Сульфиды

Сульфиды составляют важный класс, включающий большинство рудных минералов. Вместе с ними рассматриваются подобные им, но более редкие сульфоарсениды, арсениды и теллуриды.

Большинство сульфидных минералов непрозрачны, характерно окрашены, имеют характерный цвет черты. Te из них, которые прозрачны (киноварь, реальгар, ауринигмент), имеют высокие показатели преломления и пропускают свет только в тонких пластинках.

Общая формула сульфидов XmZn, в которой X — металл, Z — неметалл. Порядок перечисления минералов идет в направлении уменьшения X:Z.

Сульфиды можно разделить на маленькие группы со сходными структурами, но делать какие-либо обобщения об их структурах трудно. Сера образует правильные координационные октаэдры и тетраэдры во многих простых сульфидах, таких как галенит PbS, имеющий структуру типа NaCl, и сфалерит (рис. 7.12, а). В более сложных сульфидах, а также в сульфосолях сера образует искаженные координационные полиэдры (см. тетраэдрит, рис. 7.12, в). Многие сульфиды имеют ионную и ковалентную связь, в то время как другие, проявляющие в большей степени свойства металлов, имеют металлический характер связи. Здесь будут рассмотрены структуры и некоторые аспекты кристаллохимии нескольких наиболее распространенных сульфидов, например, сфалерита, халькопирита, пирита, марказита и ковеллина.

ZnS дает две полиморфных модификации с различными структурными типами: структурой типа сфалерита (см. рис. 7.12, а) и типа вюртцита. Как в структуре сфалерита, так и в структуре вюртцита Zn окружен четырьмя атомами S по тетраэдру, но в структуре сфалерита атомы Zn образуют гранецентрированную кубическую решетку, в то время как в структуре вюртцита упаковка приближенно гексагональная плотнейшая. Расположение атомов в структуре сфалерита такое же, как в структуре алмаза, в которой атомы углерода заменены поровну атомами Zn и S. Гринокит CdS — довольно редкий сульфид, изоструктуреи с ZnS и встречается в виде структуры как типа сфалерита, так и типа вюртцита. В природном сфалерите Zn в значительных количествах замещается на Fe2+ и ограниченно на Cd2+.

Халькопирит CuFeS2 имеет структуру, производную от структуры сфалерита, в которой ионы Zn замещены поочередно ионами Cu и Fe, что приводит к удвоению элементарной ячейки (см. рис. 7.12, б). Станнин Cu2FeSnS4 также имеет структуру, основанную на структурном типе сфалерита, в которой слои с атомами Fe и Sn сменяются слоями с атомами Cu (формулу халькопирита можно записать как Cu2Fe2S4, показав ее сходство с Cu2FeSnS4).

Ковеллин CuS является примером вещества с очень простым химическим составом, но довольно сложной структурой (рис. 7.13), в которой часть атомов Cu тетраэдрически окружена четырьмя атомами S, а часть — тремя по треугольнику. Структуру, следовательно, можно рассматривать как построенную из слоев треугольников CuS3, расположенных между сдвоенными слоями тетраэдров CuS4; при этом слои связаны ковалентными связями S—S.

Пирит FeS2 имеет кубическую элементарную ячейку, показанную на рис. 7.14, а. В структуре имеются ковалентно связанные пары атомов S2, занимающие положение ионов Cl в структуре типа NaCl. Структуру пирита можно считать производной от структуры NaCl, в которой атомы Fe занимают позиции Na. Другой полиморфной модификацией FeS2 является марказит (см. рис. 7.14, б), имеющий ромбическую элементарную ячейку. Эта структура, как и структура пирита, содержит сближенные пары атомов S2. До сих пор неясно, каковы области устойчивости двух полиморфных модификаций - пирита и марказита. Из геологической ситуации можно заключить, что марказит образуется в области низких и средних температур в осадочных породах и рудных жилах. Пирит образуется и как магматический (высокотемпературный) минерал.

Структура арсенопирита FcAsS может быть выведена из структуры марказита FeS2 или FeSS (см. рис. 7.14, в), в которой один из атомов S на формульную единицу замещен атомом As. В общем координация атомов в марказите и FeAsS примерно одинакова в обоих структурах.