Класс силикатов

Минералы этого класса являются самыми распространенными в земной коре, составляя более 33% всех известных в природе минералов. По весу на их долю приходится не менее 85% всей земной коры.

На основании рентгеноскопического изучения структуры минералов установлено, что во всех силикатах каждый ион кремния Si4+ находится в соединении с четырьмя ионами кислорода, расположенными в вершинах октаэдра, в центре которого находится ион кремния.

Основная структурная единица силикатов — кремнекислородный тетраэдр — [SiO4]4- обладает четырьмя свободными валентными связями, за счет которых происходит присоединение ионов других химических элементов и кремнекислородных тетраэдров.

В зависимости oт характера сочленения и расположения таких кремнекислородных тетраэдров различают: островные, цепные и ленточные, листовые (слоевые) и каркасные силикаты (рис. 6).

Островные силикаты. В структуре данного типа кремнекислородные тетраэдры представляют островки одиночных тетраэдров, сдвоенных, строенных, счетверенных или сшестеренных тетраэдров, сгруппированных в кольца. Друг с другом эти тетраэдры связываются с помощью катионов Mg2, Fe2+, Ca2+, Mn21, а также Al3+ и Fe3+. Представителями этих силикатов являются оливин и гранаты. Оливин — (Mg, Fe)2Si04. Представляет собой изоморфную смесь двух минералов: форстерита Mg2SiO4 и фаялита Fe2SiO4. Химический состав форстерита: MgO — 57,1% и SiO2 — 42,9%; фаялита: FeO—70,57% и SiO2—29,43%. Твердость минерала 6,5—7. Удельный вес 3,3—3,4. Хрупкий. Спайность несовершенная, блеск стеклянный. Цвет оливково-зеленый (бутылочный). Сингония ромбическая. Происхождение магматическое, реже метаморфическое. Является породообразующим минералом основных и ультраосновных магматических пород. При выветривании разлагается с образованием карбонатов и опала.

Применение: изредка как магнезиальное удобрение, хризолит (светло-зеленая разновидность оливина) применяется как драгоценный камень.

Цепные и ленточные силикаты. В структуре цепных силикатов кремнекислородные тетраэдры соединяются друг с другом в непрерывные цепочки с радикалом [SiO3]2-. Сдвоенные цепочки с радикалом [Si4O11]6- характеризуют особый подкласс силикатов, называемый ленточным. Представителями цепных силикатов являются моноклинные (авгит) и ромбические (энстатит) пироксены, а ленточных — амфиболы, например, роговая обманка.

Авгит — Ca (Mg, Fe, Ti, Al) [(Si, Аl)2O6]. Химический состав сложный; устанавливается избыток MgO, Fe2O3, а также обогащение Al2O3 (до 4—9%). Твердость 5—6. Удельный вес 3,3—3,6. Цвет черный, зеленовато-черный, реже темно-зеленый. Блеск стеклянный. Сингония моноклинная. Спайность средняя по призме. Является широко распространенным породообразующим минералом магматических горных пород основного состава. В зоне выветривания неустойчив и в результате химического разложения переходит в тальк, каолинит, хлорит, лимонит.

Энстатит — Mg2(Si2O6). Химический состав: SiO2 до 60,03% и MgO—39,97%. Твердость 5,5. Удельный вес 3,1—3,3. Цвет белый, серый, бурый. Блеск стеклянный, спайность средняя. Сингония ромбическая. Происхождение магматическое. При вторичном изменении переходит в роговую обманку или антигорит. Встречается в магматических породах и кристаллических сланцах.

Амфиболы — это широко распространенная группа породообразующих минералов. Как и пироксены они делятся на ромбические и моноклинные.

Роговая обманка — Na, Ca2 (Mg, Fe+)4 (Al, Fe3) [ОН, F]2*[Al2Si6O22]. Химический состав сложен и довольно непостоянен. Твердость 5,5—5,6. Удельный вес 2,9—3,4. Цвет серо-зеленый, темно-зеленый, черный. Черта зеленоватая или бурая. Спайность совершенная в двух направлениях под углом 124°. Излом занозистый. Сингония моноклинная. Происхождение магматическое и метаморфическое. Является важным породообразующим минералом гранитов, диоритов, андезитов и др. В зоне выветривания неустойчив, разлагаясь, превращается в карбонаты, лимонит и опал.

Листовые (слоевые) силикаты. Соединение тетраэдров, расположенных в одной плоскости через три общих кислорода, приводит к образованию слоевой или листовой структуры, имеющей в своей основе радикал (Si4O10)-. Такая структура характерна для различных пластинчатых минералов — таких, как тальк, каолинит, слюды и др.

Различают среди листовых силикатов собственно силикаты (серпентин, тальк, каолинит) и алюмосиликаты (слюды — мусковит, биотит, гидрослюды и глауконит).

