
- •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
17.3 Цепочечные и ленточные силикаты
К этому типу силикатов относятся две большие группы – пироксены и амфиболы (роговые обманки), играющие важную роль как главные породообразующие минералы в составе магматических и метаморфических пород.
Для таких силикатов характерно изоморфное замещение одних элементов другими.
Общая формула пироксенов R2[Si2O6], где R=Mg, Fe, Ca, Al, Na, Li.
- Энстатит Mg2[Si2O6] – ромбическая сингония. При нагревании:
1140оС 1537оС
энстатит клиноэнстатит форстерит Mg2[S2O4] + кристобалит SiO2
Применяется для производства энстатит-кордиеритового фарфора (огнеупорного материала с низким коэффициентом линейного расширения).
- Диопсид CaMg[Si2O6] – кристаллизуется в моноклинной сингонии; является породообразующим минералом основных и ультраосновных пород; искусственный минерал – образуется при изготовлении плавленых облицовочных камней.
- Сподумен LiAl[Si2O6] (щелочной пироксен) – кристаллизуется в моноклинной сингонии. Применение: важнейшая руда на литий; в составах эмалей, для производства технических ситаллов – это стеклокристаллических материалов, в которых может содержаться кристаллической фазы до 80%, при этом размер кристалликов составляет – 0,01-0,2 мкм; остальное – стеклофаза. Такие материалы используются при изготовлении жаростойких труб, электроизоляторов, радиокерамических деталей.
- Волластонит Ca3[Si3O9] – дощатый шпат – используется в производстве тонкой керамики, а также для выработки минеральной шерсти звуко- и теплоизоляционных материалов.
Амфиболы – имеют в структуре обособленные пояса или ленты, представляющие собой сдвоенные цепочки. Радикал [Si4O11]6- + дополнительные анионы OH- (обязательно), Cl-, F-, O2- .
- Роговая обманка (Ca,Na)(Mg,Fe)4(Al,Fe)[AlSi4O11]2(OH)2 – сложный силикат непостоянного состава; весьма распространен в различных породах; свойственен плеохроизм.
В срезах кристаллов (под микроскопом) трещины спайности у пироксенов – под углом 90о, у амфиболов – 124о.
17.4 Слоистые силикаты
К таковым относятся:
- Тальк Mg3[Si4O10](OH)2 (стеатит, жировик, тальковый камень) – сингония моноклинная, твердость 1, плотность 2,8 г/см3, жирный на ощупь, светлоокрашенный, иногда с зеленоватым оттенком. Агрегаты чешуйчатые, весьма совершенная спайность; высокая огнеупорность (тальковый камень не плавится до 1300-1400оС).
Применяется широко: в медицине, парфюмерной, бумажной, резиновой промышленности, сельском хозяйстве. В производстве керамических изделий – в составах магнезиальных масс (стеатитовых, талько-глинистых, кордиеритовых), может быть использован в производстве форстеритовых огнеупоров, а также как огнеупор в природном состоянии. Его распиливают на блоки правильной формы и точных размеров и используют, в частности, во вращающихся цементных печах.
Широко распространенный минерал на Украине.
- Серпентин Mg6[Si4O10](OH)8 (змеевик) – моноклинная сингония; напоминает окраску змеи – желто-зеленый, темно-зеленый цвета.
Применяется как облицовочный материал, высокоогнеупорное сырье (форстеритовые огнеупоры), а также как поделочный камень.
Широко распространенный минерал.
Разновидность серпентина хризотил-асбест (горный лен) – параллельные тонковолокнистые агрегаты белого цвета, шелковистые, перламутровые.
Свойства – огнестойкость, щелочестойкость, тепло-, электро- и звукоизоляционность, которые обуславливают его применение при изготовлении несгораемых тканей, в качестве наполнителя в асбестоцементных изделиях и др.
Слюды – это группа важных породообразующих минералов. Характерна совершенная спайность по третьему пинакоиду (001), благодаря чему слюды легко расщепляются на тонкие упругие листочки или чешуйки. Обусловлено это тем, что связь внутри кремнекислородных слоев намного прочнее, чем между слоями, где она осуществляется, в основном, катионами.
Если смотреть через тонкую пластинку слюды на свет, то иногда наблюдается шести и двенадцатилучевая звезда, что вызывается ориентированными включениями игл рутила.
- Мусковит KAl2[AlSi3O10](OH)2 – белая калийная слюда. Весьма совершенная спайность, белый цвет, диэлектрик, теплоизолятор, огнеупор. Сочетание указанных свойств обуславливает его применение в качестве диэлектрика; в виде порошка – как огнестойкая добавка для производства огнеупорных обоев, клеенки, смазочных материалов. Крупные пластины – вставляют в окна металлургических и химический печей.
- Биотит K(Fe,Mg)3[AlSi3O10](OH,F)2 - породообразующий минерал черного цвета; не диэлектрик.
- Флогопит KMg3[AlSi3O10](OH,F)2 бурого цвета с различными оттенками; применение – аналогично мусковиту.
Минералы глин
- Каолинит Al2O3·2SiO2·2H2O или Al2[Si2O5](OH)4 – название получил по названию местности Каолин (Китай), где был обнаружен – моноклинная сингония; состоит из двухслойных пакетов: тетраэдрического [SiO4]4- и октаэдрического [AlO6]9- слоев, между которыми существует достаточно прочная водородная связь. Поэтому каолинит мало набухает и обладает невысокой пластичностью.
В природе образует тонкодисперсные плотные массы белого цвета с оттенками; твердость 1, плотность 2,6 г/см3; в сухом состоянии прилипает к языку; во влажном состоянии образует низкопластичную массу.
Происхождение экзогенное, за счет выветривания полевых шпатов, слюд и других алюмосиликатов.
Входит в состав глин, мергелей, глинистых сланцев. Породы (мономинеральные), состоящие из каолинита называются каолинами.
На Украине множество месторождений – Просяновское (Днепропетровская область), Глуховецкое (Винницкая область), Владимирское (Донецкая область) и др.
- Галлуазит Al2O3·2SiO2·4H2O
- Пирофиллит Al2O3·SiO2·H2O
- Монтмориллонит Al2O3·4SiO2·H2O·nH2O или Al2[Si4O10](OH)2·nH2O – состоит из трехслойных пакетов: двух тетраэдрических слоев [SiO4]4-, между которыми расположен октаэдрический слой [AlO6]9-. Связь между пакетами менее прочная и осуществляется через анион О2-.
Межпакетное расстояние изменяется от 24 до 214 нм, поэтому монтмориллонит может поглощять большое количество воды в межпакетное пространство и сильно набухать (увеличиваясь в объеме до 20 раз), что предопределяет его высокую пластичность.
Монтмориллонит входит в состав бентонитовых глин – цвет белый, розовый, серый.
Образуется при выветривании туфов, пеплов, глин и глинистых пород.
Глины, каолины и глинистые породы широко используются в силикатных производствах: тонкой керамики (в составах масс фарфора, фаянса, облицовочной плитки, декоративно-художественных изделий); грубой строительной керамики (кирпича, канализационных труб); алюмосиликатных огнеупоров, шамота и т.д.
Каолин используется в бумажном производстве для придачи бумаге белизны, гладкости, прочности и впитываемости полиграфических красок; резиновой промышленности; парфюмерии – пудры, зубного порошка; в фильтрах для очистки воды. Монтмориллонит – для очистки жиров и масел, при окрашивании тканей, в нефтяной промышленности для очистки нефтепродуктов, для смягчения жестких вод (ввиду сильно выраженной способности к катионному обмену).