Минералогия с основами кристаллографии и петрографии (стр. 6 )

Рис. 14a.  Кристаллы касситерита из пегматитовых и пневматолитовых месторождений

Внешний облик ограненных минералов или их габитус определяется преобладанием граней тех или иных простых форм. Может быть октаэдрический габитус (алмаз, магнетит), кубический габитус (флюорит, пирит, галит), призматический габитус (берилл, диопсид), дипирамидальный габитус (циркон ) и др.

Морфология минералов во многом определяется особенностями их кристаллической структуры. Так, минералы цепочечной и ленточной структур чаще встречаются в виде удлиненных, а со слоистой структурой - в виде уплощенных индивидов. Минералы с плотнейшей кубической упаковкой атомов обычно изометричны, а с гексагональной - уплощены или удлиненны. Габитус минералов зависит от условий их образования. Так, кварц магматического генезиса имеет изометрический облик; напротив, кварц низкотемпературного генезиса имеет удлиненный (призматический) габитус. Еще одним примером может быть минерал касситерит: коротко призматический или дипирамидальный касситерит характерен для пегматитовых и пневматолитовых процессов, а удлиненно-призматические кристаллы - для гидротермальных процессов (рис. 14).

Рис. 14б.  Кристаллы касситерита из гидротермальных месторождений

Обычно минералы находятся в природе в незакономерных мономинеральных или полиминеральных срастаниях т. е. агрегатах. Наиболее распространены многочисленные зернистые агрегаты. Зернистые агрегаты различны по величине зерна (крупнозернистые - несколько см., среднезернистые несколько мм., мелкозернистые - доли мм., тонкозернистые - до 10-5 м, скрытокристаллические < 10-6 м.

Выделяют также равномернозернистые и неравномернозернистые агрегаты. Для порошковатых, рыхлых, глинистых минералов характерны землистые агрегаты. Различают также шестоватые, волокнистые, пластинчатые, чешуйчатые и другие агрегаты. Из прочих форм выделения минералов в природе можно отметить друзы, конкрекции, секреции, дендриты, оолиты, натеки и почковидные агрегаты, налеты, выцветы, корочки.

Встречаются в природе минералы, которые имеют несвойственную им форму. Подобные образования называются псевдоморфозами ("псевда" - чужой, "морфос" - форма). В природе довольно часто встречаются псевдоморфозы лимонита по пириту - гидроксиды железа замещают и заполняют кубики пирита, который разрушается в зоне окисления сульфидных месторождений.

Контрольные вопросы

 Какой облик могут иметь минералы?

 Что такое минеральный агрегат?

 Какие вы знаете минеральные агрегаты?

 Что такое габитус кристаллов?

 Связана ли морфология минералов с особенностями их кристаллической структуры? Примеры.

 Зависит ли габитус кристаллов от условий образования? Примеры.

 Какие формы выделения минералов в природе вы знаете?

 Что такое псевдоморфоза?

2.4. ОСНОВЫ МИНЕРАЛОГИЧЕСКОЙ СИСТЕМАТИКИ.

В настоящее время в минералогии принята кристаллохимическая классификация минералов. Крупнейшей систематической единицей является ТИП, который объединяет минералы с близким характером химических соединений, родственным типом химической связи. Всего в царстве минералов выделяют 5 типов:

·  простые вещества

·  сульфиды и их аналоги

·  оксиды и гидроксиды

·  соли кислородных кислот

·  галогениды

Типы делятся на классы, объединяющие минералы с более близкими химическими свойствами и типом связи. Тип простых веществ делится на металлы и неметаллы; тип сульфидов на собственно сульфиды, теллуриды и арсениды. Наибольшее число классов выделяется в типе солей кислородных кислот. Классифицировать минералы этого типа наиболее удобно по комплексным анионам - выделяются классы силикатов, боратов, карбонатов, сульфатов и другие. Более дробную классификацию внутри класса рационально проводить по структурным мотивам, как это принято для силикатов.

2.5. СИЛИКАТЫ

Силикаты и алюмосиликаты представляют обширную группу минералов. Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространенности на долю силикатов приходится более 75% от всех минералов литосферы. Это объясняется тем, что силикаты и алюмосиликаты являются важнейшими породообразующими минералами, из которых сложена основная масса горных пород (полевые шпаты, слюды, оливин, пироксены, амфиболы и другие). Самыми распространенными в природе являются полевые шпаты.

Для силикатов характерен сложный, часто переменный химический состав и широкие проявления изоморфных замещений одних элементов и комплексов элементов другими. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются O, Si, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Ti, Zr, редкие земли. Роль дополнительных анионов играют (ОН), F, Cl. Кроме того в состав некоторых минералов класса силикатов входят кристаллизационная, цеолитная, межслоевая и адсорбционная вода.

Халькофильные элементы (Cu, Zn. Pb) для силикатов не характерны. Лишь в особых физико-химических условиях типа зоны окисления сульфидных месторождений некоторые из них образуют самостоятельные силикаты. Широкие проявления изовалентных изоморфных замещений можно проиллюстрировать следующими примерами: Mg2+=Fe2+(оливин); Al3+= Fe3+ (гранат); Са2+=Mn2+(волластонит); (ОН)-=F- (топаз, слюда).

Гетеровалентный изоморфизм характерен для плагиоклазов: Na+ +Si4+ = Са2+ + Al3+ (альбит = анортит).

