↑ 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).