Безводные карбонаты

Эта группа включает большое число минеральных видов, представляющих карбонаты следующих двухвалентных металлов (в порядке возрастания ионных радиусов): Mg, Zn, Fe²⁺, Mn²⁺, Ca, Sr, Pb и Ba. Характерно, что ионы с меньшим (радиусом, чем Са, образуют широкие изоморфные ряды минералов, кристаллизующихся в тригональной сингонии, а ионы с большим радиусом, чем у Са, образуют карбонаты ромбической сингонии. Карбонат самого кальция является диморфным, т. е. может кристаллизоваться в той и другой сингониях.

Рис. 208. Расположение ионов в ячейке спайного ромбоэдра {1011}. Оба сорта ионов располагаются как в гранецентрированных решетках

Кристаллическая структура тригональной модификации СаСO₃ изображена на рис. 208 и 209.

Рис. 209. Модель кристаллической структуры кальцита

Если кубическую решетку NaCl сдавить вдоль тройной оси настолько, что углы между гранями станут равными 101°55', то получится ромбоэдрическая гранецентрированная решетка кальцита (рис. 209), причем ионы Са займут места Na, а группы [СO₃]-места Сl. Таким образом, упаковка ионов в кальците отвечает несколько искаженной упаковке, произведенной по способу плотнейшей кубической кладки структурных единиц.

Рис. 210. Модель кристаллической структуры арагонита

Кристаллическая структура арагонита-ромбической модификации СаСO₃ от структуры кальцита отличается лишь тем, что ионы Са²⁺ и [СO₃]^2- упакованы по способу плотнейшей гексагональной кладки (рис. 210). Этим обстоятельством обусловливается наблюдающаяся псевдогексагональная симметрия тройников кристаллов (углы между гранями призмы в единичных кристаллах лишь немного отличаются от 60 и 120°). Как в решетке кальцита, так и в решетке арагонита каждый ион [СO₃]^2- окружен шестью ионами кальция. Насколько можно судить по разнице удельных весов, кристаллическая структура арагонита более плотна, чем структура кальцита.

Другой характерной особенностью минералов группы кальцита является склонность к образованию изоморфных смесей и двойных солей. В кальцитовом ряде, как и следовало ожидать согласно соотношениям размеров ионных радиусов катионов, широко замещают друг друга Mg, Zn и Fe²⁺.

Точно так же, карбонаты Fe²⁺ и Мn²⁺ образуют непрерывный ряд изоморфных смесей. Что касается Са, то этот элемент в силу существенного отличия величины его ионного радиуса от предыдущих катионов (за исключением Мn²⁺) может образовывать лишь двойные соли с ними. Ионы кальция и магния (или другие малые катионы) в кристаллических решетках располагаются попеременно вдоль тройной оси. Благодаря этому симметрия двойных солей кальцитового ряда несколько снижается: вместо дитригонально-скаленоэдрического вида симметрии (L₆³L²3РС) имеем ромбоэдрический (L₆³C), т. е. исчезают двойные оси, проходящие через центральный ион углерода и кислородные ионы, с ним связанные.

Среди карбонатов, содержащих в своем составе молекулы Н₂O, более распространены водные карбонаты Na, Mg, U и др. Здесь мы рассмотрим лишь десятиводный карбонат натрия.