Природные силикаты минералы. Описание минералов класса силикаты. Химический состав некоторых цеолитов, %

В виде (OH) − или H 2 O и другие.

Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространённости на их долю приходится более 90 % минералов литосферы. Силикаты и алюмосиликаты являются породообразующими минералами. Из них сложена основная масса горных пород: полевые шпаты , кварц , слюды , роговые обманки , пироксены , оливин и другие. Самыми распространёнными являются минералы группы полевых шпатов и затем кварц , на долю которого приходится около 12 % от всех минералов.

Структурные типы силикатов

В основе структурного строения всех силикатов лежит тесная связь кремния и кислорода; эта связь исходит из кристаллохимического принципа, а именно из отношения радиусов ионов Si (0.39Å) и O (1.32Å). Каждый атом кремния окружён тетраэдрически расположенными вокруг него атомами кислорода. Таким образом, в основе всех силикатов находятся кислородные тетраэдры или группы 3 , которые различно сочетаются друг с другом. В зависимости от того, как сочетаются между собой кремнекислородные тетраэдры, различают следующие структурные типы силикатов.

Островные силикаты , то есть силикаты с изолированными тетраэдрами 4− и изолированными группами тетраэдров:
- а) силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами (См. схему, а). Их радикал 4− , так как каждый их четырёх кислородов имеет одну валентность. Между собой эти тетраэдры непосредственно не связаны, связь происходит через катионы;
- б) Островные силикаты с добавочными анионами О 2− , ОН − , F − и другие.
- в) Силикаты со сдвоенными тетраэдрами . Отличаются обособленными парами кремнекислородных тетраэдров 6− . Один из атомов кислорода у них общий (см. Схему, б), остальные связаны с катионами.
- г) Кольцевые силикаты . Характеризуются обособлением трёх, четырёх или шести групп кремнекислородных тетраэдров, образующих кроме простых колец (см. Схему в, г), также и «двухэтажные». Радикалы их 6− , 8− , 2− , 24 − . Представители : оливины , гранаты , циркон , титанит , топаз , дистен , андалузит , ставролит , везувиан , каламин , эпидот , цоизит , ортит , родонит , берилл , кордиерит , турмалин и другие.
Цепочечные (Цепочные) силикаты , силикаты с непрерывными цепочками из кремнекислородных тетраэдров (см. Схему, д, е). Тетраэдры сочленяются в виде непрерывных обособленных цепочек. Их радикалы 4− и 6− . Представители : пироксены ромбические (энстатит , гиперстен) и моноклинные (диопсид , салит , геденбергит , авгит , эгирин , сподумен , волластонит , силлиманит). Цепочечные силикаты характеризуются средними плотностью и твердостью и совершенной спайностью по граням призмы. Встречаются в магматических и метаморфических горных породах.
Поясные (Ленточные) силикаты , это силикаты с непрерывными обособленными лентами или поясами из кремнекислородных тетраэдров (см. Схему, ж). Они имеют вид сдвоенных, не связанных друг с другом цепочек, лент или поясов. Радикал структуры 6− . Представители : тремолит , актинолит , жадеит , роговая обманка .
Листовые силикаты , это силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров. (см. Схему, з). Радикал структуры 2− . Слои кремнекислородных тетраэдров обособлены друг от друга и связаны катионами. Представители : тальк , серпентин , хризотил-асбест , ревдинскит , палыгорскит , слюды (мусковит , флогопит , биотит), гидрослюды (вермикулит , глауконит), хлориты (пеннит , клинохлор и др), минералы глин (каолинит , хризоколла , гарниерит и др.), мурманит .
Силикаты с непрерывными трёхмерными каркасами, или каркасные силикаты (см. Схему, и). В этом случае все атомы кислорода общие. Такой каркас нейтрален. Радикал 0 . Именно такой каркас отвечает структуре кварца . На этом основании его относят не к окислам , а к силикатам. Разнообразие каркасных силикатов объясняется тем, что в них присутствуют алюмокислородные тетраэдры. Замена четырёхвалентного кремния на трехвалентный алюминий вызывает появление одной свободной валентности , что в свою очередь влечет за собой вхождение других катионов (например калия и натрия). Обычно отношение Al к Si равно 1:3 или 1:1.

Зависимость облика и свойств от структуры

Силикаты, структура которых представлена обособленными кремнекислородными тетраэдрами, имеют изометрический облик (гранаты), гексагональный берилл имеет обособленные шестерные кольца кремнекислородных тетраэдров, силикаты цепочечной и поясной структур обычно вытянуты (амфиболы, пироксены). Особенно наглядны в этом отношении листовые силикаты (слюды, тальк, хлориты). Слои кремнекислородных тетраэдров являются очень прочными, а их связи друг с другом через катионы менее прочная. Расщепить их легко вдоль слоёв. Этим вызывается их спайность и листоватый облик.

Полезные ископаемые

Происхождение (генезис)

Эндогенное, главным образом магматическое (пироксены, полевые шпаты), они также характерны для пегматитов (слюды, турмалин, берилл и др.) и скарнов (гранаты, волластонит). Широко распространены в метаморфических породах - сланцах и гнейсах (гранаты, дистен, хлорит). Силикаты экзогенного происхождения представляют собой продукты выветривания или изменения первичных (эндогенных) минералов (каолинит, глауконит, хризоколла)

Напишите отзыв о статье "Силикаты (минералы)"

Литература

Миловский А.В. Минералогия и петрография. - М .: Государственное научно-техническое издательство литературы по геологии и охране недр, 1958. - С. 83-88.
Химическая энциклопедия / Редкол.: Кнунянц И.Л. и др.. - М .: Советская энциклопедия, 1995. - Т. 4 (Пол-Три). - 639 с. - ISBN 5-82270-092-4.

Отрывок, характеризующий Силикаты (минералы)

