Карбонаты
Карбонаты, составляющие около 1,7 % от массы земной коры, являются осадочными или гидротермальными минералами. С химической точки зрения это соли угольной кислоты – Н2СО3, общая формула АСО3 – где А – Са, Мg, Fe и др.
Карбонаты имеют ионные кристаллические решетки; характерны малые плотности, стеклянный блеск, светлая окраска (за исключением карбонатов меди), твердость 3-5, реакция с разбавленной НСl.
Общие свойства – кристаллизуются в ромбической и тригональной сингониях (хорошие кристаллические формы и спайность по ромбу); низкая твердость 3–4, преимущественно светлая окраска, реакция с кислотами (HCl и HNO3 ) с выделением углекислого газа.
Наиболее распространенными являются: кальцит СаСО3, магнезит Mg СО3, доломит СаМg (СО3) 2, сидерит Fe СО3.
Карбонаты с гидроксильной группой (ОН):
Малахит Cu2 CO3 (OH)2 – зеленый цвет и реакция с НСl,
Азурит Cu3 (CO3)2 (OH)2 – синий цвет, прозрачен в кристаллах.
Генезис карбонатов разнообразен – осадочный (химический и биогенный), гидротермальный, метаморфический.
При нагревании кислые карбонаты переходят в нормальные карбонаты:
При сильном нагревании нерастворимые карбонаты разлагаются на оксиды и углекислый газ:
Карбонаты реагируют с кислотами сильнее угольной (почти все известные кислоты, включая органические) с выделением углекислого газа, эти реакции являются качественными реакциями на наличие карбонатов в растворе:
Из нормальных карбонатов в воде растворимы только соли щелочных металлов, аммония и таллия. Вследствие гидролиза растворы их показывают щелочную реакцию. Малорастворимы нормальные карбонаты кальция, бария, стронция и свинца. Все кислые карбонаты хорошо растворимы в воде; кислые карбонаты сильных щелочей также имеют слабощелочную реакцию.
Это породообразующие минералы осадочных пород (известняки, доломиты и др.) и метаморфических – мрамор, скарны.
Карбонаты широко используются в черной металлургии в качестве флюса и как сырье для производства огнеупоров и извести. Используются в строительстве, оптике, металлургии, как удобрения. Малахит используется как поделочный камень. Большие скопления магнезита и сидерита – источник получения железа и магния.
Гидрокарбонаты натрия, кальция и магния встречаются в растворённом виде в минеральных водах, а также, в небольшой концентрации, во всех природных водах, кроме атмосферных осадков и ледников. Гидрокарбонаты кальция и магния обуславливают так называемую временную жёсткость воды. При сильном нагревании воды (выше 60 °C) гидрокарбонаты кальция и магния разлагаются на углекислый газ и малорастворимые карбонаты, которые выпадают в осадок на нагревательных элементах, дне и стенках посуды, внутренних поверхностях баков, бойлеров, труб, запорной арматуры и т. д., образуя накипь.
Нормальные карбонаты широко распространены в природе, например: кальцит СаСО3, доломит CaMg(CO3)2, магнезит MgCO3, сидерит FeCO3, витерит ВаСО3, баритокальцит BaCa(CO3)2 и др. Существуют и минералы, представляющие собой основные карбонаты, например, малахит CuCO3·Cu(ОН)2.
Кальцит, СаСО3 . Название от греч. «кальк» — жженая известь. Синоним — известковый шпат. Название предложено Гайдингером в 1845 году и происходит, как и название химического элемента, от лат. calx (род.п. calcis) — известь.
Осадочный органогенный, гидротермальный. Кристаллы в форме ромбоэдров. Совершенная спайность по ромбоэдру. Вскипает под действием разбавленной НСl на холоду. Разновидности: прозрачный, бесцветный — исландский шпат, ромбический белый — арагонит. В основном из кальцита состоят толщи осадочных пород: мела, известняка, мрамора. Из кальцита состоит и известковый туф — травертин.
