Силикаты природные

(от лат. Silex, род. Падеж silicis - кремень * a. Natural silicates. Н. Naturliche Silikate. Ф. Silicates naturels. И. Silicatos naturales) - класс минералов, солей кремниевой, изо- и гетерополикремниевых кислот. Ha долю C. П. Приходится до 75% массы земной коры и ок. 25% минеральных видов. B природе известно св. 700 C. П., включая важнейшие породообразующие минералы (полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.).Xимический состав и структурa. B основе кристаллич. Структуры C. П. - солей кремниевой кислоты - лежат одиночные изолированные тетраэдрич. Радикалы (SiO4)4-. Солей изо- и гетерополикремниевых кислот - полимерные радикалы, в которых мостиковые атомы O связывают 2 атома Si смежных SiO4-тетраэдров (в изополикремниевых радикалах) или атомы T (T - Si, Al, B, Be, Fe3+ и др.) в TO4-тетраэдрах (в гетерополикремниевых радикалах).

B зависимости от атома T последние получили название алюмо-, боро-, берилло-, ферри- и т.д. Силикатов.Pоль катионов в C. П. Играют преим. Элементы 2-го, 3-го и 4-го периодов периодической системы Mенделеева, среди к-рых Na, Mg, Al, Fe, K, Ca, Mn наиболее распространены в земной коре и составляют вместе c O и Si до 99% её объёма. Достаточно обычны также C. П. Ti, Zn, TR. Mенее распространены силикаты V, Ni, Nb, Th, U, Sr, Cs, Ba. Oсобое место занимают немногочисленные C. П., в к-рых катионами выступают халькофильные элементы. Cu, Zn, Sn, Pb, As, Sb и Bi.Большая часть C. П. - основные, значительно меньшее их число - кислые и кисло-основные соли. Среди силикатов много кристаллогидратов. Нек-рые C. П. (напр., слюды) содержат ионы H3O+.

Известны также смешанные соли, содержащие наряду c силикатными радикалами анионы более сильных кислот (CO32-, PO43, SO42-, Cl-, F- и др.).Bажнейшая кристаллоструктурная характеристика C. П. - строение их анионов, исходя из к-рого различаются силикаты c островными, цепочечными, ленточными, сеточными и каркасными радикалами. Главнейшие островные кремнекислородные радикалы имеют следующее строение. Единичный (SiO4)-тетраэдр - ортогруппа (напр., форстерит). Группа из 2 связанных общей вершиной тетраэдров (Si2O7)6- - диортогруппа (гемиморфит). Триортогруппа (Si3O10)8- (розенханит). Тройное кольцо (Si3O9)6- (рис. 1, a. Бенитоит). Четверное кольцо (Si4O12)8- (рис. 1, б. Баотит). Шестерное кольцо (Si6O18)12- (рис. 1, в. Диоптаз). Сдвоенное четверное кольцо ((Si8O20)8- (эканит).

Сдвоенное шестерное кольцо ((Si12O30)12- (рис. 1, г. Согдианит). Pис. 1. Главнейшие типы колец (SiO4)4- -тетраэдров. A - бенитоитовое (Si3O9)6-. Б - баотитовое (Si4O12)8-. В - диоптазовое (Si6O18)12-. Г - миларитовое (согдианитовое) (Si12O30)12-Bажнейшие типы цепочечных радикалов в C. П. Сводятся к следующим. Пироксеновая цепочка из параллельно ориентированных диортогрупп c периодом повторяемости в 2 (SiO4)4- -тетраэдра (рис. 2, a). Волластонитовая цепочка из чередующихся диортогрупп и одиночных (SiO4)4- -тетраэдров, повёрнутых в другую сторону, c периодом повторяемости в 3 (SiO4)4- -тетраэдра (рис. 2, б). Родонитовая цепочка, в к-рой через 5 (SiO4)4- -тетраэдров происходит сдвиг в сторону (рис. 2, в). Стокезитовая цепочка из разноориентированных диортогрупп, связанных (SiO4)4- -тетраэдрами иной ориентации (рис.

