Silicati naturali

SILICATI NATURALI (din lat. silex, genul silicis - silex * a. silicati naturali; n. silicati naturali; f. silicati naturale; i. silicatos naturales) - o clasa de minerale, saruri ale acizilor silicici, izo- si heteropolisilicici. Ponderea silicaților naturali reprezintă până la 75% din masa scoarței terestre și aproximativ 25% din speciile minerale. În natură sunt cunoscuți peste 700 de silicați naturali, inclusiv cele mai importante minerale formatoare de roci (feldspați, piroxeni, amfiboli, mica etc.).

Compoziția și structura chimică. Structura cristalină a silicaților naturali - sărurile acidului silicic - se bazează pe radicali tetraedrici izolati SiO4 4-; săruri ale acizilor izo- și heteropolisilicici - radicali polimerici în care atomi de O punte leagă 2 atomi de Si ai tetraedrelor de SiO4 adiacente (în radicali izopolisilici) sau atomi de T (T - Si, Al, B, Be, Fe 3+ etc.) în TO4-tetraedre (în radicali de heteropolisiliciu). În funcție de atomul de T, acestea din urmă se numesc aluminiu-, bor-, beril-, feri- etc. silicati.

Rolul cationilor în silicații naturali este jucat în principal de elemente din perioadele a 2-a, a 3-a și a 4-a din sistemul periodic al lui Mendeleev, printre care Na, Mg, Al, Fe, K, Ca, Mn sunt cele mai frecvente în scoarța terestră și împreună cu O și Si până la 99% din volumul său. Silicații naturali Ti, Zn, TR sunt, de asemenea, destul de comune. Silicații V, Ni, Nb, Th, U, Sr, Cs și Ba sunt mai puțin obișnuiți. Un loc aparte îl ocupă câțiva silicați naturali, în care elementele calcofile acționează ca cationi: Cu, Zn, Sn, Pb, As, Sb și Bi.

Majoritatea silicaților naturali sunt bazici, un număr mult mai mic dintre ei sunt săruri acide și acido-bazice; există mulți hidrați cristalini printre silicați; unii silicati naturali (de exemplu, mica) contin ioni H3O +. De asemenea stiutsăruri mixte care conțin, alături de radicali silicați, anioni ai acizilor mai puternici (CO3 2-, PО43 SO4 2-, Cl -, F- etc.).

Cea mai importantă structură cristalină caracteristică silicaților naturali este structura anionilor lor, pe baza căreia se disting silicații cu radicali insulă, lanț, panglică, rețea și cadru. Principalii radicali siliciu-oxigen insulei au următoarea structură; un singur tetraedru SiO4 este un grup orto (de exemplu, forsterit); grup de 2 tetraedre Si2O7 legate printr-un vârf comun 6- grup diortho (hemimorfit); grupa triorto Si3O10 8- (rosenchanit); triplu inel Si3O9 6- (Fig. 1, a; benitoit); inel cvadruplu Si4O12 8- (Fig. 1b; baotită); Si6O18 12- cu şase inele (Fig. 1c; dioptază); dublu inel cvadruplu Si8O20 8- (ekanit); inel dinţat dublu Si12O30 12- (Fig. 1d; sogdianit).

Cele mai importante tipuri de radicali de catenă din silicaţii naturali se reduc la următoarele: un lanţ piroxen de grupări diorto orientate paralel cu o perioadă de repetiţie de 2 SiO4 4- -tetraedru (Fig. 2, a); un lanț de wollastonit de diortogrupuri alternante și un singur SiO4 4- -tetraedre, întors în cealaltă direcție, cu o perioadă de repetare de 3 SiO4 4- -tetraedre (Fig. 2b); un lanț de rodonit în care are loc o deplasare laterală prin 5 SiO4 4--tetraedri (Fig. 2c); un lanț stokesite de grupări diorto orientate diferit, legate prin SiO4 4--tetraedre de o orientare diferită (Fig. 2d); un lanț în zig-zag de batisite de diortogrupuri verticale deplasate alternativ unul față de celălalt, cu o perioadă de repetiție de 4 SiO4 4- tetraedru (Fig. 2e); lanț în zig-zag de astrofilită a diortogrupurilor orizontale (fig. 2f).

Cei mai importanți radicali panglici: panglică de tip sillimanit (Fig. 3, a);bandă de amfibol din lanțuri de piroxene dublate (Fig. 3b); panglică de jimtomsonit din 3 lanțuri de piroxene (Fig. 3c); panglică în trepte vlasovit de inele cvadruple „suprapuse” de SiO4 4-tetraedri (Fig. 3d); panglică de xonotlit din lanțuri dublate asemănătoare wollastonitei (Fig. 3e); Panglică tubulară de narsarsukite din diortogrupuri verticale cu secțiune transversală pătrată (Fig. 3f).

