Класс 2. Силикаты

К силикатам относятся соли различных кислот кремния. Это наиболее многочисленный класс минералов. На долю силикатов приходится 1/3 всех известных минералов. По подсчётам В.И. Вернадского, земная кора до глубины, примерно 16 км от земной поверхности, на 85 % состоит из силикатов, являясь по сути кремнекислородной оболочной. Силикаты содержат кремний, на долю которого приходится 27,59 % всей массы земной коры. Силикаты входят как породообразующие минералы почти во все магматические, метаморфические горные породы и в большую часть осадочных горных пород.

Многие силикаты имеют в своём составе алюминий, который входит в радикальную группу, образуя, таким образом, алюмосиликаты. По выражению В.И.Вернадского, алюминий в природных условиях играет такую же роль, как и кремний. Эта особенность вышеназванных элементов позволяет объяснить совершенный изоморфизм альбита и анортита.

Р ентгеноструктурный анализ (1912 г.) показал, что в кристаллической решётке минералов нет молекул, как считалось раньше, а имеются связанные между собой атомы и ионы. В. Бреггом и Е. Шибольдом (1937 г.) было доказано, что основой структуры силикатов является кремнекислородный тетраэдр (ККТ) (рис. 9).

Рис.9. Кремнекислородный тетраэдр

Их исследования заложили основы кристаллохимии силикатов. Важнейшей особенностью силикатов является тенденция кремнекислородных тетраэдров к ассоциации в группы и в бесконечные кремнекислородные построения (цепочки, ленты, слои, каркасы), стехиометрические формулы которых и отвечают различным кремнекислородным радикалам. На этом основании среди силикатов выделяются следующие структурные типы: островные, кольцевые, цепочечные, слоистые, каркасные.

В силикатах весьма развито явление изовалентного и гетеровалентного изоморфизма. Например: 1) изоморфный ряд оливина – фаялит (Fe₂[SiO₄])– форстерит (Mg₂[SiO₄]); 2) изоморфный ряд плагиоклазов – альбит (Na[AlSi₃O₈])–анортит (Ca[Al₂Si₂O₈]). Гетеровалентный изоморфизм происходит с соответствующей компенсацией валентности. Силикаты, в которых часть Si⁺⁴ в тетраэдрах замещена Al⁺³, называются алюмосиликаты, B⁺³ – боросиликаты и т. д.

В составе силикатов значительную роль играют дополнительные ионы, простые (O^-2, F^-1, Cl^-1, S^-2) и комплексные ((OH)^-1, [PO]^-3, [SO]^-2), а также вода, которая может быть кристаллизационной (вермикулит), цеолитной (натролит), адсорбционной (монтмориллонит).

Силикаты – минералы устойчивые в зоне выветривания и труднорастворимы в кислотах.

Морфологические особенности силикатов определяются в первую очередь тем, что они кристаллизуются в низших сингониях (73 %), среди которых преобладает моноклинная сингония (43 %). На долю средних сингоний приходится 18 %, а на долю кубической – только 9 % минералов этого класса. Для силикатов характерны закономерные срастания и двойники. Тип агрегатов также обусловлен их внутренним строением: островные, каркасные и кольцевые образуют зернистые агрегаты, цепочечные – волокнистые,

ленточные – игольчатые, лучистые, и сноповидные агрегаты, а для слоистых силикатов характерны пластинчатые, листоватые и чешуйчатые агрегаты.

Физические свойства силикатов также находятся в зависимости от структуры: слоистые силикаты имеют весьма совершенную и совершенную спайность в одном направлении вдоль листов и пакетов, цепочечные и ленточные совершенную спайность по призме. В кольцевых силикатах спайность проявляется плохо и в большинстве случаев она параллельна плоскости колец. В островных силикатах спайность несовершенная.

Твёрдость силикатов в среднем меняется от 5,5 до 8 по шкале Мооса, исключение составляет п/к слоистых силикатов, у которых твёрдость в среднем 2-3 и может доходить до 1 (тальк). Среди силикатов преобладают минералы с низкой плотностью, до 2,6 г/см³ (п/кл. каркасных и слоистых силикатов), и особенно со средней плотностью, до 3,5 г/см³ (п/кл. островных, кольцевых и цепочечных силикатов). Силикаты с высокой плотностью, более 3,5 г/см³, встречаются редко, что также определяется строением кристаллической решётки и присутствием в силикатах тяжёлых катионов Fe, Pb, Bi.

Цвет силикатов разнообразный и полностью определяется хромофорами, входящими в их состав. В шлифах и порошке все силикаты прозрачные.

Показатель преломления силикатов находится в прямой зависимости от плотности, строения кристаллической решётки и химического состава минералов, так, самое низкое значение показателя преломления имеют каркасные силикаты (1,48-1,60), а самое высокое – островные и цепочечные (1,63-1,89).

По своему происхождению силикаты главным образом связаны с глубинными процессами в земной коре и мантии – эндогенными (собственно магматические и пегматитовые процессы минералообразования) и метаморфогенными (минералы контактового и регионального метаморфизма). Значительно реже их образование связано с экзогенными процессами минералообразования в земной коре (продукты кор выветривания и седиментогенеза).

За основу классификации силикатов принят характер кремнекислородных радикалов, т.е. структурный признак. В классе силикатов выделяются следующие подклассы: 1) островные; 2)кольцевые; 3) цепочечные; 4)слоистые; 5)каркасные.