Определение диагностических признаков минералов.

Цель работы: научиться выявлять особенности морфологии, главнейшие физические и химические свойства минералов.

Исходный материал: образцы рабочей минералогической коллекции.

Решаемые задачи: характеристика морфологии минеральных индивидов (облик, габитус, сингония), типов минеральных агрегатов; определение физических (цвет, цвет черты, блеск, спайность, твердость, хрупкость-ковкость, магнитность и др.), химических (растворимость в кислотах и основаниях) и особых свойств минералов.

Объем работы: не менее 5 минералов за одно занятие.

Лабораторное обеспечение: эталонные коллекции минералов, экспозиции минералов на кафедре и в музее, наборы шкал твердости, блеска, цвета минералов, минералогические лупы 6-ти кратного увеличения, наборы химической посуды и химических реактивов.

Порядок выполнения работы:

- в начале занятия получить коробку с пятью образцами минералов;

- поочередно для каждого минерала определить и записать в рабочую тетрадь диагностические признаки;

- представить преподавателю результаты для проверки.

Форма представления результатов: устный отчет с демонстрацией определяемых признаков непосредственно на образцах минералов.

Диагностические признаки минералов

Диагностические признаки описание которых обязательно при определении минералов:

1. Обязательные признаки:

- Форма выделения

- цвет минерала

- твердость

- спайность

- блеск

2. Специфические признаки:

- растворимость

- реакции с кислотами

- плотность

- прозрачность

- магнитность

- поведение в пламени паяльной трубки

Силикаты. Общие сведения.

К классу силикатов относится огромное количество минералов. На долю их приходится примерно одна треть всего числа известных в природе минеральных видов.

Многие силикаты являются важнейшими породообразующими минералами не только во всех магматических горных породах, их гидротермально измененных разностях и контактово-метасоматических образованиях, но также в продуктах их выветривания, во многих осадочных горных породах (главным образом в глинах и глинистых сланцах), а также в разнообразных кристаллических сланцах. Значительную роль они играют и в минеральных составах почти всех месторождений полезных ископаемых, и не только как спутники рудных минералов, но в ряде случаев как носители ценных металлов (Ni, Zn, Be, Zr, Li, Cs, Rb, U, TR и т.д.). Немало мы знаем и неметаллических полезных ископаемых, представленных силикатами. К числу их принадлежат, например, асбест, каолин, так называемые отбеливающие глины, полевые шпаты как сырье для огнеупоров, керамики и т. д., не говоря уже о различных строительных материалах. Целый ряд силикатов (изумруд, аквамарин, турмалин, топаз, родонит, нефрит и др.) издавна используются в качестве драгоценных и поделочных камней. Немаловажную роль в минеральном составе зоны гипергенеза рудных месторождений играют силикаты, фиксирующие и концентрирующие рудогенные элементы. Эти минералы представлены тремя группами – медной, свинцово-цинковой и хром-кобальт-железистой, объединяющими силикаты, характерные для окисленных руд различных типов медных и полиметаллических месторождений, а также месторождений с никель-кобальтовой и железистой минерализацией. Помимо собственных минералов Сu, Zn, Pb и Fe, большую группу в этом списке составляют силикаты, в которые рудные элементы входят в виде изоморфной примеси, нередко в существенной концентрации. В основном это слоистые силикаты таких структурных групп, как смектиты, галлуазит, сепиолит-палыгорскит, слюды, хлориты. За последние десять лет список силикатов дополнил почти десяток новых минералов, в котором лидируют соединения Pb.

Особенностью гипергенных силикатов является их образование на позднем (щелочном) этапе формирования окисленных руд, когда происходит не только окисление рудных (сульфидных) минералов, но и выветривание кремнийсодержащих вмещающих оруденение пород, сопровождающееся активной миграцией кремния. С этим же связано нередкое вхождение в состав силикатов Fe, Al, Mg, Cr, а также добавочных анионов (ОН, СО₃ и др.). В составе окисленных медных руд обнаружены такие собственно медные силикаты, как диоптаз (аширит), стрингхамит, кинаит, хилалит, апачит, ладденит, кризейит, ахоит, хризоколла, шаттукит и яхонтовит. Стрингхамит и кинаит указаны в медных месторождениях шт. Юта (США) в ассоциации с теноритом и талмесситом.

