3.3 Тип оксидів і гідрооксидів

Клас мінералів представлений хімічними сполуками різних хімічних елементів з киснем, що нараховує близько 300 мінеральних видів. Найбільше розповсюджені природні оксиди Si, Fe, Mn, Al, меншою мірою Cu, U. Більшість природних оксидів – сполуки з іонним зв’язком, однак мінерали кремнезему характеризуються ковалентним зв’язком аналогічно іншим природним оксидам інших неметалів (As, Se, Te) та халькофільних елементів (Cu, Pb, Zn, Sn, Hg, Cd, In, Bi, Sb). Традиційно в класі природні оксиди об’єднані з гідроксидами і оксигідратами сполук, що містять одночасно O^2– та OH^–.

Природні оксиди поділяються на прості і складні, а також на групи за катіонним складом. До простих належать мінерали, які містять один кристалічний сорт катіонів., тобто сполуки типу RO, R₂O₃, RO₂, включаючи ізоморфні суміші з такими типовими формулами , , і т.д. Крім того, простими природними оксидами вважаються мінерали із вказаними формулами, що мають у своїх кристалічних решітках крупні порожнини, в яких можуть розміщатися інші катіони, що входять в них у порядку іонного обміну, тобто сполуки включення. Переважно це природні оксиди з цеолітовою водою або оксигідрати. Найбільш розповсюдженими серед простих оксидів є кварц, корунд, гематит, рутил, каситерит, піролюзит, ураніт, бадделеїт. До складних оксидів належать мінерали з двома або більше кристалохімічними сортами катіонів з типовими формулами ABO₃, AB₂O₄, AB₂O₆, ABB₂O₆ і т.д. Найбільш розповсюдженими серед складних оксидів є магнетит, ільменіт, вольфраміт, лопарит та ін.

Кристалічні структури більшості природних оксидів будуються за принципом заповнення катіонами порожнин в щільній упаковці з аніонів O^2–.

Природні оксиди перехідних елементів переважно безколірні і прозорі, з скляним блиском. Природні оксиди неперехідних елементів забарвлені в темні тони і часто мають металевий і напівметалевий блиск. Густина природних оксидів нижча, ніж у сульфідів, а твердість – вища.

Утворення природних оксидів пов’язане з різними геологічними процесами – ендогенними, екзогенними, метаморфічними.

Важливе практичне значення природних оксидів визначається тим, що до них належать такі важливі рудні мінерали, як магнетит, гематит, піролюзит, каситерит, ільменіт, рутил, лопарит та інші мінерали, а також кварц, корунд, рубін, сапфір, ювелірні різновидності хризоберилу.

Магнетит – Fe²⁺Fe₂³⁺O₄ – мінерал підкласу складних оксидів. Склад і властивості змінні і залежать від умов утворення. Типоморфні елементи-домішки різних формацій: Ti, Mg, Al, Cr, Ni, Co, Mn, Ge. Багато з цих елементів входять до складу мікровключень в магнетиті – продуктів розпаду твердого розчину. Кристалізується в кубічній сингонії. Форми виділення дрібнозернисті суцільні маси, дрібна вкрапленість, кристали октаедричні, рідше ромбододекаедричні, дуже рідко кубічного обліку. Зустрічаються сфероліти діаметром до 10 см, дендрити довжиною до 10 см, волокнисті та сажисті виділення, ниркоподібні агрегати, ооліти. Відомі псевдоморфози магнетиту по гематиту, перескиту та ін.

Колір жовтувато-чорний, блиск металевий. Спайність відсутня; іноді окремості по октаедру. Твердість 5,5-6. Густина 5200 кг/м³. Сильно магнітний.

Корунд – Al₂O₃ – мінерал класу оксидів. Кристалічна структура координаційна, основний мотив субшаровий. Кристали тригональної сингонії, бочкоподібні, стовпчасті, рідше біпірамідальні, таблитчасті. Подовжені кристали типоморфні для порід, бідних кремнеземом, пластинчасті – для кислих метасоматичних і метаморфічних порід. Власне корунд складає також щільні дрібнозернисті маси.

Забарвлення звичайного корунду синьо-сіре, жовте. Красиві кольорові прозорі різновидності корунду рубін та сапфір. Забарвлення часто розподіляється нерівномірно. Характерний плеохроїзм. Блиск алмазний до скляного. Твердість 9. Густина 4000 кг/м³.

