Минералы. 
Минералы

3.7 Фосфаты

Класс фосфатов представлен минералами, являющимися солями фосфорной кислоты. Наибольшее практическое значение среди них имеет апатит Ca₅[PO₄]₃(F, Cl, OH), применяющийся для производства искусственных удобрений, фосфора, фосфорной кислоты.

3.8 Силикаты и алюмосиликаты

В класс силикатов входят наиболее важные и широко распространенные в земной коре породообразующие минералы. Они участвуют в строении многих горных пород, особенно магматических и метаморфических, реже осадочных. Силикаты составляют около 75% массы вещества земной коры.

Минералы класса силикатов характеризуются сложным химическим составом и внутренним строением. Главными химическими элементами, входящими в состав силикатов, являются кислород, кремний, алюминий, железо, кальций, магний, натрий, калий, а также водород в виде гидроксила OH или H₂O и др.

В основе строения всех силикатов лежит кремнекислородный тетраэдр [SiO₄]^4-, в центре которого находится ион кремния Si⁴⁺, а в вершинах — четыре иона кислорода О^2-. В кремнекислородных тетраэдрах кремний может частично замещаться алюминием. Минералы с подобным соединением являются аналогами силикатов и называются алюмосиликатами. Кремнекислородные и алюмокремнекислородные тетраэдры различно сочетаются друг с другом, что определяет разнообразие структур силикатов и лежит в основе их современной классификации.

Выделяют следующие структурные типы (подклассы) силикатов:

• 1. Островные силикаты, имеющие структуру из изолированных кремнекислородных тетраэдров. Радикал структуры [Si04]4-, сюда же относятся силикаты со сдвоенными тетраэдрами с радикалом [Si207]6-;
• 2. Кольцевые силикаты, структура которых образованна изолированными кольцами из трех, четырех или шести кремнекислородных тетраэдров. Наиболее распространены кольца из шести тетраэдров с радикалом [Si₆0₁₈]^12-;
• 3. Цепочечные силикаты характеризуются тем, что тетраэдры соединяются в непрерывные изолированные цепочки с радикалом [Si₂0₆]^4-;
• 4. Ленточные силикаты — кремнекислородные тетраэдры соединяются в непрерывные обособленные ленты (сдвоенные цепочки) с радикалом [Si₄O₁₁]^6-. В некоторых ленточных силикатах Si⁴⁺ замещен на Al³⁺ с образованием алюмокремнекислородных радикалов типа [(Si, Al)₄O₁₁]
• 5. Слоистые, или листовые силикаты и алюмосиликаты — ленты кремнекислородных или алюмокремнекислородных тетраэдров соединяются в виде одного непрерывного листа или слоя с радикалами [Si₄O₁₀]^4- или [(Si, Al)₄O₁₀];
• 6. Каркасные алюмосиликаты образуют непрерывный каркас из связанных между собой алюмокислородных [AlO₄]^5- и кремнекислородных тетраэдров [SiO₄]^4- со сложным общим радикалом типа [Si₃AlO₈]^- или [Si₂Al₂O₈]^2- и др.

Внутренняя структура силикатов в значительной степени обусловливает морфологию кристаллов и тип минеральных агрегатов.

Минералы островных силикатов с компактной структурой, а также кольцевые силикаты, как правило образуют изометричные кристаллы. Часто более или менее изометричны кристаллы каркасных силикатов. Минералы с линейно вытянутыми структурами — цепочечные и ленточные силикаты — обычно образуют удлиненно-призматические, вплоть до игольчатых кристаллы; слоистые силикаты имеют листоватый облик кристаллов.

Островные и каркасные силикаты обычно образуют зернистые агрегаты; кольцевые — шестоватые, радиально-лучистые; цепочечные и ленточные — игольчатые, лучистые; для слоистых силикатов характерны пластинчатые и чешуйчатые агрегаты.

В полной зависимости от кристаллохимических особенностей силикатов находятся и их физические свойства.

Твердость силикатов определяется прочностью их кристаллических структур и варьирует в широких пределах. Островные и кольцевые силикаты отличаются самой высокой твердостью (6−8). Твердость незначительно снижается при переходе от островных и кольцевых силикатов к цепочечным и ленточным, а также каркасным, для которых она равна в среднем 5−7. Еще больше она снижается в силикатах слоистого типа (2−3), доходя до 1.

