Основні типи структур мінералів

Структури AX (типу галіту, типу нікеліну, типу сфалериту)

Структурний тип сфалериту. Структура сфалериту -ZnS також одна з фундаменталь­них структур, яка була визначена в результаті перших експериментів по дифракції рентгенівських променів. Структура є елементарним кубом з атомами цинку в кутках і в центрі граней (рис. ). Чотири атоми сірки усередині кожної елементарної комірки знаходяться в тетраедричній координації атомами цинку, а кожен атом цинку - в центрі правильного тетраедра з атомів сірки. Ізоструктурними мінералами є хоуліїт CdS, метацинабарит HgS, колорадоїт HgTe і стилеїт ZnSe, а також тверді розчини, встановлені між ZnS і ZnSe, ZnS і CdS і ZnS і HgS. Існує фаза FeS із структурою сфалериту.

Рис. 5.3.

Структура халькопіриту CuFeS₂ є аналогічною сфалериту, тільки із елементарною коміркою подвоєною вздовж осі с (рис. 5.3 ). Кристалохімічна позиція цинку розділяється на дві у співвідношенні 1:1, заселені відповідно атомами Cu⁺ і Fe³⁺ таким чином, що мідь і залізо займають позиції, що чергуються уздовж осі с. Це і є причиною подвоєння комірки. Ізоструктурними халькопіриту є галліт CuGaS₂ і рокезіт CuInS2.

Якщо кристалохімічна позиція Fe³⁺ розділяється на дві, що заселяються, відповідно, Fe²⁺ і Sn⁴⁺, то утворюється структура мінералу станіну Cu₂FeSnS₄. Ця структура показана на рис. . Структури, споріднені до станіну, мають багато інших складних сульфідів – бріартит Cu₂(Fe, Zn)GeS₄, сакураїт (Cu, Fe, Zn)₃InS₄, окартит Ag₂FeSnS₄, германіт Cu₃(Fe, Ge)S₄.

До структурного типу сфалериту відносяться структури лаутиту CuAsS і люцоніту Cu₃AsS₄ – атоми As в них мають тетраедричну координацію. Саме тому ці мінерали відносяться до складних сульфідів, а не до сульфосолей, хоча такий висновок можна було б зробити, дивлячись формули цих мінералів.

Похідними від структури халькопіриту є структури таких мінералів, як талнахіт Cu₉Fe₈S₁₆, мойхукит Cu₉Fe₉S₁₆ і хейкокит Cu₄Fe₅S₈. Так само як у халькопіриті, основним будівельним блоком в структурах цих мінералів є комірка сфалеритового типу. Відмінність полягає у тому, що в цих мінералах містяться додаткові кристалохімічні позиції металу, локалізовані у незайнятих тетраедричних позиціях кубічної щільної упаковки гратки сірки. Кожен такий додатковий атом металу володіє першою координаційною сферою з тетраедричною координацією стосовно атомів сірки на віддалі ~2.ЗÅ и другою координаційною сферою з октаедричною координацією стосовно «звичайних» атомів на віддалі ~2.7 Å (рис. ). Входження інтерстиційних металів викликає зсув шести навколишніх «нормальних» атомів металів убік від додаткових атомів металів.

Рис. 5.4. Структура нікеліну

Структура типу нікеліну

Структура арсеніду нікелю є поширеною для мінералів перехідних металів, особливо сульфідів та арсенідів. У структурах такого типу атоми перехідних металів займають всі октаедричні порожнини у щільноупакованих гексагональних ґратках аніонів, а аніони оточуються шістьма атомами перехідних металів з утворенням тригональних призм. На кожну октаедричну порожнину припадає дві незаселені тетраедричні порожнини. Октаедри мають спільні грані із сусідами уздовж осі с, а пари тетраедрів мають спільну грань, створюючи тригональні біпірамідальні порожнини. Структура NiAs виявляє дві важливі ознаки: 1) вона здатна вміщати в тригональні біпірамідальні порожнини додаткові атоми перехідних металів, максимальне число яких досягається при складі М₂Х; 2) у ній можлива поява вакансій атомів металів, як впорядкованих так і хаотично розподілених у площинах, перпендикулярних осі с.

Проста структура NiAs є звичною для сполук перехідних металів, стійких при високих температурах і високому тиску. Ця структура відома в нікеліні NiAs і споріднених йому брейтгауптиті NiSb і лангиситі (Co,Ni)As, у високотемпературному «моносульфідному твердому розчині» Fe_i-xS –Ni_i-xS (скорочено mss), який можна вважати важливим попередником багатьох сульфідів Fe і Ni у магматичних родовищах міді і нікелю. Структура типу NiAs рідко зберігається при низьких температурах. У цих умовах виникають надструктури, і спотворені структури.

Важливим прикладом надструктур, що базуються на структурі NiAs, є структури сульфідів заліза з вакансіями металу, які складають групу піротину. Високотемпературні форми FeS, CoS і NiS володіють дійсною структурою NiAs, структура ж низькотемпературних мінералів характеризується різними спотвореннями, що проявляється у вигляді незначних переміщень атомів в FeS або ж повністю відмінної структури мілериту NiS.

Структури AX₂.

Cтруктура типу бруситу Mg(OH) ₂

Рис. 5.5. Структура бруситу.

Тип молекулярної структури, у якій домінують безконечні плоскі молекули – шари із октаедричних поліедрів Mg(OH)₆, зв’язані між собою водневими зв’язками

Структури типу рутилу TіO₂

Рис. 5.6. Структура рутилу

Структура формується із ланцюжків октаедричних позицій Ti⁴⁺O₆, зв’язаних між собою ребрами. Самі ж ланцюжки зв’язані між собою вершинами.

Структура такого типу належить каситериту SnO₂.

Структури типу флюориту

Рис. 5.7. Структура флюориту

Структури A₂X₃ (структури корунду та гематиту). У ній всі катіони мають КЧ = 6, причому катіонні октаедри також попарно об'єднують свої грані. Структуру, похідну від Аl₂О₃ (Fe₂O₃), мають мінерали роду ільменіту, в яких в парі з Ti⁴⁺ виступають Fe²⁺, Mg²⁺ (r = 18,8) або Мn²⁺ (r = 17,5). Таким чином, всі ці мінерали є типовими подвійними оксидами. Вони мають не тільки однакові КЧ катіонів, але і типово катіонний мотив, для якого характерне усуспільнення ребер і навіть граней катіонних поліедрів.

Рис. 5.8. Структура корунду.