7 Силикаты

Минералы этого класса насчитывают около 800 минеральных видов, т. е. более 33% всех известных в природе минералов, и составляют 75% от массы земной коры. Большинство силикатов имеет эндогенное происхождение. Для силикатов характерно явление изоморфизма - замена атомов и групп атомов на другие атомы и группы атомов. Эти атомы пишутся в формулах через запятую. Многие силикаты являются важнейшими породообразующими минералами и полезными ископаемыми.

Классификация силикатов даётся по кристаллохимическим признакам, точнее по структурным мотивам пространственной решётки. Основной структурной единицей всех силикатов является кремнекислородный тетраэдр [SiO₄]^4-. Он состоит из четырёх больших ионов кислорода (ионный радиус 1,36Å), расположенных по вершинам тетраэдра и одного иона кремния в центре. Тетраэдр имеет четыре свободных валентных связи, которые связывают его с другими элементами через вершину в кристаллическую решётку.

Кремнекислородные тетраэдры в кристаллических решётках силикатов могут находиться либо в виде изолированных друг от друга структурных единиц [SiO₄]^4-, либо сочленяться друг с другом разными способами, образуя сложные комплексные анионные радикалы.

Сочленение происходит через вершины тетраэдров. Когда кремнекислородные тетраэдры изолированы друг от друга и удерживаются в решётке с помощью катионов других металлов, возникают островные силикаты (оливин имеет островной тип кристаллической структуры).

Дальнейшее усложнение строения силикатов получается путём сдвоения кремнекислородных тетраэдров или путём сцепления их в более сложные комплексы. Возникают кольцевые (берилл – кольцевой мотив) и цепочные (авгит – цепочный мотив) силикаты.

Последующее усложнение цепочного типа путём присоединения цепочек приводит к образованию бесконечных лент – ленточных силикатов (амфиболы). Присоединение лент в одном слое даёт слоистые силикаты (тальк, слюда - слоистый мотив). Пространственное сцепление через все четыре вершины создаёт каркас с группами [SiO₄]^4-. Возникают каркасные силикаты (ортоклаз – каркасный мотив).

7.1 Островные силикаты (радикал [SiО4]4-)

Островными эти силикаты называются потому, что ион кремния находится в центре, «на острове», окруженный четырьмя кислородами, а четыре свободных валентности замещаются различными катионами металлов Са, Mg, К, Na, А1 и другими. Однако они могут иметь и другие радикалы, когда объединяются между собой через кислород несколько тетраэдров. Островные силикаты: оливин (Mg,Fe)₂SiO₄, дистен Al₂[SiO₄]O, топаз Al₂[SiO₄](OН,F)₂, гранаты – большая группа изоморфных минералов с формулой A₃B₂[SiO₄]₃, где A=Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Ca²⁺; B=Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺, Mn³⁺. Наиболее распространённые разновидности: альмандрин Fe₃Al₂[SiO₄]₃, пироп Mg₃Al₂[SiO₄]₃, спессартин Mn₃Al₂[SiO₄]₃, глоссуляр Ca₃Al₂[SiO₄]₃, андрадит Ca₃Fe₂[SiO₄]₃, уваровит Ca₃Cr₂[SiO₄]₃, эпидот Ca₂(Al,Fe)₃(OH)O[SiO₄] [SiO₇].

Оливин (Mg, Fe)₂[SiО₄]. Название происходит от оливково-зеленого цвета минерала. Синоним - перидот. Встречается в виде зернистых масс и в виде отдельных кристаллов, включенных в породу. Является самым распространенным островным силикатом. Цвет может изменяться в зависимости от состава от светло-желтого до темно-зеленого и черного; блеск стеклянный или жирный; твердость 6,5…7, хрупок; плотность 3,3…3,6. Происхождение эндогенное. В зоне окисления неустойчив и разлагается с образованием различных минералов: серпентина, асбеста, талька, окислов железа, гидрослюд, магнезита и др. Оливин является одним из главных минералов ультраосновных магматических горных пород (дуниты, перидотиты). