- •Кристаллография и минералогия
- •Для студентов высших учебных заведений
- •Предисловие
- •Содержание
- •Введение
- •Основы кристаллографии
- •Глава 1. Аморфные и кристаллические вещества
- •Историческая справка о развитии геолого-минералогических наук. Закон Стенона
- •1.3 Аморфные и кристаллические вещества
- •1.4 Основные свойства кристаллов
- •Глава 2. Зарождение и рост кристаллов
- •2.1 Пути образования кристаллов
- •2.2 Выращивание кристаллов из растворов
- •Факторы, влияющие на облик кристаллов
- •Практическое значение кристаллизации растворов в технологии силикатов
- •2.5 Кристаллизация из расплавов и стекол
- •2.6. Промышленные методы выращивания кристаллов
- •Глава 3. Симметрия кристаллов и их классификация
- •3.1 Элементы симметрии
- •Р исунок 3.1 - Центр симметрии
- •3.2 Взаимодействие между элементами симметрии в кристалле
- •3.3 Классификация кристаллов
- •Глава 4. Простые формы и их комбинации в кристаллах различных сингоний
- •4.1 Распределение простых форм по сингониям и категориям
- •Расшифровка комбинированных форм
- •Глава 5. Установка кристаллов. Определение индексов граней
- •5.1 Понятие о кристаллографических символах
- •Установка кристаллов
- •5.3 Закон Гаюи
- •5.4 Практические рекомендации по определению кристаллографических символов
- •Глава 6. Стереографические проекции кристаллов
- •6.1 Принципы стереографического проектирования
- •6.2 Проектирование элементов симметрии кристаллов
- •Глава 7. Изучение пространственной решетки
- •7.1 Решетки Браве
- •7.2 Определение формульной единицы
- •7.3 Координационные числа и координационные многогранники
- •Глава 8. Плотнейшие упаковки
- •8.1 Понятие о кристаллохимическом радиусе
- •8.2 Виды плотнейших упаковок в структурах
- •8.3 Доля заполненных пустот
- •Глава 9. Типы физико-химических связей в кристаллах
- •9.1 Типы кристаллических структур
- •9.2 Металлический тип связи
- •9.3 Ионная или гетерополярная связь
- •9.4 Ковалентная (гомеополярная) или атомная связь
- •9.6 Водородная связь
- •9.7 Явление поляризации в кристаллических телах
- •Глава 10. Полиморфизм, изоморфизм
- •10.1 Определение полиморфизма, его типы
- •10.2 Примеры полиморфных переходов
- •10.3. Полиморфные превращения в системе SiO2
- •10.4 Понятие об изоморфизме
- •10.5 Виды изоморфизма
- •Глава 11. Главнейшие типы кристаллических структур
- •11.1 Способы моделирования кристаллов. Метод координационных полиэдров
- •11.2 Понятие о структурном типе
- •11.3 Примеры основных структурных типов
- •Тема 12. Кремнекислородные структуры
- •12.1 Особенности строения силикатов
- •12.2 Состав силикатов в виде структурных формул
- •12.3 Классификация силикатов по типу кремнекислородных группировок (радикалов, мотивов)
- •12.4 Особенности структур кварца, тридимита, кристобалита
- •Глава 13. Дефекты кристаллической решетки
- •13.1 Классификация дефектов кристаллической решетки
- •13.2 Нульмерные (точечные) дефекты
- •13.3 Линейные дефекты
- •13.4 Свойства дислокации
- •13.5 Влияние дислокации на скорость роста кристаллов
- •Минералогия
- •Глава 14. Минералогия. Свойства минералов
- •14.1 Наука «минералогия» и объекты ее исследования. Написание формул минералов
- •14.2 Морфология минералов
- •14.3 Явление двойникования и эпитаксии в реальных кристаллах
- •14.4 Физико-химические свойства минералов
- •Тема 15. Геологические процессы образования минералов
- •15.1. Классификация минералов и горных пород по генезису
- •15.2.Эндогенные процессы образования минералов и пород
- •15.3 Экзогенные процессы минералообразования
- •15.4 Метаморфические процессы минералообразования
- •Глава 16. Классификация минералов. Особенности различных классов минералов
- •16.1 Классификация минералов по с.Д. Четверикову
- •16.2 Класс самородных элементов
- •16.3 Сульфиды. Сульфаты
- •16.4 Галоидные соединения. Бораты. Фосфаты
- •16.5 Карбонаты. Нитраты
- •16.6 Оксиды и гидроксиды
- •Глава 17. Силикаты
- •Основные сведения о силикатах
- •17.2 Островные силикаты
- •17.3 Цепочечные и ленточные силикаты
- •17.4 Слоистые силикаты
- •17.5 Каркасные силикаты
- •Литература
16.5 Карбонаты. Нитраты
Класс карбонатов насчитывает приблизительно 190 минералов (1,7-2,0% массы земной коры).
