9 Лаботаторная работа класс «Кольцевые силикаты»

Цель работы: изучение класса «Кольцевые силикаты» по образцам минералов, пользуясь определителем минералов, научить студентов определять название минералов, их происхождение, кристаллические структуры, сингонии и элементы симметрии. Изучить их генетическое происхождение, основные месторождения и практическое значение.

Задание по работе: с помощью определителя минералов, шкалы Мооса, визуальному изучению физических свойств дать характеристику кольцевым силикатам, заполнить таблицу по описанию контрольных образцов минералов и ответить для закрепления полученных знаний на контрольные вопросы.

9.1 Краткие сведения о минералах класса «Кольцевые силикаты»

Подкласс кольцевых силикатов объединяет сравнительно небольшое число редких в природе минералов. Среди них только два минерала – турмалин и берилл играют в некоторых случаях роль второстепенных и даже главных минералов ряда минеральных месторождений. Главными структурными элементами кольцевых силикатов являются одноярусные, или четверные, шестерные, девятерные кольца тетраэдров. Турмалин и берилл характеризуются шестерными одноярусными кольцами, по разной конфигурации. Кольца в структуре минералов скрепляются катионами, внутри колец нередко располагаются дополнительные анионы (ОН)^- или молекулярная вода. В целом структуры кольцевых силикатов сложные и неплотные, отсюда у них плотность небольшая (2,5-3,5), твердость невысокая (обычно менее 5), исключения по твердости составляют – берилл и турмалин из-за вхождения в них особо маленьких катионов бериллия (радиус 0,034 нм) и бора (около 0,02 нм) с характерными для них сильными химическими связями. Сингония минералов определяются геометрией их колец. Преобладают тригональные и гексагональные минералы.

Берилл – Be₃Al₂[Si₆O₁₈]. Название дано по химическому элементу бериллию. Из числа бериллийсодержащих минералов является наиболее распространенным в земной коре.

Химический состав. BeO – 14,1%, Al₂O₃ – 19,0%, SiO₂ – 66,9%. Присутствуют примеси натрия, калия, лития, церия, рубидия, хрома и др. В кристаллохимической структуре бериллия наблюдаются сдвоенные шестерные кольца. Сингония гексагональная (L⁶6L²7PC). Морфология и облик кристаллов. Кристаллы столбчатого вида, обычно представляют собой комбинацию гексагональной призмы и пинакоида, иногда головка кристаллов усложнена дипирамидами. Характерно нахождение в кристаллах, иногда они достигают крупных размеров – до нескольких метров в длину, масса их достигает несколько десятков килограммов. Твердость 7,5-8. Плотность 2,6-2,9. Цвет зеленый, желто-зеленый, голубой, белый, розовый. Блеск стеклянный. Спайность несовершенная. Излом раковистый, неровный. Разновидности. Аквамарин – голубой, цвета морской волны, прозрачный. Изумруд – ярко-зеленого цвета. Воробьевит – розовый (содержит цезий). Гелиодор – желтая прозрачная разновидность с примесью Fe₂O₃. Диагностические признаки. Легко узнается по облику кристаллов, по высокой твердости. Перед паяльной трубкой не плавится, лишь края осколков закругляются. Прозрачные разности становятся мутными при высокой температуре. Стекло с бурой прозрачное и бесцветное, лишь изумруд дает бледно окрашенный в зеленый цвет перл. В кислотах не растворяется.

Происхождение и парагенезис. Пегматитовое происхождение – в ассоциации с полевым шпатом, кварцем, мусковитом, турмалином и другими минералами пегматитовых жил. Это важный промышленный тип бериллиевых руд. Пневматолитовое происхождение – кристаллизуется в грейзенах, кристаллических сланцах и кварцевых жилах в ассоциации с топазом, вольфрамитом, касситеритом, молибденитом и др.

Месторождения. Восточный Казахстан (Изумрудное, Юбилейное), Урал (изумруд), Забайкалье (аквамарин), США, Южная Африка, Бразилия и др.

Практическое значение. Руда на бериллий (для получения легких, прочных сплавов с алюминием и магнием для самолетостроения). Как драгоценный камень (прозрачные изумруды, аквамарины, гелиодор). Бериллиевые соли применяют в различных отраслях промышленности и в медицине.

Турмалин – (Na, Ca) (Mg, Al)₆[B₃Al₃Si₆(O,OH)₃₀]. Формула относится к наиболее распространенному минеральному виду. Название происходит от сингалезского слова «турмали». Под этим названием он был привезен в Голландию в 1703г. вместе с другими драгоценными камнями с о. Цейлона. Основу структуры турмалина составляют сдвоенные шестичленные кольца кремнекислородных тетраэдров подобно соединению их в берилле.

Химический состав. Непостоянный, колеблется в широких пределах. Для широко распространенной разновидности турмалина – шерла, отмечается следующий средний состав: Na₂O – 1.9-2.7%, FeO – 9.9-15.1%, Al₂O₃ – 28.5-34.4, B₂O₃ – 8.3-10.7%, SiO₂ – 33.8-35.5%, H₂O – 1.9-3.8%, F – 0-0.9, а также примеси магния и лития, хрома, титана, рубидия, бериллия, ванадия, цезия и др. Сингония тригональная (L³3PC). Морфология и облик кристаллов. Агрегаты шестоватые, радиально-лучистые, волокнистые, реже зернистые. Кристаллы призматические, игольчатые, вытянуты вдоль оси третьего порядка. Характерна продольная штриховка и сечение в форме сферического треугольника. Радиально-лучистые агрегаты называются турмалиновыми солнцами. Размер отдельных кристаллов достигает 30-40см, но обычно кристаллы мелкие. Твердость 7-7,5. Плотность 2,9-3,2. Цвет разнообразен: черный, бурый, розовый, зеленый, белый. Блеск стеклянный. Спайность отсутствует. Хрупкий. Излом раковистый. Разновидности. Шерл – черный турмалин по составу железистый. Дравит – бурый, магнезиальный. Индиголит – темно-синий литиевый, железистый. Рубеллит – (сибирский рубин), розовый, литиевый, марганцевый. Эльбаит (ахроит) – бесцветный, белый щелочной. Кроме того, встречаются зеленые турмалины (от примеси Cr) и так называемые полихромные (многоцветные) турмалины – один конец их кристаллов обычно зеленого цвета, середина белая, другой конец кристалла розовый. Подавляющая масса турмалинов четного цвета (шерлы). Цветные турмалины встречаются редко и обычно в пегматитах с минералами лития, цезия, бериллия, тантала и ниобия.

Диагностические признаки. По удлиненной форме кристаллов и штриховке вдоль вертикальной оси, по характерному поперечному сечению, по высокой твердости, парагенезису. Внешне похож на некоторые пироксены и амфиболы, от которых отличается по отсутствию спайности и высокой твердостью. Обладает пъезо-и термоэлектрическими свойствами.

Перед паяльной трубкой турмалин ведет себя не одинаково. Бесцветные или бледноокрашенные разности, особенно богатые литием, вообще не плавятся, но становятся мутными, иногда вспучиваются. Более богатые железом плавятся с трудом, а железисто-магнезиальные сплавляются легко в пузырчатое стекло. Все турмалины в смеси с CaF2 и KHSO₄ дают реакцию на бор (зеленое окрашивание пламени). В кислотах не растворяется.

Происхождение и парагенезис. Возникает в пегматитах – шерлы с мусковитом, апатитом, кварцем; дравиты – в ассоциации с кварцем и альбитом; рубеллиты и полихромные турмалины со сподуменом, лепидолитом, тантало-ниобатами; в грейзенах – дравиты и шерлы с бериллом, мусковитом, флюоритом; при гидротермальных и пневматолитовых процессах в кварцевых жилах; в грейзенах с кварцем, касситеритом, флюоритом, слюдами, топазом, бериллом возникают шерлы, дравиты и другие разновидности.

Месторождения. Казахстан (цветные турмалины в редкометальных пегматитах – Юбилейное, Красный Кордон, Траншейное и др.), Средняя Азия, Забайкалье, Туркестан, Урал, Карелия, Восточная Сибирь, Мадагаскар, Калифорния и др.

Практическое значение. Драгоценный камень. Крупные кристаллы, обладающие пъезоэлектрическими свойствами, применяются в радиотехнике, при большом скоплении турмалин может служить в качестве сырья на бор.

Хризоколла – CuSiO₃^.nH₂O (n – около 2). «хризос» по-гречески – золото, «колла» - клей.

Химический состав. Твердый гель, по составу близок к диоптазу. Часто содержит примеси: Al₂O₃ до 17%, Fe₂O₃ до 7%, P₂O₅ до 7-9%. Сингония не известна. Морфология и облик кристаллов. Образует стекловатые на вид потеки зеленовато-голубого цвета в окисленных медных месторождениях. Встречается в опаловидных массах в виде корочек с натечной, иногда пузырчатой поверхностью, а также в землистых массах. Твердость около 2. Хрупкая. Плотность 2,0-2,3. Часть воды удаляется при нагревании до 110⁰, другая часть – при более высоких температурах. Цвет хризоколлы голубой, голубовато-зеленый, синий, бурый (от примесей гидроокислов железа) и даже черный. Черта зеленовато-белая. Блеск у опаловидных разностей стекловатый, восковой, матовый. Спайности нет. Излом неровный, раковистый.

Диагностические признаки. Узнается по колломорфным массам, голубовато-зеленому цвету и невысокой твердости. Перед паяльной трубкой не плавится, пламя окрашивает в зеленый цвет. В кислотах разлагается и выделяет кремнезем в порошковидном состоянии.

Происхождение и парагенезис. Хризоколла является типичным минералом зон окисления медных месторождений и преимущественно распространяется в районах с сухим жарким климатом. В ассоциации с ней встречаются самые различные кислородные соединения меди (малахит, азурит, куприт, самородная медь, гипс, лимонит, опал). Наблюдались псевдоморфозы хризоколлы по малахиту, азуриту, церусситу, кальциту и др.

Месторождения. Центральный Казахстан (Джезказганское, Коктас-Джартас), Урал (Турьинские рудники), Средняя Азия, США, Чили, Африка и др.

Практическое значение. Практического значения почти не имеет, редко идет в плавку с другими окисленными минералами меди. Является поисковым признаком на месторождения меди.

Контрольные вопросы для самопроверки.

1)Каковы главные типы колец кремнекислородных тетраэдров?

2)Как тип кольца и особенности структуры сказываются на облике

кристаллов берилла и турмалина? Нарисуйте форму кристаллов берилла.

3)Какова позиция лития и какова позиция других щелочей в структуре берилла?

4)В чем заключается типоморфизм берилла?

5)Каковы главные особенности изоморфизма и химического состава турмалина?

6)По каким характерным признакам можно отличить турмалин от эгирина?