Я повторила слова малышки, и тут же ужаснулась выражению лица её несчастного отца – казалось, только что ему прямо в сердце нанесли глубокий ножевой удар…
Я пыталась с ним говорить, пыталась как-то успокоить, но он был невменяем и ничего не слышал.
– Пожалуйста, войди внутрь! – прошептала малышка.
Кое-как протиснувшись мимо него в дверной проём, я вошла... В квартире стоял удушливый запах алкоголя и чего-то ещё, что я никак не могла определить.
Когда-то давно это видимо была очень приятная и уютная квартира, одна из тех, которые мы называли счастливыми. Но теперь это был настоящий «ночной кошмар», из которого её владелец, видимо, не в состоянии был выбраться сам...
Какие-то разбитые фарфоровые кусочки валялись на полу, перемешавшись с порванными фотографиями, одеждой, и бог знает ещё с чем. Окна были завешаны занавесками, от чего в квартире стоял полумрак. Конечно же, такое «бытиё» могло по-настоящему навеять только смертельную тоску, иногда сопровождающуюся самоубийством...
Видимо у Кристины появились схожие мысли, потому что она вдруг в первый раз меня попросила:
– Пожалуйста, сделай что-нибудь!
Я ей тут же ответила: «Конечно!» А про себя подумала: «Если б я только знала – что!!!»… Но надо было действовать, и я решила, что буду пробовать до тех пор, пока чего-то да не добьюсь – или он меня наконец-то услышит, или (в худшем случае) опять выставит за дверь.
– Так вы будете говорить или нет? – намеренно зло спросила я. – У меня нет времени на вас, и я здесь только потому, что со мной этот чудный человечек – ваша дочь!
Мужчина вдруг плюхнулся в близ стоявшее кресло и, обхватив голову руками, зарыдал... Это продолжалось довольно долго, и видно было, что он, как большинство мужчин, совершенно не умел плакать. Его слёзы были скупыми и тяжёлыми, и давались они ему, видимо, очень и очень нелегко. Тут только я первый раз по-настоящему поняла, что означает выражение «мужские слёзы»…
Я присела на краешек какой-то тумбочки и растерянно наблюдала этот поток чужих слёз, совершенно не представляя, что же делать дальше?..
– Мама, мамочка, а почему здесь такие страшилища гуляют? – тихо спросил испуганный голосок.
И только тут я заметила очень странных существ, которые буквально «кучами» вились вокруг пьяного Артура...
У меня зашевелились волосы – это были самые настоящие «монстры» из детских сказок, только здесь они почему-то казались даже очень и очень реальными… Они были похожи на выпущенных из кувшина злых духов, которые каким-то образом сумели «прикрепиться» прямо к груди бедного человека, и, вися на нём гроздьями, с превеликим наслаждением «пожирали» его, почти что уже иссякшую, жизненную силу…
Я чувствовала, что Вэста испугана до щенячьего визга, но изо всех сил пытается этого не показать. Бедняжка в ужасе наблюдала, как эти жуткие «монстры» с удовольствием и безжалостно «кушали» её любимого папу прямо у неё на глазах… Я никак не могла сообразить, что же делать, но знала, что надо действовать быстро. Наскоро осмотревшись вокруг и не найдя ничего лучше, я схватила кипу грязных тарелок и изо всех сил швырнула на пол… Артур от неожиданности подпрыгнул в кресле и уставился на меня полоумными глазами.
– Нечего раскисать! – закричала я, – посмотрите, каких «друзей» вы привели к себе в дом!
Я не была уверенна, увидит ли он то же самое, что видели мы, но это была моя единственная надежда как-то его «очухать» и таким образом заставить хоть самую малость протрезветь.
По тому, как его глаза вдруг полезли на лоб, оказалось – увидел… В ужасе шарахнувшись в угол, он не мог отвезти взгляд от своих «симпатичных» гостей и, не в состоянии вымолвить ни слова, только показывал на них дрожащей рукой. Его мелко трясло, и я поняла, что если ничего не сделать, у бедного человека начнётся настоящий нервный припадок.
Я попробовала мысленно обратиться к этим странными монстроподобными существам, но ничего путного из этого не получилось; они лишь зловеще «рычали», отмахиваясь от меня своими когтистыми лапами, и не оборачиваясь, послали мне прямо в грудь очень болезненный энергетический удар. И тут же, один из них «отклеился» от Артура и, присмотрев, как он думал, самую лёгкую добычу, прыгнул прямо на Вэсту… Девчушка от неожиданности дико завизжала, но – надо отдать должное её храбрости – тут же начала отбиваться, что было сил. Они оба, и он и она, были такими же бестелесными сущностями, поэтому прекрасно друг друга «понимали» и могли свободно наносить друг другу энергетические удары. И надо было видеть, с каким азартом эта бесстрашная малышка кинулась в бой!.. От бедного съёжившегося «монстра» только искры сыпались от её бурных ударов, а мы, трое наблюдавших, к своему стыду так остолбенели, что не сразу среагировали, чтобы хотя бы как-то ей помочь. И как раз в тот же момент, Вэста стала похожа на полностью выжатый золотистый комок и, став совершенно прозрачной, куда-то исчезла. Я поняла, что она отдала все свои детские силёнки, пытаясь защититься, и вот теперь ей не хватило их, чтобы просто выдерживать с нами контакт… Кристина растерянно озиралась вокруг – видимо её дочь не имела привычки так просто исчезать, оставляя её одну. Я тоже осмотрелась вокруг и тут… увидела самое потрясённое лицо, которое когда-либо видела в своей жизни и тогда, и все последующие долгие годы... Артур стоял в настоящем шоке и смотрел прямо на свою жену!.. Видимо слишком большая доза алкоголя, огромный стресс, и все последующие эмоции, на какое-то мгновение открыли «дверь» между нашими разными мирами и он увидел свою умершую Кристину, такую же красивую и такую же «настоящую», какой он знал её всегда… Никакими словами невозможно было бы описать выражения их глаз!.. Они не говорили, хотя, как я поняла, Артур вероятнее всего мог её слышать. Думаю, в тот момент он просто не мог говорить, но в его глазах было всё – и дикая, душившая его столько времени боль; и оглушившее его своей неожиданностью, безграничное счастье; и мольба, и ещё столько всего, что не нашлось бы никаких слов, чтобы попытаться всё это рассказать!..
Он протянул к ней руки, ещё не понимая, что уже никогда не сможет её больше в этом мире обнять, да и вряд ли он в тот момент понимал что-то вообще... Он просто опять её видел, что само по себе уже было совершенно невероятно!.. А всё остальное не имело сейчас для него никакого значения... Но тут появилась Вэста. Она удивлённо уставилась на отца и, вдруг всё поняв, душераздирающе закричала:
– Папа! Папулечка… Папочка!!! – и бросилась ему на шею… Вернее – попыталась броситься… Потому что она, так же, как и её мать, уже не могла физически соприкасаться с ним в этом мире больше никогда.
– Лисёнок… малышка моя… радость моя… – повторял, всё ещё хватая пустоту, отец. – Не уходи, только пожалуйста не уходи!...

Силикаты и алюмосиликаты – наиболее распространенный и разнообразный класс минералов. Для них характерен сложный химический состав и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются Si, O, Al, Fe 2+ , Fe 3+ , Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Zr, Ti, F, H, в виде (OH)− или H 2 O и др.

Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространённости на их долю приходится более 90 % минералов литосферы. Силикаты и алюмосиликаты являются породообразующими минералами. Из них сложена основная масса горных пород: полевые шпаты, кварц, слюды, роговые обманки, пироксены, оливин и др. Самыми распространёнными являются минералы группы полевых шпатов и затем кварц, на долю которого приходится около 12 % от всех минералов.

Поэтому в основе систематики силикатов – кремнекислородный тетраэдр -4 . В зависимости от того, как сочетаются между собой кремнекислородные тетраэдры, различают следующие структурные типы силикатов.

В зависимости от структуры, которую они образуют, соединяясь друг с другом, все силикаты делятся на островные, слоевые, ленточные, цепочечные и каркасные.

Схемы расположения кремния и кислорода в силикатах

А-з — островные силикаты: а — силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами; б — силикаты со сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами; в, г — силикаты кольцевой структуры; д, е — силикаты с непрерывными цепочками из кремнекислородных тетраэдров (цепочечные силикаты); ж — силикаты с непрерывными поясами на кремнекислородных тетраэдрах (поясные силикаты); а — каркас из кремнекислородных тетраэдров (каркасные силикаты). Черный кружок — кремний, светлый кружок — кислород


оливин	топаз		гранаты

берилл		турмалин

Островные силикаты , то есть силикаты с изолированными тетраэдрами 4− и изолированными группами тетраэдров:

а) силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами (См. схему, а ). Их радикал 4− , так как каждый их четырёх кислородов имеет одну валентность. Между собой эти тетраэдры непосредственно не связаны, связь происходит через катионы;

б) островные силикаты с добавочными анионами О 2− , ОН − , F − и др. в) Силикаты со сдвоенными тетраэдрами. Отличаются обособленными парами кремнекислородных тетраэдров 6− . Один из атомов кислорода у них общий (см. Схему, б ), остальные связаны с катионами.

г) Кольцевые силикаты . Характеризуются обособлением трёх, четырёх или шести групп кремнекислородных тетраэдров, образующих кроме простых колец (см. Схему в, г ), также и «двухэтажные». Радикалы их 6− , 8− , 2− , 18− . Представители: оливины, гранаты, циркон, титанит, топаз, дистен, андалузит, ставролит, везувиан, каламин, эпидот, цоизит, ортит, родонит, берилл, кордиерит, турмалин и др.

Цепочечные силикаты , силикаты с непрерывными цепочками из кремнекислородных тетраэдров (см. Схему, д, е ). Тетраэдры сочленяются в виде непрерывных обособленных цепочек. Их радикалы 4− и 6− . Представители: пироксены ромбические (энстатит, гиперстен) и моноклинные (диопсид, содалит, геденбергит, авгит, эгирин, сподумен, волластонит, силлиманит). Цепочечные силикаты характеризуются средними плотностью и твердостью и совершенной спайностью по граням призмы. Встречаются в магматических и метаморфических горных породах.


энстатит	гиперстен	диопсид	содалит

геденбергит	авгит	эгирин	сподумен

Поясные (Ленточные) силикаты , это силикаты с непрерывными обособленными лентами или поясами из кремнекислородных тетраэдров (см. Схему, ж ). Они имеют вид сдвоенных, не связанных друг с другом цепочек, лент или поясов.

Цепочечные и ленточные – тетраэдры образуют цепочки одинарные или сдвоенные (ленты).

Цепочечные – имеют общий радикал 4- и включают группу пироксенов .

Пироксены являются исключительно распространенными минералами. Они слагают примерно 4 % массы континентальной земной коры. В океанической коре и мантии их роль значительно больше.

В поверхностных условиях пироксены неустойчивы. При метаморфизме пироксены появляются в эпидот-амфиболитовой фракции. С увеличением температуры они устойчивы вплоть до полного плавления пород. С увеличением давления меняется состав пироксенов, но не убывает их роль в горных породах. Они исчезают лишь на глубинах больше 200 км.

Пироксены встречаются почти во всех типах земных пород. Одно из объяснений этого факта заключается в том, что средний состав земной коры близок к составу авгитового пироксена.