В особую группу выделены силикаты урана. Они имеют гипергенное и гидротермальное происхождение, и представляют большой промышленный интерес. Содержание урана в казолите и соддаите достигает 65 - – 80%.

Во всех силикатах каждый ион Si⁴⁺ всегда находится в окружении четырех ионов О^2-, располагающихся в углах по тетраэдру вокруг него. Связь между ионами кислорода с кремнием гораздо сильнее, нежели с другими металлами, играющими роль катионов в кристаллических структурах силикатов. Размеры этих кремнекислородных тетраэдров почти строго постоянны. Расстояние Si—О составляет всего 1.6 А. Это обстоятельство, а также другие рентгенометрические данные убеждают в том, что связь Si — О является не совсем полярной.

Таким образом, кремнекислородный тетраэдр, т. е. группа [SiО₄]⁴- является основной структурной единицей всех силикатов.

До рентгенометрических исследований одни ученые (например, Грот, Кларк) считали, что Al по аналогии с Mg, К, Na и другими металлами в конституции силикатов играет роль основания, тогда как В. И. Вернадский доказывал, что Al в силикатах, наряду с Si, входит в состав кислотных радикалов, в связи с чем он выделял многочисленные алюмокремниевые кислоты, их ангидриды и соли (алюмосиликаты).

Изучение кристаллических структур силикатов с помощью рентгеновских лучей позволило решить этот вопрос. Оказалось, что алюмосиликаты действительно существуют среди соединений класса силикатов. Однако, наряду с этим в значительном количестве устанавливаются и силикаты алюминия (часто вместе с другими металлами).

Таким образом, Al в конституции силикатов играет двоякую роль: то как компонент анионных радикалов, находясь, так же как и Si⁴⁺ в четверном окружении ионов кислорода, то как отдельный катион, один или вместе с другими катионами металлов нейтрализующий отрицательный заряд анионов, располагаясь в шестерном окружении ионов кислорода или гидроксила подобно Mg². Известно даже немало случаев, когда в одном и том же силикате одни ионы Al участвуют в комплексном анионе, другие — среди катионов, занимающих промежутки между отрицательно заряженными радикалами.

Кремнекислородные тетраэдры в кристаллических решетках силикатов могут находиться либо в виде изолированных друг от друга структурных единиц SiО₄, либо могут сочленяться друг с другом разными способами, образуя сложные ко-мплексные анионные радикалы. При этом сочленение совершается только через углы тетраэдров с образованием общих вершин, но не через ребра или грани. Наиболее полный случай таких сочленений, когда все четыре вершины каждого тетраэдра одновременно являются общими и для окружающих четырех тетраэдров SiО₄. Такой случай, имеет место для кристаллических структур минералов группы кварца с общей формулой SiO₂.

В зависимости от того, происходит ли сочленение кремнекислородных тетраэдров и каким образом оно происходит, мы будем иметь различные пространственные формы анионных комплексных радикалов.

Важной характеристикой структур силикатов являются также координационные числа, от которых зависят изоморфные замещения. Некоторые катионы имеют по два и даже по три таких числа. Координационные числа возрастают с увеличением радиусов ионов. Тi⁴⁺ и Zr⁴⁺ не встречаются в четверном окружении ионов кислорода и, следовательно, они не бывают заменителями Si⁴⁺ в кремнекислородных тетраэдрах. Поэтому прежние представления о «титаносиликатах» и «цирконосиликатах» оказываются с этой точки зрения не верными. Эти элементы в кристаллических структурах минералов принимают участие в качестве обычных катионов, располагаясь в решетках между анионными радикалами. Однако для титана все же удалось показать, что лишь при сравнительно высоких температурах Ti в значительной степени способен заменять Si⁴⁺ в пироксенах.

О классификации силикатов.

В настоящее время, когда рентгенометрические исследования минеральных тел достигли значительных успехов, классификация силикатов, должна быть построена не только на основании их химических составов, но также с учетом типов кристаллических структур.

