8. Координация и типы координационных структур.

Координационное число – число ионов, находящихся на одинаковом или близком расстоянии от данного иона. Координационный многогранник – геометрическая фигура, образованная при соединении прямыми линиями центров окружающих атомов или ионов. К.ч. зависит от природы атомов и ионов, особенностей кристаллического соединения, условий его образования и типа химической связи. 1 – точка, 2 – угол или гантель, 3 – треугольник и тригональная пирамида, 4 – тетраэдр (сфалерит), тетрагональная пирамида и квадрат, 6 – октаэдр (галит, корунд, рутил, брусит), тригональная призма, тригональная пирамида и шестиугольник, 8 – куб (флюорит), 12 – додекаэдр (самородные Ме).

Л. Брегом и Е. Шибольдом (1937 г.) было доказано, что основой структуры силикатов является кремнекислородный тетраэдр (ККТ). 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 (минералы гр. оливина, гр. граната, гр. эпидота, гр. кианита, гр. сфена, гр. циркона.), кольцевые (турмалин и берилл. ), цепочечные ([SiO3]³- - в пироксенах и [Si4O11]6- в амфиболах), слоистые (группы глин, слюд, серпентинита, талька), каркасные(кварца, полевых шпатов, фельдшпатоидов,натролита).

4. Полиморфизм и изоморфизм.

Изоморфизм – явление взаимного замещения атомов и ионов в узлах кристаллической решетки без нарушения ее строения. Результатом являются изоморфные смеси и изоморфные примеси химических эл-тов в минералах. Причина – низкая концентрация эл-тов в минералообразующей среде. Совершенный изоморфизм – непрерывные изоморфные ряды (плагиоклазы: альбит - анортит). Ограниченный – изоморфный ряд разрывается с образованием новых минералов (щелочные полевые шпаты как однородные минералы распадаются на ортоклаз, микроклин и альбит при Т<900). Изовалентный изоморфизм – замещение “ион за ион”. Гетеровалентный изоморфизм – замещения с компенсацией зарядов взаимозамещающихся ионов с изменением кол-ва структурных единиц (пара за пару) и без. 1) Химический состав среды минералообразования : от концентрации элементов в среде зависит содержание его в минерале.

Например: изоморфный ряд оливина – форстерит (Mg)2[SiO4] – фаялит (Fe)2[SiO4] - в форстерите может присутствовать только до 0,6 %  никеля (Ni²+), что обусловлено низкими концентрациями Ni в ультраосновной магме.

2) Температура (Тº): при более высоких температурах изоморфное замещение происходит легче. Например: щелочные полевые шпаты К[AlSi3O8] и Na[AlSi3O8] при высоких (>800º C) температурах образуют непрерывный изоморфный ряд, а при охлаждении распадаются на две фазы – одну с преобладающим содержанием К¹+ и другую с преобладающим содержанием Na¹+.В пределах каждой фазы возникают взаимные прорастания, известные под названием пертитов и антипертитов.

3) Давление (Р): влияние сложное и неоднозначное.

4) Кристаллизационные эффекты: проявляются в виде мозаичной (неоднородной) окраски кристаллов-минералов в пегматитах гранитных интрузий. Например: полихромный турмалин, зональный аметист, топаз, неоднородная окраска касситерита.

Полиморфизм – одно и то же в-во может иметь различные структуры, т.е. кристаллизоваться в различных видах симметрии. Это FeS2 (кубический пирит и ромбический марказит), CaCO3 (тригональный кальцит и ромбический арагонит), кубический алмаз и гексагональный графит. Политипия – явление сдвигов или поворотов отдельных структурных эл-тов (цепочек, слоев, пакетов) относительно друг друга при полно сохранении структуры внутри этих эл-тов. Полиморфные и политипные модификации – различные виды кристаллов одного и того же в-ва, образовавшиеся в результате полиморфизма и политипии. Возможность существования тех или иных модификаций определяется температурой и давлением (тригональный кварц при увеличении Т от 573 переходит в гексагональный и обратно). Это энантиотропные процессы, а Т, с которой они совершаются – точка энантиотропного превращения. Монотропные превращения – переход одной модификации в другую без обратного перехода (алмаз - графит). Диморфизм – наличие только двух полиморфных модификаций, каждая из них – изоморфный ряд. Химический состав минералообразующей среды влияет на образование той или иной полиморфной модификации. Например: в гидротермальных растворах доли % стронция (Sr), приводят к кристаллизации арагонита – (Са, Sr)[CO3], вместо кальцита – (Са,Sr)[CO3];

3) В процессе полиморфных превращений может меняться тип химических связей. Например: алмаз имеет ковалентный тип связи, а графит – молекулярный;

4) Количество полиморфных модификаций обычно составляет – 1, 2, но не более 4. Например: двуокись титана (TiO2) имеет три полиморфные модификации – рутил (тетрагональная сингония, гексагональная плотнейшая шаровая упаковка), анатаз (тетрагональная сингония и кубическая плотнейшая шаровая упаковка); углерод имеет четыре – алмаз, графит, чаоит, лонсдейлит;

5) При полиморфных превращениях изменяется координационное число. Например: координанное число (КЧ) у графита – 3 (КМ - треугольник), у алмаза – 4 (КМ - тетраэдр). 6) Тип плотнейшей шаровой упаковки. Например: кубическая у алмаза, гексагональная у графита.