Островные силикаты.

Островные силикаты, имеющие структуру, близкую к плотнейшей упаковке, отличаются наибольшей плотностью и высокой твердостью. Напротив, каркасные алюмосиликаты имеют наименьшую плотность и более низкую твердость. Минимальной твердостью обладают силикаты со слоистой структурой. Твердость закономерно уменьшается от алюмосиликатов с ионным типом связи (слюды) к силикатам с ван-дер-ваальсовой связью (хлориты, тальк, глинистые минералы). Для слоистых силикатов часто характерна весьма совершенная спайность. Это связано с тем, что межатомные связи в пределах слоя кремнекислородных тетраэдров очень прочные, а между слоями - гораздо слабее. Поэтому разрушить эти минералы легче всего вдоль слоя, что и обусловливает характерную для них весьма совершенную спайность.

Характернейшей чертой островных кристаллических структур силикатов является наличие в них в качестве структурно обособленных единиц тетраэдрических анионов [SiO₄]^4-. Они располагаются изолированно, то есть ни один из кислородных ионов, окружающих ион Si не является общим для других, смежных с ним тетраэдров. Среди катионов островных силикатов преобладают Mg²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺ а также Al³⁺, Fe³⁺, иногда Ве²⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺. Щелочные элементы Na и К встречаются в исключительных случаях. Алюминий, в отличие от других типов силикатов, практически никогда не входит в структуру минералов в координации 4, т.е. не заменяет Si в его тетраэдрических группах. Физические свойства островных силикатов довольно характерны и обусловлены особенностями кристаллических решеток этих минералов. Форма кристаллов, как правило, изометричная. Минералы обладают высокой твердостью и относительно повышенным удельным весом, вследствие плотной упаковки ионов. Это бесцветные или слабо окрашенные минералы. Интенсивная окраска бывает только у минералов, содержащих ионы-хромофоры. Среди островных силикатов мы рассмотрим минералы, представленные в таблице.

Таблица. Островные силикаты с изолированными одиночными тетраэдрами без добавочных анионов:

оливин (Mg, Fe)₂[SiO₄] ромб.

Гр. гранатов R²⁺3R³⁺2[SiO₄]₃ куб.

• пироп Mg₃Al₂[SiO₄]₃
• альмандин Fe₃Al₂[SiO₄]₃
• спессартин Mn₃Al₂[SiO₄]₃
• андрадит Ca₃Fe₂[SiO₄]₃
• гроссуляр Са₃Al₂[SiO₄]₃ с изолированными одиночными тетраэдрами и добавочными анионами: титанит (сфен) CaTi[SiO₄]O мон.

кианит (дистен) Al₂[SiO₄]O трикл. с изолированными сдвоенными тетраэдрами и добавочными анионами:

эпидот Са₂(Al, Fe)Al₂[SiO₄][Si₂O₇]O(OH) мон.

кольцевые: берилл Be₃Al₂[Si₆O₁₈] гекс.

турмалин Na(Mg, Fe)₃(Al, Fe)₆[Si₆O₁₈][BO₃]₃(OH, F)₄ триг.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Среди силикатов это наиболее многочисленный подкласс минералов. Его характерными представителями являются оливин (Mg, Fe)₂(Si04), альмандин Fe3Al2(Si04.)3, гроссуляр Ca₃Al2(Si0₄)3, топаз Al₂(Si0₄)F₂, эпидот Са₂(А1, Fe)(Si0₄)(Si₂0₇)0(0H). Силикаты этого подкласса имеют разнообразный состав — это минералы магния, железа, кальция, марганца, титана, алюминия, редких земель, тория, циркония, ниобия и др., ни в одном другом подклассе нет такого разнообразия катионов. К этому подклассу относятся также совсем особые по составу и структуре минералы, очень редкие в природе — это силикофосфаты, в них имеются дополнительные радикалы (Р2О7)^4- и (РО4)^3- (например, минерал ломоносовит с приблизительной формулой Na5Ti₂(Si207)(P04)02 и силикокарбонаты (спёррит Ca5(Si04)2(C0₃) и др.)).

К числу породообразующих и наиболее широко распространенных в природе минералов относятся оливины, гранаты, эпидот, кианит, титанит, циркон. Практическое значение имеет лишь ничтожная доля от общего числа минералов. В качестве абразивных материалов используются гранаты, драгоценными минералами являются топаз, альмандин, пироп, уваровит, хризолит (разновидность оливина). Рудным минералом бериллия является фенакит Be2(Si04), скандия — тортвейтит Sc2(Si207), цинка — виллемит Zn2(Si04) и гемиморфит Zn4 (Si207)(OH)2-H20, циркония и гафния — циркон (Zr, Hf)(Si0₄).

КРИСТАЛЛОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ

Кристаллохимическое своеобразие минералов подкласса островных силикатов определяется сочетанием двух факторов: а) присутствием в них орто- и диортогрупп — (Si04)⁴~ и (Si207)^6-, б) большой ролью в их составе катионов октаэдрической координации с радиусом от 0, 060 до 0, 080 нм (Ti⁴⁺—0, 064; Fe³⁺— 0, 067; Nb⁵⁺— 0, 069; Mg²⁺ — 0, 078; Fe²⁺ — 0, 082 нм, по В. М. Гольдшмидту), главными из них являются магний и железо. Благодаря такому сочетанию типичных для плотнейшей упаковки ее тетраэдрических и октаэдрических полиэдров, структуры островных силикатов наиболее компактны и прочны среди силикатов других подклассов. Кроме перечисленных катионов большую роль, но не во всех, а в некоторых островных силикатах играют относительно крупные катионы восьмерной (и более) координации — Са²⁺ (0, 106 нм), Na⁺ (0, 098 нм), Се³⁺ (0, 118 нм). Их координационные полиэдры несоразмерны с октаэдрами и тетраэдрами. Структура таких минералов, за малым исключением (гроссуляр), менее компактна.

Характерная особенность алюминия в островных силикатах заключается в том, что он всегда занимает октаэдрические позиции и является в этих силикатах катионом.

Разнообразие катионов, их разные радиусы и свойства приводят к усложнению кристаллических структур островных силикатов и часто к вхождению в них дополнительных анионов F^- и (ОН)^-. Особенно характерны такие анионы для силикатов, содержащих одновременно группы (S1O4)^4- и (Si207)^6- и резко различающиеся по металлическим свойствам катионы: Са²⁺ и Ti⁴⁺ (титанит), Са²⁺ и А1³⁺ (эпидот), К⁺, Na⁴" и Ti⁴⁺ (лампрофиллит). Дополнительные анионы характерны также для силикатов, в состав которых входят только группы (Si04) и алюминий в качестве катиона, — топаза Ab(Si04)F2, кианита Al₂(Si04)0 и др.

МОРФОЛОГИЯ КРИСТАЛЛОВ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Островные силикаты образуются даже в стесненных условиях роста в виде хороших кристаллов (рис. 168). Это объясняется их большой силой кристаллизации, что обусловлено относительной компактностью и простотой структур этих силикатов, мно-гозарядностью анионных комплексов и значительной силой связей катионов, входящих в их состав. В виде изометричных хорошо ограненных зерен (кристаллов кубической сингоний — ромбододекаэдров и тетрагон-триоктаэдров) встречаются гранаты (отсюда и их название: от лат. granula — зернышко), идеально развитые дипирамидальные и призматические кристаллы тетрагональной сингоний образует циркон, в совершенных кристаллах ромбической сингоний обычно наблюдаются топаз и ставролит. Можно привести много таких примеров высокой степени идиоморфизма (совершенства) кристаллов островных силикатов. Ну а сфен (сейчас его принято называть титанитом) даже получил свое название за то, что он почти всегда встречается в виде идеально ограненных клиновидных кристаллов (от греч. sphen — клин). Из распространенных минералов, пожалуй, лишь оливин и хондродит редки в кристаллах.

Окраска островных силикатов обычно обусловлена присутствием в их составе в качестве главных и примесных компонентов элементов-хромофоров (Fe, Mn, Ti и Сг). Атомы двух- и трехвалентного железа вызывают при разных своих соотношениях зеленые (гроссуляр, эпидот), коричневые (андрадит, ставролит, титанит) цвета. Окрашенные марганцем и железом минералы имеют малиново-красный, лилово-красный цвет

(альмандин). Железо в сочетании с Ti вызывает коричнево-черную окраску минералов, таков цвет титанистого андрадита — шерломита. Хром обусловливает изумрудную окраску уваровита. Он же в сочетании с Fe вызывает бордово-красную окраску драгоценных пиропов (" богемских гранатов") — при особом сочетании количеств Сг и Fe эти гранаты меняют цвет от зеленых при обычном свете до красно-фиолетовых при искусственном освещении. Лишь в редких случаях встречаются бесцветные, белые островные силикаты — это химически чистые гроссуляр, форстерит, топаз, каламин.

Компактность структуры и наличие в минералах небольших, но высокозарядных катионов проявляются в высокой плотности и твердости (от б до 8) этих минералов. Из-за большой твердости эти минералы черты не дают (они процарапывают бисквитную пластинку), даже у густо окрашенных минералов она чуть заметна.

ОСОБЕННОСТИ УСЛОВИЙ ОБРАЗОВАНИЯ

Островные силикаты — это минералы преимущественно высоких температур и давлений, т.е. минералы больших глубин. Главными типами месторождений являются магматические и метаморфические горные породы и некоторые метасоматиты. Как исключение они образуются в приповерхностных условиях.