книги из ГПНТБ / Пенкаля, Т. Очерки кристаллохимии

окружен 802_, а Mg2+ — 602~. Расстояние между цепями в нйправлении оси Y равно половине трансляции (Ь/2 = 4,45 Â).

Сподумен. В структуре сподумена вместо Са2+ и Mg2+ нахо­ дятся более мелкие катионы (ІЛ+ и А13+). Вследствие этого пе-

Z остается без изменений.

ЛЕНТОЧНЫЕ СИЛИКАТЫ

Важнейшей группой силикатов, имеющих ленточную струк­ туру, являются амфиболы. Их химический состав близок к пироксенам, по сравнению с которыми они содержат сравнительно меньше СаО, а больше А120 3, К20, F и Н20.

К ромбическим амфиболам относятся: антофиллит (Mg, Fe)7- •[Si4On]2(OH)2, жедрит (Mg, Fe)6(Al, Fe)[(Si, А1)4Оц]2(ОН)2.

Группу моноклинных амфиболов составляют актинолит

•(Fe11, Mg)4(Fein, Al)[Si4On]2(OH, F )2, глаукофан Na2(Mg, Fen )3*

•Al2[Si4Ou]2(OH, F )2, рибекит N a ^ e^ F e "1[Si4On]2(OH)2.

Возможности изоморфизма в амфиболах определяются по Бер­ ману и Ларсену (1931) следующими соотношениями:

(Ca, Na2)(Na, K)o-i(Mg, FeH)(Mg, FeU, Al, F elil)4[(Al, Si)2Si60 22](0, OH, F)2

3 1 0

Но это не отражает всех возможных случаев изоморфизма

вамфиболах.

Вструктуре амфибола период идентичности в направлении ленты равен около 5,2 Â (см. рис. 7.6), отношение кремния к кис­ лороду выражается формулой [Si40n]6-.

дит Cai2[Si6Oi7](OH)и.

В лентах с периодом из пяти тетраэдров стехиометрическое

Ca4Fe2IFe2II[Siio028](OH)2 и инезит Ca2Mn7,[Siio028](OH)2-5H20 *.

СЛОИСТЫЕ СИЛИКАТЫ

Основным структурным мотивом слоистых силикатов яв­ ляются пакеты слоев, связанные друг с другом в структурные единицы.

В минералах, принадлежащих группе каолинита, имеются двухслойные пакеты, построенные из кремнекислородных тетраэд­ ров и октаэдрического слоя (рис. 7.23). Минералы, относящиеся

кслюдам, имеют трехслойные пакеты (рис. 7.24). Наружные слои

*Структура и химическая конституция инезита окончательно не установ­ лены. (Прим, ред.)

311

выложены тетраэдрами, симметрия расположения которых в еди­ ничном слое (рис. 7.25) псевдогексагональна, внутренний слой —

октаэдрический (рис. 7.26).

В пределах тетраэдрического слоя, входящего в пакет, можно выделить три уровня (см. рис. 7.25). Первый уровень — плос­ кость, образованная О2-, расположенными в вершинах равно­ сторонних треугольников. На втором уровне, отвечающем поло­

слоях 1/3 пустот остается незанятой. Структуры с пакетами, со­ держащими гидраргиллитовые слои, называются диоктаэдриче­ скими и обозначаются символом 2/3.

Если в октаэдрических пустотах находятся двухвалентные ка­ тионы (Mg2+, Fe24), то все центры октаэдров заняты, как в струк­ туре минерала брусита M g(OH)2. Такие слои называются бруситовыми, а структуры с пакетами, содержащими их, клас­ сифицируются как триоктаэдрические и обозначаются симво­ лом 3/3.

В трехслойных пакетах талька Mg3[Si4Oio](OH)2 и пирофиллита

Al2[Si4Oio](OH)2 (рис. 7.27) Mg2+ или А13+ нейтрализуют заряд на­ ружных слоев [Si20s]2~. В этих минералах пакет электронейтрален и его можно рассматривать как большую плоскую молекулу, вели­ чина которой ограничена размерами монокристалла. Между та­ кими пакетами действуют слабые силы Ван-дер-Ваальса. Поэтому указанные минералы обладают идеальной спайностью, малой твер­ достью и отсутствием упругости пластин. Минералы имеют пластин­ чатую форму, причем поверхность пластин параллельна слоям в структуре кристалла.

312

В других силикатах со слоистой структурой ионы кремния в центрах тетраэдров часто изоморфно замещаются ионами алю­ миния. Это приводит к увеличению отрицательного заряда тетра­ эдрических слоев. В этом случае положительного заряда внут­ реннего октаэдрического слоя недостаточно для нейтрализации тетраэдрических слоев. В целом пакет имеет отрицательный элек­ трический заряд, нейтрализующийся межпакетными катионами.