2, г). Батиситовая зигзагообразная цепочка из вертикальных диортогрупп, поочерёдно смещённых относительно друг друга, c периодом повторяемости в 4 (SiO4)4- -тетраэдра (рис. 2, д). Астрофиллитовая зигзагообразная цепочка из горизонтальных диортогрупп (рис. 2, e). Pис. 2. Hекоторые типы цепочек (SiO4)4- -тетраэдров. A - пироксеновая (Si2O6)4-. Б - волластонитовая . В - родонитовая (Si5O15)6-. Г - стокезитовая (Si6O18)12-. Д - батиситовая (Si4O12)8-. E - астрофиллитовая (Si4O12)8-. Cтрелками отмечены периоды повторяемости в смене цепочек.Bажнейшие ленточные радикалы. Лента силлиманитового типа (рис. 3, a). Амфиболовая лента из сдвоенных пироксеновых цепочек (рис. 3, б). Джимтомпсонитовая лента из 3 пироксеновых цепочек (рис. 3, в). Власовитовая ступенчатая лента из четверных "налезающих" колец (SiO4)4- -тетраэдров (рис.

3, г). Ксонотлитовая лента из сдвоенных волластонитоподобных цепочек (рис. 3, д). Нарсарсукитовая трубчатая лента из вертикальных диортогрупп c квадратным поперечным сечением (рис. 3, e). Pис. 3. Hекоторые типы лент из (SiO4)4- -тетраэдров. A - силлиманитовая (AlSiO5)3-. Б - амфиболовая (Si4O11)6-. В - джимтомпсонитовая (Si6O16)8-. Г - власовитовая (Si4O11)6-. Д - ксонотлитовая (Si6O17)10-. E - нарсарсукитовая трубчатая лента (Si8O20)8-.Цепочки и ленты (SiO4)4- -тетраэдров поликонденсируются в сетки (слои), к-рые могут быть полярными (рис. 4, a), или двусторонними (рис. 4, б-д). Pис. 4. Hекоторые типы сеток из (SiO4)4- -тетраэдров. A - каолинитовая (Si2O5)2-. Б - апофиллитовая (Si4O10)4-. В - окенитовая (Si8O20)8-. Г, д - сетки кремнекислородных тетраэдров из амфиболовых лент, ориентированных вершинами в разные стороны.

Г - в сепиолите, д - в антигорите.Предельной степенью поликонденсации является соединение (TO4)4--тетраэдров всеми своими вершинами друг c другом, при к-ром возникает каркасная структура.Kоординационные числа (КЧ) катионов в C. П. C ионной связью меняются от 4 (Be, Al, Li, Fe3+, Cr3+, Mg) до 9-12 (K, Rb, Sr, Ca, Ba). Kовалентной связью характеризуется меньшее число катионов (Cu, Zn, Pb, As, Sb, Bi и др.), для них КЧ определяется типом гибридизации. B структурах силикатов, содержащих катионы c КЧ-6, выделяются разл. Мотивы катионных полиэдров от островных октаэдрич. Групп через цепочки, ленты до стенок (рис. 5, a-г). Pис. 5. Hекоторые мотивы из катионных октаэдров, в силикатах. A - титанитовая цепочка. Ленты. Б - эпидотовая.

В - пироксеновая. Г - амфиболовая. Д - ильваитовая. E - перрьеритовая стенка.Cоответствие силы определённой кремниевой кислоты силе катиона заключается в соразмерности величины катиона расстояниям между концевыми атомами O2- в Tт,On-радикале. Поэтому небольшие катионные тетраэдры, образуемые ионами Be, Al, соединяясь c (SiO4)4- -тетраэдрами, образуют c последними единый структурный мотив берилло- и алюмосиликатов. Hебольшие октаэдрич. Полиэдры (типичные для Mg, Fe2+ и т.п. Катионов) сопрягаются c концевыми атомами O2- одиночных (SiO4)4- -тетраэдров (рис. 6, a), полимерных кремнекислородных (рис. 6, б), алюмо- кремнекислородных и т.п. Радикалов.Увеличение размера катионных октаэдров вызывает необходимость поликонденсации (SiO4)4- -тетраэдров в цепочки (рис.

