(Si8O22)(OH)2 |
| натриевые | -------- | ЖадеитNaAl(Si2O6)ЭгиринNaFe(Si2O6) | -------- | ГлаукофанNa2Mg3Al3(Si8O22)(OH2РибекитNa2Fe3Fe2 (Si8O22)(OH)2 |
| Алюмо-силикаты | -------- | ----Авгиты | -------- | ЖедритMg6(Al, Fe)(AlSi7O22) (OH)2Обыкновенные роговые обманки |
Слоистые (листовые) силикаты. К подклассу слоистых (листовых) силикатов и алюмосиликатов относятся известные всем вещества – тальк, слюды, глинистые минералы и др. Многие из них являются породообразующими минералами или используются в промышленности.
Различают листовые силикаты (алюмосиликаты) с простыми и сложными сетками тетраэдров. Последние являются менее распространенными минералами.
Остовом структуры слоистых силикатов являются сетки кремнекислородных тетраэдров. Они располагаются параллельно друг другу и чередуются с плоскими сетками другого состава, образуя пакеты слоёв. Все слоистые силикаты и алюмосиликаты имеют свои структурные разновидности за счет разного смещения (сдвига) и разворота пакетов друг относительно друга, что легко осуществляется в природе из-за малых сил связей между пакетами. В итоге получаются минералы разных сингоний – моноклинной (чаще всего), гексагональной, ромбической, тригональной, триклинной. Такие структурные разновидности слоистых силикатов называют политипами. Некоторые из них устойчивые только при определённых давлениях и температурах и образуются только в определённой химической обстановке. Политипия, как видно, является частным случаем полиморфизма.
Главные группы слоистых силикатов и алюмосиликатов представлены в табл. 7.
Таблица 7. Главные минералы – слоистые силикаты и алюмосиликаты.
| Катионы в тетраэдрах | Межпакетный катион | Внутрипакетный(октаэдрический) катион | |
| Mg2+ | Al3+ | ||
| Si | Нет---- | СерпентинТальк | КаолинитПирофиллит |
| Al + Si | (Комплекс)n+K+K+Ca2+(Комплекс)n+(Комплекс)n+ | Монтмориллонит ФлогопитМусковитЛитиевые слюдыХрупкие слюдыГидрослюдыХлориты | |
Требует пояснения монтмориллонит: некоторые минераллы группы монтмориллонита являются силикатами, другие – алюмосиликатами.
Каркасные алюмосиликаты. Многие из силикатов этого подкласса относятся к числу породообразующих и наиболее распространенных в природе минералов. В первую очередь это полевые шпаты – главные составные части гранитов, габбро, гнейсов и других горных пород. К этому же подклассу минералов относятся нефилин (основной минерал некоторых щелочных горных пород), лейцит (обычная минеральная фаза в базальтоидах). Среди них есть и ценное нерудное сырье (микроклин, цеолиты), и минералы-руды некоторых минералов – нефелин (руда на алюминий), поллуцит (руда на цезий).
В состав каркасных алюмосиликатов большей частью входят катионы калия, натрия, кальция. "Рыхлость" каркасной структуры допускает частое вхождение в них дополнительных анионов (Cl- ,CO32- ,SO42- и т. д. ) и конституционной воды в виде молекул H2O.
Структуры каркасных алюмосиликатов сложные и многообразные: имеется много разных вариантов сочленения тетраэдров в трехмерном пространстве. В полевом шпате тетраэдры группируются по восемь и четыре – эти группы, соединяясь, образуют каркас с тремя типами "полостей" диаметром 0,15-0,28 нм, в некоторых из них располагаются катионы. В нефелине все полости одиноковые и совсем другой конфигурации, они тоже заняты катионами. Каркасные алюмосиликаты с большими "полостями" (цеолиты, скаполиты, канкринит и др.) нередко содержат в себе целые группы и комплексы ионов и молекул, иногда свободно обменивающихся с окружающий кристалл средой.
