Морфология кристаллов и физические свойства гидроксидов

 

Морфология кристаллов и физические свойства гидроксидов

В подавляющем большинстве гидроксиды не образуют различимых, заметных глазом кристаллов, и обычно форму их кристаллических индивидов можно установить лишь с помощью электронного микроскопа. Почти всегда они встречаются в порошковатых, землистых, натечных фарфоровидных массах и в виде оолитов. Исключения из этих правил единичны, они относятся к диаспору и гиббситу: в нескольких месторождениях известны их пластинчатые кристаллы размером от 0,1 до 2,3 см. Образуются в результате разрушения других минералов.

Невысокая твердость большей части гидроксидов (1–3) объясняется малой прочностью их кристаллических структур с большой долей остаточных связей, как, например, в гиббсите, где каждая трехслойная пачка Al(OH)3 слабо скреплена с такими же соседними пачками. Исключение представляет диаспор в тех редких случаях, когда он образует самостоятельные кристаллы. Они обладают твердостью 6,5–7 из-за большой роли водородных (достаточно сильных) связей.

Окраска минералов разнообразная и часто пестрая. Она вызвана разными причинами: во-первых, железо и марганец сами по себе хромофоры – этим обусловлена собственная коричневая или буро-черная окраска. Во-вторых из-за тонкодисперсного строения агрегатов, в них содержится много пигментирующих механических примесей. Так, смеси гидроксидов алюминия (теоретически бесцветные) окрашены в бурые, охряные, красные цвета примесями бурого железняка и гематита.

Краткие сведения о минералах

J Гидроксиды магния. Наиболее распространен среди них брусит Mg(OH)2. Он имеет слоистую структуру, ее можно трактовать как близкую к гексагональной плотнейшей упаковке, в узлах которой находятся гидроксил-ионы. Каждый слой состоит из двух плоских листов, сложенных ионами гидроксила, а между ними лежит лист из катионов Mg2+. Совершенная спайность проходит между такими тройными слоями. Кристаллы брусита бесцветные пластинчатые, гексагонального сечения. Минерал редок. Образуется как один из продуктов гидротермального изменения ультраосновных пород, иногда мраморов и при экзогенных процессах выветривания.

Встречается в тонкозернистых массах, кристаллах, иногда в виде параллельно-игольчатых агрегатов, называемых немалитом, немалит-асбестом.

J Гидрооксиды алюминия. Наиболее распространены среди них гиббсит Al(OH)3, бёмит AlO(OH) и диаспор AlO(OH). Бемит назван  по имени первооткрывателя этого минерала Бёма. Гиббсит имеет подобную бруситу слоистую  структуру.

Цвет белый, серый, красный, темно-красный, бурый.

Гидроксиды алюминия в индивидуальных выделениях встречаются редко. Иногда наблюдаются отдельные кристаллы гиббсита и диаспора. Гиббсит встречается в виде бесцветных и белых пластиночек гексагональных очертаний среди продуктов гидротермального изменения нефелина. Диаспор известен в пластинчатых с грубой штриховкой и сильным перламутровым блеском кристаллах сиреневого и бурого цвета в метаморфических пордах. Обычно все вместе они образуют смеси с оксидами и гидроксидами железа, каолинитом и другими минералами, называемые бокситами. Часто имеют оолитовую структуру.

Наиболее надежно различаются рентгено-структурным методом.

Месторождения бокситов образуются, во-первых, как продукты поверхностного выветривания гранитов в тропических странах. Во-вторых, бокситы образуются осадочным путем за счет перемыва месторождений первого типа. Они являются главной рудой на алюминий. Часто встречается совместно с корундом и другими алюмосиликатами

Месторождения. Красная шапочка и другие месторождения на Урале, Акташ (Узбекистан), многочисленные месторождения США (шт. Пенсильвания, Колорадо, Арканзас, Миссури и др).

