Сернистые соединения и их аналоги

J Платина Pt. Природная платина является твердым раствором очень сложного состава (Pt, Ir, Ru, Os, Pd, Fe, Ni). Крайне редка. Встречается в ультраосновных горных породах мантийного происхождения в виде мельчайших включений. В условиях земной коры преобразуется в ряд минералов, таких как тетраферриплатина, изоферроплатина, самородный Os и Ir, спёррилит PtAs₂, куперит PtS и др. Эти минералы платины являются главными формами ее концентрации. При выветривании ультраосновных горных пород и последующем размыве кор выветривания платина, тетраферриплатина и изоферриплатина накапливаются в россыпях, откуда они и добываются для получения чистой платины.

Все минералы платины встречаются совместно в общих зернах и самородках. Их многофазность распознается только в микроскопах с большой разрешающей способностью. Поэтому долгое время платину принимали за один минерал переменного и сложного состава и называли самородной платиной или поликсеном (от греч. «поли» – много, «ксенос» – чужой). А чистая платина является очень редкой. Цвет таких зерен и самородков меняется от серебряно-белого до зелено-черного, твердость колеблется в пределах 4–4,5, плотность от 15 до 21,5 г/см³. Самородная платина магнитна и электропроводна.

Образуется в ультраосновных породах, особенно в дунитах (вместе с хромитом), а также в россыпях, образовавшихся в результате эрозии этих пород.

Месторождения. Основными источниками платины вот уже более 50 летявляются 3 горнорудных гиганта: 1) Бушвельдские рудники, Трансвааль (Ю. Африка) на долю которых приходится 50 % мировой добычи; 2) важным промышленным источником являются никель- и медьсодержащие сульфидные руды, такие как в Садбери, пров. Онтарио (Канада); 3) россыпи в р-не Нижнего Тагила на Урале.

J Сера S. Обычно химически чистая. Сингония ромбическая. Встречается в виде канифолеподобных и аморфных на вид масс, гнезд, прожилков, друз в осадочных горных породах, а также в виде одиночных кристаллов в составе вулканических возгонов. Кристаллы образованы комбинацией граней дипирамид, призм, пинакоида. Полупрозрачная. Цвет желтый, зеленовато-желтый, грязно-желтый. Блеск жирный в агрегатах и на изломе кристаллов, а на гранях – алмазный. Хрупкая, мягкая (твердость 1–2), имеет малую плотность (2,05–2,08 г/см3). Плавится и загорается в пламени спички.

Промышленные месторождения образуются как продукт кристаллизации вулканических возгонов и в осадочных горных породах. В них сера формируется за счет разложения сероводорода бактериями или за счет окисления его кислородом воздуха, затем она многократно перекристаллизовывается и переотлагается.

Используется для производства серной кислоты и как ядохимикат.

Узнается по цвету, блеску, форме кристаллов, легкой воспламеняемости и по обычной приуроченности к глинам и другим осадочным породам.

Месторождения. Шорсу, Узбекистан – осадочное; Каракумы, Туркмения – осадочное; Алексеевское и Водинское в Куйбышевской области – осадочное; Соймоновская долина, Урал – в связи с разрушением пирита; Сицилия – осадочное, штаты Луизиана и Техас С. Америка – осадочные.

J Графит C (от греческого «графо» – пишу). Обычно химически чист. Сингония гексагональная. Чаще всего встречается в плотных, жирных на ощупь и на вид массах темно-серо-черного цвета, реже (в мраморах, сланцах и др.) образует вкрапленность одиночных пластинчатых гексагональных кристаллов с сильным металлическим блеском.

Твердость 1. Блеск металловидный. Плотность около 2 г/см³. Электропроводен.

Промышленные месторождения графита приурочены к нефелиновым сиенитам и метаморфическим горным породам.

Графит используется в металлургии, в качестве технических смазок, для изготовления электродов и движущихся контактов в электроаппаратуре.

