Кристаллохимические особенности

Алюмосиликаты – природные и синтетические силикаты, содержащие в составе сложных анионов атомы алюминия и кремния.

Различают алюмосиликаты с простыми и сложными сетками тетраэдров. Последние являются менее распространенными минералами.

Слоистые силикаты с простыми сетками тетраэдров. Остовом  их структуры являются сетки кремнекислородных тетраэдров. Они располагаются параллельно друг другу и чередуются с плоскими сетками другого состава, образуя пакеты слоев. Установлено два главных типа пакетов: а) двухслойный 1:1 несимметричный; б) трехслойный 2:1 симметричный.

Несимметричный  пакет типа 1:1 состоит из одной  сетки (слоя, листа) тетраэдров с общей  формулой сетки (81205)2-(ОН)~ и одной  сетки октаэдров, заполненных атомами магния или алюминия. Если расчет состава такого пакета вести только на одно исходное кольцо тетраэдров, получим для серпентина формулу Mg₃(Si₂C₅)(OH)₄ . Каждый пакет имеет нулевой суммарный заряд, он скреплен с соседними (верхним и нижним) пакетами слабо, лишь остаточными (ван-дер-ваальсовыми) связями. Пакеты несколько смещены (сдвинуты) относительно друг друга. В каждом пакете Mg и Аl занимают октаэдрические позиции, располагаясь между атомами О^2- и (ОН)~. В серпентине три таких октаэдра, заполненных катионами (магнием), в каолините их два, заполненных алюминием. Очень часто отмечают, что серпентин — триоктаэдрический слоистый силикат, а каолинит—двуоктаэдрический. Эти термины широко используются. [3]

Схемы главных  типов структур слоистых силикатов  и алюмосиликатов

В симметричном трехслойном пакете типа 2:1 (см. рис. 2б) имеется два слоя тетраэдров, обращенных друг к другу вершинами, между ними в октаэдрических пустотах располагается магний или алюминий. Так трактуются структуры талька и пирофиллина Суммарный заряд магний или алюминий. Так трактуются структуры талька и пирофиллина Суммарный заряд пакетов равен нулю. Со

 Сопоставление  структур алюминиевых слоистых  силикатов (Zoltai, Stout, 1989).

пакеты скреплены  остаточными связями. Тальк —  триоктаэдрический силикат, пирофиллит — двуоктаэдрический. [4]

В слоистых алюмосиликатах с простыми сетками установлен один тип пакетов — симметричный трехслойный (2:1). В нем чередуются (подобно  тальку и серпентину) слой тетраэдров (Si205)2-(0Н)~, слой октаэдров с магнием  или алюминием, слой тетраэдров (Si20s)2~ (ОН)-. Но в каждом таком пакете часть тетраэдров (однако не более половины) занята алюминием. За счет замены Si4+ на А13+ пакет приобретает заряд. В результате получаем следующие формулы пакетов и их заряды:

из талькового пакета —  

из пирофиллитового пакета —  

Рис.2

Слоистые силикаты со сложными сетками тетраэдров

Имеется достаточно много редких и относительно редких минералов специфического состава со сложными сетками тетраэдров. Строение этих сеток разное. Наиболее просты структуры сепио-лита и палыгорскита. В них в тетраэдрических сетках тетраэдры периодически раз­вернуты вершинами то "вверх", то "вниз" (рис. 3). Структура чароита более сложна и является промежуточной между слоистой и ленточной. В датолите половина тетра­эдров занята не кремнием, а бором, они развернуты в разные стороны (рис. 4). [4]

Рис.3 Рис.4

Каркасные алюмосиликаты

Многие из алюмосиликатов этого подкласса относятся к числу породообразующих и наиболее распространенных в природе минералов. В первую очередь это полевые шпаты — главные составные части гранитов, габбро, гнейсов и других горных пород. К этому же подклассу минералов относятся нефелин (основной минерал некоторых щелочных горных пород), лейцит (обычная минеральная фаза в базальтоидах). Среди них есть и ценное нерудное сырье (микроклин, цеолиты), и минералы-руды некоторых металлов — нефелин (руда на алюминий), поллуцит (руда на цезий).

В состав каркасных алюмосиликатов большей частью входят катионы калия, на­трия, кальция. "Рыхлость" каркасной структуры допускает частое вхождение в них дополнительных анионов и конституционной воды в виде молекул Н₂0.

Структуры каркасных алюмосиликатов

Структуры каркасных алюмосиликатов сложные и многообразные: имеется много разных вариантов сочленения тетраэдров в трехмерном пространстве. В полевом шпате тетраэдры группируются по восемь и четыре (рис. 4)—эти группы, соединя­ясь, образуют каркас с тремя типами "полостей" диаметром 0,15-0,28 нм, в некоторых из них располагаются катионы. В нефелине все полости одинаковые и совсем дру­гой конфигурации, они тоже заняты катионами. Есть каркасные алюмосиликаты — скаполиты (рис. 5), канкринит и др.—с большими "полостями", а в цеолитах эти "полости" особо велики (до 0,9 нм в сечении), они нередко открытые и сообщаются "как в губке". В таких "полостях" легко размещаются целые группы и комплексы ионов и молекул, иногда свободно обменивающиеся с окружающей кристалл средой.

Физические свойства

Физические свойства минералов имеют более общий характер. Каркасные струк­туры с сильными (ковалентно-ионными) связями, с одной стороны, и "рыхлость" кар­каса— с другой, приводят к тому, что почти все минералы имеют твердость порядка 4,5-6, а плотность их невелика (около 2,1-2,6 г/см³), что определяется также неболь­шими атомными массами натрия, кальция — главных катионов в каркасных алюмоси­ликатах.

Характер связей и состав обусловливают стеклянный блеск и прозрачность или по­лупрозрачность минералов. В минералы не входят элементы-хромофоры, поэтому их собственный цвет белый. Однако именно у каркасных алюмосиликатов наиболее часто по сравнению с силикатами других классов проявлены собственные цветные окраски, связанные не с хромофорами, а с " красящими" центрами — дефектами в структуре минералов. Таковы, например, природа чернильно-синей, густо-синей окраски сода­лита и лазурита. Благодаря "ячеистой", "пористой" структуре этих минералов в них входят несоразмерные с кислородом дополнительные анионы с явно иными химиче­скими связями.

Из-за неоднородности строения каркасов, наличия в них "полостей" разной конфи­гурации, ослабляющих химические связи, в каркасных алюмосиликатах бывает хо­рошо проявлена спайность. Она проходит в минералах всегда по двум-трем и более направлениям. Блеск на плоскостях спайности стеклянный.

Как видно, подобие свойств каркасных алюмосиликатов хорошо объясняется об­щими чертами их кристаллического строения и тождественностью катионов (Иа, К, Са), что нередко делает непростой их диагностику. Студент должен для определения каркасных алюмосиликатов научиться в совершенстве определять характер спайности и морфологию минералов, так как это главное, что отличает друг от друга каркасные алюмосиликаты. [4]