Цвет силикатов разнообразный и определяется в основном элементами-хромофорами, а также включениями цветных минералов-примесей. Среди хромофоров преобладающая роль принадлежит ионам Fe и Mn. Так, в присутствии Fe²⁺ минералы приобретают зеленую окраску разной интенсивности. При наличии в минерале одновременно Fe²⁺ и Fe³⁺ (и разных их соотношениях) цвет меняется от зеленого через коричневый до черного. Без хромофоров цвет силикатов белый, серый. Силикаты с высокой твердостью черты не дают — они процарапывают бисквитную пластинку. Силикаты с низкой твердостью, главным образом слоистые силикаты, дают белую или слабоокрашенную (обычно зеленую или коричневую) черту.

Спайность наиболее хорошо выражена в листовых силикатах. Слои (листы) тетраэдров являются очень прочными, а связь их друг с другом менее прочная, что и обуславливает их весьма совершенную спайность в одном направлении, параллельном слоям структуры. Цепочечные и ленточные силикаты обладают хорошо выраженной спайностью в двух направлениях вдоль длинной оси структуры. Хорошо проявлена спайность по двум направлениям в каркасных силикатах. В островных и кольцевых силикатах спайность несовершенная.

Плотность. Среди силикатов преобладают минералы с низкой плотностью. Являясь главными породообразующими минералами, силикаты определяют низкую плотность горных пород и земной коры в целом, равной в среднем около 2,8. Силикаты с высокой плотностью встречаются редко и в основном представлены островными силикатами с наиболее плотной структурой и содержанием тяжелых атомов.

Силикаты как главные породообразующие минералы имеют и важное практическое значение. Силикаты — ценные неметаллические полезные ископаемые (керамическое и огнеупорное сырье; строительные, теплои электроизоляционные материалы). Они также являются рудами на рассеянные элементы и редкие земли. Прозрачные и красиво окрашенные силикаты издавна используются в качестве драгоценных и поделочных камней.

Ниже приводятся краткая характеристика основных подклассов силикатов и важнейшие породообразующие минералы, входящие в их состав.

Островные силикаты. Среди силикатов это наиболее многочисленный подкласс минералов. Химический состав их весьма разнообразный — большей частью это силикаты железа, магния, кальция и алюминия. К числу породообразующих и наиболее широко распространенных минералов относятся: оливин (Mg, Fe)₂[Si0₄], гранаты, представляющие собой обширную группу минералов — от наиболее распространенного альмандина Fe₃Al₂[Si04]₃ до сравнительно редкого пиропа Mg₃Al₂[SiO₄]₃, являющегося спутником алмаза и эпидот Ca₂(Al, Fe)₃[Si0₄][Si₂O₇]0(OH), отличающийся очень своеобразным, неповторимым в других минералах, желто-зеленым цветом (фисташково-зеленым, шпинатно-зеленым).

Цепочечные и ленточные силикаты относятся, как отмечалось выше, к разным подклассам. Однако у них имеется много черт подобия, что делает целесообразным их совместное рассмотрение. К цепочным и ленточным силикатам относятся важные породообразующие минералы, составляющие соответственно группу пироксенов и группу амфиболов. Они имеют сходный и относительно простой химический состав — чаще всего это силикаты кальция, магния и железа. Морфологически их кристаллы подобны друг другу. Они близки по физическим свойствам. Основное отличие состоит в том, что пироксены образуют относительно короткие призматические кристаллы и углы между направлениями спайности у них составляют 87° (93°). Минералам группы амфиболов свойственны более удлиненные призматические формы, часто игольчатые или волокнистые и плоскости спайности располагаются под углом 124°(56°) друг к другу. Последним, в частности, объясняется почти квадратная форма поперечного сечения кристаллов у пироксенов, и ромбовидная или шестигранная — у амфиболов. Кроме того, у амфиболов блеск значительно сильнее и спайность проявлена лучше.

В группе пироксенов рассматриваются гиперстен (Fe, Mg)₂[Si₂06] и диопсид Ca, Mg[Si₂06]. В группе амфиболов — роговая обманка, минерал сложного и непостоянного состава и актинолит Ca₂(Mg, Fe)₅[S ₄O₁₁]₂(OH)₂.