Состав каркаса разный, с соотношением Al : Si, равным то 1 : 1(как в нефелине и др.), то 1 : 3 (как в канкрините и др.). Есть минералы, например полевые шпаты ряда альбит – анортит (см. рис. 2), минералы ряда скаполита с меняющимся соотношением количеств алюминия и кремния. Главнейшие каркасные алюмосиликаты приведены в табл. 8.
Рис. 2. Ряды плагиоклазов при разных температурах
Таблица 8. Главные минералы - каркасные алюмосиликаты
| Группа | Минерал | Формула минерала | Син-гония | Твер-дость |
| Полевых шпатов: | ||||
| подгруппакалиевыхполевыхшпатов | МикроклинОртоклазСанидин | K(AlSi3O8)(KAlSi3O8)(K, Na)(AlSi3O8) | Трикл.Мон.----- | 666 |
| подгруппакальциево-натриевых полевых шпатов | АльбитАнортит | Na(AlSi3O8)Ca(Al2Si2O8) | Трикл.----- | 6-6,56-6,5 |
| ДанбуритаЛейцита | ДанбуритЛейцитПоллуцит | (CaB2Si2O8)K(AlSi2O8)Cs(AlSi2O8) | Ромб.Тетр.Куб. | 7-7,55-66 |
| Нефелина | НефелинКальсилит | Na3K(AlSIO4) 4K(AlSiO4) | Гекс.---- | 5-65-6 |
| Скаполита | МариалитМейонит | Na4(AlSi3O8)3ClCa4(Al2Si2O8)(SO4, CO3) | Тетр.---- | 5-5,55,5-6 |
| КанкринитаСодалита | КанкринитСодалитЛазурит | Na3Ca(AlSiO4)3(CO3,SO4)*1,5H2ONa4(AlSiO4)3ClNa3Ca(AlSiO4)3(SO4, S2) | Гекс.Куб.---- | 5-5,55,5-65,5 |
| Цеолитов | СтильбитГейландитАнальцимШабазитНатролитКлиноптилолитФиллипсит | Ca0, 5Na(Al2Si7O18) * 7H2OCa(Al2Si7O18) * 6H2ONa(AlSi2O6) * H2OCa0, 5(AlSi2O6) * 3H2ONa2(Al2Si3O10) * nH2ONa(AlSi8O18) * 6H2OCaNa4(Al6Si10O32) * 12H2O | Мон.----Куб.Триг.Ромб.Мон.---- | 3,5-445-5,54-55-5,53,54-4,5 |
8.Изоморфизм
Уже давно исследователи обратили внимание на то, что многие подобные по составу и внешней форме вещества могут образовывать кристаллы переменного состава. Эти наблюдения были обобщены в 1819 г. немецким химиком Э. Митчерлихом. Исследуя соли фосфорной и мышьяковой кислоты – Na2[HAsO4] * 12H2O и Na2[HPO4] * 12H2O, он установил, что они обладают почти тождественной кристаллической формулой, образуя смешанные кристаллы. Это явление было названо им изоморфизмом (от греч. исос – одинаковый и морфэ – форма). Позже, по аналогии с жидкими системами, их стали называть твердыми растворами. В минералогии они получили название смешанных кристаллов или изоморфных смесей. Кроме этого, было установлено, что многие минералы часто содержат незначительные примеси различных химических элементов, которые обусловлены закономерным вхождением их в кристаллическую решетку минерала– хозяина. Такие примеси получили название изоморфных.
Наблюдения и эксперименты позволили дать современное определение изоморфизму, под которым следует понимать явление взаимного замещения атомов и ионов в узлах кристаллической решетки без нарушения ее строения. Результатом изоморфизма являются изоморфные смиеси и изоморфные смеси химических элементов в минералах.
Одной из общих причин вхождения в минералы незначительных изоморфных примесей является, вероятно низкая концентрация элементов в минералообразующей среде. Значительная недосыщенность среды такими элементами, их рассеяние не позволяет им образовывать кристаллические сетки своих собственных минералов и они вынуждены при соответствующих термодинамических условиях входить в кристаллические решетки этих минералов.
Минералы в виде изоморфных смесей весьма распрстранены в природе. Часто они образуют непрерывные изоморфные ряды от одного состава к другому. Такой изоморфизм называется совершенным, или неограниченным.