Характеристика кольцевых силикатов.
Кольцевые силикаты
В основе строения минералов этой подгруппы шесть (значительно реже три или четыере) кремнекислородных тетраэдров, соединенных в кольцо Si6О1812- (рис. 3).
• бepилл Be3Al2Si6O18
• тypмaлин NaFe3Al6(OH)4(BO3)3Si6O18
Зeлeнaя paзнoвиднocть бepиллa нaзывaeтcя изyмpyд.
Характеристика ленточных и цепочечных силикатов.
Цепочечные силикаты
У минералов этого класса кремнекислородные тетраэдры соединены в бесконечные цепочки, в формуле обозначаемые как Si2О64- (рис. 4а). В классе выделяют одну группу пироксены, образующую два изоморфных ряда: ромбических (бескальциевых) и моноклинных (кальцийсодержащих) пироксены.
Бескальциевые пироксены образуют изоморфный ряд от ферросилита (Fе2Si2О6) до энстатита (Мg2Si2О6).
Обычно в изоморфном ряду выделяется следующие индивидуальные минералы: энстатит (содержание Fe от суммы магния и железа 0-12%), бронзит (Fe 12-30%), гиперстен (Fe 30-50%), феррогиперстен (Fe 50-70%), эулит (Fe 70-88%) и ферросилит (Fe 88-100%). Ферросилит встречается в природе редко, остальные же минералы этого ряда распространены широко, входя в состав основных и ультраосновных пород.
Кальцийсодержащие пироксены образуют изоморфный ряд от геденбергита (СаFеSi2О6) до диопсида (СаМgSi2О6). Один из самых распространённых промежуточных членов этого ряда алюмосодержащий пироксен авгит, являющийся основным компонентом таких магматических пород, как базальт и габбро, имеющий формулу (Са,Na)(Мg,Fе,Аl)(Si,Аl)2О6. В этом минерале осуществляется как изоморфное замещение магния на железо и алюминий в катионной группе, так и замещение кремния на алюминий в тетраэдрах.
|
|
|
Ленточные силикаты
В ленточных силикатах бесконечные цепочки тетраэдров соединены попарно, что отражается в формуле как блок Si4О116- (рис. 4б). В некоторых пособиях они объединяются в один класс с цепочечными силикатами. Большинство ленточных силикатов (амфиболов) относится к группе роговой обманки. К ней относится ряд важнейших породообразующих минералов, имеющих переменный химический состав.
B oбoбщeннoм видe фopмyлa poгoвoй oбмaнки зaпиcывaeтcя в видe: (Ca,Na)2(Mg,Fe)4(Al,Fe)(OH)2((Al,Si)4O11)2.
Кроме собственно роговой обманки, у амфиболов выделяется изоморфный ряд тремолита (Ca2Mg5(Si4O11)2(OH)2) актинолита (Ca2Fe5(Si4O11)2(OH)2) и группа щелочных амфиболов (с повышенным содержанием натрия). Нетрудно заметить, что формулы актинолита и тремолита являются частными случаями
формулы роговой обманки, поэтому этот изоморфный ряд многие исследователи тоже включают в группу роговой обманки.
Характеристика слоевых силикатов.
Слоистые силикаты|
В слоистых силикитах кремнекислородные тетраэдры образуют бесконечные слои, обозначаемые как Si4О104-. Это определяет макроскопический облик слоистых силикатов: они обычно имеют пластинчатое или чешуйчатое строение. Этот подкласс силикатов имеет важное значение для свойств почв, поскольку эти минералы легко дробятся до микроскопического размера и их общая удельная поверхность в почве велика. Другое название слоистых силикатов глинистые минералы. Характерной особенностью слоистых силикатов является сочетание слоёв, составленных кремнекислородными тетраэдрами с бесконечными же слоями, состоящими из октаэдров, в центре которых находится алюминий, магний или железо, а в вершинах – гидроксильные группы.
|
|
|
Строго говоря, наличие октаэдрических структур характерно не только для слоистых силикатов: у амфиболов подобные октаэдры с алюминием, магнием и железом в центре образуют цепочку, параллельную кремнекислородной ленте.
Простейшая для слоистых силикатов структура отмечается у для каолинита Аl4(ОН)8(Si4О10) и его магнезиального аналога серпентина (змеевика) Мg6(ОН)8(Si4О10) (рис. 6). На один тетраэдрический слой приходится один октаэдрический; в этом случае говорят о структуре 1:1. В случае каолинита и серпентина заряд тетраэдров полностью компенсируется зарядом октаэдров. Изоморфного ряда серпентин и каолинит не образуют; у серепентина отмечается изоморфное замещение магния железом.
|
|
|
У серпентина выделяются массивная (лизардит), листоватая (антигорит) и волокнистая (хризотил, серпентин-асбест) формы. Кроме того, встречается серпентин с высоким содержанием никеля (гарниерит).
