43. Кристаллохимическая классификация силикатов

Силикаты и алюмосиликаты представляют обширную группу минералов. Для них характерен сложный химический состав и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов являются O, Si, Al, Fe²⁺, Fe³⁺, Mg, Mn, Ca, Na, K, а также Li, B, Be, Ti, Zr, редкие земли, F, H в виде (OH)^- или Н₂О и другие.

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, кварц, слюды, роговые обманки, пироксены, оливин и др.). Самыми распространенными в природе являются минералы группы полевых шпатов и затем кварц, на долю которого приходится 12% от всех минералов.

В основе структурного строения всех силикатов лежит тесная связь кислорода и кремния, эта связь исходит из кристаллохимического принципа, именно из отношений радиусов ионов Si (0,39 Å) и О (1,32 Å). Каждый атом кремния окружен тетраэдрически расположенными вокруг него атомами кислорода. Таким образом, в основе всех силикатов находятся комплексные анионы в виде кремнекислородных тетраэдров [SiO₄]^4-, которые различно сочетаются друг с другом.

В зависимости от того, как сочетаются между собой кремнекислородные тетраэдры, силикаты классифицируются по структурному (кристаллохимическому) принципу.

Различают следующие виды силикатов:

1. островные, т.е. силикаты с изолированными тетраэдрами и изолированными группами тетраэдров:

а) силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами. Радикал их [SiO₄]^4-, так как каждый из четырех кислородов имеет одну свободную валентность. Между собой тетраэдры непосредственно не связаны, связь происходит через катионы;

оливин (Mg, Fe)₂ [SiO₄]

гранаты

циркон Zr[SiO₄]

б) силикаты с добавочными анионами. В этих силикатах наряду с комплексным анионом [SiO₄]^4- присутствуют также О^2-, ОН^-, F^- и др.;

титанит (сфен) CaTi[SiO₄]O

топаз Al₂[SiO₄](F, OH)₂

дистен Al₂[SiO₄]O

андалузит

силлиманит Al[AlSiO₅]

в) силикаты со сдвоенными тетраэдрами отличаются обособленными парами кремнекислородных тетраэдров [Si₂O₇]^6-. Один атом кислорода у них общий, остальные связаны с катионами. Сюда же можно отнести силикаты со структурами «смешанного» типа [SiO₄]^4- + [Si₂O₇]^6-;

везувиан

эпидот

ортит

г) кольцевые силикаты характеризуются обособлением трех, четырех или шести групп кремнекислородных тетраэдров, образующих, кроме простых колец, также и более сложные.

Берилл

Турмалин

2. Силикаты с непрерывными цепочками из кремнекислородных тетраэдров. Это так называемые цепочечные силикаты, так как тетраэдры сочленяются в виде непрерывных обособленных цепочек.

Гиперстен

Волластонит

сподумен

3. Силикаты с непрерывными обособленными лентами или поясами из кремнекислородных тетраэдров. Они имеют вид сдвоенных цепочек, лент или поясов, поэтому их называют ленточными силикатами.

Актинолит

Роговая обманка

4. силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров, или листовые силикаты. Слоистую структуру можно представить, если продолжить в плоскости рисунка вверх и вниз предыдущую структуру (пояс кремнекислородных тетраэдров), - образуются непрерывные листы или слои тетраэдров. Слои кремнекислородных тетраэдров обособлены друг от друга и связаны катионами. Радикал такой структуры [Si₂O₅]^2-.

Тальк

Серпентин

Хризотил-асбест

Каолинит

Слюды (мусковит, биотит, флогопит)

5. силикаты с непрерывными трехмерными каркасами из алюмо- и кремнекислородных тетраэдров, или каркасные силикаты. В этом случае все кислороды у тетраэдров являются общими. Естественно, что такой каркас, состоящий только из кремнекислородных тетраэдров, будет нейтрален, т.е. все валентности кислородов будут использованы на связь с кремнием. Радикал такого каркаса [SiO₂]⁰. именно такой каркас отвечает структуре кварца. На этом основании кварц можно относить не к окислам, а к силикатам каркасной структуры. Разнообразие силикатов каркасной структуры объясняется тем, что наряду с кремнекислородными тетраэдрами в них присутствуют алюмокислородные тетраэдры. Замена четырехвалентного кремния трехвалентным алюминием вызывает появление одной свободной валентности и влечет за собой необходимость вхождения двух катионов (например, калия или натрия). Обычно отношение Al:Si равно 1:3 или 1:1.

Полевые шпаты (плагиоклаз, альбит, лабрадор, ортоклаз, микроклин)

Нефелин

Силикаты – важные неметаллические ПИ (асбест, тальк, слюды, каолин, керамическое и огнеупорное сырье, строительные материалы). Силикаты также являются рудами на бериллий, литий, цезий, цирконий, никель, цинк и редкие земли. Кроме того, они широко известны как драгоценные и поделочные камни (изумруд, аквамарин, топаз, нефрит).

Происхождение силикатов эндогенное, главным образом магматическое (пироксены, полевые шпаты). Они также характерны для пегматитов (слюды, турмалин, берилл) и скарнов (гранаты, волластонит). Широко распространены силикаты в метаморфических породах – сланцах и гнейсах (гранаты, дистен, хлорит). Силикаты экзогенного происхождения представляют собой обычно продукты выветривания или изменения первичных (эндогенных) минералов (каолинт, глауконит).