- •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
Глава 17. Силикаты
Основные сведения о силикатах
Силикаты – наиболее многочисленный класс минералов, их количество составляет около 800 видов, 75% массы земной коры.
Происхождение, в основном, магматическое, гидротермальное и метаморфическое. Силикаты являются важнейшими составляющими горных пород.
В природе кремний всегда находится только в соединениях с кислородом (муассонит SiC, встречающийся в метеоритах, является единственным исключением из этого правила).
Морфологические особенности и физические свойства силикатов находятся в прямой зависимости от их химического состава и структуры.
Большинство силикатов (73%) кристаллизуются в низших сингониях (главным образом, - в моноклинной), 18% - средних сингониях и 9% - кубической.
Кристаллы силикатов с изолированными тетраэдрами обычно изометричны. Силикаты с одинарными (пироксены) и сдвоенными (амфиболы) цепочками тетраэдров имеют столбчатый, шестоватый, игольчатый облик – спайность вдоль двух пересекающихся плоскостей. Силикаты с листами из тетраэдров имеют чешуйчатый, листоватый облик и характеризуются совершенной спайностью (в одном направлении параллельно слоям). Наконец, силикаты с трехмерными каркасами из тетраэдров характеризуются спайностью по нескольким направлениям.
Удельный вес минералов зависит от плотности структуры. Силикаты с каркасным строением имеют низкий удельный вес, а с конечными группами – наивысший. Силикаты с малым удельным весом обладают большой твердостью.
Силикаты могут быть окрашены в разные цвета, в зависимости от входящих в их состав хромофоров.
Аналогично оксидам, силикаты – устойчивые минералы, труднорастворимые в воде и кислотах. Однако, на земной поверхности с течением времени они обычно разрушаются, часто образуя различные слоистые, так называемые глинистые минералы.
Используются в керамическом и огнеупорном производствах, строительстве, электротехнике (слюды), ювелирном деле. Многие силикаты – ценные полезные ископаемые: руды на медь, никель, цинк, железо, литий, а также сырье для извлечения редкие и радиоактивных элементов.
17.2 Островные силикаты
Островные силикаты – соединения с изолированными группами тетраэдров [SiO4]4-. Общая формула таких силикатов – R2[SiO4], где R=Mg, Fe2+, Mn, Ca.
- Оливин (Mg,Fe)2[SiO4] – назван по оливково-зеленому цвету. Сингония ромбическая – сочетание пинакоидов, ромбических призм и дипирамид. Изоморфная смесь форстерита Mg2[SiO4]и фаялита Fe2[SiO4]. Монтичеллит СаMg[SiO4] не входит в перечисленный изоморфный ряд (ионный радиус Са2+ значительно отличается от Mg2+ , Fe2+). Плотность минерала 3,2-3,5 г/см3, твердость 6,5-7,0, блеск стеклянный.
Является породообразующим минералом основных (40-55% SiO2) и ультраосновных (менее 40% SiO2) пород (дунитов, габбро, базальтов и др.).
Применение: прозрачная разновидность хризолит – драгоценный камень; оливиновая мука – удобрение. Также оливины используются в качестве основного сырья для производства огнеупоров.
Широко распространены на Украине.
- Гранат – смесь двух изоморфных рядов, общая формула R2+3R3+2[SiO4]3, R2+ = Ca, Mg, Mn, Fe, R3+=Al, Fe, Gr.
Гроссуляр Ca3Al2[SiO4]3 – светло-зеленый цвет; альмандин Fe3Al2[SiO4]3 – красный, коричневый, фиолетовый; пироп Mg3Al2[SiO4]3 – темно-красный.
Образуют кубическую, ромбододекаэдрическую и др. комбинированные формы.
Имеют стеклянный или алмазный блеск, высокую твердость (7-8), плотность составляет 3,4-4,3 г/см3, спайность отсутствует.
Применяется как абразивные материалы, драгоценные камни.
Широко распространены на Украине.
- Циркон Zr[SiO4] – с иранского «золотой цвет», содержит в качестве изоморфных примесей гафний, торий и редкоземельные металлы.
Сингония тетрагональная – призмы, дипирамиды; характерны двойники. Высокая твердость (7,5-8,0), значительная плотность (4,7 г/см3), блеск алмазный.
Применение – руда на цирконий (употребляется для производства быстрорежущихся сталей и броневых плит). Гиацинт – прозрачная разновидность – драгоценный камень. Оксид циркония – высокоогнеупорный и кислотостойкий материал. Цирконовый концентрат (порошок белого цвета, тонкоизмельченный) широко используется в эмалях, глазурях, стекле в качестве глушителя и компонента, обеспечивающего химическую стойкость, термическую и механическую прочность покрытий и изделий.
Распространенный минерал на Украине.
Силикаты с добавочными анионами.
- Силлиманит Al2O3·SiO2 имеет полиморфные разновидности:
Al2[SiO4]O (ортосиликат Дистен (кианит)
с добавочными анионами) Андалузит Al2O3·SiO2
Al[AlSiO5] (ленточный силикат) Силлиманит
Ромбический андалузит и триклинный дистен имеют одинаковую структурную формулу Al2[SiO4]O и относятся к островным силикатам с добавочными анионами, а ромбический силлиманит – к ленточным силикатам.
Дистен – характеризуется голубоватым цветом, имеет сильную анизотропию по твердости (вдоль удлинения столбчатых кристаллов – 4,5, в поперечном направлении – до 7). Андалузит – удлиненные кристаллы розоватых оттенков; анизотропией твердости не обладают. Силлиманит – волокнистые игольчатые кристаллы; твердость 6,5-7,0.
Встречаются в гнейсах и слюдистых сланцах.
При нагреве до высокой температуры (более 1500оС) все минералы группы силлиманита разлагаются, образуя муллит 3Al2O3·2SiO2 и кристобалит 2SiO2. Муллит характеризуется высокой огнеупорностью, механической прочностью и инертностью по отношению к кислотам (включая плавиковую HF) и щелочам.
Породы, богатые этими минералами используются для производства высококачественных керамических огне- и кислотоупорных изделий (алюмосиликатные, шамотные, высокоглиноземистые, муллитовые огнеупоры).
Все минералы группы силлиманита редки на Украине.
Кольцевые силикаты
- Берилл Be3Al2[Si6O18] – зеленоватый цвет, высокая твердость. Сингония гексагональная – призмы, дипирамиды, пинакоиды.
Используется в качестве руды на берилл; прозрачная разновидность – изумруд, аквамарин – драгоценные камни.
Редкий минерал на Украине.
- Кордиерит 2MgO·2Al2O3·5SiO2 или Mg2Al3[AlSi5O18] или природный (Fe,Mg)2 Al3[AlSi5O18] – имеет сине-серый цвет кристаллов, твердость 7-7,5. Сингония – ромбическая, призматический и псевдогексагональный облик кристаллов. Плеохроирует от светло-синего до желтого.
Кордиерит – типичный минерал метаморфических пород (гнейсов и кристаллических сланцев).
Отличается очень малым коэффициентом термического расширения, поэтому используется при изготовлении кордиеритовой керамики, которая служит в условиях резкого перепада температур – свечи зажигания, носители катализаторов, футеровки печей скоростного обжига, дугогасительные решетки.