Наличие более крупных межпакетных катионов влияет на уве­ личение устойчивости связей между пакетами, внося в них долю ионной связи. Именно поэтому калиевые слюды имеют большую твердость и упругость по сравнению с тальком и пирофиллитом. Присутствие двухвалентных межпакетных катионов в таких хруп­ ких слюдах, как Маргарит СаАІ2[АІ25І20ю](0Н)2, увеличивает прочность связей, действующих между пакетами. Поэтому эти ми­

нералы не обладают такой хорошей спайностью, как тальк и пи­ рофиллит.

В некоторых слоистых алюмосиликатах (например, в монтмо­ риллонитах и вермикулите) слабо связанные межпакетные ка­

314

тионы легко замещаются другими катионами. Способность к за­ мещению тем выше, чем больше в межпакетной полости молекул воды. Эти полости объединяются с тетраэдрическими слоями во­ дородными связями. .Молекулы воды в таком слое образуют пло­ скую сетку гексагональной симметрии. Набухание минералов под действием воды объясняется проникновением в межпакетное пространство дополнительных молекул воды. Их пластичность связана с явлением набухания, так как проникновение молекул воды в межпакетные полости облегчает перемещение пакетов от­ носительно друг друга.

Как показано выше, причина существования катионов в меж­ пакетном пространстве — изоморфные замещения в тетраэдриче­ ских и октаэдрических слоях. Изоморфные замещения в слоистых силикатах широко распространены. При этом наблюдается связь между размерами' кристаллов и характером замещений: чем

меньше размеры кристаллических зерен, тем больше замещений (глинистые минералы).

Слоистые силикаты применяют в керамической и строитель­ ной промышленности. Каолинит является важнейшим сырьем ке­ рамической промышленности. Монтмориллониты используют как связующий материал формовочных песков, для тепло- и звукоизо­ ляции, а также для производства легких бетонов. Светлые слюды — мусковит и флогопит — применяют в качестве электриче­ ских изоляторов. Пирофиллит служит для производства фарфора,

Мусковит. Мусковит KAl2[AlSi3Oio](OH)2 вместе с биотитом Является одной из самых распространенных слюд. В последние годы разработаны новые методы производства синтетических слюд (хорошие электроизоляторы)*. Мелкие отходы слюды на­ шли применение при изготовлении изоляционных прокладок для котлов и труб, для производства миканита, изоляционной массы, заменяющей слюды в электротехнике (проклеенные шеллаком от­ ходы слюды, спрессованные под давлением), для производства огнестойких строительных материалов, красок, керамики, обоев.

Структура мусковита (рис. 7.28) составляет трехслойные па­ кеты, образованные двумя тетраэдрическими кремнеалюмокисло­ родными слоями и одним октаэдрическим (гидраргиллитовым). В 1/4 тетраэдров расположены Аі3+, замещающие Si4+. Такое замещение приводит к увеличению отрицательного заряда пакета на единицу, что нейтрализуется межпакетным К+. Следовательно, в структуре мусковита количество К+ в межпакетном простран­ стве определяется соотношением А13+ и Si4+ в тетраэдрах.

На 16 алюмокремнекислородных тетраэдра приходится 4К+, которые окружены 1202-, принадлежащими двум соседним

* Синтезируются в основном различные по составу фторфлогопиты, обла^ дающие повышенной термоустойчивостью. (Прим, ред.)

315

над центром гексагональных пустот, существующих в-тетраэдри­

ческих слоях.

В структуре мусковита алюминий находится не только в тет­ раэдрической координации. Он образует также гидраргиллнтовый слой, расположенный между тетраэдрическими слоями. Каждый

Рис. 7.28. Структура мусковита КAl2[AISі3Оі0](ОН)э (пакеты перпен­ дикулярны плоскости рисунка).

Al2[Si4Oio](OH)2 и тальк Mg3[Si4Oio](OH)2 (см. рис. 7.27). В от­ личие от мусковита, у них в тетраэдрических слоях центры тет­ раэдров заняты только Si4+, вследствие чего отсутствуют межпа­ кетные катионы. В пирофиллите средний слой пакета — гидраргиллитовый, А13+ окружен 402~ и 20Н -. В тальке средний слой пакета — бруситовый, Mg2+ имеет аналогичную с А13+ (в пиро­ филлите) координацию. В пирофиллите только 2/3 общего числа октаэдров гидраргиллитового слоя заняты А13+. Этого достаточно для нейтрализации отрицательного заряда кремнекислородных слоев, ограничивающих пакет.

Флогопит. В структуре флогопита KMg3[(Si3, А1)О!0](ОН, F)2 существуют такие же, как в мусковите, тетраэдрические слои с от­ ношением A I: Si = 1 :3, а внутренние слои пакета заняты Mg2+ (бруситовые слои), что делает этот фрагмент структуры похожим на тальк. Mg2+ находится в октаэдрической координации. В отли­ чие от бруситового слоя талька, здесь обычно осуществляется ча­ стичное замещение ОНна F-. В межпакетном пространстве на­ ходятся крупные ионы калия.