Слоистые силикаты и алюмосиликаты. К этому подклассу относятся хорошо известные всем вещества — тальк, слюды, глинистые минералы и др. Многие из них являются породообразующими.

В большинстве случаев слоистые минералы представляют собой силикаты и алюмосиликаты магния и алюминия. Кроме того, для всех минералов характерно присутствие гидроксильной группы и нередко воды, располагающейся между слоями. Количество воды между слоями может изменяться в широких пределах, с чем связана способность некоторых силикатов разбухать в воде. Из-за особенностей структуры и слабых связей между слоями лишь редкие минералы слоистых силикатов и алюмосиликатов встречаются в крупных и хорошо ограненных кристаллах. Очень часто кристаллы минералов исключительно малы по размерам и образуют тонкодисперсные (скрытокристаллические) плотные и рыхлые агрегаты. Соответственно, характерная для этих минералов весьма совершенная спайность макроскопически не всегда устанавливается.

Многие минералы слоистых силикатов образуют самостоятельные группы или сами представляют собой группы схожих минералов с разными названиями, которые здесь не приводятся.

Тальк Mg₃[Si₄O₁₀](OH)₂; слюды: биотит (Mg, Fe)₃[AlSi₃O₁₀](OH, Cl, F)₂

мусковит KAl₂[AlSi₃O₁₀](OH, F)₂; глинистые минералы: каолинит Al₄[Si₄O₁₀](OH)₈, монтмориллонит (Al₃, Mg)[Si₄O₁₀](OH)₂nH₂O, иллит, алюмосиликат переменного состава; серпентин Mg₆[Si₄O₁₀](OH)₈; хлориты — большая и сложная по составу группа слюдоподобных минералов; глауконит K (Fe, Al, Mg)₂[(Al, Si)₄O₁₀](OH)nH₂O.

Каркасные алюмосиликаты объединяют наиболее важные и широко распространенные породообразующие минералы. Особое место среди них занимают полевые шпаты, составляющие более половины массы земной коры. Полевые шпаты представляют собой алюмосиликаты калия, натрия и кальция. По составу полевые шпаты разделяют на две группы: калиевые полевые шпаты и натрий-кальциевые полевые шпаты, или плагиоклазы.

Свойства всех полевых шпатов очень близки. Выделяются они в виде более или менее изометричных кристаллов, слагают зернистые агрегаты различной размерности. Окраска большинства их светлая. Обладают совершенной спайностью в двух направлениях. Твердость колеблется в пределах 5−6.

К группе калиевых полевых шпатов относятся минералы микроклин и ортоклаз, различающиеся внутренним строением, но имеющие один и тот же химический состав K[AlSi₃0₈]. По внешним признакам микроклин неотличим от ортоклаза. В связи с этим минералы микроклин и ортоклаз макроскопически определяются зачастую как калиевый полевой шпат, или просто КПШ.

Плагиоклазы представляют собой изоморфный ряд минералов с двумя крайними членами: альбитом Na[AlSi₃O₈] и анортитом Ca[Al₂Si₂O₈]. Между ними располагаются олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит. В этом ряду происходит убывание так называемой альбитовой составляющей и увеличение анортитовой составляющей. По внешним признакам все плагиоклазы сходны друг с другом и макроскопически обычно не разделяются. Исключение составляет лабрадор, у которого на сером фоне хорошо видны синие и зеленые переливы (явление иризации).

Основная:

• 1. Практическое руководство по общей геологии: учеб. пособие для студ. образоват. учреждений высш. проф. образования / А. И. Гущин, М. А. Романовская, А. Н. Стафеев, В. Г. Талицкий; под ред. Н. В. Короновского. — 4е; изд., испр. и доп. — М.: Издательский центр «Академия», 2011. -160 с.
• 2. Практическое руководство по общей геологии: Учеб. пособие для студ. вузов / А. И. Гущин, М. А. Романовская, А. Н. Стафеев, В. Г. Талицкий; Под ред. Н. В. Корновского. — М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 160 с.

Дополнительная:

1. Общая минералогия: учебник для студ. высш. учеб. заведений / А. Г. Буллах, В. Г. Кривовичев, А. А. Золотарев. — 4-е изд. перераб. и доп. ;

М.: Издательский центр «Академия», 2008. — 416 с.