Узнается по цвету, мягкости и форме одиночных кристаллов.

Месторождения. Алиберовское, Бурятия – в нефелиновых сиенитах; Курейское (Туруханский р-н Красноярского края) – на контакте каменного угля с лавами; Украинские – в гнейсах; Мадагаскар – в гнейсах; Шри-Ланка – в кварцевых и пегматитовых жилах.

J Алмаз С. Полиморфная модификация углерода, устойчивая при высоких давлениях. Состоит их углерода на 96–99,8 %. В качестве примесей (от n·10^-8 % до 0,3 %) могут встречаться более 25 элементов. Сингония кубическая. Кристаллы в виде октаэдров, ромбододекаэдров, гораздо реже – кубов. Очень часто на гранях имеются многочисленные ступеньки роста и растворения; если они неразличимы глазом, грани кажутся искривленными, сферическими. Распространены и пластически деформированные кристаллы. Кроме монокристаллов, алмазы часто образуют закономерные и незакономерные сростки. Первые разделяются на двойники и параллельные сростки (преобладают двойники треугольной формы).

Незакономерные сростки весьма типичны для алмаза, они образуют поликристаллические агрегаты. Среди поликристаллических агрегатов выделяют борт, баллас и карбонадо.

Борт – это мелкозернистые неправильной формы агрегаты беспорядочно ориентированных кристаллов, различимых невооруженным глазом или под микроскопом. Темная окраска из-за графита.

Карбонадо – скрытокристаллические образования алмаза (5–10 мкм) с присутствием графита. Форма неправильная или округлая. Обычно их масса 0,1–1 кар, но бывает и до нескольких сот грамм (> 3000 кар).

Балласы (дробеобразный борт, алмазы Кунца) – под таким названием известны поликристаллические образования округлой формы с радиально-лучистым строением. Диаметр таких зерен от нескольких мм до 20 мм, реже больше.

Существует еще одна разновидность алмазов ударного происхождения. Обнаружена в метеоритных кратерах. Поликристаллические агрегаты размером 1–2 мм и меньше. Имеют слоистое или волокнистое строение.

Кристаллы массой более 400 кар (80 г) очень редки и все известны: (3106 Куллинан (Ю. Африка), 972 Эксцельсиор (Ю. Африка), 967 Звезда Сьерра-Леоне (З. Африка), 793 Великий Могол (индия), 770 Войя (З. Африка), 727 Президент Варгас (Бразилия), 726 Джонкер (Ю. Африка), 651 Юбилейный (Ю. Африка) и т. д.

Твердость алмаза в среднем 10 около, но она чуть различается на разных гранях и при царапании в разных направлениях (93 157–98 648 МПа). Этим и пользуются при распиливании и шлифовке кристаллов алмаза алмазом. Имеется спайность по октаэдру. Плотность 3,50–3,53 г/см³.

Окраска алмазов разная, чаще всего встречаются почти бесцветные прозрачные кристаллы. Хотя совершенно бесцветные алмазы довольно редки. Обычно у них наблюдается какой-либо оттенок (нацвет). Окраска алмазов связана с различными дефектно-примесными центрами, а иногда с включениями ряда минералов. Встречаются интенсивно окрашенные алмазы желтого (азот), оранжевого, зеленого, голубого, синего (из-за бора), розового (дефекты решетки), коричневого, молочно-белого (мелкодисперсные включения граната), серого, черного (графит) цвета. Среди окрашенных алмазов большой известностью пользуются сапфиро-синий алмаз «Хоуп» (масса 44,5 кар), голубого цвета «Королева Голландии» (136,5 кар), яблочно-зеленый «Зеленый Дрезден» (41 кар), желтые алмазы «Тиффани» (128,5 кар), «Красный крест» (205 кар), Мун (183 кар), «Иранский желтый» (183 кар), янтарно-желтый «Алмаз Альберта» (102 кар), розовый алмаз «Непал розовый» (72 кар), черные алмазы из Баии (350 кар).

