Бетехтин А. Г. Курс минералогии
жүктеу/скачать 4,45 Mb. Pdf көрінісі
|
Betehtin 2008.compressed
- Бұл бет үшін навигация:
- Таблица 15 Систематика кремнекислородных анионов на основе соотношений Si : О Si : O Формула и тип аниона Заряд аниона
Раздел V. Кислородные соли (оксисоли) 497 Таким образом, Аl 3+ в конституции силикатов играет двоякую роль: то как компонент анионных радикалов, находясь так же как и Si 4+ в чет верном окружении ионов кислорода, то как отдельный катион, распола гаясь один или вместе с катионами других металлов, нейтрализующими отрицательный заряд анионов, в шестерном окружении ионов кислорода или гидроксила подобно Mg 2+ . Известно даже немало случаев, когда в одном и том же силикате одни ионы Al расположены в комплексном ани оне, а другие — среди катионов, занимающих промежутки между отрица тельно заряженными радикалами. Благодаря этим открытиям многое из того, что раньше казалось со вершенно непостижимым, теперь на основании точнейших физических данных получило реальное объяснение в полном соответствии со свой ствами минералов. При характеристике отдельных групп силикатов мы не раз остановимся на этом вопросе. Итак, в алюмосиликатах ионы кислорода вокруг Аl 3+ имеют ту же чет вертую координацию, что и вокруг Si 4+ . Возможность замены кремнекис лородных тетраэдров алюмокислородными вытекает из чисто геомет рических соображений: отношение ионных радиусов O 2– и Al 3+ равно 0,43, т. е. находится близко к границе между возможной четверной ко ординацией аналогично Si 4+ и шестерной — аналогично Mg 2+ . Однако Таблица 15 Систематика кремнекислородных анионов на основе соотношений Si : О Si : O Формула и тип аниона Заряд аниона Заряд на Si Примеры 1 : 4 [SiО 4 ] тетраэдр –4 –4 Форстерит — Mg 2 [SiO 4 ] 2 : 7 1 : 3 1 : 3 [Si 2 O 7 ] удвоенный тетраэдр [Si 3 O 9 ] кольцо [Si 6 О 13 ] кольцо –6 –6 –12 –3 –2 –2 Тортвейтит — Sc 2 [Si 2 O 7 ] Бенитоит — BaTi[Si 3 О 9 ] Берилл — Be 3 Al 2 [Si 6 O 18 ] 1 : 3 4 : 11 2 : 5 [SiО 3 ] n цепочка [Si 4 O n ] n лента [Si205] n слой –2n –6n –2n –2 –1,5 –1 Диопсид — CaMg[Si 2 O 6 ] Тремолит — Ca 2 Mg 6 [Si 4 O 11 ] 2 [OH ]2 Тальк— Mg 3 [Si 2 О 5 ] 2 [OH] 2 1 : 2 [(Al x Si n–x )O 2n ] каркас –x — Альбит — Na[Si 3 AlO 8 ] Описательная часть 498 такая замена Si 4+ на Аl 3+ имеет очень важные последствия, весьма суще ственно сказывающиеся на конституции алюмосиликатов. В самом деле, в то время как в кремнекислородном тетраэдре SiO 4 имеется четыре ненасыщенные валентности, в алюмокислородном тет раэдре АlО 4 это число возрастает до пяти (8 – 3 = 5). Следовательно, каж дый алюмокислородный тетраэдр в комплексном анионном радикале уве личивает его отрицательный заряд на единицу и требует его компенсации какимлибо положительно заряженным катионом в соответствии со сте реометрией структуры данного соединения. Это легко показать на при мере соединений с каркасными кристаллическими структурами: · кварц — Si 4 O 8 ; · альбит — Na[AlSi 3 O 8 ]; · нефелин — Na 2 [Al 2 Si 2 O 8 ]; · анортит — Ca[Al 2 Si 2 O 8 ] и др. Отношение Si : Al не обязательно должно быть целым числом, но урав новешивание отрицательных и положительных зарядов для устойчивой кристаллической структуры является, безусловно, необходимым. Отсю да должно быть ясно, почему данные химических анализов алюмосили катов не всегда просто рассчитываются на химическую формулу минера ла. Например, общая формула роговой обманки имеет следующий вид: (Са, Na) 2–3 (Mg,Al) 5 [(Si, Al) 4 O 11 ] 2 [O, OH] 2 , где в радикале отношение Al : Si может меняться от 1 : 3 до 0. Важно подчеркнуть, что возникновение группы AlО 4 может происхо дить при определенных условиях. Образование каркасов из тетраэдри ческих групп AlО 4 и SiO 4 имеет место при одновременном участии в струк туре относительно крупных по размерам катионов с низким зарядом (Na + , К + , Са 2+ , Ba 2+ и др.). Таковы многочисленные представители групп поле вых шпатов и цеолитов. Характерно, что при выветривании, когда проис ходит выщелачивание щелочных и щелочноземельных металлов, груп пы AlO 4 разрушаются: в образующемся за счет полевых шпатов каолините Al 3+ участвует уже в шестерной координации. То же самое происходит и с другими типами кристаллических структур, в которых присутствует в качестве составной части анионов группы AlO 4 . В средах, богатых глиноземом, группы AlО 4 возникают при высоких температурах. Экспериментально показано, что такие минералы, как ка олинит и кианит, в которых весь Al 3+ присутствует в шестерной коорди нации, в этих условиях (1400–1500 °С) частью превращаются в силлима нит или муллит, т. е. в силикаты, содержащие также группы AlО 4 с четверной координацией. Характерно, что на кривых нагревания при этом устанавливаются резко выраженные экзотермические эффекты, отвеча ющие моменту перестройки кристаллической структуры. В связи с этим необходимо коснуться также вопроса о так называемом каолиновом ядре. В свое время В. И. Вернадский на основе наблюдений |