J Гидроксиды железа. Обычно это то, что мы называем ржавчиной. Наиболее распространенный гидроксид кристаллического строения – это гётит. Индивидуальные кристаллы встречаются редко: гётит наблюдается иногда в виде золотисто-бурых иголочек среди кварца в кварц-халцедоновых жеодах или в виде сростков пластинчатых кристаллов, лепидокрокит образует золотисто-бронзовые слюдоподобные налеты на гематите и других окисленных минералах железа. Обычно же встречается в смесях, называемых бурым железняком и лимонитом. Собственно лимонитом принято считать участки руды с аморфной, не раскристаллизованной внутренней структурой. Это ржаво-коричневые до черных тонкодисперсные землистые, натечные, почковидные агрегаты, потеки, псевдоморфозы по пириту, гематиту и другим минералам, наконец, агрегаты оолитового строения. Блеск матовый или стеклянный, черта ржавая.

Образуются в результате поверхностного окисления различных руд и минералов железа, выпадают в виде коллоидно-химических осадков при формировании осадочных пород. Являются рудой на железо, порошковатые массы используются для изготовления красок.

Месторождения. Крупное месторождение оолитовых бурых железняков на Керченском п-ове, Бакальское (Ю. Урал), Елизаветинское (с. Урал), Эльзас-Лотарингия, Пршибрам (Чехия), Корнуолл (Англия) и др.

J Гидроксиды марганца. Известно около двадцати гидроксидов чистого марганца и в сочетании с другими элементами (барием, кальцием, никелем, цинком и др.). Все они похожи друг на друга. Обычно гидроксиды марганца встречаются в смеси друг с другом, пиролюзитом и другими оксидами Mn в виде черных конкреций, натечных образований (гроздьев, почек, сосулек), землистых, оолитовых агрегатов. Нередко такие массы называют псиломеланом. Цвет их черный, буро-черный, черта буро-черная, маркая. Твердость от 6 до 2. точная диагностика минералов обычно осуществляется специальными лабораторными методами. Смеси, обогащенные водой, максимально буро-коричневые, рыхлые и легкие, более маркие, называются вадами.

Гидроксиды марганца образуются в некоторых гидротермальных месторождениях, в процессах выветривания разных марганецсодержащих минералов (образуют марганцевые шляпы), как коллоидно-химические осадки и на дне современных океанов – железомарганцевые конкреции. Фазовый и химический состав современных железомарганцевых конкреций на дне океанов и морей обычно сложен, нередко он разный в разных частях конкреций. Часто в состав конкреций входят в разных количествах цеолиты, глинистые минералы, тонкодисперсный кварц.

Силикаты и их аналоги

Общие особенности состава и структур

Класс силикатов и их аналогов является самым большим по числу минеральных видов – к нему относится около 30 % от общего их числа. В целом силикаты и алюмосиликаты слагают около 75 об. % земной коры, при этом наиболее распространены полевые шпаты – на их долю приходится 40–45 об. % литосферы. За ними по распространенности следуют слюды, пироксены, амфиболы и гаранты. В соответствии с распространенностью химических элементов главными катионами в силикатах и их аналогах являются K, Na, Ca, Mg, Fe. Значительна также роль алюминия, который, как показали рентгеноструктурные исследования, может выступать как в качестве катиона, так и входить в анионный радикал минералов.

Рентгеноструктурные исследования выявили следующее:

1. Во всех силикатах атомы кремния имеют по отношению к кислороду четверную координацию, они образуют вместе с кислородом, как в кварце, кремнекислородные тетраэдры (SiO4)4–. Связи кремния с кислородом смешанные ионно-ковалентные, с разной степенью ионности в минералах разной структуры и с разными катионами 

2. Кремнекислородные тетраэдры могут быть одиночными, и тогда они соединяются в общей структуре минерала через катионы, но могут и полимеризоваться, образуя различные анионные группировки. Лидер в сфере туристических услуг Турфирма «ДАЛИ-ТУР СПБ» предлагает отдых в египте туры в кредит и vip-отдых по самым вкусным ценам!

