ТехЛиб

Библиотека научно-технического портала Технарь

Силикаты

892a7beb22d13f1555abb01f33fbc3baСиликаты 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, Fe2+, Fe3+, Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Zr, Ti, F, H, в виде (OH)− или H2O 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.

 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 [SiO4]3, которые различно сочетаются друг с другом.

Поэтому в основе систематики силикатов – кремнекислородный тетраэдр [SiO4] -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.

Молекулы

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 

 

 892a7beb22d13f1555abb01f33fbc3ba  892a7beb22d13f1555abb01f33fbc3ba  892a7beb22d13f1555abb01f33fbc3ba

 оливин

  топаз

  гранаты

 892a7beb22d13f1555abb01f33fbc3ba  9bb4a01e96e11345c12104b781b8c447

  берилл

  турмалин

Островные силикаты, то есть силикаты с изолированными тетраэдрами [SiO4]4− и изолированными группами тетраэдров:

 а) силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами (См. схему, а). Их радикал [SiO4]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 О2−, ОН, F и др. в) Силикаты со сдвоенными тетраэдрами. Отличаются обособленными парами кремнекислородных тетраэдров [Si2O7]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 [Si3O9]6−, [Si4O12]8− , [Si6O18]2−, [Si12O30]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 [Si2O6]4− и [Si3O9]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.

 1358110248_enstatite

dsc04422

182814220910

46bd9fd38898217670cdad032cb064e8

  энстатит 

 гиперстен

  диопсид 

 содалит

 im

 235px-AugiteUSGOV

 235px-Egiryn,_Rosja_Kola,_Chibiny  images

 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 [Si2O6] 4- и включают группу пироксенов.

787Пироксены 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.

hromdiopsidТакже 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 [Si4O11] 6 –  объединяют минералы группы амфиболов. Представители: тремолит, актинолит, жадеит, роговая обманка.

58Амфиболы (от др.-греч. ἀμφίβολος — двусмысленный, неясный — из-за сложного переменного состава) — группа породообразующих минералов подкласса ленточных силикатов. Общая формула: R7[Si4O11]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 [Si2O5]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://tehlib.com/wp-content/uploads/2014/07/hromdiopsid-300×225.jpg» width=»240″ height=»180″ //sub

 Серпентин(1)

 m-chryz-asb_19-1a

 серпентин

  хризотил-асбест

 250px-Musk_Lop

 1_6_12_4_4_5_2

  мусковит

  биотит

Силикаты с непрерывными трёхмерными каркасами, или каркасные силикаты (см. Схему, и). В этом случае все атомы кислорода общие. Такой каркас нейтрален. Радикал [SiO2]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 [Si4O8]. В эту группу входят – полевые шпаты и плагиоклазы.

1340099339_35262

709Полевые 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[AlSi3O8] — Na[AlSi3O8] — Са[Al2Si2O8], 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 [Si4O10] 4– Эта группа объединяет минералы-слюды: биотит, тальк, мусковит, серпентин.

 

5-14

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.

a href=»http://tehlib.com/wp-content/uploads/2014/07/1340099339_35262.jpg» rel=»attachment wp-att-17159″

Written by Ирина Дедюхова

Июль 3rd, 2010 at 1:42 дп