Важнейшей кристаллохимической особенностью силикатов является тетраэдрическая координация Si и способность кремнекислородных тетраэдров конденсироваться в более сложные конечные и бесконечные радикалы. Таким образом, в основе структуры всех силикатов находится кремнекислородный тетраэдр в виде комплексного аниона [SiO4]4-. В пределах анионного радикала [SiO4]4- преобладают ковалентные связи. Между катионами и анионным радикалом связь существенно ионная. В минералах, содержащих (ОН)- или Н2О имеется также компонента водородной связи.

В зависимости от того, как сочетаются между собой кремнекислородные тетраэдры, различают следующие структурные типы силикатов и алюмосиликатов (рис. 15.):

 Островные силикаты с изолированными тетраэдрами и изолированными группами тетраэдров. Здесь можно выделить:
  а) силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами (рис. 15а). Между собой тетраэдры непосредственно не связаны,   связь происходит через катионы;
  б) силикаты со сдвоенными тетраэдрами (рис.15б) отличаются обособленными парами кремнекислородных тетраэдров [Si2O7]6-.   Один атом кислорода у них общий, а остальные связаны только с катионами. Сюда же можно отнести силикаты со структурами   "смешанного" типа [SiO4]4-+[Si2O7]6-;
  в) кольцевые силикаты (рис.15в, г) характеризуются обособлением трех, четырех, шести групп кремнекислородных тетраэдров,   образующих   кроме простых колец, также и более сложные. Радикалы их [Si3O9]6-, [Si4O12]8-, [Si6O18]12-.

 Силикаты с непрерывными цепочками из кремнекислородных тетраэдров (рис.15 д, е). Это цепочечные силикаты, так как кремнекислородные тетраэдры [SiO4]4- сочленяются в виде непрерывных обособленных цепочек. Радикалы их [Si2O6]4-, [Si3O9]6- и другие.

 Силикаты с непрерывными обособленными лентами из кремнекислородных тетраэдров (рис. 15 ж). Они имеют вид сдвоенных цепочек или лент, поэтому их называют ленточными силикатами. Радикал ленточных силикатов - [Si4O11]6-.

 Силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров или слоистые силикаты (или листовые силикаты) (рис.15з). Радикалы такой структуры [Si4O10]4- или [(Al, Si)4О10]4-, в которых тетраэдры cвязаны тремя общими вершинами. Слои кремнекислородных тетраэдров обособлены друг от друга.

 Алюмосиликаты с непрерывным трехмерным каркасом из алюмокислородных и кремнекислородных тетраэдров или каркасные силикаты (рис.15и). В этом случае все кислороды у тетраэдров являются общими. Естественно, что такой каркас, состоящий только из кремнекислородных тетраэдров, будет нейтрален, то есть все валентности кислорода будут использованы на связь с кремнием. Радикал такого каркаса будет [SiO2]0. Именно такой каркас отвечает структуре кварца. На этом основании кварц можно относить не к оксидам, а к каркасным силикатам.

Разнообразие алюмосиликатов каркасной структуры объясняется тем, что, наряду с кремнекислородными тетраэдрами, в них присутствуют алюмокислородные тетраэдры. Появляющийся в этом случае избыточный отрицательный заряд компенсируется крупными катионами (например Na или K), располагающимися в пустотах каркаса. Радикал каркасных алюмосиликатов будет в общем виде таким [AlmSinO2(m+n)]m-. Замещение кремния на алюминий возможно также и в силикатах других структур. Многие алюмосиликаты имеют слоистую структуру.

Внутренняя структура и химический состав силикатов отражаются на морфологии минеральных агрегатов и физических свойствах минералов. Островные силикаты и каркасные алюмосиликаты характеризуются изометричными зернами и кристаллами кубической и ромбической сингоний. Кольцевые и ленточные силикаты выделяются в виде удлиненных и тонковолокнистых кристаллов. Слоистые или листовые минералы образуют уплощенные зерна и кристаллы.

Большинство силикатов бесцветные, белые, серые, желтоватые или зеленоватые. Носителями окраски в силикатах являются соответствующие ионы-хромофоры: зеленой - Fe2+; бурой - Fe3+ или Ti4+ ; красной - Fe3+, Cr3+: синей - Fe2+ и Fe3+ ; розовой - Mn2+. Яркую окраску имеют силикаты меди - зеленую или голубую. У некоторых силикатов окраска связана с наличием дефектов структуры (гранаты) или с наличием электронно-дырочных центров в структуре (берилл).

Островные силикаты, имеющие структуру, близкую к плотнейшей упаковке, отличаются наибольшей плотностью и высокой твердостью. Напротив, каркасные алюмосиликаты имеют наименьшую плотность и более низкую твердость. Минимальной твердостью обладают силикаты со слоистой структурой. Твердость закономерно уменьшается от алюмосиликатов с ионным типом связи (слюды) к силикатам с ван-дер-ваальсовой связью (хлориты, тальк, глинистые минералы). Для слоистых силикатов часто характерна весьма совершенная спайность. Это связано с тем, что межатомные связи в пределах слоя кремнекислородных тетраэдров очень прочные, а между слоями - гораздо слабее. Поэтому разрушить эти минералы легче всего вдоль слоя, что и обусловливает характерную для них весьма совершенную спайность.