316

Другие слюды. Структуры других слюд весьма близки к струк­ турам мусковита и флогопита. В Маргарите (хрупкая слюда) CaAl2[Si2Al2Oi0](OFI)2 половина тетраэдров занята А13+, другая — Si4+. Замещение 2Si4+ на 2А13+ приводит к увеличению отрицатель­ ного заряда на две единицы, что дает возможность Са2+ проникать Е межпакетное пространство вместо К+. Количество Са2+ в 2 раза меньше А13+, замещающих Si4+.

принадлежат, кроме перечисленных выше: серицит (мелкозер­

пидомелан (черный биотит с большим содержанием железа); ме-

принадлежащие к группе гидратированных слюд (глауконит, вер­ микулит), описаны ниже (стр. 335, 338).

Хлориты. Хлориты можно охарактеризовать формулой: (Mg, Fe11, A l,'FeUI)i2[(Si, А1)80 2о](ОН )і6. В их структуре на

3 1 7

трехслойные пакеты типа слюды наслаиваются параллельные бру-

по два слюдяных и бруситовых пакета. В некоторых полиморфных модификациях, отличающихся способом наложения хлоритовых пакетов (смещения в направлении оси X и оси К) **, элементар­ ная ячейка может содержать по 3, 6 или 9 таких пакетов.

Отдельные минералы из группы хлоритов отличаются друг от друга характером изоморфных замещений. Mg2+, находящиеся в октаэдрических слоях пакета, могут замещаться на Al3+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Ni2+, Cr3+. В тетраэдрических слоях Si4+ замещаются на А13+. Хлориты, образующие глины, отличаются от хорошо окристаллизованных хлоритов, имеющихся в метаморфических поро­ дах, большей степенью неупорядоченности (смещением пакетов в направлениях Х и У).

В зависимости от содержания железа различают: ортохлориты (магниевые хлориты) с . малым количеством железа, и лептохлориты, в которых имеется значительное количество железа. К ортохлоритам относятся: пенины, клинохлоры, прохлориты, корундофилиты и амезиты. Группу лептохлоритов составляют:

шамозит Fe4IAl[AlSi3OI0](OH)6 • яН20 и тюрингит Fe.'^Al, Fein)15- •[Al,,5Si2i5O10](OH)6 -nH 2O.

К никелевым хлоритам принадлежит шухардит (Ni, Fe11, Al)e- •[(Si, А1)40 10](ОН)8.

КАРКАСНЫЕ АЛЮМОСИЛИКАТЫ

Каркасные структуры по сути дела встречаются только среди алюмосиликатов. Каркасных силикатов не существует, за исклю­ чением полиморфных модификаций Si02— кварца, кристобалита и тридимита. Структура, образованная соединением всех вершин тетраэдров (Si04), сама по себе электронейтральна и не может присоединять катионы.

К каркасным алюмосиликатам относятся полевые шпаты — минералы, наиболее распространенные в земной коре. Они со­ ставляют половину массы литосферы и представлены натрие­ выми, калиевыми, ■кальциевыми, реже бариевыми алюмосили­ катами. Кристаллизуются в моноклинной, либо в триклинной сингониях.

Калиевый полевой шпат K[AlSi30 8] известен в трех полиморф­ ных моноклинных модификациях (ортоклаз, санидин, адуляр) и одной триклинной (микроклин). Он является основным сырьем для производства фарфора.

*Или гидраргиллитовый — в диоктаэдрических хлоритах типа судоита или донбассита. (Прим, ред.)

**Имеется в виду явление политипии, которое широко распространено не только в хлоритах, но ц в других слоистых силикатах. (Прим, ред.)

318

Плагиоклазы — триклинные полевые шпаты, образуют непре­ рывный ряд твердых растворов альбита Na[A!Si30 8] и анортита Ca [Al2Si20 8]. В зависимости от содержания (в %) анортита раз­ личают следующие плагиоклазы:

Практическое применение в строительстве имеет лабрадорит, в состав которого входит главным образом лабрадор. Полированный лабрадорит используется как весьма ценный декоративный ма­ териал.

Каркасную структуру имеют также цеолиты*, преимуществен­ но кальциевые и натриевые гид­ ратированные алюмосиликаты и

силикаты: натролит Na2[Al2Si80)o]-2H20, сколецит Ca[Al2Si3OI0]-

(Ca, K2)[Al2Si40 i2]-4,5H20, томсонит (Na, Ca2)[Al5Si50 2o]-6H20 и

другие менее распространенные представители цеолитов.

В структурных пустотах цеолитов, образованных сочленениями тетраэдров Si04, размещаются молекулы воды, а также крупные катионы (Na+, К+, Са2+, Ва2+). При нагревании цеолитов вода удаляется из структуры, не нарушая ее архитектуры. Другой ха­ рактерной чертой цеолитов является способность к обмену ионов. Пермутиты — синтетические алюмосиликаты со структурой, близ­ кой к цеолитам, применяются как ионообменники.

* Большой вклад в изучение генезиса цеолитов внес профессор Варшавского университета Ст. Тугутт,

3 1 9