Lanțurile și panglicile de 4-tetraedre SiO4 sunt policondensate în rețele (straturi), care pot fi polare (Fig. 4a) sau cu două fețe (Fig. 4b-e).

Gradul limitativ de policondensare este conectarea TO4 4-tetraedre cu toate vârfurile lor între ele, în care ia naștere o structură cadru.

Numerele de coordonare (CN) ale cationilor din silicații naturali cu o legătură ionică variază de la 4 (Be, Al, Li, Fe3+, Cr3+, Mg) la 9-12 (K, Rb, Sr). , Ca , Ba). Un număr mai mic de cationi (Cu, Zn, Pb, As, Sb, Bi etc.) este caracterizat de o legătură covalentă; pentru ei, CN este determinat de tipul de hibridizare. În structurile silicaților care conțin cationi cu CN-6, se disting diferite motive ale poliedrelor cationice de grupurile octaedrice insulare prin lanțuri, panglici până la pereți (Fig. 5, a-d).

Corespondența tăriei unui anumit acid silicic cu tăria cationului constă în proporționalitatea mărimii cationului cu distanțele dintre atomii terminali de O2- din radicalul Tm,On. Prin urmare, mici tetraedri cationici formați din ionii Be și Al, combinându-se cu SiO4 4- tetraedre, formează cu acestea din urmă un singur motiv structural de berilo- și aluminosilicați. Poliedre octaedrice mici (tipice pentru cationii Mg, Fe 2+ etc.) sunt conjugate cu atomii terminali de O2- ai unui singur SiO4 4- tetraedre (Fig. 6, a), polimer siliciu-oxigen (Fig. 6, b), aluminiu siliciu-oxigen etc. radicali.

O creștere a dimensiunii octaedrelor cationice necesită policondensarea 4-tetraedrelor SiO4 în lanțuri (Fig. 6c, d) și radicali mai complecși de siliciu-oxigen - panglici, rețele (straturi), cadre. Radicalii polimerici inel, lanț, panglică și rețea au posibilități suplimentare de adaptare la diferite poliedre cationice prin schimbarea unghiului de conjugare a tetraedrelor SiO44 între ele.

Sistematică. În funcție de caracteristicile de rezistență (CX) ale cationilor (In/ropbn+ sau In/ri, unde In este al n-lea potențial de ionizare; ropbn+ este raza orbitală a unui ion cu valență n; ri este raza ionică efectivă a unui cation într-un cristal ionic), clasa silicaților naturali din sistematica chimico-structurală se împarte în 3 subclase: I - silicați care conțin cationi cu CX scăzut (K, Na, Li, Mg, Fe 2+, Fe 3+ etc.); II - cu mediu CX (Ti, Zn etc.) - titan și zirconosilicați; III - silicati ai elementelor calcofile.

După tipul de radical heteropolianionic se deosebesc sectoare în fiecare dintre subclase (beril silicaţi, aluminosilicaţi, borosilicaţi, silicaţi propriu-zis).

În funcție de gradul de policondensare a tetraedrelor TO4 în radicalii anionici, se disting 9 supradiviziuni: tetrasilicați (ortosilicați) cu radicalul SiO4 4- (de exemplu, olivine); tetrarisilicaţi (ortodiortosilicaţi) conţinând ambii, de exemplu, radicali Si04 4- şi Si2O7 6- (epidot); trisilicaţi (diortosilicaţi) cu radicalul Si2O7 6- (tortveitit); tridisilicați (de exemplu rozenhanit); disilicaţi (metasilicaţi) cu radicali SiO3N2 n- (diopsidă); dimonosilicaţi cu radicali precum Si4O116-, AlSi3O117- şi alţii (de exemplu, tremolit); monosilicați cu radicali Si2O5N2 n- (caolinit); silicati mononuli (rodezit); aluminosilicati nul cu radicali de tip Tn 3+ Si1-nO2 n- (albit). Silicații aparțin mediului,sărurile bazice, acide sau hidrații cristalini vă permit să alocați departamente. O taxonomie mai detaliată se bazează pe trăsăturile structurale, ținând cont de geometria motivului anionic (ordinele de insulă, lanț, rețea sau stratificat, silicați naturali cadru) a submotivelor anionice și cationice (subordinea subcadru, sublanț etc. silicați). ).

Proprietăți. Majoritatea silicaților naturali au simetrie scăzută datorită complexității compoziției lor. Aproximativ 45% dintre ele sunt monoclinice, 20% sunt ortorombice, 9% sunt triclinice (singoniile inferioare includ în primul rând multe silicați catene, stratificati și aluminosilicați cadru), 7% sunt tetragonale, 10% sunt trigonale și hexagonale (silicați cu inel triunghiular și radicali hexagonali) și 9% la sistemul cubic (tetrasilicați cu 4-tetraedre izolate de SiO4; un număr de nulaluminosilicați cadru).