Группа талька. Тальк — Mg3 [ОН]2[Si4O10]. Химический состав: MgO — 31,7%, SiO2 — 63,5%, H2O — 4,8%. Твердость 1. Удельный вес 2,7—2,8. Цвет белый, бледно-зеленый, светло-желтый. Жирен на ощупь. Блеск жирный или перламутровый, спайность весьма совершенная. Сингония моноклинная. Тальк — продукт метаморфизма магнезиальных силикатов или доломитов.

Широко применяется в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Находит широкое применение в производстве ядовитых порошков и препаратов, используемых против вредителей сельскохозяйственных растений.

Группа хлоритов. Широкий изоморфизм главных элементов (Mg2 —> Ее21 —> Mn2+; Al3+ —> He3+ —> Cr3+), а также замещение Si+Mg на Al и Mg3 на Al2 обусловливает разнообразие химического состава минералов этой группы. Среди них по химическому составу выделяется несколько разновидностей, весьма трудноотличимых по внешнему виду. Твердость 2—2,5. Удельный вес 2,6—2,85. Окраска от светло-зеленой до темно-зеленой. Блеск стеклянный. Спайность весьма совершенная, излом неровный. Сингония моноклинная. Встречается в форме листоватых и чешуйчатых агрегатов, а также сплошных масс. Происхождение метаморфическое. Является продуктом изменения биотита, авгита и роговой обманки. Хлорит — главная составная часть хлоритовых сланцев.

Группа слюд—алюмосиликатов. В эту группу входят мусковит, биотит и флогопит.

Мусковит (калиевая слюда) — KAl2(OH)2 [AlSi3O10]. Химический состав: К2О—11,8%, Al2O2 — 38,5%, SiO2 — 45,2%, H2O — 4,5%. Твердость 2,5—3. Удельный вес 2,76—3,1. Цвет белый, желтоватый, сероватый. Черта белая. Спайность весьма совершенная. Сингония моноклинная. Распространенный породообразующий минерал магматического, пегматитового, гидротермального и метаморфического происхождения. В условиях интенсивного химического выветривания превращается в гидрослюду. Мусковит — отличный диэлектрик, применяющийся в электротехнике, радиотехнике и т. д.

Биотит — это магнёзиально-железистая слюда — К(Mg, Fe)3 (ОН, F)2 [AlSi3O10]. Состав ее непостоянный. Твердость — 2—3, удельный вес 2,7—3,1. Цвет черный. В тонких листочках прозрачен. В остальных свойствах он сходен с мусковитом. В процессе химического выветривания переходит в вермикулит и далее в хлорит. Происхождение магматическое и метаморфическое. Является одним из главных составных частей многих горных пород (гнейсы, сланцы, граниты и др.).

Группа глинистых минералов. В эту группу входит большое число минералов, из которых практическое значение имеют каолинит, гидрослюды и монтмориллонит. Эти минералы являются главной составной частью глин и отличаются высокой дисперсностью (частицы < 1 мм).

Каолинит — Al4(OH)8[Si4O10]. Химический состав: Al2O3— 39,5,%, SiO2—46,5%, H2O—14%, присутствуют примеси Fe2O3, MgO, CaO, Na2O, К2О и другие. Твердость 1—2,5. Удельный вес 2,58—2,60. Цвет белый, может быть буроватый или голубоватый. Блеск матовый. Жирный на ощупь. Излом землистый. Сингония моноклинная. Образуется в результате химического выветривания полевых шпатов и слюд. Каолинит, галлуазит и монтмориллонит, входя в различные почвообразующие породы, обусловливают ряд их физико-химических особенностей (просадочность лёсса).

На поверхности земли каолинит устойчив в условиях кислой среды. Входит в состав различных глин. Имеет применение в керамической и бумажной промышленности. Является важнейшим сырьем для изготовления огнеупорных изделий.

Гидрослюды. Под этим названием понимается группа близких по составу минералов (гидробиотит, иллит, глауконит и т. д.), являющихся промежуточными образованиями между слюдами и глинистыми минералами, со слоистой структурой. Гидрослюды образуются в процессе выветривания.

Иллит — (К, H3O) Al2(OH)2 [(Si, А1)4О10]*nН2О. По химическому составу является промежуточным образованием между мусковитом и каолинитом. По сравнению с мусковитом содержание K2O в нем падает до 2—3%, a H2O возрастает до 8—9%. Содержание SiO2 достигает 50—55%, Аl2O3 — ниже (25—33%). Твердость 1—2. Удельный вес 1,6. Цвет светло-коричневый и зеленоватый. Образует землистые массы. Входит в состав глинистых минералов. Часто устанавливается в почвах, образующихся на месте выхода кислых и средних по составу изверженных горных пород. Иногда встречается в чистом виде и добывается как сырье для огнеупоров.