В чистом виде кальцит белый или бесцветный, прозрачный (исландский шпат) или просвечивающий, — в зависимости от степени совершенства кристаллической структуры. Примеси окрашивают его в разные цвета. Ni окрашивает в зелёный; кобальтовые, марганцевые кальциты — розовые. Тонкодисперсный пирит окрашивает в синеватый и зеленоватый цвет. Кальцит с примесью железа — желтоватый, буроватый, красно-коричневый; с примесью хлорита — зелёный. Углистое вещество часто придает кальциту неравномерную чёрную окраску. Известны кристаллы с многочисленными включениями битуминозного вещества, они имеют жёлтый или бурый цвет.
Черта белая, плотность 2,6-2,8, излом ступенчатый, твёрдость по шкале Мооса 3, спайность совершенная по основному ромбоэдру, блеск стеклянный до перламутрового. Вскипает при взаимодействии с разбавленной соляной кислотой (HCl). Характерно многообразие двойников срастания и прорастания по многочисленным законам, а также деформационные двойники. Прозрачные кристаллы обладают двупреломлением света, особо хорошо наблюдаемым сквозь поверхности спайности в ромбоэдрических выколках или толстых пластинах.
Черная металлургия потребляет миллионы тонн известняка в качестве флюса. Кроме того, известняк обжигают на известь в строительной промышленности. Исландский шпат используется в оптике для изготовления поляризаторов.
Магнезит, МgСО3 . Назван в честь греческой провинции Магнезия. Синоним: магнезиальный шпат. Облик кристаллов ромбоэдрический с совершенной спайностью по ромбоэдру. В большинстве случаев встречается в виде зернистых агрегатов снежно-белого цвета с раковистым изломом («аморфный» магнезит) и в серых удлиненных зернах. Гидротермальный.
Состав близок теоретическому. Из примесей наибольшее значение имеет Fe; меньше Mn, Ca. Кристаллы редки. Обычно плотные разной зернистости агрегаты вплоть до фарфоровидных. Фарфоровидный магнезит часто содержит примеси опала и силикатов магния. Хрупок. Твердость 4-4,5 у фарфоровидного — до 7 (за счёт тонкодисперсной примеси опала). Цвет белый, серый, реже желтоватый Встречается в гидротермальных месторождениях или в качестве продукта выветривания ультраосновных горных пород.
С разбавленными кислотами магнезит реагирует без вскипания, чем отличается от похожего на него кальцита. Реакция с HCl только в порошке при нагревании.
Магнезит используют для производства огнеупоров и вяжущих материалов, в химической промышленности. Применяется для производства огнеупорного кирпича. Также является рудой магния и его солей.
Важное сырье для производства огнеупорного кирпича и заправочных порошков. Использование доломитизированного известняка улучшает качество агломерата, окатышей и снижает вязкость доменных шлаков. Месторождения: Саткинское (Россия), Вейч (Австрия), Ляо Тун и Шен-Кин (Сев. вост. Китай), Квебекское (Канада).
Малахит, CuCO3 × Cu(OH)2 . Название от греч. «малахэ» — мальва (имеется в виду зеленый цвет листьев мальвы).
Малахи́т (от греч. тополь и мальва) — минерал, основной карбонат меди (дигидроксокарбонат меди(II)). Состав минерала почти точно выражен формулой CuCO3·Cu(ОН)2, но более верное современное написание кристаллохимической формулы малахита Cu2(CO3)(OH)2. Устаревший синоним — медная зелень углекислая.
Сингония моноклинная. Двойники по (100). Твёрдость 3,5—4,0; плотность 3,7—4,1 г/см³. Цвет зелёный разных оттенков; блеск различный, смотря по сложению: стеклянный у кристаллов или шелковистый у тонковолокнистых агрегатов и кусков.
Габитус кристаллов призматический, пластинчатый, игольчатый. Кристаллы имеют тенденцию к расщеплению с образованием сферокристаллов, тонковолокнистых сферолитов, сфероидолитовых дендритов.