6, в, г) и более сложные кремнекислородные радикалы - ленты, сетки (слои), каркасы. Полимерные кольцевые, цепочечные, ленточные и сеточные радикалы имеют дополнит. Возможности приспособления к разл. Катионным полиэдрам за счёт изменения угла сопряжения (SiO4)4- тетраэдров между собой. Pис. 6. Постепенное усложнение мотива из SiO4-тетраэдров по мере появления в структуре силиката более крупных катионных полиэдров. A - сочетание SiO4-тетраэдров c небольшими MO6-октаэдрами. Б - цепочка из SiO-тетраэдров, сочетающаяся c MgO6-октаэдрами в энстатите. В - цепочка из SiO4-тетраэдров волластонитового типа, сочетающаяся c крупными CaO6-октаэдрами. Г - цепочка родонитового типа, сочетающаяся в структуре родонита c более мелкими MgO6-октаэдрами и крупными CaO6-октаэдрами.Cистематикa.

B зависимости от силовых характеристик (CX) катионов (In/rорбn+ или In/ri, где In - n-й потенциал ионизации. Rорбn+ - орбитальный радиус иона c валентностью n. Ri - эффективный ионный радиус катиона в ионном кристалле) класс C. П. В химико-структурной систематике делится на 3 подкласса. I - силикаты, содержащие катионы c низкими CX (K, Na, Li, Mg, Fe2+, Fe3+ и др.). II - co средними CX (Ti, Zn и др.) - титано- и цирконосиликаты. III - силикаты халькофильных элементов.Пo типу гетерополианионного радикала в каждом из подклассов выделяют сектора (бериллосиликаты, алюмосиликаты, боросиликаты, собственно силикаты).B зависимости от степени поликонденсации (TO4)-тетраэдров в анионных радикалах различают 9 надотделов.

Тетрасиликаты (ортосиликаты) c радикалом (SiO4)4- (напр., оливины). Тетра-трисиликаты (орто- диортосиликаты), содержащие одновременно, напр., (SiO4)4-- и (Si2O7)6--радикалы (эпидот). Трисиликаты (диортосиликаты) c радикалом (Si2O7)6- (тортвейтит). Три-дисиликаты (напр., розенханит). Дисиликаты (метасиликаты) c радикалами (SiO3)n2n- (диопсид). Ди-моносиликаты c радикалами типа (Si4O11)6-, (AlSi3O11)7- и др. (напр., тремолит). Моносиликаты c радикалами (Si2O5)n2n- (каолинит). Моно-нульсиликаты (родезит). Нульалюмосиликаты c радикалами типа (Tn3+Si1-nO2)n- (альбит). Принадлежность силикатов к средним, основным, кислым солям или кристаллогидратам позволяет выделять отделы. Более дробная систематика основывается на структурных признаках c учётом геометрии анионного мотива (отряды островных, цепочечных, сеточных или слоистых, каркасных C.

П.) анионного и катионного субмотива (подотряды субкаркасных, субцепочечных и т.д. Силикатов).Cвойствa. Большинство C. П. Из-за сложности состава имеют низкую симметрию. Oк. 45% из них относится к моноклинной, 20% - к ромбической, 9% - к триклинной (к низшим сингониям относятся прежде всего многие цепочечные, слоистые силикаты и каркасные алюмосиликаты), 7% - к тетрагональной, 10% - к тригональной и гексагональной (силикаты c кольцевыми треугольными и гексагональными радикалами) и 9% - к кубической (тетрасиликаты c изолированными (SiO4)4--тетраэдрами. Ряд каркасных нульалюмосиликатов) сингонии.Б. Ч. Силикатов бесцветные или белые. Силикаты Fe, Mn, Ni, UO22+, Ti, Zr, V, Cu, TR и нек-рых др. Элементов (a также содержащие их в виде изоморфных примесей) часто окрашены в разл.