Подавляющее большинство пироксенов не представляет никакого практического интереса. Только сподумен является главным рудным минералом лития, а некоторые редкие разновидности пироксенов применяются в ювелирно-поделочном деле. Наиболее часто для изготовления ювелирных украшений применяется жадеит , и жадеитовые породы. Он был священным камнем у некоторых народов Южной Америки - майя и ольмеков.

Также применяется хромдиопсид - ярко-зеленый диопсид с небольшой примесью хрома. Хромдиопсид типичен для мантийных лерцолитов и кимберлитовые трубки являются важным источником этого минерала. Другой тип месторождений хромдиопсида связан с пегматоидными обособлениями в дунитах.

Серьёзным недостатком хромдиопсида является его относительно низкая твердость. Это значительно ограничивает применение в ювелирном деле этого редкого камня.

Иногда гранятся диопсиды слюдянки, которые имеют большую коллекционную ценность. Кроме того, высоко ценятся редкие звездчатые диопсиды из южной Индии.

Ленточные силикаты с радикалом 6 – объединяют минералы группы амфиболов . Представители: тремолит, актинолит, жадеит, роговая обманка.

Амфиболы (от др.-греч. ἀμφίβολος - двусмысленный, неясный - из-за сложного переменного состава) - группа породообразующих минералов подкласса ленточных силикатов. Общая формула: R 7 2 (OH) 2 , где R = Ca, Mg, Fe.

Амфиболы имеют вытянутый, вплоть до игольчатого, реже короткостолбчатый облик кристаллов, совершенную призматическую спайность, псевдогексагональную форму поперечного сечения кристаллов. Для многих амфиболов характерны асбестовидные агрегаты. Могут образовывать также плотные массы (например, нефрит).

Амфиболы являются более поздними, чем пироксены, продуктами магматической кристаллизации и более ранними минералами метаморфизма. Роговая обманка, тремолит, актинолит - типичные минералы скарнов. Поздними гидротермальными процессами амфиболы изменяются в биотит, хлорит и серпентин. В поверхностных условиях переходят в монтмориллонит, нонтронит, галлуазит, карбонаты, лимонит, опал.

Листовые силикаты , это силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров. (см. Схему, з ). Радикал структуры 2− . Слои кремнекислородных тетраэдров обособлены друг от друга и связаны катионами. Представители: тальк, серпентин, хризотил-асбест, ревдинскит, палыгорскит, слюды (мусковит, флогопит, биотит), гидрослюды (вермикулит, глауконит), хлориты (пеннит, клинохлор и др), минералы глин (каолинит, хризоколла, гарниерит и др.), мурманит.

img class=»alignleft wp-image-17146″ alt=»hromdiopsid» src=»http://сайт/wp-content/uploads/2014/07/hromdiopsid-300×225.jpg» width=»240″ height=»180″ //sub


серпентин	хризотил-асбест

мусковит	биотит

Силикаты с непрерывными трёхмерными каркасами, или каркасные силикаты (см. Схему, и ). В этом случае все атомы кислорода общие. Такой каркас нейтрален. Радикал 0 . Именно такой каркас отвечает структуре кварца. На этом основании его относят не к окислам, а к силикатам. Разнообразие каркасных силикатов объясняется тем, что в них присутствуют алюмокислородные тетраэдры. Замена четырёхвалентного кремния на трехвалентный алюминий вызывает появление одной свободной валентности, что в свою очередь влечет за собой вхождение других катионов (например калия и натрия). Обычно отношение Al к Si равно 1:3 или 1:1.

В каркасных силикатах тетраэдры соединяются между собой всеми атомами кислорода, образуя каркас с радикалом . В эту группу входят – полевые шпаты и плагиоклазы .

Полевые шпаты объединяют минералы с катионами Na и K. Это минералы микроклин и ортоклаз.

Полевые шпаты объединяют минералы с катионами Na и K. Это минералы микроклин и ортоклаз. В плагиоклазах в качестве катионов выступают Са и Na, при этом соотношение между этими элементами не постоянно. Поэтому плагиоклазы представляют собой изоморфный ряд минералов: альбит – олигоклаз – андезин – лабрадор – битовнит – анортит. От альбита к анортиту увеличивается содержание Са.

Большинство полевых шпатов - представители твёрдых растворов тройной системы изоморфного ряда К - Na - Са, конечные члены которой соответственно - ортоклаз (Or), альбит (Ab), анортит (An). Выделяют два изоморфных ряда: альбит (Ab) - ортоклаз (Or) и альбит (Ab) - анортит (An). Минералы первого из них могут содержать не более 10 % An, а второго - не более 10 % Or. Лишь в натриевых полевых шпатах, близких к Ab, растворимость Or и An возрастает. Члены первого ряда называются щелочными (К-Na полевые шпаты), второго - плагиоклазами (Са-Na полевые шпаты). Непрерывность ряда Ab-Or проявляется лишь при высоких температурах, при низких - происходит разрыв смесимости с образованием пертитов.

Наряду с санидином, являющимся высокотемпературным, выделяются низкотемпературные калиевые полевые шпаты - микроклин и ортоклаз.

Полевые шпаты - наиболее распространенные породообразующие минералы, они составляют около 50 % от массы земной коры.

Слоевые силикаты – представляют непрерывные слои, где тетраэдры связаны ионами кислорода, а между слоями связь осуществляется через катионы. Общий радикал в формуле 4– Эта группа объединяет минералы-слюды: биотит, тальк, мусковит, серпентин.

В составе катионов в силикатах наиболее часто присутствуют: Mg, Fe, Mn, Al, Ti, Ca, K, Na, Be, реже Zr, Cr, B, Zn редкие и радиоактивные элементы. Необходимо отметить, что часть кремния в тетраэдрах может замещаться Al и тогда мы относим минералы к алюмосиликатам.

Сложный химический состав и разнообразие кристаллической структуры в сочетании дают большой разброс показателей физических свойств. Даже на примере шкалы Мооса видно, что твердость у силикатов от 1 до 9.

Спайность от весьма совершенной до несовершенной. Об окраске и говорить нечего – широчайший спектр цветов и оттенков.

В тоже время, внутри каждой структурной группы свойства близки и всегда есть какой-то один или два признака, по которым можно определить минерал. Например, слюды определяют по спайности и низкой твердости.

Часто силикаты группируются по окраске – темноокрашенные, светлоокрашенные. Особенно широко это применяется к силикатам – породообразующим минералам.

Силикаты образуются в основном при формировании магматических и метаморфических пород в эндогенных процессах. Большая группа глинистых минералов (каолин и др.) образуется в экзогенных условиях при выветривании силикатных горных пород.

Многие силикаты являются полезными ископаемыми. Это строительные материалы, облицовочные, поделочные и драгоценные камни (топаз, гранаты, изумруд, турмалин и др.), руды металлов (Ве, Zr, Al) и не, это силикаты с непрерывными обособленными лентами или поясами из кремнекислородных тетраэдров (см. Схему, металлов (В), редкоземельных элементов. Они находят применение в резиновой, бумажной промышленности, как огнеупоры и керамическое сырье.

К силикатам относятся соли различных кислот кремния. Это наиболее многочисленный класс минералов. На долю силикатов приходится 1/3 всех известных минералов. По подсчетам В. И. Вернадского, земная кора до глубины приблизительно 16 км от земной поверхности на 85% состоит из силикатов, являясь по сути кремнекислородной оболочкой. Этот факт в значительной степени объясняется тем, что содержат , на долю которого приходится 27,59% всей массы земной коры. В природных условиях образует три устойчивых изотопа Si 28 , Si 29 и Si 30 с таким соотношением: Si 28 -92,27%, Si 29 -4,68%, Si 30 -3,05%. Для познания процессов минералообразования важным является соотношение Si 28: Si 30 , изучение которого показывает, что Si 80 концентрируется в образованиях, возникающих при пониженных температурах.

Имеют большое значение не только благодаря широкому распространению, но и потому, что многие из них являются полезными ископаемыми. входят как преобладающая составная часть почти во все магматические и метаморфические породы. Они играют значительную роль также в осадочных породах. Если состав большинства рассмотренных выше минералов изображается довольно простыми стехиометрическими формулами, состав силикатов, как правило, трудно укладывается в обычные формулы. Объясняется это тем, что силикаты, несмотря на разнообразие и отличие их свойств, состоят из немногих элементов.Кроме того, анализ и синтез силикатов достаточно затруднен, поскольку состав этих минералов претерпевает изменения.