При нагревании в колбе выделяет воду, углекислый газ и становится чёрным:
Характерна растворимость малахита в кислотах с выделением углекислого газа, а также в аммиаке, который окрашивается при этом в красивый голубой цвет.
С глубокой древности известен способ получения из малахита свободной меди. В условиях неполного сгорания угля, при котором образуется угарный газ, происходит реакция:
Азурит, 2CuCO3 × Cu(OH)2 . Название от персидского «лазвард» — голубой. Минерал синего цвета со стеклянным блеском, хрупкий. Тв. 3,5—4. Цвет черты синевато-голубой, спайность совершенная, излом раковистый.
Один из наиболее распространённых вторичных минералов, содержащих медь. Индикатор и поисковый признак медных руд, азурит и сам является медной рудой, хотя и менее ценной, чем малахит.
Образуется в близповерхностных зонах окисления большинства медно-сульфидных месторождений, встречается во вторичных медных рудах вместе с малахитом. В условиях выветривания неустойчив и легко замещается малахитом. Нередко в породе встречаются полосчатые сращения азурита и малахита, которые иногда разрезают и полируют, — такая разновидность носит название азуро-малахита.
Натечные, землистые, концентрически скорлуповатые. Вскипает под действием разбавленной HCl. Используются как декоративные поделочные камни, руды на медь.
Сидерит, FeCO3 . Название от греч. слова, обозначающего железо. Синоним — железный шпат. Минерал осадочного происхождения бурого цвета, растворяется в минеральных кислотах. При окислении переходит в бурый железняк. Важная руда для получения железа, так как в составе до 48 % железа и нет серы и фосфора. Агрегаты зернистые, землистые, плотные, иногда в шаровидных конкрециях.
Цвет черты — белый, блеск стеклянный, полупрозрачный, твёрдость 3,5 — 4,5, спайность совершенная, плотность 3,96 г/см³.
Происхождение: Гидротермальное — встречается в полиметаллических месторождениях как жильный минерал. Легко выветривается до лимонита.Обычно в зернистых желтовато-белых, буроватых массах. Реагирует с холодной НС1, капля которой окрашивается в зеленый цвет. Цвет: Желтовато-коричневый, коричневый, серый, желтовато-серый, зеленовато-серый.
Сидерит содержит до 48,3 % Fe и используется в качестве железной руды. Месторождения: Бакальское (Юж. Урал), Керченское (Украина).
Родохрозит, MnCO3 . Название от греч. «родон» — роза и «хрос» – цвет. Синоним: марганцевый шпат. Обычно в виде зернистых агрегатов розового, малинового цвета, черта белая. Реагирует с холодной HCl.
Существуют изоморфные ряды MnCO3 — СаCO3 и MnCO3 — FeCO3. Марганец частично замещается магнием и цинком. Железосодержащие разновидности: понит и феррородохрозит. Сингония тригональная. Кристаллы толстотаблитчатые, призматические, ромбоэдрические, скаленоэдрические. Двойники по {0112} редки. Спайность совершенная по {1011}. Агрегаты: зернистые, плотные, столбчатые, шаровидные, скорлуповатые, корки. Цвет: розовый, красный, желтовато-серый, коричневый. Блеск стеклянный. Твёрдость 3,5-4. Удельный вес 3,7.
Гидротермальный минерал средне- и низкотемпературных месторождений свинца, цинка, серебра и меди, в ассоциации с сидеритом, флюоритом, баритом, алабандином и др. Встречается в высокотемпературных месторождениях с родонитом, гранатом, брайнитом, тефроитом и в пегматитах с литиофиллитом.
В осадочных марганцевых месторождениях ассоциирует с марказитом, кальцитом, опалом и др. В этом случае имеет промышленную ценность. В коре выветривания марганцевых и железо-марганцевых месторождений. В метаморфизованных первично-осадочных марганцевых месторождениях.
Используется в качестве марганцевой руды. Месторождения: Чиатурское (Грузия), Полуночное (Сев. Урал), Оброчище (г. Варна, Болгария).