Алмаз имеет высокий показатель преломления (2,42), сильную дисперсию 0,043 (0,062), что обусловливает игру света («пламень») в бриллиантах при специальной их огранке.

Алмаз не смачивается водой, но прилипает к жировым смесям.

Под воздействием катодных, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей некоторые алмазы люминесцируют, что вызвано дефектами их структуры. Цвет люминесценции различен – от зеленого и желтого до голубого и синего. Купить лобовое стекло каддилак в Москве стало проще, с помощью сайта https://www.автостекла-на-иномарки.рф/autostekla-dlya-Cadillac.aspx. Также компания Auto Glass предоставляет услуги по ремонту, восстановлению, ремонту и тонировке автомобильных стекол в кратчайшие сроки и самым вкусным ценам!

Алмазы диэлектрики. Отличаются очень высокой теплопроводностью (выше, чем у меди).

Происхождение. Алмазы добывают из первичных и вторичных месторождений. Среди первичных главными являются вертикальные трубообразные тела (диатремы), самое большое из них прослежено на глубину 1 км и уходит вниз. Это вулканические жерла, заполненные брекчией. Брекчия состоит из обломков окружающих и осевших сверху пород, вынесенных с глубин 45–90 и более км. Цементом является вулканогенный материал ультраосновного состава, который называется кимберлитами или лампроитами. Алмазы входят в состав глубинных пород (алмазных перидотитов и эклогитов), но чаще встречаются в виде отдельных кристаллов в массе пород. Часто кристаллы оплавлены, деформированы, резорбированы, частично растворены. Кимберлитовые трубки располагаются на древних платформах (кратонах), лампроитовые – в их обрамлении. Время образования трубок разное – от протерозойских (1,2 млрд. лет тр. Премьер) до кайнозойских (менее 30 млн лет – трубки Канады). Образование трубок связано с прорывом вверх по узким каналам под большим давлением щелочно-ультраосновных расплавов. Некоторые трубки не достигают палеоповерхности, а залегают где-то на глубине.

Наиболее богатые алмазами трубки известны в Австралии и Южной Африке. Алмазные трубки имеются в Сибири (Якутия), Архангельске, Канаде, США, Китае и других местах.

Применение. Помимо использования в ювелирных целях алмазы широко используются в технике в качестве сверхтвердого материала для изготовления буровых коронок, резцов, сверл, абразивных материалов. 75–80 % добываемых алмазов являются техническими. Потребности техники в алмазах столь велики, что налажена индустрия производства синтетических алмазов, т. к. природных алмазов для техники не хватает.

↑ Сернистые соединения и их аналоги

К этому типу относится около 500 минеральных видов, главным образом сернистых соединений металлов и полуметаллов, таких как дисульфид двухвалентного железа – пирит FeS₂, сульфид железа и меди – халькопирит CuFeS₂, сульфид цинка – сфалерит ZnS и более сложные соединения. С позиции общей химии их можно разбить на три класса (см. табл.): 1) простые сульфиды, как бы соли сероводородной кислоты (сфалерит (Zn,Fe)S, киноварь HgS, сульфид 4х валентного молибдена – молибденит MoS₂ и др.) и многокомпонентные соли сероводородной кислоты (халькопирит CuFeS₂, борнит Сu₅FeS₄, станнин Cu₂FeSns₄; 2) соли сульфокислот, т. е. бескислородных кислот, в которых роль кислорода играет сера (красная серебряная руда (прустит) Ag₃(SbS₃) – это как бы серебряная соль сурьмяной сульфокислоты H₃SbS₃); 3) полисернистые соединения (персульфиды), они, можно сказать, являются солями полисернистой кислоты H₂S₂ со своеобразным комплексным двухзарядным анионом (S₂)^-2 (дисульфид двухвалентного железа – пирит Fe(S₂) и др.).