Поэтому для силикатов многие теоретические построения являются в значительной мере гипотетическими. Экспериментальными исследованиями силикатов особенно много занимались С. Тугутт,С. Вейберг, И. Морозевич и др. Раньше формулы силикатов писались в виде окислов. По отношению количества атомов кислорода, связанных с кремнием, к количеству атомов кислорода в основаниях в соответствующих солях выделялись такие группы силикатов:

1. Моносиликаты, например SiО 2 2MgO - (указанное отношение равно 1).

2. Дисиликаты, например SiО 2 MgO- энстатит (отношение равно 2).

3. Трисиликаты, в частности 6SiО 2 NaO Al 2 О 3 - альбит (отношение равно 3).

4. Субсиликаты (отношение меньше 1).

Многие силикаты имеют в своем составе и его аналоги (Fe, Сr и др.). В связи с ролью, отводящейся разными исследователями алюминию и его аналогам в минералогии силикатов определились два направления: алюмоосновное и алюмокислотное. Согласно алюмоосновному направлению, главным представителем которого был П. Грот, и его аналоги считаются элементами оснований, способных замещать разных кремниевых кислот.

Химическая структура комплексного ангидрида, лежащего в основе многих алюмосиликатов и названного В.И. Вернадским каолинитовым ядром.

Кольцевое строение каолинитового ядра свидетельствует о его устойчивости в природных и лабораторных условиях. Из структуры ядра видно, что связь между атомами Si и Аl осуществляется не непосредственно, а через атомы кислорода. Тетраэдрическое строение комплексного ангидрида, установленное рентгенометрически, натолкнуло В. И. Вернадского придать Аl четвертую , что соответствует современной четверной координации Аl. Два атома кислорода в формуле каолинита присоединены к кремнию двойной связью. Из органической химии известно, что соединения с такими двойными связями способны сравнительно легко давать продукты присоединения. Например, для каолинита:

Поскольку и в полученной алюмокремниевой кислоте существуют такие же двойные связи, как и у каолинита, процесс присоединения может повторяться. Теоретически можно допустить существование ряда алюмокремниевых кислот, причем некоторые из них существуют в природе или в свободном состоянии, или в виде солей.

Кислоты

H2Al 2 Si20 8 H 8 0 -

Н 2 Аl 2 Si 4 O l2 -

H 2 Al 2 Si 6 0 16 х6H 2 0 -термьерит

Соли

(Н, K)2Al 2 Si 2 0 8 -

K 2 Al 2 Si 4 0 12 -лейцит

K2Al2Si 6 0 I6 - ортоклаз

Присоединение в местах двойных связей вызывает возникновение так называемых боковых цепочек каолинитового ядра. При этом могут присоединяться не только новые количества SiO 2 , но и другие компоненты (СаО, CaSiO 3 , Na 2 SO 4). Примером может быть - CaAl 2 Si 2 O 8 CaSiO 3 H 2 O.

Большой заслугой В. И. Вернадского является утверждение за алюминием в природных условиях такой же роли, как и за кремнием. На близость свойств этих элементов обращал внимание еще Д. И. Менделеев. Алюмокис-лотная теория в современном трактовании позволяет объяснить таких минералов, как альбит и анортит. Известно еще со времен Г. Чермака, что известково-натриевые , или плагиоклазы, представляют собой изоморфный ряд с крайними членами альбитом - Na и анортитом - Ca, которые могут смешиваться друг с другом во всех пропорциях. Из приведенных формул видно, что пятивалентная группа NaSi в первой формуле замещена пятивалентной группой СаАl в другой. Таким образом, Са анортита играет ту же роль, что и альбита, а Аl анортита - роль Si альбита.

Рис. Кремнекислородный тетраэдр

С точки зрения алюмоосновной теории эти два минерала входят в разные группы. Альбит является солью первой трикремниевой кислоты - H 4 Si 3 O 8 , а анортит - диортокремниевой кислоты - H 6 Si 2 O 7 .

Несмотря на целый ряд положительных сторон алюмокислотной теории, она, как и алюмоосновная, оказывается в затруднении при решении вопроса о химическом характере силикатов, содержащих в своем составе воду. Это наглядно видно из примера с серпентином. Химические анализы этого минерала обнаруживают такой его состав: 3MgOx 2SiO 2 x2H 2 O. Не зная, какой характер имеет в минерале , формулу серпентина можно писать: H 4 Mg 3 Si 2 O 9 (кислая соль ортокремниевой кислоты) H 2 Mg 3 Si 2 O 8 Н 2 O (кислый ортосиликат Mg, содержащий кристаллогидрат-ную воду), Mg 3 Si 2 0 7 -2Н 2 О (соль диортокремниевой кислоты) или, как принято теперь, Mg 6 (OH) 8 (основная соль диметакремниевой кислоты). В результате для многих минералов было предложено более десяти конституционных формул, построенных на основании второстепенных фактов.

Появление в 1912 г. рентгеноструктурного метода позволило разрешить основной вопрос химической конституции силикатов. Рентгеноструктурный анализ показал, что в кристаллической решетке минералов нет молекул, а имеются связанные между собой атомы или ионы. В. Л. Брэггом и Е. Шибольдом (1937) было доказано, что основой структуры силикатов является кремнекислородный тетраэдр. В центре его находится атом Si, а в вершинах - атомы кислорода (рис. 188). Расстояние Si - О равно в среднем 1,62-1,66 А, расстояние О - О - 2,65 А. У разных минералов эти расстояния несколько варьируют. Исследования В. Л. Брэгга и Е. Ши-больда заложили основы кристаллохимии силикатов и подтвердили основную идею учения о силикатах В. И. Вернадского об одинаковой роли в них алюминия и кремния. По выражению Е. Шибольда, эта одинаковая роль Si и Аl, «предугаданная с гениальной интуицией» В. И. Вернадским, не только подтвердилась, но лежит в основе современной кристаллохимии силикатов.

Исследования В. Л. Брэгга и Е. Шибольда относятся к силикатам с малыми катионами: Mg, Al(Fe, Ti), которые находятся в октаэдрическом окружении ионами кислорода и связывают тетраэдры в общую структуру минералов. Эти исследования Н. В. Белов выделяет как первую главу кристаллохимии силикатов. В первой главе за основную кремнекислородную единицу принимается радикал , соотношение которого с малыми катионами определяется «соизмеримостью» ребра Si-тетраэдра (2,55-2,75 А) с ребром Mg, Al октаэдра (2,7-2,9 А). Указанная соизмеримость показала, что силикаты представляют собой плотнейшую (главным образом кубическую) упаковку из атомов O(OН, F), в которой октаэдрические пустоты заселены катионами Mg, Al(Fe, Ti), а тетраэдры - атомами Si(Al).

Вторая глава кристаллохимии силикатов, созданная Н. В. Беловым, связана с крупными катионами, главным образом Са, Na и TR. В октаэдрах они имеют ребра 3,7-3,8 А, т. е. несоизмеримые с ребром одиночного

Si-тетраэдра (2,55-2,75 А) и основной единицей во второй главе крисф. химии силикатов, соответствующей крупным катионам, оказывается [ S 12 O 7 ] здесь сумма продолжающих друг друга высот двух Si-тетраэдров соста вляет ~4,0 А, т.е. является соизмеримой с ребром Са, Na, TR-октаэдра

В процессе конденсации (обобществления некоторых ионов О) возникают двухэтажные кольца, пироксеноидные цепочки, ксонотлитовые ленты и восьмимерные кольца в листоватых силикатах.

Важнейшей особенностью силикатов является тенденция кремнекислородных тетраэдров к ассоциации в группы (рис. 5) и, что особенно важно;

Рис.5 Типы отдельных групп кремнекислородных тетраэдров (в двух изображениях):

а - одиночный изолированный тетраэдр 4 -, б - группа из двух тетраэдров 6 -, свя занных общей вершиной, в - группа из трех тетраэдров, связанных в кольцо 6- , г - группа из четырех тетраэдров, связанных в кольцо 8 -, д - группа из шести тетраэдров, связанных в кольцо в бесконечные кремнекислородные построения (цепочки, ленты, слои, каркасы), стехиометрические формулы которых и отвечают разным кремне-кислородным радикалам. На основании изложенных исследований среди силикатов можно выделить такие структурные типы.

1. Отдельные группы SiO 4 . Каждый атом кремния в этой структуре окружен четырьмя атомами кислорода, размещенными в вершинах правильного тетраэдра. Атомы кислорода здесь не связаны с каким-либо другим атомом кремния и по своему значению одинаковы. Каждый из них имеет свободную отрицательную , равную единице, которая должна быть уравновешена металлическими катионами. Такие структуры характерны для так называемых ортосиликатов (группы оливина, хондродита, фенакита).

