ТехЛиб СПБ УВТ

Оксид (окисел, окись) — бинарное соединение химического элемента с кислородом в степени окисления −2, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Химический элемент кислород по электроотрицательности второй после фтора, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF₂.

Оксиды — весьма распространённый тип соединений, содержащихся в земной коре и во Вселенной вообще. Примерами таких соединений являются ржавчина, вода, песок, углекислый газ, ряд красителей.  Оксиды и гидроксиды – представляют один из наиболее распространенных классов с более 150 минеральными видами, в которых атомы или катионы металлов образуют соединения с кислородом или гидроксильной группой (ОН).

Соединения, которые содержат атомы кислорода, соединённые между собой, называются пероксидами, строго говоря, не относятся к категории оксидов.

Земная кора содержит до 17 % (по массе) оксидов. Наиболее распространены кварц (12,6 %), оксиды и гидрооксиды железа (3,9 %), оксиды и гидрооксиды AI, Мn, Ti, Сг. Напомним здесь, что главная масса железорудных и марганцевых руд имеют осадочное происхождение. Минералы группы оксидов являются рудной базой черной металлургии. Важнейшие рудные минералы железных и марганцевых руд: гематит (Fe₂O₃), магнетит (Fe₃O₄), бурый железняк (Fе₂O₃^. Н₂O), пиролюзит (МnО₂), браунит (Мn₂O₃), гаусманит (Мn₃O₄), псиломелан (МnO₂^. МnО^. n Н₂O), манганит (МnO₂^. Мn(ОН)₂.

Наиболее широко представлены оксиды Si, Fe, Al, Ti, Sn. Некоторые из них образуют и гидрооксидную форму. Особенность большинства гидрооксидов – снижение значений свойств по сравнению с оксидной формой того же атома металла. Яркий пример – оксидная и гидрооксидная форма Al.

 

минерал	твердость	плотность	блеск
Корунд Al2O3	9	4	алмазный
Бемит AlO•OH	3.5–4	3	тусклый

Оксиды по химическому составу и блеску можно разделить на металлические и неметаллические. Для первой группы характерны средняя твердость, темные цвета (черный, серый, бурый), средняя плотность (минералы гематит и касситерит). Вторая группа характеризуется низкой плотностью, высокой твердостью 7–9, прозрачностью, широкой гаммой цветов, отсутствием спайности (минералы кварц, корунд).

В народном хозяйстве наиболее широко используются оксиды и гидрооксиды для получения Fe, Mn, Al, Sn. Прозрачные, кристаллические разновидности корунда (сапфир и рубин) и кварца (аметист, горный хрусталь и др.) используются как драгоценные и полудрагоценные камни.

Генезис – при эндогенных и экзогенных процессах.

Магнетит, Fe₃O₄. Название по месторождению минерала в провинции Магнезия (Греция). Синоним — магнитный железняк. Важная железная руда. Магнетит в чистом виде (без пустой породы) содержит до 72,4 % Fe. Промышленные месторождения магнетита связаны с магматическими породами габбровой (Копанское и Кусинское месторождения, Урал) и габбро-пироксенит-дунитовой (Качканарское и Гусевогорское месторождения, Урал) формаций; с сиенитами (Кирунавара и др., Швеция); с ультраосновными щелочными породами и карбонатитами (Африканда, Ковдор, Кольский полуостров; Сукулу, Уганда; Люлекоп, ЮАР); с контактово-метасоматическими образованиями (Магнитогорское, Высокогорское, Гороблагодатское месторождения, Урал; Дашкесанское, Азербайджан; месторождения Хакассии, Тургайской провинции и др.); с траппами (Коршуновское, Тагарское, Нерюндинское месторождения и др., восточная Сибирь); с вулканогенно-осадочными породами (Атасуйский район, Казахстан). Наиболее крупные месторождения магнетита метаморфогенного, связаны с железистыми кварцитами (Криворожский бассейн Украины; KMA; Оленегорское месторождение, Кольский полуостров; Костомукшское месторождение, Карелия; месторождения Канады, Бразилии, Венесуэлы, района Верхнего озера, США). В решетке магнетита находятся двух- и трехвалентное железо: FeO^. Fе₂О₃ . Вследствие изоморфизма позиции Fе₂* и Fe₃* могут занимать близкие по размеру катионы соответствующей валентности. Это дает огромную гамму минералов на базе магнетита:

• кальциевый магнетит (Са; Fe)О^. Fе₂О₃,
• магномагнетит (Мg, Fe)O^. Fе₂О₃,
• магнезиоферрит МgО^. Fе₂О₃,
• хромомагнетит FeO^. (Fe,Сг)₂О₃,
• алюмомагнетит FeO^. (Fe, А1)₂О₃.

Титаномагнетиты могут содержать Ti в кристаллической решетке магнетита (TiO^. Fе₂О₃ — ульвошпинель) или в составе ильменита (FeO^. ТiO₂), с которым совместно кристаллизовался магнетит. Ясно, что механическое разделение Ti от Fe возможно только в ильмените.

Ульвошпинель	Ильменит

В зоне окисления магнетит постепенно превращается в гематит под действием кислорода воздуха. Продукты окисления магнетита в природе называются полумартитами и мартитами.

Хотя в технике монооксид двухвалентного железа (FeO, вюстит) получают в ходе доменного процесса миллионами тонн, в природе он крайне редок (FeO, иоцит). В зоне окисления присутствуют, таким образом, только высшие оксиды железа: магнетит (Fe₃O₄), гематит (Fе₂O₃) и гидрооксиды (Fе₂O₃ • nН₂O).

Чаще всего магнетит образует сплошные зернистые массы черного цвета. Иногда он встречается в виде правильных октаэдрических кристаллов. От похожего хромита отличается черной чертой и сильной магнитностью.

Кристаллы кубической сингонии (структура шпинели). Цвет чёрный. Блеск обычно металлический, но иногда бывает жирно-смоляной или матовый. Непрозрачен. Твёрдость 5,5—6. Плотность 4,9—5,2. Иногда наблюдается несовершенная спайность по (111). Излом раковистый или неровно-ступенчатый. Порошок медленно растворим в HCl. Обладает сильными ферромагнитными свойствами. Может изменять показания компаса. По данному признаку его можно найти: стрелка компаса показывает на магнетит и его залежи. Может истираться в песок, который не теряет магнитных свойств. При поднесении магнита магнетитный песок притягивается к полюсам магнита.

Это важная железная руда (72,4 % железа). Магнетитовые руды — главный тип железных руд, попутно извлекаются также Ti, V. Основной метод обогащения — мокрая магнитная сепарация в слабом поле. Комбинированные схемы обогащения (магнитно-гравитационные, обжигмагнитные, магнитофлотационные и др.) применяются для комплексных, в т.ч. титаномагнетитовых, а также бедных руд.

Изделия из плавленого магнетита используют в качестве электродов для некоторых электрохимических процессов.

Оксиды

Гематит, a- Fе₂O₃. Название связано с красным цветом минерала и его черты («гематикос» — греч. — кровавый). Синоним — красный железняк. В природе и технике существует также тетрагональная разновидность этого оксида — маггемит (оксимагнетит), g-Fе₂O₃.

Встречается в виде сплошных плотных скрытокристаллических масс или в виде полосчатой руды, в которой рудное вещество располагается среди полос кварцевой пустой породы. Кристаллы имеют пластинчатый, ромбоэдрический облик. Цвет вишнево-красный, железо-черный, стально-серый. Черта вишнево-красная. Натечные разновидности с гладкой красной поверхностью называются красной стеклянной головой.

Крупнокристаллическая разновидность темного стального цвета — железный блеск (спекулярит). Под действием горного давления возникают листоватые, чешуйчатые разновидности гематита — железная слюдка, железная сметана. Большая часть добываемой гематитовой руды относится к докембрийским осадочным рудам. Как уже указывалось, на долю гематитовых и мартитовых руд приходится в настоящее время до 90 % мировой выплавки чугуна. В чистом виде содержит до 70 % Fe. Крупнейшее месторождение – Кривой рог, Украина.

Гётит, Fе₃О₄^.Н₂O. Назван в честь немецкого поэта Гёте. Существует ряд бурых железняков, которые отличаются друг от друга количеством гидратной воды: гидрогематит Fe₂O₃.

В этом ряду лишь гётит имеет собственную фиксированную рентгенограмму. Гидрогётит, лимонит, ксантосидерит и лимнит представляют собой твердые растворы воды в гётите; гидрогематит — твердый раствор воды в гематите.

Цвет: жёлтый, охряно-жёлтый, жёлто-бурый, бурый. Блеск: от алмазного до тусклого, в волокнистых разностях — атласный, шелковистый. Полупрозрачен. Цвет черты (цвет в порошке) — от охряно-жёлтого до буро-жёлтого. Твёрдость: 5 — 5,5. Хрупкий. Плотность 4,3. Спайность совершенная по (010), ясная по (100).

Кристаллы игольчатые, пластинчатые, столбчатые; землистые, порошкообразные массы; почковидные радиально-лучистые тонковолокнистые агрегаты( «бурая стеклянная голова»); ноздреватые конкреции, сферолитовые почковидные корки и псевдосталактиты. Под паяльной трубкой плавится с трудом, чернеет и намагничивается (т.к. теряет воду и превращается в магнитный оксид). Растворим в соляной кислоте.

В природе гематит — широко распространённый минерал, нередко образует большие скопления и рудные залежи. Обычен для эффузивных пород, чаще всего встречается в гидротермальных жилах. Встречается как контактово — метаморфический минерал вместе с магнетитом в скарнах. В больших количествах присутствует в докембрийских метаморфизованных полосчатых железных рудах — Кривой Рог (Украина), Курская магнитная аномалия (Россия). В качестве продукта изменения или выветривания образуется в виде вторичной примеси в таких железосодержащих минералах, как магнетит, лимонит, сидерит. В качестве тонкодисперсной примеси рассеян во многих осадочных горных породах, в глинах (является причиной их красной и розово — красной окраски).

Из гематитовых руд выплавляют чугун. Гематит применяется в темперной живописи как минеральный пигмент, в производстве клеёнки, линолеума, красных карандашей, художественных шрифтов, стойких окрашенных эмалей. Как поделочный камень с древнейших времён и поныне используется для изготовления недорогих полированных вставок и мелких резных изделий, как материал в глиптике. Гематит может быть получен искусственно.

Турьит — механическая смесь гидрогематита и гётита. Истинная формула бурого железняка может быть определена прокаливанием его пробы до постоянной массы. Отметим также натечную разновидность бурого железняка — бурую стеклянную голову, а также прозрачную слюдку-лепидокрокит (FеО^.ОН). Подавляющая масса бурого железняка осадочного происхождения имеет оолитовую структуру. Важная железная руда. В чистом виде содержит до 66,1 % Fе.

Красный железняк или гематит	Пизолитовый бурый железняк
Почковидный  бурый железняк	Шлаковидный бурый железняк
Плотный бурый железняк	Жлковатый бурый железняк
Гидрогематит	Рубиновая слюдка
Оолит	Вкрапленый  бурый железняк

Хромит, (FеО^. Сr₂O₃). Синоним: хромистый железняк. Магматический. Разновидности: алюмохромит (FеО^. (Сг, А1)₂O₃, магнохромит (Fе., Мg)O^.Сr₂O₃, хромпикотит (Fе, Мg)O^. (Сг, А1)₂O₃.

В паре со светлым змеевиком Мg6 [Si₄O₁₀](ОН)₃ хромит дает структуры, по виду напоминающие крыло рябчика («хромит — рябчик»). Встречается обычно в виде сплошных зернистых агрегатов или отдельных вкрапленных зерен. От похожего магнетита отличается бурой чертой и отсутствием магнитности. Важнейшая руда на хром. Месторождения: Кемпирсайское (Актюбинская область), Сарановское (Сев. Урал), Зимбабве (Африка).

Ильменит (FeO^. TiO₂). Название от Ильменских гор (Южный Урал). Синоним: титанистый железняк, пикроильменит (Мg, Fе)О^.TiO₂. Облик кристаллов толстотаблитчатый, ромбоэдрический. От похожего темного гематита отличается слабой магнитностью, буро-черной чертой. Магматического: Эксрсунд (Норвегия), Айрон-Маунтин (штат Вайоминг, США), Аккард-Лейк (Квебек, Канада).

Пиролюзит (МnО₃). Название от греч. «пиро» — огонь и «люзис» — уничтожено (добавки пиролюзита уничтожают цветные окраски стекла). Хорошо ограненный пиролюзит называют полианитом. Осадочный. Характерные свойства: мягкий, оолитовый, землистый, черного цвета, пачкает руки. Важнейшая марганцевая руда, широко используемая при выплавке чугуна и стали, ферросплавов. Месторождения: Никопольское (Украина), Чиатурское (Грузия).

Браунит (Мn₂O₃). Название в честь немецкого химика К. Брауна. Разновидности содержат до 8 % SiO₂ в виде механической тонкораспыленной примеси и до 10 % Fе, входящего в кристаллическую решетку минерала (Мn, Fе)₂O₃. Чаще всего наблюдается в виде склеенных зернистых агрегатов. Заметная спайность. От похожего пиролюзита отличается буроватым цветом черты, повышенной твердостью.

Эффрузивные породы	Фильтрация подземных вод

Корунд (А₁₂O₃). Название имеет индийское происхождение. Обычно в бочковидных, столбчатых, пирамpидальных кристаллах синеватого, желто-серого, красноватого цвета. Прозрачные кристаллы корунда окрашены в различные цвета и являются драгоценными его разновидностями: лейкосапфир (бесцветный), рубин (красный), сапфир (синий), восточный топаз (желтый), восточный изумруд (зеленый) и восточный аметист (фиолетовый).

Все перечисленные разновидности корунда имеют твердость 9, уступая лишь алмазу. В связи с этим восточные топаз, аметист и изумруд ценятся выше, чем обычные топаз (тв. 8), аметист (тв. 7) и изумруд (тв. 7,5 — 8).

Легко определяется по цвету, форме кристаллов и высокой твердости. Широко используется в абразивной промышленности, где из корундового порошка изготавливают точильные круги, шлифовальные порошки.

Различные виды корунда: Кристаллы корунда в полевошпатовой породе Мелкозернистый розовый корунд с зелёной слюдой Кристалл корунда Галька синего корунда (сапфира) Пластинчатый корунд Кристалл светлого корунда Алмазный шпат Кристалл жёлтого сапфира Красные корунды Кристаллы синего сапфира Кристалл синевато-бурого корунда Галька рубина Кристалл звёздчатого сапфира Синий звёздчатый сапфир Плотнозернистый голубой корунд Кристалл рубина Огранённые разноцветные сапфиры Разноцветные звёздчатые сапфиры Огранённые рубины

Гидрооксиды алюминия гиббсит Аl(ОН)₃, гидрагиллит Аl(OН)₃, бёмит (АlO^. ОН) и диаспор (АlO^. ОН) составляют основу боксита — ценного сырья, используемого для выплавки алюминия — или при производстве огнеупоров. Боксит кирпично-красного или красно-бурого цвета отличается от похожего бурого железняка красной чертой, а от красных глин тем, что не образует с водой пластичной массы. Месторождения боксита: Красная Шапочка, Североуральск, Ивдельск, Алапаевка (все на Урале),

Кварц (SiO₂). Название от нем. «куерэрц» — поперечная руда (имеются в виду кварцевые жилы, располагающиеся обычно по трещинам поперек направления пластов горных пород). Кристаллы кварца имеют облик псевдогексагональных призм и дипирамид с характерной поперечной штриховкой граней призм. Земная кора содержит до 13 % (по массе) кварца, который является самым распространенным минералом на земле. Происхождение магматическое и гидротермальное. Легко узнается по форме кристаллов, раковистому излому и отсутствию спайности, высокой твердости.

Разновидности кварца: прозрачный бесцветный — горный хрусталь, прозрачные: желтый — цитрин, фиолетовый — аметист, дымчатый — раухтопаз (дымчатый кварц). Черный непрозрачный — морион.

Скрытокристаллическая непрозрачная разновидность (SiO₂) с матовой поверхностью и восковым блеском называется халцедоном. Обычно белого цвета, натечный, аморфный, твердость 7, непрозрачный, спайность отсутствует. Разновидности, сердолик (красный), сардер (буро-коричневый), сапфирин (молочно-синий), плазма и хризопраз (зеленые), гелиотроп (зеленый с красными пятнами). Обычно халцедон имеет зональное строение; при этом пористость зон различна. При прохождении природных или технических водных растворов по порам происходит окрашивание этих зон. Так получается агат, т.е. зонально окрашенный халцедон.

Халцедон

Твердый аморфный гидрогель кварца (SiO₂^. Н₂О) называется опалом. Его прозрачные разновидности драгоценны. Опал распознается по эмалевидному излому, высокой твердости.

Опал

Драгоценные разновидности кварца, халцедона, — агаты и опалы широко используются в ювелирном деле. Кварц используется также в промышленности: в оптике, для изготовления пьезокварцевых пластинок для звукоснимателей, в точной механике для изготовления опорных подшипников и подпятников, для изготовления химической посуды, а также в огнеупорном и стекольном производстве.

Агат

диаспор

3