Кварц – SiO₂ – головний мінерал сімейства кремнезему. Широко розповсюджений в літосфері. Містить в невеликих кількостях домішки Al, Fe, Ca, Mg, Ti, Na, K, Li, OH тощо. Встановлено 12 поліморфних модифікацій кристалічного SiO₂, з них основні -К, -К, ₂-К. Всі вони стійкі при нормальному тиску, утворення їх визначається температурою середовища. При тиску вищому 2 ГПа утворюється моноклінальний коесит, а вище 10 ГПа – найбільш щільна модифікація кварцу гексагональний стишовіт. Кристалічна структура -К і -К представлена каркасом з пов’язаних вершинами [SiO₄]-тетраедрів, спірально закручених вздовж трійних осей симетрії, в результаті чого розрізняються праві та ліві енантіоморфні форми.

Кварц виділяється у вигляді окремих зерен, добре огранених призматичних, рідко ромбоедричних кристалів, зернистих і шостоватих агрегатів, зливних мікроволокнистих і сферолітових мас (халцедон). Характерні орієнтовані зростки кварцу з польовими шпатами (графічний пегматит), рутилом, кальцитом тощо. Твердість 7. Густина 2650 кг/м³, іноді недосконала спайність по ромбоедру, призмі, пінакоїду. Злам раковистий. Переважають п’єзоелектричні властивості. Легко розчиняється у HF, при підвищених температурах і тисках розчиняється у водних лужних і бікарбонатних розчинах.

Рутил – TiO₂ – мінерал класу оксидів, найбільш розповсюджена поліморфна модифікація TiO₂. Ізоморфні домішки Cr, Nb, Ta, U, Sn. Різновидності рутилу стюверит – містить домішки Ta₂O₅ (до 47%); ільмено-рутил – Nb₂O₅ (до 42%); нігрин (залізистий рутил). Сингонія тетрагональна. Кристалічна структура рутилу утворена стрічками TiO₆-октаедрів, витягнутими вздовж четвертої осі. Кристали призматичні, стовпчасті до голчастих. Грані призми покриті вертикальною штриховкою. Переважно двійники колінчасті, серцевидні. Утворюють також епітаксичні зростання з магнетитом, гематитом, ільменітом, голчастими і витягнутими зростками в кварці (“стріли Амура”, “волосся Венери”), гранаті. Орієнтовані за кристалографічними напрямами вростки рутилу в сапфірі, рубіні, шпінелі та інших зумовлюють астеризм в цих мінералах. Зустрічаються також у вигляді дрібно- і крупнозернистих суцільних мас. Тонкозернистий агрегат рутилу входить до складу псевдоморфоз по мінералах Ti (лейкоксен).

Забарвлення червоно-буре, темно-буре, жовтувате, синювате, чорне, рідко зелене. Твердість 5,5. Густина 4200 кг/м³. Крихкий. Широко розповсюджений акцесорний мінерал інтрузивних і метаморфічних порід, характерний мінерал альпійських жил. Часто зустрічається в теригенних осадових породах. Промислові концентрації відомі в кварцитах, гнейсах, метаморфічних сланцях. Накопичується також у розсипах.

Опал – SiO₂nH₂O – водовмісний колоїдний оксид кремнію глобулярної будови. Глобули кремнезему мають розмір 150-400 нм, рідко більше. При розкристалізації переходить в агрегат субмікроскопічних кристалів: -кристоболіту, -тридиміту і їх суміш КТ-опал. Містить домішки оксидів Al, Fe, Mn, Mg, лужних та органічних речовин, що зумовлюють власне забарвлення опалу (рис. 4.30). Глобулярна будова опалу породжує опалесценцію – розсіювання світла.

Благодатний опал відрізняється радужною грою кольорів (кпалізацією), причиною якої є дифракція світла на просторі решітки, утвореної регулярно розташованими однорозмірними глобулами. Колір радужної іризації визначається діаметром глобул (при  150-200 нм – фіолетовий, до 400 нм – зелений, більше 400 нм – червоний).

За забарвленням виділяють такі різновидності благодатного опалу: білий опал – світлий з кристалізацією в блакитних тонах; чорний опал – з темно-фіолетовим, синім або чорним корпускним забарвленням та іризацією в червоних і зелених тонах; арлекін – з мозаїчним рисунком; вогняний опал – оранжевий із вогняною іризацією; джірозоль – блакитна або біла прозора різновидність тощо. Маточний опал – вміщуюча порода з прожилками благородного опалу.

Найбільше розповсюдження мають звичайні опали і напів-опали, що не мають іризації.

Опал дуже крихкий, розтріскується при дегідратації. Твердість 5-6,5. Густина 1850-2300 кг/м³. Блиск скляний, іноді перламутровий або восковий.