Вермикулит — (Mg, Fe2+, Fe3+)*(OH)2 [(Si, А1)4]*4Н2O. Химический состав: MgO—14—25%, Ре2O3 — 3—17%, FeO — 1—3%, SiO3 — 34—42%, Al2O3 — 10—17%, H2O — 8—18%. Кроме того, присутствуют до 5% K2O и до 11 % NiO. Это слюдоподобный минерал, являющийся продуктом выветривания биотита. Твердость 1—1,5. Удельный вес 2,4—2,7. Цвет бурый, желто-бурый, золотисто-желтый. Сингония моноклинная. Блеск жирный. Нагретый вермикулит увеличивается в объеме в 15—20 раз. Встречается вермикулит в зоне коры выветривания. Во вспученном виде используется как тепло-и звукоизоляционный материал. Кроме того, применяется для улучшения структуры тяжелых почв с плохой аэрацией и, особенно, в качестве субстрата в растениеводстве при выращивании растений без почвы на питательных растворах.

Глауконит — водный алюмосиликат железа и магния. Примерный состав: K(Fe3;, Al, Ee2+Mg)2 (ОН)2[А1*Si3O10] * nН2O. Содержание основных компонентов в типичных глауконитах колеблется в следующих пределах: SiO2 — 45,00—58,65%, A2O3 — 0,56—20,39 %, Fe2O3 — 6,42—27,90%, FeO — 0,49—9,58%, MgO — 1,77—6,22%, CaO — 0,25—5,43%, K2O — 2,07—7,58%, Na2O — 0,01—3,34%, H2O — 5,70—13,70%. Твердость 2—3. Удельный вес 2,2—2,8. Цвет зеленый, темнозеленый, оливково-зеленый. Блеск матовый, у плотных разностей стеклянный и жирный. Излом неровный. Растворяется в HCl, оставляя скелет кремнезема.

Глауконит — минерал морского химического происхождения, широко распространен среди осадочных пород. После соответствующей термической обработки применяется как калийное удобрение. Используется также как смягчитель жесткости воды. Идет на приготовление защитной зеленой краски.

Монтмориллонит— минерал переменного состава: (Ca, Na) (Mg, Al, Feh (OH)2 [(Si, А1)4О10]*nН2O. Содержание основных компонентов колеблется в следующих пределах: SiO2 — 33,40%, Al2O3 — 0,14—29,90%, CaO — 0,16—3,52%, Na2O — 0,11—3,04%, MgO — 0,23—31,61%, Fe2O3 — 0,03 — 29,46%, FeO — 0,19—0,95%, H2O — 11,96—26,0%. Твердость 1—2. Удельный вес 2,0—2,5. Окраска светло-зеленая, белая, изменяющаяся в зависимости от примесей. Образует довольно плотные землистые массы с матовым блеском. Особенностью монтмориллонита является подвижность кристаллической решетки. Образуется в процессе выветривания гранитов и диоритов и входит в состав глинистых минералов.

Монтмориллонитовые глины имеют большое практическое значение. Они способны к сильному набуханию за счет поглощения воды с увеличением в объеме до 20 раз. Поглотительная способность монтмориллонита используется для очистки нефтепродуктов и смягчения жестких вод.

Каркасные алюмосиликаты. В силикатах данного типа структур так называемый непрерывный каркас состоит из связанных между собой тетраэдров через кислороды всех четырех вершин. Здесь нет свободных валентностей, и присоединение других ионов невозможно. Основное звено каркасных структур — [(Si, Аl)4O8] Такую структуру имеют наиболее широко распространенные минералы этого подкласса — полевые шпаты, а также фельдшпатиды.

Группа полевых шпатов. Эта группа состоит из двух подгрупп: а) подгруппы кали-натровых полевых шпатов и б) подгруппы плагиоклаза. Полевые шпаты — это наиболее широко распространенные минералы, составляющие до 50% всей массы земной коры.

1. Подгруппа кали-натровых полевых шпатов. Ортоклаз — К[ Аl, Si3O8]. Химический состав чистой калиевой разности: K2O — 12,7—16,9%, Al2O3 — 18,4—18,7%, SiO2 — 64,7—65,7%; часто присутствуют Na2O, примеси BaO, FeO или Fe2O3. Твердость 6—6,5. Удельный вес 2,56—2,58. Цвет белый, розовый мясо-красный. Блеск стеклянный. Черта белая. Спайность совершенная в двух направлениях под прямым углом. Излом ступенчатый. Сингония моноклинная. Является со* ставной частью гранитов, сиенитов и метаморфических пород. При выветривании переходит в один из глинистых минералов (каолинит и др.). Служит сырьем для стекольной и керамической промышленности (фарфор, фаянс и т. д.).