Представляют собой соли угольной кислоты Н2СО3, в которых катионами служат ионы Ca, Mg (наиболее распространены), Fe, Na, Ba, Sr, цветных металлов Cu, Pb, Zn. В состав карбонатов входят дополнительные анионы (OH)-, F-, Cl-; встречаются безводные и водные. Среди карбонатов широко распространен изоморфизм.
Характерна смешанная связь: ковалентная – в анионных радикалах [CO3]2- и ионная между анионами и катионами; в карбонатах с дополнительными анионами (ОН)- и водных карбонатах развиты водородные связи.
В структурном соотношении карбонаты характеризуются плоскими группами [CO3]2-, в которых катион углерода симметрично окружен ионами кислорода, расположенными в вершинах треугольника. Радикалы [CO3]2- могут быть изолированы друг от друга катионами и добавочными анионами (островные карбонаты) или образовывать цепочки (цепочечные карбонаты) и слои (слоистые карбонаты).
Весьма характерна реакция с 10%-й соляной кислотой: кальцит, арагонит, азурит, малахит реагируют бурно с шипением и выделением СО2, магнезит – при подогреве, доломит, растворяется без шипения, сидерит – с появлением желтого пятна хлористого железа (FeCl3).
Происхождение карбонатов преимущественно осадочное и гидротермальное, биогенное.
Карбонаты образуются путем выпадения из горячих и холодных водных растворов. Гидротермальные карбонаты распространены в жилах, в контактно-метасоматических зонах, в отложениях минеральных источников, в линзах вулканических пород. Они могут образовываться вследствие жизнедеятельности организмов (известняк – ракушечник, мел).
Обычно карбонаты имеют светлую окраску: белую, розовую, серую; исключение – карбонаты меди, имеющие зеленую или синюю окраску, сидерит – бурый до черного. Твердость 3-4,5. Плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba; блеск стеклянный, спайность совершенная.
Карбонаты имеют важное практическое значение: естественные строительные материалы (известняк, мраморы, доломиты, магнезиты), сырье для производства вяжущих, в химической промышленности для производства соды, огнеупоров, флюс для выплавки железа, ценное сырье для оптических приборов (исландский шпат), декоративные и поделочные камни (малахит, азурит, мраморный оникс), для производства стойких неорганических красок.
Кальцит СаСО3 (известковый шпат) – тригональная сингония; островной. Имеет следующие разновидности:
- исландский шпат (удваивающий шпат) – прозрачный двупреломляющий кальцит, который раздваивает текст;
- бумажный шпат – листоватый кальцит;
- собственно кальцит – в виде непрозрачных кристаллов и зернистых агрегатов;
Кристаллы разнообразные, главным образом – ромбоэдры и скаленоэдры. Спайность совершенная по ромбоэдру. Агрегаты зернистые (мрамор), землистые (мел).
Широко распространен в природе в виде следующих пород: известняков, мела и мрамора. Мрамор – перекристаллизованный известняк, образуется при региональном метаморфизме. Мел – разновидность слабосцементированного тонкозернистого известняка, органогенная известковая порода; крупные залежи вблизи г. Белгорода.
Кальцит широко распространен на Украине – большие запасы известняков в зоне сочленения Донбасса с Приазовьем и на окраинах Донбасса, Волыноподолии; месторождения мраморов, мраморовидных известняков в Крыму, Карпатах.
Кроме того, в производстве портландцемента используются в качестве карбонатного компонента (кроме чистых известняков и мела) известняки-ракушечники, состоящие из целых и битых раковин, известковые туфы, которые химически осаждаются из горячих и холодных водных источников. Мергели – известково-глинистые породы с содержанием глинистого материала 30-50%.