4. Кремнекислородные листы. Кремнекислородные листы образуются при соединении трех вершин каждого тетраэдра с окружающими тетраэдрами. Ионами кислорода, находящимися в вершинах шестиугольников и имеющих свободную , отдельные листы через ионы металлов соединяются один с другим в кристаллические решетки (рис.). Формула кремнекислородного листа - 2- . Такие кремнекислородные листы являются основой структуры разнообразных пластинчатых минералов, в частности талька и . В слюде часть кремния замещена алюминием соответственно формуле .

5. Кремнекислородные каркасы. Эти структуры представляют собой непрерывный каркас (имеющий три измерения в пространстве) связанных между собой тетраэдров. Такой каркас известен для кварца, тридимита,

Рис. Кремнекислородный лист: а- разреженная модель, б - в тетраэдрах

кристобалита. Некоторая часть ионов кремния может быть замещена здесь ионами алюминия, и тогда равновесие в структуре должно достигаться связью с металлическими катионами (рис.2). Формула кремнекислородного каркаса - [(Si, Аl) n O 2n ]. В качестве примера можно назвать альбит - Na. В некоторых случаях в промежутках структуры силикатов размещаются такие группы, как NaCl, СаСO 3 , и т. д. (например, в содалите, канкрините). Эти группы, очевидно, образуют твердый раствор в структуре . Таким образом, все разнообразие структур, встречающихся в силикатах, может быть сведено к типам, указанным в табл. .

Типы структур силикатов

Тип структуры	Формула	Si: 0	Заряд комплекса	Заряд на один ион Si
Тетраэдр		1:4	-4	-4
Сдвоенный тетраэдр ……..		2: 7	-6	-3
Кольцо тройное		1: 3	-6	-2
Кольцо шестерное		1: 3	- 12	-2
Цепочка		1:3	-2	-2
Лента ……………		4: 11	-6	-1,5
Лист. ………..		2: 5	-2	- 1
Каркас	\|Al m Si n _ m 0 2n l	-	m

В силикатах очень развито явление изоморфизма, причем имеет как изовалентный, так и гетеровалентный характер. Наиболее распространенные случаи изовалентного изоморфизма в силикатах приведены в табл. 2.

Ряды изовалентного изоморфизма в силикатах

Ряды	Элементы и размеры ионных радиусов, А
Двухвалентные	Mg 0,74	Ni0,74	Fe 0,80	Mn 0,91	Ca 1,04
Трёхвалентные	Al 0,57	Fe 0,67
Четырёхвалентные	Ti 0,64	Zr 0,82	Hf 0,80	(Si) 0,39
Одновалентные	К 1,33	Na 0,98	Rb 1,49	Cs 1,65

Гетеровалентный происходит с соответствующей компенсацией валентности. Например.

1) 3 Mg 2 + ⇄2Al 3+ , 2) Si 4+ ⇄ Al 3+ Na 1+ и т. д.

Силикаты, в которых часть Si 4+ в тетраэдрах замещена А1 3+ , называются алюмосиликатами, В 3+ - боросиликатами, Ве 2+ - бериллосиликатами, Zr 4+ - цирконосиликатами и 2+ - ураносиликатами.

В составе силикатов значительную роль играют так называемые дополнительные ионы, которые могут быть простыми или комплексными. К первым относятся О 2- , F 1- , С1 1- и S 2 , а ко вторым - (ОН) — , 3- , 2- , [СO 3 ] 2- , а также , которая может быть кристаллизационной, цеолитной и гигроскопической. Как и , силикаты - устойчивые , труднорастворимые в кислотах. Морфологические особенности силикатов определяются в первую очередь тем, что они кристаллизуются в большин-стве случаев в низших сингониях (73%), среди которых явно преобладает моноклинная (43%). На долю средних сингоний приходится 18%, а на долю кубической - только 9% минералов этого класса.

Рис. Алюмокремнекислородный каркас в структуре нозеана

Для силикатов характерны закономерные срастания (параллельные и эпитаксические) и двойники, а для некоторых - миметичность (например, для цеолитов). Часто встречаются двойники срастания и особенно полисинтетические двойники. Тип агрегатов силикатов обусловлен их внутренним строением. Островные, каркасные и кольцевые силикаты образуют зернистые агрегаты, цепочечные - волокнистые, ленточные - игольчатые, лучистые и сноповидные агрегаты, а для слоистых силикатов характерны пластинчатые и чешуйчатые агрегаты.

В полной зависимости от структуры находятся также и физические свойства силикатов. Силикаты слоистого строения имеют совершенную спайность, проходящую в одном направлении, цепочечные и ленточные - по призме. В силикатах кольцевого строения спайность обычно проявляется плохо: в большинстве случаев она параллельна плоскости колец, реже перпендикулярна к ней. В островных силикатах спайность несовершенная.

Твердость только в незначительной мере снижается при переходе от островных силикатов к цепочечным и ленточным, для которых равна в среднем 5,5-7. Однако твердость резко снижается в силикатах слоистого типа, доходя даже до 1. Среди силикатов преобладают с низкой

(до 2,6) и особенно средней плотностью (до 3,5). Силикаты с высокой плотностью (выше 3,5) встречаются реже и представлены ортосиликатами с наиболее плотной упаковкой и содержанием тяжелых катионов Fe, Pb и Bi.

Цвет силикатов разнообразный и полностью определяется хромофорами, входящими в их состав. В шлифах и в порошке все силикаты прозрачны.

Показатель преломления силикатов находится в тесной связи с их плотностью и химическим составом. Самый низкий показатель преломления имеют (от 1,48 до 1,6), самый высокий - островные и цепочечные, средний показатель преломления характерен для кольцевых, ленточных и слоистых силикатов. Двупреломление, как правило, невысокое. Самое низкое - у каркасных алюмосиликатов (почти всегда ниже 0,10 и лишь иногда повышается до 0,015), а также у кольцевых (до 0,010, иногда до 0,020) и слоистых силикатов. Сравнительно высокое двупреломление наблюдается у островных силикатов (до 0,035). Присутствие различных катионов, например Са и Mg вместо Na и Аl, повышает двупреломление. Такую же роль играют Fe 2+ , Fe 3+ , Ti 4+ .

Исследованию связи между химическим составом и физическими свойствами минералов посвящены работы А. Винчелла, П. Н. Чирвинского и др. По своему происхождению силикаты главным образом связаны с эндогенными процессами, среди которых исключительное значение имеют собственно магматические и пегматитовые, и значительно реже - с метаморфическими и экзогенными процессами. Несмотря на , что силикаты относятся к менее растворимым в воде веществам, на земной поверхности они со временем разрушаются и переходят в разнообразные вторичные продукты, среди которых особенно распространены различные слоистые глинистые образования.

За основу классификации силикатов мы приняли характер кремне-кислородных радикалов, соответственно которым можно выделить такие подклассы: 1) силикаты с трехмерными каркасами (силикаты каркасного строения), 2) силикаты с изолированными тетраэдрами и группами тетраэдров (так называемые островные орто- и диортосиликаты); 3) силикаты с кольцевыми анионными радикалами (кольцевые мета- и диметасиликаты), 4) силикаты с непрерывными цепочками тетраэдров (цепочечные метасиликаты), 5) силикаты с непрерывными слоями тетраэдров (слоистые диметасиликаты).

Класс силикатов и их аналогов является самым большим по числу минеральных видов – к нему относится 30% от их общего числа. В целом силикаты и алюмосиликаты слагают около 75 объёма (%) земной коры, при этом наиболее распространены полевые шпаты – на их долю приходится около 40-45 объёма (%) литосферы. За ними по распространенности следуют слюды, пироксены, амфибиолы и гранаты. 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.

Выявлены следующие черты строения силикатов и их аналогов.

1. Во всех силикатах атомы кремния имеют по отношению к кислороду четверную координацию, они образуют вместе с кислородом, как в кварце, кремнекислородные тетраэдры (SiO 4) 4- (cм. рис. 1). 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.

3. Алюминий в силикатах может быть катионом, занимая позиции в октаэдрических пустотах между кислородом, и может входить в тетраэдры (AlO 4) 5- , занимая в структуре минералов позиции, адекватные с кремнием. Например, в каолините Al2(Si2O5)(OH)4 алюминий является катионом и имеет координационное число шесть, а в микроклине K(AlSi3O8) он входит в анионный радикал минерала. Есть минералы, в которых алюминий представлен и как катион и входит в анионный радикал, например в слюде мусковите KAl2(AlSi3O10)(OH)2.Размер тетраэдров (AlO 4) 5- и его конфигурация иные, чем у групп (SiO 4) 4- , характер химических связей также отличен. Поэтому имеется предел замещения Si 4+ Al 3+

Установлено, что в силикатах может замещаться алюминием не более половины кремния в тетраэдрах. Значит, предельны по составу алюмосиликаты типа анортита Ca(Al2Si2O8), нефелина Na(AlSiO4) и т. п.