Микроклин — К[Аl,Si3O8]. Твердость и удельный вес такие же, как и у ортоклаза. Окраска мясо-красная, иногда желтая, зеленая. В отличие от ортоклаза характерно решетчатое строение, хорошо различимое под микроскопом. Спайность совершенная в двух направлениях. Угол между плоскостями спайности отличается от прямого на 3,5—4°. Сингония триклинная. Минерал широко распространен среди горных пород кислого и среднего состава. Встречается в пегматитовых жилах вместе с кварцем в виде так называемых «письменных гранитов». Голубовато-зеленую разновидность микроклина называют амазонитом.

2. Подгруппа плагиоклазов. Эта подгруппа представляет собой изоморфную смесь натриевой молекулы — альбита Na[Al, Si3O8] и кальциевой — анортита Ca [Al2 Si2O8], образующих смешанные соединения в любой пропорции. В зависимости от содержания анортита (от О до 100%) плагиоклазы делятся по номерам. Например: альбит (1—10); олигоклаз — (11—30); андезин — (31—50); лабрадор — (51—70); битовнит — (71—90); анортит— (91 — 100). Содержание SiO2 в них составляет: 1) в кислых разностях, с №№ 0—30—68%; 2) в средних разностях, с №№ 30 60— 53—43%; 3) в основных разностях, с №№ 60—100—43%. Для кислых пород (гранитов) характерен кислый плагиоклаз — олигоклаз, для средних (диоритов) — андезин и лабрадор и для основных (габбро) — битовнит и анортит.

Альбит — Na[Al, Si3O8] — натриевый плагиоклаз. Химический состав: Na2O—10,79%, Al2O3 — 19,4%, SiO2 — 68,81%, постоянно содержатся примеси K2O. реже BaO и др. Твердость 6—6,5. Удельный вес 2,62—2,65. Цвет белый, желтоватый, серый. Блеск стеклянный и перламутровый. Спайность совершенная в двух направлениях. Сингония триклинная. Происхождение магматическое и пегматитовое. В процессе выветривания переходит в глинистые минералы с образованием в кислой среде каолинита, а в щелочной — монтмориллонита. Альбит входит в состав магматических и метаморфических горных пород, реже встречается в осадочных породах. Применяется в стекольной и керамической промышленности.

Лабрадор. Изоморфная смесь альбита (50—30%) и анортита (50—70%). Примерный химический состав: Na2O — 5,89%, CaO — 10,05%, Al2O3 — 28,01%, SiO2 — 56,05%. Твердость 6. Удельный вес 2,7—2,72. Цвет серый и темно-серый с голубоватым и синеватым переливом. Блеск стеклянный, спайность совершенная в двух направлениях. Сингония триклинная. Происхождение магматическое. В процессе выветривания переходит в глинистые минералы. Входит в состав основных магматических пород и амфиболитов. Ценный поделочный и облицовочный материал.

Анортит — Ca [Al2 Si2O8]. Химический состав: CaO — 20,10%, Al2O3 — 36,62%, SiO2 — 43,28%. Твердость 6—6,5. Удельный вес 2,73—2,78. Цвет белый, серый, красноватый. Черта бесцветная. Спайность средняя в двух направлениях. Блеск стеклянный. Сингония триклинная. В чистом виде встречается редко. Анортит характерен для основных магматических горных пород (габбро и базальтов).

Группа фельдшпатидов. Фельдшпатиды по химическому составу похожи на полевые шпаты, но беднее кремнекислотой.

Нефелин — Na3K(Al, SiO4)4. Название минерала происходит от греческого слова «нефеле»— облако (при разложении в сильных кислотах образует облаковидный кремнезем). Химический состав: SiO2 — 41,48—46,41%, Al2O3 — 31,07—33,99%, Na2O—15,67—17,25%, K2O — 3,66—6,57%, остальное приходится на Fe2O3, Cl, F и H2O. Твердость 5,5—6. Удельный вес 2,55—2,65. Окраска серовато-белая, серая с различными оттенками. Блеск стеклянный до жирного. Спайность отсутствует, излом плоскораковистый. Сингония гексагональная. Происхождение магматическое. Образуется в бедных кремнеземом щелочных глубинных и излившихся породах, где содержание кремнекислоты недостаточно для образования полевых шпатов. В зоне окисления неустойчив. В некоторых почвах, разлагаясь, нефелин образует студнеобразные гели Al и Si (коллоиды), улучшающие структуру почв и оживляющие микробиологическую деятельность. Применяется в химической промышленности для получения окиси алюминия, соды, ультрамарина и т. д. Является рудой на алюминий и калийным удобрением. Нефелиновые сиениты залегают вместе с апатитом на Кольском полуострове, на Южном Урале, в Ильменских горах.