Арагонит СаСО3 – полиморфная модификация кальцита, встречается реже кальцита. Ромбическая сингония. Кристаллы призматические, игольчатые; агрегаты листоватые радиально-лучистые. Характерны натечные формы, оолиты («гороховые камни»), ветвистые формы («железные цветы»- сталактиты, сталагмиты).
Сфера применения – как у кальцита. Кроме того – широко применяется как поделочный камень. Жемчуг – ядро – сгусток органического вещества, сверху призматические и пластинчатые слои арагонита. Находят в раковинах одной из разновидностей средиземноморско-черноморской мидии, которые повсеместно распространены на берегах Черного и Азовского морей. До начала нынешнего столетия велась добыча из Бугского лимана возле г. Николаевка. Еще раньше – жемчуг добывали в Феодосийской бухте.
Магнезит MgCO3 – кристаллы тригональной сингонии, островная структура; облик кристаллов – ромбоэдр. Встречаются в виде кристаллически зернистых агрегатов снежно-белого цвета или серого с желтоватым оттенком и фарфоровидных плотных, скрытокристаллических масс (аморфный магнезит) с раковистым изломом. Встречается значительно реже известняка и доломита.
Сырье для производства магнезитовых огнеупоров (огнеупорная основа – MgO – периклаз). На Украине является довольно редким минералом.
Доломит СаMg(CO3)2 – тригональная сингония; островная структура; распространен шире, чем магнезит. В кристаллической решетке ионы Са2+ и Mg2+ попеременно чередуются вдоль тройной оси.
Обычен в виде кристаллических зернистых агрегатов, похож на мрамор.
Образование связано с взаимодействием растворенных в морской воде магнезиальных солей на продукты осаждения известняка по реакции:
2CaCO3 + MgSO4 + 2H2O CaMg(CO3)2 + CaSO42H2O
Основной материал для изготовления доломитовых (магнезиально-известковых) огнеупоров, которые играют важнейшую роль в кислородно-конверторном производстве стали.
Магнезит и доломит используются в производстве магнезиальных вяжущих. Доломит – распространен на Украине – Нижнее Приднепровье, Криворожский бассейн, Крым, Донбасс.
Сидерит Fe[CO3]- распространенный минерал на Украине, содержит железа 48,2%, агрегаты зернистые, землистые, плотные. Керченское месторождение, Криворожский бассейн. Важная руда на железо.
Смитсонит (цинковый шпат) ZnCO3 – цинковая руда, редкий минерал на Украине.
Витерит BaCO3 – ромбическая сингония; минерал используется для получения бариевых соединений.
Малахит - Cu[CO3](OH)2 – моноклинный сложный карбонат. Используется как поделочный камень, руда на медь.
Азурит Cu3[CO3]2(OH)2 – моноклинный; поделочный камень, для изготовления синей краски; редкий на Украине.
Нитраты – соли азотной кислоты. Известно 9 представителей этого класса. Относительно редкие на Украине. Наиболее распространены в виде селитры - натриевой и калиевой.
Островная структура, в основе которой треугольники [NO3]- , соединяющиеся друг с другом катионами.
Встречаются в виде солеобразных масс, выцветов, корочек. Характерна хорошая растворимость в воде, жгучий вкус. При нагреве с порошком угля вспыхивают.
Отличаясь большой растворимостью, они образуются исключительно в странах с сухим жарким климатом. В основном происхождение биогенное – за счет гниения органических остатков при участии нитробактерий или осаждаются в озерах.
Натриевая (чилийская) селитра Na[NO3] – тригональная сингония, совершенная спайность по ромбоэдру. Кристаллы похожи на кальцит.
Мировое значение - месторождения натриевой селитры в Чили, у подножия Кордильерских гор (запасы 200 млн. т.).
Применяется как лучшее минеральное удобрение, в пищевой промышленности; для получения HNO3, при изготовлении взрывчатых веществ, в стекольной промышленности при варке стекол.
Калиевая селитра – редкий на Украине минерал (Крым, Инкерман). Используется при производстве хрустальных, цветных оптических стекол.