4. Помимо кремнекислородных анионных радикалов во многих силикатах и алюмосиликатах есть дополнительные анионы - OH - , (CO 3) 2- ,(SO 4) 2- ,(S 2) 2- , (BO 3) 3- , (P 2 O 7) 4- и др.

Рис. 1. Тетраэдр (SiO 4) в двух изображениях

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

Островные силикаты

Среди силикатов это наиболее многочисленный подкласс минералов. Его характерными представителями являются оливин (Mg, Fe)2(SiO 4), альмандин Fe 3 Al 2 (SiO 4) 3 , гроссуляр Ca 3 Al 2 (SiO 4) 3 , топаз Al 2 (SiO 4)F 2 , эпидот Ca 2 (Al,Fe)(SiO 4)(Si 2 O 7)O(OH). Силикаты это подкласса имеют разнообразный состав – это минералы магния, железа, кальция, марганца, титана, алюминия, редких земель, тория, циркония, ниобия и др., ни в одном другом подклассе нет такого разнообразия катионов. К этому подклассу относятся также совсем особые по составу и структуре минералы, очень редкие в природе – это силикофосфаты, в них имеются дополнительные радикалы (P 2 O 7) 4- и (PO 4) 3- (например, ломоносовит с приблизительной формулой Na 5 Ti 2 (Si 2 O 7)(PO 4)O 2 и силикокарбонаты (сперрит Ca 5 (SiO 4) 2 (CO 3) и др.)).

Кристаллохимическое своеобразие минералов подкласса островных силикатов определяется сочетанием двух факторов: а) присутствием в них орто- и диортогрупп - (SiO 4) 4- и (Si 2 O 7) 6- , б) большой ролью в их составе катионов октаэдрической координации с радиусом от 0,060 до 0,080 нм (Ti 4+ -0,064; Fe 3+ -0,067; Nb 5+ -0,069; Mg 2+ -0,078; Fe 2+ -0,082 нм, по В. Гольдшмидту), главными из них являются магний и железо. Благодаря такому сочетанию типичных для плотнейшей упаковки её тетраэдрических и октоэдрических полиэдров, структуры островных силикатов наиболее компактны и прочны среди силикатов других подклассов. Кроме перечисленных катионов большую роль, но не во всех, а в некоторых островных силикатах играют относительно крупные катионы восьмерной (и более) координации – Ca 2+ (0,016 нм), Na + (0,098 нм), Ce 3+ (0,018 нм). Их координационные полиэдры несоразмерны с октаэдрами и тетраэдрами. Структура таких минералов, за малым исключением (гроссуляр), менее компактна.

Характерная особенность алюминия в островных силикатах заключается в том, что он всегда занимает октаэдрические позиции и является в этих силикатах катионом. Разнообразие катионов, их разные радиусы и свойства приводят к усложнению кристаллических структур островных силикатов и часто к вхождению в них дополнительных анионов F - и (OH) - . Особенно характерны такие анионы для силикатов, содержащих одновременно группы (SiO 4) 4- и (Si 2 O 7) 6- и резко различающиеся по металлическим свойствам катионы: Ca 2+ и Ti 4+ (титанит), Ca 2+ и Al 3+ (эпидот), K + , Na + и Ti 4+ (лампрофиллит). Дополнительные анионы характерны также для силикатов, в состав которых входят только группы (SiO 4) и алюминий в качестве катиона, - топаз Al 2 (SiO 4)F 2 , кианита Al 2 (SiO 4)O и др.

Островные силикаты образуются даже в стесненных условиях роста в виде хороших кристаллов. Это объясняется их большой силой кристаллизации, что обусловлено относительной компактностью и простотой структур этих силикатов, многозарядностью анионных комплексов и значительной силой связей катионов, входящих в их состав. Островные силикаты обладают высокой степенью идиоморфизма (совершенства) кристаллов. Окраска островных силикатов обычно обусловлена присутствием в их составе в качестве главных и примесных компонентов элементов-хромофоров (Fe, Mn, Ti и Cr). Атомы двух- и трёхвалентного железа вызывают при разных своих соотношениях зелёные (гроссуляр, эпидот), коричневые (андрадит, ставролит, титанит) цвета. Лишь в редких случаях встречаются бесцветные, белые островные силикаты – это химически чистые гроссуляр, форстерит, топаз каламин. Компактность структуры и наличие в минералах небольших, но высокозарядных катионов проявляются в высокой плотности и твёрдости (от 6 до 8) этих минералов. Из-за большой твердости эти минералы черты не дают (они процарапывают бисквитную пластинку), даже у густо окрашенных минералов она чуть заметна.

Кольцевые силикаты

Подкласс островных силикатов объединяет сравнительно небольшое число редких в природе минералов. Среди них только два минерала – турмалин и берилл – играют в некоторых случаях роль второстепенных, а иногда и даже главных минералов ряда минеральных месторождений. Главными структурными элементами кольцевых силикатов являются одно- или двухъярусные тройные, четверные, шестерные, девятерные кольца тетраэдров. Турмалин и берилл характеризуются шестерными одноярусными кольцами, но разной конфигурации. В турмалине все тетраэдры в кольце лежат своими основаниями в одной плоскости, вершины обращены в одну сторону, сечение кольца не просто шестиугольное, а дитригональное. В структуре минерала кольца ориентированы одинаково – вершинами тетраэдров вверх, структура получается резко асимметричной по строению и свойствам, а кристалл турмалина имеет дитригональное сечение и не одинаковые концы. Они растут с неодинаковой скоростью, по-разному адсорбируют вещества, в том числе пигментирующие изоморфные примеси, и потому разные концы кристалла нередко различны по цвету; из-за асимметрии структуры в турмалине хорошо проявлен пироэлектрический эффект. В бериллах кольцо гексагональное с горизонтальной плоскостью симметрии, оба конца кристаллов берилла одинаковые по огранке и своим свойствам. В целом структуры кольцевых силикатов сложные и не плотные. Сингония минералов определяется геометрией их колец. Преобладают тригональные и гексагональные минералы.

Таблица 5. Главные минералы – кольцевые силикаты.

Цепочечные и ленточные силикаты

К подклассам цепочечных и ленточных силикатов относятся в первую очередь главные породообразующие минералы – пироксены (диопсид, геденбергит, эгирин и др.) и амфибиолы (актинолит, роговая обманка и др.), а также ряд менее распространенных минералов. Имеется много черт подобия пироксенов и амфибиолов по структуре и составу, по морфологии их кристаллов и физическим свойствам, но есть и существенные различия, опять же вытекающие из особенностей структуры и состава.

Пироксены и амфибиолы имеют сходный, довольно простой химический состав. Чаще всего силикаты магния либо двойные соли магния и кальция, во многих минералах кроме них обязательно присутствует натрий. Итак, в основном три элемента – магний, кальций и натрий – в разных сочетаниях. В качестве постоянной изоморфной примеси в позициях магния размещается железо, иногда полностью вытесняя магний. В некоторых случаях, обычно в ассоциации с натрием, в пироксены и амфибиолы входит алюминий, занимая или позиции магния, или внедряясь в радикал в позиции кремния. Наконец, есть редкие литиевые пироксены и амфибиолы.

Главным различием состава пироксенов и амфибиолов является обязательное вхождение в последние конституционной воды в форме дополнительных анионов (OH) - .

В структуре пироксенов имеются одинарные цепочки (Si 2 O 6) 4- ,в амфибиолах - ленты (Si 4 O 11) 6- с группами (OH) - в центре каждого кольца этой ленты.

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
Состав	ромбические	моноклинные	ромбические	моноклинные
Силикаты: магниевые	Энстатит	Клиноэнстатит	Антофиллит Mg(Si 8 O 22)(OH) 2	Куммингтонит Mg(Si 8 O 22)(OH) 2
литиевые	-	Сподумен	Холмквистит	Клинохолмквистит LiMgAL(Si 8 O 22)(OH) 2
кальциевые	-	Диопсид Геденбергит	-	Тремолит Ca 2 Mg 5 (Si 8 O 22)(OH) 2 Ферроактинолит Ca 2 Fe 5 (Si 8 O 22)(OH) 2
натриевые	-	Жадеит	-	Глаукофан Na 2 Mg 3 Al 3 (Si 8 O 22)(OH 2 Na 2 Fe 3 Fe 2 (Si 8 O 22)(OH) 2
Алюмо-силикаты	-	-	-	Жедрит Mg 6 (Al, Fe)(AlSi 7 O 22) (OH) 2 Обыкновенные 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.

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 - ,CO 3 2- ,SO 4 2- и т. д.) и конституционной воды в виде молекул H 2 O.

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.

Таблица 8. Главные минералы - каркасные алюмосиликаты

Группа	Минерал	Формула минерала	Син-гония	Твер-дость
Полевых шпатов:
подгруппа калиевых	Микроклин Ортоклаз	K(AlSi 3 O 8) (K, Na)(AlSi 3 O 8)	Трикл.	6
подгруппа кальциево-натриевых полевых шпатов	Альбит	Na(AlSi 3 O 8) Ca(Al 2 Si 2 O 8)	Трикл.	6-6,5
Данбурита	Данбурит Поллуцит	(CaB 2 Si 2 O 8)	Ромб.	7-7,5
Нефелина	Нефелин Кальсилит	Na 3 K(AlSIO 4) 4	Гекс.	5-6
Скаполита	Мариалит	Na 4 (AlSi 3 O 8) 3 Cl Ca 4 (Al 2 Si 2 O 8)(SO 4 , CO 3)	Тетр.	5-5,5
Канкринита Содалита	Канкринит	Na 3 Ca(AlSiO 4) 3 (CO 3 ,SO 4)*1,5H 2 O Na 4 (AlSiO 4) 3 Cl Na 3 Ca(AlSiO 4) 3 (SO 4 , S 2)	Гекс.	5-5,5
Цеолитов	Стильбит Гейландит Анальцим Натролит Клиноптилолит Филлипсит	Ca 0, 5 Na(Al 2 Si 7 O 18) * 7H 2 O Ca(Al 2 Si 7 O 18) * 6H 2 O Na(AlSi 2 O 6) * H 2 O Ca 0, 5 (AlSi 2 O 6) * 3H 2 O Na 2 (Al 2 Si 3 O 10) * nH 2 O Na(AlSi 8 O 18) * 6H 2 O CaNa 4 (Al 6 Si 10 O 32) * 12H 2 O	Мон.	3,5-4

К классу силикатов относится 1/3 всех известных минералов. Минералы это класса представляют собой соединения солей различных кислот кремния. Плотность их обычно невелика. Твердость в большинстве случаев высокая. Установлено, что во всех силикатах каждый ион кремния Si +4 находится в соединении с четырьмя ионами кислорода и может быть изображен формулой -4 . Основная структурная единица силикатов - кремнекислородный тетраэдр - группировка, состоящая из четырех больших ионов кислорода и одного малого иона кремния. При этом центры ионов кислорода образуют четыре вершины тетраэдра, а ион кремния занимает центр такого тетраэдра. Кремнекислородный тетраэдр обладает четырьмя свободными валентными связями, за счет которых происходит присоединение кислородных тетраэдров и ионов других химических эле-ментов.

В основу классификации силикатов положен способ соединения тетраэдров. Кремнекислородные тетраэдры могут быть обособлены один от другого или соединяться посредством общих кислородных ионов через вершины тетраэдров, создавая сложные комплексно-анионные радикалы. Все минералы силикатов разделяются в зависимости от способов сочленения кремнекислородных тетраэдров на следующие структурные группы: островные, кольцевые, цепочечные, ленточные, листовые и каркасные.

Островные силикаты

Оливин (перидот). Химический состав (Mg,Fe) 2 . Сингония ромбическая. Кристаллы редки. Встречается в виде сплошных зернистых масс, вкраплений

Цвет оливково-зеленый, буроватый до черного, иногда бесцветный. Блеск стеклянный, жирный. Черты не дает. Твердость 6,5-7. Спайность средняя. Излом раковистый. Плотность 3300-3400. Хрупкий.

Происхождение . Породообразующий минерал ультраосновных и основных изверженных пород.

Применение . Прозрачные разновидности - хризолиты - ювелирные камни. Оливиновые породы (дуниты) применяются в строительстве, огнеупорной и химической промышленности.

Гранаты . Химический состав различный. Общая формула R // 3 R /// 2 3 , где R // - Ca, Mg, Fe, Mn; R /// - Al, Fe, Cr. Сингония кубическая. Облик кристаллов - изометрические многогранники. Встречаются иногда в виде сплошных зернистых масс.

Цвет темно-красный, бурый, светло-зеленый (зависит от состава). Блеск стеклянный, на изломе жирный. Черты не дает. Твердость 6,5-7,5. Спайность несовершенная или отсутствует. Излом раковистый, неровный. Плотность от 3500 до 4300.

Происхождение . Образуется при метаморфических и реже магма-тических процессах.

Применение. Абразивный материал и как драгоценные камни.

Рис. 3. Типы группировок кремнекислородных тетраэдров: а – кремнекислородный тетраэдр; б – сдвоенный тетраэдр; в – кольцо из трех тераэдров; г – кольцо из четырех тетраэдров; д - кольцо из шести тетраэдров; е – цепочка; ж – лента; з – лист; и – каркас.

Кольцевые силикаты

Турмалин. Алюмоборосиликат (состав сложный и непостоянный). Сингония тригональная. Кристаллы турмалина легко узнаются по характерному поперечному сечению (в виде сферического треугольника). Встречаются в виде отдельных кристаллов, щеток, шестоватых, игольчатых и радиально-лучистых агрегатов (“турмалиновое солнце”), реже в сплошных зернистых массах.

Цвет розовый, зеленый, бурый, черный, полихромный (разные части кристалла различно окрашены). Светлоокрашенные разности прозрачны. Блеск стеклянный. Черты не дает. Твердость 7-7,5. Спайность отсутствует. Излом неровный. Плотность 2900-3250. Хрупкий. Электризуется при трении. Форма кристаллов столбчатая, призматическая, игольчатая. На гранях призм вертикальная штриховка.

Происхождение . Пегматитовое, метаморфическое, гидротермальное.

Применение. Розовый турмалин используется в качестве драгоцен-ного камня.

Цепочечные силикаты

Авгит . Группа пироксенов. Химический состав Ca(Mg,Fe,Al)[(Al,Si) 2 O 6 ].). Сингония моноклинная. Облик кристаллов - восьмиугольные призмы и мелкие столбики. Встречаются в виде сплошных зернистых масс и вкраплений толстостолбчатых и короткопризматических кристаллов.

Цвет серо-зеленый, бурый до черного. Блеск стеклянный. Черта слабая серая, светло-зеленая. Твердость 6,5. Спайность по призме ясная под углом, близким к прямому (отличие от роговой обманки. Плотность 3300-3600.

Происхождение

Ленточные силикаты

Роговая обманка . Группа амфиболов. Химический состав сложный. Полная формула: (Ca, Na) 2 (Mg.Fe // , Mn, Fe /// ,Al) (OH) 2 (Si, Al) 4 O 11 ] 2 . Сингония моноклинная. Кристаллы столбчатого или игольчатого облика, шестигранные в основании. Встречается в виде сплошных зернистых масс и игольчатых агрегатов, вкраплений.

Цвет темно-зеленый, темно-бурый до черного. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности шелковистый. Черта зеленоватая, буроватая, сероватая, иногда черты не дает. Твердость 5,5-6. Спайность совершенная по призме под углом 124 0 (отличие от авгита). Излом занозистый. Плотность 3100-3500.

Происхождение . Магматическое, метаморфическое, реже пегмати-товое.

Листовые силикаты

Тальк. Химический состав Mg 3 (OH) 2 . Сингония моноклинная. Форма кристаллов листоватая, чешуйчатая. Встречается в виде сплошных, плотных, кристаллических или чешуйчато-листоватых агрегатов.

Цвет белый, светло-зеленый. Блеск жирный, на плоскостях спайности перламутровый. Черта белая. Твердость 1. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Легко расщепляется на толстые неупругие листочки. Плотность 2700-2800.

Происхождение. Метаморфическое - продукт метаморфизма желе-зо-магнезиальных силикатов.

Применение. В резиновой, бумажной и других отраслях промыш-ленности как кислотно- и огнеупорный материал; чистые разности употребляются для смазки машин, изготовления пудры и т.д.

Мусковит (белая калиевая слюда). Химический состав KAl 2 (OH) 2 . Сингония моноклинная. Форма кристаллов таблитчатая или пластинчатая. Кристаллы достигают больших размеров. Встречаются в виде листочков, крупных кристаллов, мелких чешуек и чешуйчатых агрегатов.

Бесцветный с светло-зеленоватым, желтоватым, сероватым, розоватым и дымчатым оттенком. Прозрачный. Блеск стеклянный, перламутровый. Черта белая. Легко расщепляется на тонкие упругие листочки и чешуйки. Твердость 2-3. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Плотность 2700-3100. Тонкочешуйчатая разновидность с шелковистым блеском называется серицитом .