3. Алюминий в силикатах может быть катионом, а может входить в тетраэдры (AlO4)5–, занимая в структуре минерала позиции аналогичные кремнию. Например, в каолините Al2(Si2O5)(OH)4 алюминий является катионом и имеет координационное число 6, а в микроклине K(AlSi3O8) он входит в анионный радикал минерала, занимает такие же позиции, как и кремний, т. е. размещается в центре тетраэдров. Минералы первого типа называют силикатами, второго – алюмосиликатами. Алюмосиликаты – это аналоги силикатов. Размер тетраэдров (AlO4)5– и его конфигурация иные, чем у групп (SiO4)4–, характер химических связей также отличен. Поэтому существует предел замещения кремнезема Si4+ алюминием Al3+. Установлено, что в силикатах может замещаться алюминием не более половины кремния в тетраэдрах, например, Na(AlSiO4) – нефелин и Ca(Al2Si2O8) – анортит это предельные по составу алюмосиликаты.

4. Помимо кремнекислородных анионных радикалов во многих силикатах и алюмосиликатах есть дополнительные анионы – OH, (CO3)2–, (SO4)2– (S2)2–, (BO3)3–, (P2O7)4– и др. Так, в амфиболе и биотите есть дополнительный анион OH.

Структурные типы анионных радикалов

Разнообразие структур силикатов практически безгранично. Это вызвано, во-первых, многочисленностью способов полимеризации групп (AlO4)5– и (SiO4)4–, при которых возникают анионные комплексы разной конфигурации и размеров. Во-вторых в состав силикатов и алюмосиликатов входит в общей сложности около 60–70 химических элементов с разным размером ионов и характером осуществляемых ими связей. В результате геометрия сочетаний катионов и анионных группировок может быть самой разнообразной. Поэтому рассмотрим только основные структурные типы анионных радикалов, характерных для наиболее распространенных минералов.

Изолированные тетраэдры (SiO4)4–. Характерны, например, для гранатов R3R2(SiO4)3, оливинов (Mg,Fe)2(SiO4), топаза Al2(SiO4)F2. В них тетраэдры соединяются через катионы. Эти минералы можно рассматривать так же, как соли ортокремниевой кислоты H2SiO4, поэтому раньше из называли ортосиликатами.

Сдвоенные тетраэдры. Группы (SiO4)4–, полимеризуясь, соединяются попарно через общую вершину атомом кислорода, образуя анионные радикалы (Si2O7)6–, которые соединяются через катионы. Например, гемиморфит Zn4(Si2O7)(OH)2·H2O. Минералы с такими радикалами нередко называют диортосиликатами.

Кольца тетраэдров. Наиболее распространен кольцевой одноярусный анион из шести тетраэдров (с формулой итогового радикала (Si6O18)12-), как у берилла, но есть минералы с кольцевыми радикалами из трех и четырех тетраэдров и со сдвоенными (двухъярусными) радикалами из четырех и шести колец.

Цепочки тетраэдров. Их много разных, наиболее проста и чаще всего встречается так называемая пироксеновая цепочка. Она бесконечна, имеет период повторяемости в два тетраэдра, отсюда общая формула радикала (Si2O6). Примером могут служить пироксены, например, диопсид Сa,Mg(Si2O6). Его можно трактовать как соль метакремниевой кислоты, поэтому их раньше называли метасиликатами.

Ленты тетраэдров. Их также много. Наиболее распространена в силикатах так называемая амфиболовая лента. Она бесконечна и как бы состоит из двух соединившихся друг с другом пироксеновых цепочек. Нередко так и говорят: пироксеновая – это одинарная, а амфиболовая – двойная цепочка. В амфиболовой ленте период повторяемости – одно кольцо тетраэдров. Формула такого анионного радикала будет (Si4O11)6–. Например, тремолит Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2 или Ca2Mg5(Si8O22)(OH)2.

Слои (сетки) тетраэдров. Они также бывают разными. Наиболее важны каолинитовые слои, поскольку они имеются в большинстве слюд, глинистых минералов, серпентинов. В каолинитовых сетках тетраэдры лежат своими основаниями в одной плоскости, их вершины развернуты в одну сторону, а простейшим трафаретно повторяющимся узором является шестичленное кольцо (Si2O5)2- . Примерами минералов с таким анионным радикалом является каолинит  Al2(Si2O5)(OH)4, Mg3(Si2O5)2(OH)2 или Mg3(Si4O10)(OH)2.