У слоистых силикатов, содержащих в октаэдрических позициях двухвалентные катионы (Mg2+, Fe2+), все октаэдрические позиции, а у содержащих трёхвалентные катионы (Al3+, Fe3+) только две из трёх, а каждый третий октаэдр пустой. Поэтому минералы с железисто-магнезиальным октаэдрическим слоем называют триоктаэдрическими (три из трёх октаэдров заполнены), а с алюминиевым диоктаэдрическими (два из трёх октаэдров заполнены).
Более сложное строение имеют минералы со структурой 2:1. Это строение удобно рассмотреть на примере минералов пирофиллита (Al2(ОН)2(Si4O10) и талька (Мg3(ОН)2(Si4O10) (рис. 7). Такое же строение имеют слюды:
Слюды отличаются от пирофиллита и талька тем, что в их тетраэдрах часть четырёхвалентного кремния замещена на трёхвалентный алюминий. В результате на слое образуется отрицательный заряд, который компенсируется калием, закреплённым между слоями слюды. Поскольку калий имеет высокую поляризующую способность, слои слюды скреплены достаточно прочно. Также к слоистым силикатам со структурой 2:1 относятся минералы группы гидрослюд (сходны со слюдами, но калий замещён на ион H3O+), вepмикyлитов ((Mg,Ca)(Mg,Fe,Al)6(Al,Si)8O20•8H2O) и смектитов ((Mg3,Al2)(Si4O10)(OH)2•nH2O). Отличие минералов этих групп от слюд заключается в том, что у них кремний в меньшей степени замещён на алюминий в тетраэдрических позициях, и заряд на слое также меньше: уменьшение заряда на слое идёт в ряду слюды гидрослюды вермикулиты смектиты. Уже гидрослюды не способны удерживать калий между слоями и гораздо менее прочны, чем слюды. У вермикулитов связь между слоями ещё более ослабевает, и межплоскостное расстояние равно не 1,0 нм, как у слюд и гидрослюд, а 1,4 нм; при нагревании вермикулиты сжимаются до 1,0 нм. В смектитах связь между слоями ещё слабее: при нагревании они сжимаются с 1,4 до 1,0 нм, а при насыщении водой или внедрении органических молекул межплоскостное расстояние увеличивается до 1,8 нм.
|
|
|
Каждая из перечисленных групп включает множество индивидуальных минералов благодаря значительному изоморфному замещению в октаэдрических позициях. Например, в группе смектитов выделяется монтмориллонит (содержащий преимущественно алюминий и магний), бейделлит (содержащий преимущественно алюминий), нонтронит (содержащий Fe3+) и сапонит (содержащий Fe2+).
Рacпpocтpaнeнной группой минepaлoв экзoгeннoгo и мeтoмopфичecкoгo пpoиcxoждeния являютcя xлopиты, пoлyчивший cвoe нaзвaниe зa зeлeнyю oкpacкy. Они имеют структуру 2:2, то есть в них присутствует дополнительный слой октаэдров. Благодаря сильно развитому изоморфному замещению в тетраэдрах и октаэдрах эта группа крайне разнообразна по химическому составу: в ней выделяется около двух десятков индивидуальных минералов.
К слоистым силикатам относят обычно и аморфные минералы аллофан и имоголит, имеющие условную формулу nSiO2•mAl2O3•kH2O. Аллофан имеет форму крохотных (размером около 5 нм) шариков, а имоголит волокон длиной до 100 нм. Строго говоря, эти минералы должны выделяться в отдельный класс, поскольку не имеют кристаллической структуры, как слоистые силикаты, однако близки к ним по химическому составу и некоторым структурным особенностям. Аллофан полностью аморфен, а имоголит имеет зачатки структуры, напоминающей структуру каолинита. Впервые они были обнаружены как продукт изменения вулканических пеплов. В настоящее время установлено, что эти минералы присутствуют во многих почвах, в частности, в подзолах.
Слоистые силикаты практически всегда присутствуют в почвах в значительных количествах и во многом определяют их химические свойства, прежде всего за счёт способности обменно поглощать катионы. Также некоторые слоистые силикаты определяют и физические свойства почв. Например, высокое содержание смектитов приводит к формированию слитых почв, разбухающих при намачивании и цементирующихся с образованием широких трещин при высыхании. Подобные свойства делают затруднительной их обработку и не позволяют проведение строительных работ на этих почвах. Высокое содержание аллофанов в вулканических почвах приводит к тому, что у них аномально высока водоудерживающая способность.
Слоистые силикаты широко используются человеком. Каолинит важнейшее сырьё для изготовления фарфора и керамики, а также наполнитель при производстве бумаги. Серпентин используется для изготовления асбеста. Тальк и пирофиллит используются в виде порошков, в том числе служащих основой для активных веществ, в качестве наполнителей красок, бумаги и резины, а также для изготовления электрической изоляции и кислотоупорных покрытий. Слюды используются в качестве изоляционного материала, а также наполнителя и напылителя. Смектиты используются как наполнители различных материалов для придания последним пластичности, а также как сорбенты (например, в медицине).
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 629; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!