Применение. Употребляется в качестве электроизоляционного и тугоплавкого материала (взамен стекла).

Биотит (черная железо-магнезиальная слюда). Химический состав K(Mg,Fe)(OH,F) 2 . Сингония моноклинная. Форма кристаллов таблитчатая (гексагональной формы) или пластинчатая. Встречается в виде листоватых и чешуйчатых агрегатов.

Цвет черный, темно-зелено-черный. В толстых пластинах непрозрачный. Блеск стеклянный, перламутровый. Черта белая или зеленоватая. Твердость 2-3. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Легко расщепляется на тонкие упругие листочки. Плотность 3000-3100.

Происхождение . Магматическое, метаморфическое, пегматитовое.

Глауконит (из группы гидрослюд). Сингония моноклинная. Встречается в виде землистых, реже тонкочешуйчатых и зернистых агрегатов или в виде мелких почко- и шаровидных стяжений в осадочных породах (песках, глинах, опоках и др.).

Цвет темно-зеленый, зеленовато-черный. Блеск стеклянный, жирный, восковой. Черта зеленая. Твердость 2-3. Спайность совершенная в одном направлении, устанавливается очень редко и только в крупнокристаллических агрегатах. Плотность 2200-2800. Хрупкий. Растворяется в горячей концентрированной соляной кислоте.

Происхождение . Осадочное - образуется преимущественно в мелководных морских осадках за счет вулканического стекла, реже встречается в почвах и коре выветривания.

Применение . В качестве удобрения, дешевая зеленая краска, смяг-читель жесткости воды.

Хлорит . Химический состав (Fe,Mg) 5 Al(OH) 8 . Сингония моноклинная. Кристаллы имеют форму табличек, чешуек. Встречается в виде кристаллических листовато-чешуйчатых масс, друз.

Цвет зеленый, темно-зеленый. Блеск стеклянный до перламутрового, жирный. Черта белая, зеленоватая. Твердость 2-2,5. Спайность весьма совершенная в одном направлении. Расщепляется на гибкие неупругие листочки. Плотность 2600-2800.

Происхождение Метаморфическое - образуется в контактово-гидротермальных зонах по биотиту, авгиту, роговой обманке; изредка гидротермальное.

Применение . Хлориты с высоким содержанием железа используются как железная руда.

Серпентин . Химический состав Mg 6 (OH) 8 . . Сингония моноклинная. Встречается в виде плотных и скрытокристаллических масс, часто в виде жилок параллельно-волокнистого строения (асбест).

Цвет светло-зеленый, зеленый, буровато-зеленый, пятнистый (напоминает кожу змеи). Блеск тусклый, жирный (восковой), шелковистый. Черта белая или бледно-зеленая. Твердость 2,5-3,5. Спайность отсутствует или расщепляется на тонкие волокна. Излом неровный в сплошных массах, занозистый у волокнистых разновидностей. Плотность 2500-2700.

Происхождение . Метаморфическое - продукт гидротермального изменения ультраосновных пород; в небольшом количестве образуется в зоне контактового метаморфизма.

Каолинит . Химический состав Al 4 (OH) 8 . Сингония моноклинная. Кристаллы исключительно редки и малы по размерам. Встречается в виде плотных или рыхлых землистых масс.

Цвет белый с желтоватым или сероватым оттенком. Блеск тусклый, жирный, в чешуйках перламутровый. Черта белая. Твердость от 1 до 2,5. Излом землистый. У пластинок спайность весьма совершенная в одном направлении. Плотность 2600. Сильно гигроскопичен. Жирен на ощупь. С водой дает пластичную массу. Во влажном состоянии издает запах глины.

Происхождение . Осадочное - образуется при химическом вывет-ривании горных пород, богатых алюмосиликатами (полевыми шпатами, слюдами).

Применение . Основное сырье фарфоровой промышленности; строительный материал; в бумажной (накопитель) и нефтяной (отбеливающий материал) промышленности.

КАРКАСНЫЕ СИЛИКАТЫ

Полевые шпаты

Полевые шпаты из всех силикатов являются наиболее расп-ространенными в земной коре, составляя в ней в общем 50% по весу. По своему химическому составу полевые шпаты представляют алюмо-силикаты Na, K, Ca и подразделяются на:

1) натриево-кальциевые полевые шпаты или плагиоклазы ,

2) натриево - калиевые полевые шпаты.

Плагиоклазы . К ним относятся минералы, представляющие непрерывный изоморфный ряд смесей, крайние члены которого носят название альбит (Аb) - Na и анортит (Аn) - Ca. Классификация минеральных видов этого изоморфного ряда выглядит следующим образом:

Таблица 1.

Часто придерживаются более грубого деления плагиоклазов по их составу: кислые - альбит, олигоклаз; средние - андезин; основные - лабрадор, битовнит, анортит.

Альбит . Химический состав Na. Сингония триклинная. Форма кристаллов таблитчатая или в виде сросшихся пластинок. Встречается в виде сплошных зернистых (сахаровидных) и листоватых агрегатов, а также друз.

Цвет белый с сероватым, желтоватым оттенком. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый. Черты не дает. Твердость 6. Спайность совершенная в двух направлениях под косым углом (< 90 0). Иногда наблюдается тонкая штриховка на плоскостях спайности. Плотность 2600.

Происхождение . Магматическое, пегматитовое, гидротермальное, контактово-метаморфическое.

Промышленного значения не имеет.

Лабрадор. Сингония триклинная. Облик кристаллов таблитчатый (отдельные кристаллы редки). Встречается в виде сплошных крупнозернистых масс.

Цвет серый, темно-серый, зеленовато-серый, реже коричневый. Блеск стеклянный, перламутровый. Черты не дает. Твердость 6. Спайность совершенная в двух направлениях. Плотность 2700. Характерен зеленый или синий отлив (иризация) на плоскостях спайности и параллельная штриховка, а также двойниковые полосы.

Происхождение . Магматическое (характерен для основных пород).

Применение . Облицовочный материал.

Анортит . Химический состав Ca. Сингония триклинная. Кристаллы встречаются редко. Облик кристаллов таблитчатый, таблитчато-призматический. Встречается в виде мелких кристаллов в основных магматических породах или зернистых агрегатах.

Цвет серый, белый или желтоватый. Блеск стеклянный. Черты не дает. Твердость 6-6,5. Спайность совершенная в двух направлениях (под углом <90 0). Плотность 2730-2780.

Происхождение . Магматическое, контактово-метаморфическое.

Промышленного значения не имеет.

Ортоклаз . Химический состав K. Сингония моноклинная. Облик кристаллов призматический, таблитчатый. Встречается в виде сплошных крупнокристаллических агрегатов, друз.

Цвет белый, желтый, розовый, мясо-красный. Водяно-прозрачная разновидность - санидин. Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый. Черты не дает. Твердость 6. Спайность совершенная в двух направлениях под прямым углом. Плотность 2600.

Происхождение . Магматическое, пегматитовое.

Применение . В стекольной и керамической промышленности.

Микроклин (состав ортоклаза). Сингония триклинная. Форма кристаллов призматическая, таблитчатая. Встречается в виде сплошных зернистых масс, отдельных кристаллов и друз.

Цвет кремовый, зеленовато-серый, розовый. Зеленая разновидность называется амазонитом . Черты не дает. Твердость 6. Спайность совершенная в двух направлениях почти под прямым углом (отличие от ортоклаза). Плотность 2600.

Происхождение . Магматическое и пегматитовое.

Применение . В стекольной и керамической промышленности; амазонит в качестве поделочного камня.

Фельдшпатоиды . К ним в минералогии относятся алюмосиликаты щелочей, близкие по своему значению в горных породах к полевым шпатам. От последних отличаются низким содержанием кремнезема и высоким - щелочей.

Нефелин (элеолит, масляный камень). Химический состав Na. Сингония гексагональная. Облик кристаллов мелкопризматический. Встречается в виде сплошных плотных и зернистых масс.

Цвет: кристаллы бесцветные; в сплошных массах серый, желтый, красный, зеленый, серовато-синеватый, часто неоднородный. Блеск жирный на изломе, на гранях кристаллов - стеклянный. Черты не дает. Твердость 5,5. Спайность несовершенная. Излом плоскораковистый. Плотность 2600. Легко выветривается и становится матовым.

Происхождение . Магматическое, реже пегматитовое.

Применение . В стекольной промышленности, для получения соды, глинозема и некоторых красок.

Таблица 2.

Похожая информация.