Различные способы сочленений кремнекислородных тетраэдров накладывают совершенно определенный отпечаток как на химические формулы минералов и морфологические особенности их кристаллов, так и на многие физические их свойства (показатели преломления, двупреломление, удельные веса и т. д.). Как будет видно из описаний отдельных групп минералов, они являются более или менее характерными для каждого структурного типа силикатов.

Порядок расположения этих типов структур может быть различным. Одни авторы систематику силикатов строят начиная от типа структур с изолированными кремнекислородными тетраэдрами и кончая каркасными структурами непрерывного протяжения в трехмерном пространстве. Другие принимают обратный порядок, причем систематика силикатов начинается с кварца, обладающего типичным каркасным строением решетки.

Мы остановимся на первом варианте, т. е. начнем с тех групп силикатов, которые отвечают типичным солям и являются наиболее простыми и близкими по своей конституции к минералам ранее рассмотренных классов кислородных солей. В отличие от них, класс силикатов разобьем на ряд подклассов.

Общая схема этого деления, выразится в следующем виде:

Подкласс А. Силикаты с изолированными анионными тетраэдрами [SiО₄] в кристаллических структурах.

Подкласс Б. Силикаты с изолированными анионными группами тетраэдров [SiО₄] в кристаллических структурах.

Тип 1. С изолированными анионными группами [Si₂O₇].

Тип 2. С кольцевыми анионными радикалами [Si₃О₉], [Si₄О₁₂], [Si₆О₁₈].

Подкласс В. Силикаты с непрерывными цепочками тетраэдров [SiО₄] в кристаллических структурах.

Тип 1. С одинарными цепочками [SiO₃]_n или[Si₂O₆]

Тип 2. С двойными цепочками [Si₄0₁₁]_n

Подкласс Г. Силикаты с непрерывными слоями тетраэдров [Si₄O₁₀] или [Si₃A1О₁₀] в кристаллических структурах.

Подкласс Д. Силикаты с непрерывными трехмерными каркасами тетраэдров [(Si, Al)О₄] или [AlSi₃O₈], [Al₂Si₂O₈] в кристаллических структурах.

Такова схема деления силикатов на подклассы и типы. Нет сомнения в том, что по мере дальнейшего изучения кристаллических структур она будет соответственно пополнена. В данный же момент ряд минералов, которые до установления других типов кристаллических структур не укладываются непосредственно в данную классификацию, приходится распределять в значительной мере условно, исходя из характеристики их свойств. Как и во всякой классификации, затруднения создаются также при отнесении к тому или другому подклассу промежуточных по кристаллическому строению силикатов, т. е. содержащих одновременно разные группы анионов. Они выделены в отдельные группы. Пока таких минералов известно очень немного.

При описании минералов там, где это необходимо для удобства изложения материала, в отдельных подклассах мы будем делить минералы на простые и сложные по составу, а также на нормальные (т. е. не содержащие посторонних анионов) и содержащие добавочные анионы. При делении на группы, как всегда, будем учитывать общность тех или иных свойств минералов. При этом недостаточно изученные минералы или такие, которые не укладываются в намеченные группы, с той пли иной условностью будем относить к числу «прочих минералов» в каждом отдельном типе или подклассе.

Рис.3. Типы отдельных групп кремнекислородных тетраэдров (в двух изображениях):

а) [SiО₄],

б) [Si₂O₇],

в) [Si₃О₉],

г) [Si₄О₁₂],

д) [Si₆О₁₈]

Рис.4. Типы одномерных непрерывных цепочек кремнекислородных тетраэдров в двух изображениях (А и Б), вершины тетраэдров направленные к наблюдателю утолщены: а) одинарная цепочка [Si₂O₆] б) двойная цепочка (лента) [Si₄0₁₁]_n

Рис.5. Слой или лист кремнекисло-родных тетраэдров гексагонального строения [Si₃A1О₁₀] в двух изображениях (А и Б).

Рис.6. Алюмокремнекислородный каркас [AlSi₃O₈]

Лабораторная работа № 2.

12 3 4 5 6 7 8 9 Следующая ⇒