Majoritatea silicaților sunt incolori sau albi; silicații de Fe, Mn, Ni, UО2 2+, Ti, Zr, V, Cu, TR și alte elemente (precum și cele care le conțin sub formă de impurități izomorfe) sunt adesea colorați în culori diferite. Sticlă lucioasă până la diamant. Transparent în secțiuni subțiri. Mulți silicați naturali au clivaj perfect în trei direcții, silicații cu lanț și panglică sunt caracterizați prin clivaj în două direcții, iar silicații stratificati au clivaj foarte perfect într-o direcție. Majoritatea silicaților (minerale cu cationi ușori De, Mg, Al, cadru și structură stratificată) au o densitate scăzută (2000–3000 kg/m3), care crește la 3500 și chiar 4000 kg/m3 pentru tetrasilicații cu tetraedri de SiO4 insular și până la 6500 kg / m 3 pentru silicații de elemente grele (de exemplu, plumb). Duritate maximă (până la 6-8) pentru unii aluminosilicați și silicați de cadru cu o structură insulă și lanțscade la 4-5 pentru majoritatea silicaților elementelor calcofile și la 1-2 pentru mineralele stratificate. Indicii de refracție ai silicaților sunt în general proporționali cu densitatea lor și fluctuează într-un interval larg.

Educaţie. Silicații naturali sunt minerale poligenice. În rocile magmatice din seria normală de la ultrabazică la acide, rolul dominant revine silicaților și aluminosilicaților de cationi cu CX scăzut, în timp ce silicații cu cationi cu CX mediu sunt cunoscuți în ele sub formă de minerale accesorii (zircon, titanit). Rocile alcaline agpaitice conțin un număr mare de aluminosilicați cadru (feldspați, feldspatide), care sunt în strânsă asociere cu piroxenii sodici (aegirin, aegirin-augit) și diferiți silicați complexi de Ti și Zr. Pegmatitele sunt caracterizate prin silicați de cationi Na, K, Li, Cs și Be. Feldspatidele și zeoliții se formează pe calea hidrotermală, precum și cu un conținut crescut de H2O în magmă. Silicații de elemente calcofile (crisocola, willemit, hemimorfit, dioptază etc.) sunt tipici pentru zonele de oxidare ale zăcămintelor de minereu.

Asociațiile de silicați formate în timpul metamorfismului rocilor argiloase sunt reprezentate de minerale cu conținut ridicat de alumină (andaluzită, cianită, silimanită, staurolit, cordierit, almandină, cloritoid etc.); în timpul metamorfismului rocilor carbonatice - wollastonit, andradit, grossular, diopside, tremolit și alți silicați de Ca și Mg (Fe 2+ ).

Influența temperaturii și presiunii asupra naturii asociațiilor minerale formate se datorează în principal specificității cristalo-chimice a silicaților individuali. Secvența cristalizării magmatice (după N. L. Bowen) începe cu cei mai refractari tetrasilicați de Mg și Fe 2+ - olivine, care sunt înlocuite cu piroxeni - disilicați de lanț, apoi amfiboli -panglici de bază dimonosilicați, feldspați - aluminosilicați nul cadru și, în final, silicați nul - SiO2.

În timpul metamorfismului, în primele etape apar aluminosilicații nuli cadru (zeoliți, feldspați), cărora li se adaugă apoi monoaluminosilicați de rețea (micas, cloriți), dimonosilicați de panglică (amfiboli) și disilicați de lanț (piroxeni). Stadiile medii ale metamorfismului se caracterizează prin tetra-trisilicați insulari (epidot, zoizit etc.), în timp ce stadiile profunde sunt caracterizate prin tetrasilicați insulari (granate, olivine, cianită).

Presiunea (activitatea) parțială a H2O-PH2O determină, în primul rând, gradul de hidroliză a silicatului. Produșii tipici de hidroliză timpurie a aluminosilicaților sunt mica; cu activitate suficientă a Mg, Al și o temperatură relativ ridicată, apar cloriți (în special pentru tetrasilicați), și în condiții de activitate ridicată a K + - moscovit. La temperaturi mai scăzute și activitate ridicată a Mg, Al, Ca, Na se formează clorit-smectite în strat mixt, care sunt înlocuite cu smectite la temperaturi mai scăzute. La activitate K+ ridicată se formează ilite, apoi ilite-smectite și smectite. În condiții de activitate ridicată a Mg, apar vermuculite, care sunt apoi înlocuite cu vermiculite în straturi mixte-smectite și smectite. În sistemele hidrotermale caracterizate printr-o activitate ridicată a acidului carbonic, care este mai puternic decât acidul silicic, apar asocieri, pentru care, printre silicații naturali, sunt caracteristici doar feldspații din filoanele la temperatură ridicată, micale, cloriții și caolinitul.