Ближайшими аналогами сульфидов являются арсениды и их смешанные соединения (арсенидосульфиды), например, арсенопирит Fe(As₂) и лёллингит Fe(AsS), как бы служащие аналогами вещества FeS₂. Также аналогами сульфидов по химическому составу являются селениды и теллуриды: алтаит – PbTe (сравните с галенитом – РbS), PbSe – клаусталит. В данном случае аналогии мы говорим только о подобии химических формул, а не о прямой аналогии минералов.

Сернистые соединения и их аналоги имеют большое промышленное значение. Они являются главной рудой на медь, цинк, свинец, ртуть, висмут, кобальт, никель и другие цветные металлы. Из них извлекают мышьяк, сурьму, а пирит Fe(S₂) служит сырьем для получения серной кислоты. Обратите внимание – черные металлы (Железо, хром, марганец) из руд, где они представлены сульфидами не извлекаются (избыток серы мешает получению чистого металла).

↑ Кристаллохимические особенности

Главные кристаллохимические особенности сульфидов определяются сочетанием в их кристаллических решетках иона серы и металлов (железа, меди, свинца, цинка и т.д.). Ионные радиусы серы (0,174 нм) гораздо больше ионных радиусов двухвалентного железа (0,082), свинца²⁺ (0,132), цинка2+ (0,083) – в целом колеблются от 1,03 до 0,06 нм. Как результат структуры сульфидов далеко не всегда соответствуют плотнейшей упаковке атомов. Крупные ионы серы легко поляризуются, что приводит к образованию комплексных анионов типа (S₂)^2-, (AsS₃)^3- и т. п. В целом сульфиды характеризуются большим разнообразием структур и сложными химическими связями в них – ионно-металлическими, ионно-ковалентно-металлическими, донорно-акцепторными, но всегда с  преобладанием именно металлической компоненты.

Упрощенно и несколько формально разделяют все типы структур на следующие условные типы: координационные, островные, цепочечные (ленточные), слоистые с комплексными анионами. Есть и другие типы структур, но они более редки.

Координационная структура (например, галенит – PbS) подобна структуре галита NaCl, где позиции натрия заняты свинцом, а хлора – серой. Координационные числа свинца и серы одинаков – 6. свинец и сера взаимно окружают (координируют) друг друга без образования каких-либо группировок. По этому же принципу построены структуры сфалерита, пирротина, никелина, халькопирита.

Островная структура характерна для персульфидов и их аналогов – кобальтина, марказита, арсенопирита, пирита. Структура пирита является, как и у галенита, аналогом структуры галита, но в пирите атомы серы не одиночные, а сдвоенные. Они объединены ковалентными связями в комплекс (S₂)^2-, это как бы островная обособленная группировка в структуре минерала. Сходные островные группировки выделяют в структурах арсенопирита и кобальтина – это комплекс (AsS)^3-, в скуттерудите (As₄)^4-.  В этих комплексах, атомы объединяясь, стремятся создать вокруг себя восьмиэлектронную оболочку. Но электронов не хватает и число не хватающих электронов и есть заряд комплекса, он компенсируется за счет связей с атомами металлов в минерале.

Ленточные структуры типичны для антимонита Sb₂S₃ и висмутина Bi₂S₃. В антимоните каждая лента бесконечна и имеет состав (Sb₂S₃)⁰, в минерале они ориентированы параллельно друг другу и соединены остаточными (вандерваальсовыми) связями.

Примером слоистых структур является структура молибденита. Она как бы состоит из трехслойных пакетов, в каждом из них средний слой молибденовый, верхний и нижний – из атомов серы.

Структура с комплексными анионами характерна для сульфосолей. Комплексными анионами являются кислотные радикалы, занимающие в структуре несколько обособленные позиции. Такими комплексными анионами могут быть (SbS₃), (AsS₃), (AsS₄), (SbS₄).