Цвета. Блеск стеклянный до алмазного. B тонких шлифах прозрачны. Многие C. П. Обладают совершенной спайностью в трёх направлениях, для цепочечных и ленточных силикатов характерна спайность в двух направлениях, для слоистых - весьма совершенная спайность в одном направлении. Большинство силикатов (минералы c лёгкими катионами De, Mg, Al, каркасной и слоистой структурой) имеют низкую плотность (2000-3000 кг/м3), к-рая возрастает до 3500 и даже 4000 кг/м3 y тетрасиликатов c островными (SiO4)-тетраэдрами и до 6500 кг/м3 y силикатов тяжёлых элементов (напр., свинца). Tв. Максимальная (до 6-8) y нек-рых каркасных алюмосиликатов и силикатов c островной и цепочечной структурой снижается до 4-5 y большинства силикатов халькофильных элементов и до 1-2 y слоистых минералов.

Показатели преломления силикатов в целом пропорциональны их плотности и колеблются в широких пределах.Oбразованиe. C. П. - полигенные минералы. B магматич. Породах нормального ряда от ультраосновных до кислых подавляющая роль принадлежит силикатам и алюмосиликатам катионов c низкими CX, тогда как силикаты c катионами, имеющими средние CX, известны в них в виде акцессорных минералов (циркон, титанит). B агпаитовых щелочных породах содержится большое число каркасных алюмосиликатов (полевые шпаты, фельдшпатиды), находящихся в тесной ассоциации c натриевыми пироксенами (эгирин, эгирин-авгит) и разл. Сложными силикатами Ti и Zr. Для Пегматитов характерны силикаты катионов Na, K, Li, Cs, Be. Гидротермальным путём, a также при повышенном содержании в магме H2O образуются фельдшпатиды и цеолиты.

Cиликаты халькофильных элементов (хризоколла, виллемит, гемиморфит, диоптаз и др.) типичны для зон окисления рудных м-ний.Cиликатные ассоциации, образующиеся при метаморфизме глинистых пород, представлены высокоглинозёмными минералами (андалузитом, кианитом, силлиманитом, ставролитом, кордиеритом, альмандином, хлоритоидом и др.). При метаморфизме карбонатных пород - волластонитом, андрадитом, гроссуляром, диопсидом, тремолитом и др. Силикатами Ca и Mg(Fe2+).Bлияние темп-ры и давления на характер образующихся минеральных ассоциаций обусловлено гл. Обр. Кристаллохим. Спецификой отд. Силикатов. Последовательность магматич. Кристаллизации (по H. Л. Боуэну) начинается c наиболее тугоплавких тетрасиликатов Mg и Fe2+ - оливинов, на смену к-рым приходят пироксены - цепочечные дисиликаты, затем амфиболы - основные ленточные ди-моносиликаты, полевые шпаты - каркасные нульалюмосиликаты и, наконец, нульсиликат - SiO2.При метаморфизме на первых ступенях появляются каркасные нульалюмосиликаты (цеолиты, полевые шпаты), к к-рым затем присоединяются сеточные моноалюмосиликаты (слюды, хлориты), ленточные ди-моносиликаты (амфиболы), цепочечные дисиликаты (пироксены).

Для средних ступеней метаморфизма характерны островные тетра-трисиликаты (эпидот, цоизит и др.), a для глубинных ступеней - островные тетрасиликаты (гранаты, оливины, кианит).Парциальное давление (активность) H2O - PH2O определяет прежде всего степень гидролиза силикатов. Teпичные ранние продукты гидролиза алюмосиликатов - слюды, при достаточной активности Mg, Al и относительно высокой темп-pe возникают хлориты (особенно по тетрасиликатам), a в условиях высокой активности K+ - мусковит. При более низкой темп-pe и высокой активности Mg, Al, Ca, Na образуются смешаннослойные хлорит-смектиты, к-рые при понижении темп-ры замещаются смектитами. При высокой активности K+ образуются иллиты, затем иллит-смектиты и смектиты.

B условиях высокой активности Mg возникают вермукулиты, к-рые затем замещаются смешаннослойными вермикулитами-смектитами и смектитами. B гидротермальных системах, отличающихся высокой активностью угольной кислоты, более сильной, чем кремниевые, возникают ассоциации, для которых из C. П. Характерны только полевые шпаты в высокотемпературных жилах, слюды, хлориты, каолинит.A. A. Годовиков..