Каркасные группировки тетраэдров. В них тетраэдры соединены  всеми своими четырьмя вершинами с соседними тетраэдрами, формируя таким образом бесконечную  трехмерную постройку с большими «полостями» в ней. Геометрия и характер симметрии таких группировок могут быть различными из-за разной ориентации тетраэдров относительно друг друга.

Если все тетраэдры заняты кремнием, то получаются различные модификации кремнезема. Кварц и его полиморфы во многих учебниках и справочниках считаются силикатами. Если же часть тетраэдров в таком кремниево-кислородном каркасе занята алюминием, то получаются алюмосиликаты. В качестве примера мы уже приводили анортит, нефелин, микроклин. Помимо алюминия в каркас может входить бор, как в данбурите Ca(B2Si2O8). Такие минералы называются боросиликатами.

Таковы главные группировки тетраэдров в силикатах и их аналогах, число их всех очень велико. Имеется еще много силикатов с нерасшифрованной структурой. Рентгеноструктурные исследования приводят к открытию все новых структур.

Классификация силикатов

Классификация силикатов и их аналогов производится по их структурам. Так выделяют шесть подклассов: островные, кольцевые, цепочечные, ленточные, слоистые, каркасные.

К островным силикатам относятся силикаты с группами (SiO4)4– и (Si2O7)6-. В некоторых учебниках выделяют ортосиликаты, диортосиликаты, орто-диортосиликаты, метасиликаты, диметасиликаты. Кольцевые силикаты иногда относятся к островным силикатам, иногда к силикатам с замкнутыми цепочками. Силикаты с цепочками и лентами в некоторых учебниках и монографиях объединены под общим названием «цепочечные» (но с одинарными и сдвоенными цепочками). Кварц в одних книгах относят к оксидам, в других – к силикатам. Есть классификации с нуль-, моно-, ди-, трисиликатами и т. д. Однако какими бы ни были классификации, суть минералогии, как говорил о минералогии еще В. И. Вернадский, – не в статическом описании минералов как мертвых тел, а в изучении явлений и процессов.

Островные силикаты

Это наиболее многочисленный подкласс минералов среди силикатов. Его типичными представителями является оливин, альмандин Fe3Al2(Si4)3 и другие гранаты, топаз Al2(SiO4)F2, эпидот Ca2(Al,Fe)(SiO4)(Si2O7)O(OH). Состав этих силикатов может быть разным – это минералы магния, железа, алюминия, марганца, редких земель, тория, циркония, ниобия и др. Ни в одном другом подклассе нет такого разнообразия катионов. К этому подклассу также относятся совсем особые по составу и структуре минералы – силикофосфаты, с дополнительными радикалами (P2O7)4- и (PO4)3- (например минерал ломонсовит с приблизительной формулой Na5Ti2(Si2O7)(PO4)O2 и силикокарбонаты (например, спёррит Ca5(SiO4)2(CO3) и др.).

Некоторые из этих минералов очень широко распространены в природе и являются породообразующими, например, оливин, эпидот, гранат, кианит. Другие встречаются реже. Практическое значение имеет лишь ничтожная часть от общего числа этих минералов. В качестве абразивов используются гранаты. Драгоценными или полудрагоценными являются топаз, некоторые разновидности гранатов (альмандин, пироп, демантоид, уваровит), хризолит (оливин), циркон. Рудными минералами являются фенакит Be2(SiO4) (бериллий), тортвейтит Sc2(Si2O7)(скандия), виллемит и гемиморфит Zn2(SiO4)(цинка), циркон (Zr,Hf)(SiO4) (цирконий и гафний).

 

03 сентября 2012 /
Похожие новости
Краткие сведения о минералах. Часть 4
Краткие сведения о минералах. Часть 3
Кристаллохимические особенности островных силикатов
Группа шпинели
Способы изображения кристаллических структур минералов
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Вопрос:
Сколько часов 1 сутках?
Ответ:*
Введите код: