Химический состав минералов. Изоморфизм, его виды и формы
Наиболее широко используется классификация по химическому составу и кристаллической структуре. Вещества одного химического типа часто имеют близкую структуру, поэтому минералы сначала делятся на классы по химическому составу, а затем на подклассы по структурным признакам.
Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все их на классы и выглядит следующим образом:
I. Самородные элементы.
Это минералы, состоящие из одного элемента. Хотя они встречаются редко и составляют всего 0,1% от веса земной коры, их значение для человека велико. Достаточно перечислить представителей этой группы:
Алмаз С, Графит С, сера S, золото Аu, серебро Аg, медь Сu.
Происхождение почти всех самородных элементов эндогенное, чаще всего гидротермальное. Исключением является сера, которая может иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. Отдельно рассматривается самородный углерод, образующий две базовых полиморфных модификации: алмаз и графит. Алмаз образуется в результате магматических процессов; чаще всего он встречается в кимберлитах.
Графит формируется из богатых органическим веществом осадочных пород в результате процессов метаморфизма.
II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения.
1. Класс Сульфиды и им подобные соединения.
2. Класс Сульфосоли.
К рассматриваемому разделу относятся сернистые, селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов. К ним принадлежит весьма значительное количество важных в промышленном отношении минералов, играющих существенную роль в составе многочисленных месторождений металлических полезных ископаемых.
|
|
|
Наибольшее число минералов представлено сернистыми соединениями (сульфидами, сульфосолями). Все они, за исключением сероводорода, в природе распространены в твердом состоянии.
III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды).
1. Класс Фториды.
2. Класс Хлориды, бромиды и иодиды.
С химической точки зрения, относящиеся сюда минералы, представлены солями кислот: HF, HCl, НВr и HJ; соответственно этому среди этих минералов различают фториды, хлориды, бромиды и иодиды.
IV. Раздел Оксиды и гидроксиды.
1. Класс Оксиды.
2. Класс Гидроксиды.
К этому классу относятся минералы, представляющие собой соединения различных элементов с кислородом, а в гидроксидах присутствует также и вода. По количеству входящих в него минералов он стоит на одном из первых мест, на его долю приходится около 17% массы всей земной коры (из них на долю оксидов кремния – около 12,5 % и оксидов железа – 3,9%). Минералы этого класса образуются как в эндогенных, так и в экзогенных условиях.
Блеск стеклянный, в изломе жирноватый. Твердый. Бесцветный, белый, сероватый, дымчатый черный, розовый, фиолетовый, зеленый. Черты не дает. Спайность отсутствует. Излом неровный. Сплошной плотный, рыхлый (кварцевый песок); кроме того вкрапления, отдельные кристаллы или друзы. Кристаллы имеют форму шестигранной призмы, увенчанной пирамидой. Грани кристаллов покрыты поперечной штриховкой. Сингония тригональная. Кристаллы наросшие или вросшие. В Казахстане найден кристалл горного хрусталя величиной с двухэтажный дом, его вес 70 т.
|
|
|
В районах распространения песков (в пустынях) встречаются кристаллы и друзы гипса (псевдоморфозы кварца по гипсу), пронизанные зернами песка, что сообщает этим образованиям большую твердость, не присущую гипсу.
V. Раздел Кислородные соли (окси соли).
1. Класс Нитраты.
2. Класс Карбонаты.
3. Класс Сульфаты.
4. Класс Хроматы.
5. Класс Вольфрама.
6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты.
7. Класс Бораты.
8. Класс Силикаты.
А. Островные силикаты.
Б. Цепочечные силикаты.
В. Ленточные силикаты.
Г. Слоистые силикаты.
Д. Каркасные силикаты.
Среди солей, прежде всего, различают соли безводные и водные (т. Е. содержащие в своем составе молекулы Н2O).
|
|
|
VI. Раздел Органические соединения.
В систематике минералов класс Органические минералы стоит как бы особняком от других, поскольку входящие в него продукты хоть и являются природными химическими веществами с достаточно определённым постоянным составом и свойствами, но лишены кристаллической структуры.
Они не могут быть охарактеризованы с кристаллохимической точки зрения, но традиционно относятся к минералам, имея с ними гораздо больше черт родства, чем различий. Заметим, однако, что такова не вся природная органика, и отнесение в этот раздел каждого конкретного природного органического товара требует вдумчивого и ответственного подхода.
Изоморфизм - изменение химического состава минерала при сохранении его кристаллической структуры. Вариации состава являются в данном случае результатом замещения в данной структуре одного иона или ионной группировки на другой ион или группу ионов. Необходимым условием таких замещений является близость химических свойств и размеров замещающих друг друга атомов.
Существует несколько видов изоморфизма:
1. Изовалентный - замещающие друг друга атомы имеют одинаковую валентность. В качестве примера таких замещений можно привести замещение Мg+2 на Fe+2 в оливине.
|
|
|
2. Гетеровалентный изоморфизм более сложен. Одним из важнейших условий его появления является требование сохранения электронейтральности структуры. Это требование может быть выполнено в результате парного замещения, когда, в одном соединении один из ионов (например, Ca2+) замещается на ион с меньшей валентностью (такой как Na1+) и, в то же время, другой ион (например Al3+) замещается на ион с большей валентностью (такой как Si4+). Суммарный заряд сохраняется при этом сохраняется. Такой тип замещений известен в ряду плагиоклазов.
Образующиеся в результате изоморфизма химические соединения переменного состава принято называть твердыми растворами. В зависимости от механизма образования выделяют твердые растворы замещения, внедрения и вычитания.
Твердые растворы замещения образуются, когда один сорт атомов или ионов замещается на другой незакономерно (беспорядочно) размещаясь в одной и той же атомной позиции в кристаллической структуре.
Твердые растворы внедрения образуются в результате замещений, когда в структуре минерала имеются значительные пустоты.
Твердые растворы вычитания известны для дефектных структур, в которых отдельные структурные позиции заняты не полностью. Появление вакансий связано, как правило, с присутствием ионов переменной валентности (Fe, Mn).
Ионы различных элементов могут замещать друг друга в различных пределах. В соответствии с этим изоморфные замещения разделяют по степени, с которой они могут проявиться, на полные и ограниченные.
Полный изоморфизм наблюдается в тех случаях, когда известны все промежуточные составы между конечными членами изоморфных рядов и серий твердых растворов. Такими являются ряды составов оливина и плагиоклазов.
Ограниченный изоморфизм распространен более широко. Он выражается в значительных колебаниях состава многих минералов, обусловленных вхождением изоморфных ионов-примесей в данную кристаллическую структуру в определенных пределах. Примером является сфалерит, а также ряд пироксенов и щелочных полевых шпатов).
Несколько главных факторов влияют на степень, с которой могут проявляться изоморфные замещения.
Наиболее важны сходство химических свойств и размеров ионов. Ионы двух элементов могут легко замещать друг друга, если их химические свойства близки, а ионные радиусы отличаются менее чем на 15%.
Весьма важным фактором, определяющим пределы вхождения изоморфных примесей, является температура. Чем выше температура, тем больше степень теплового беспорядка и тем менее строги пространственные ограничения структуры.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 916; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!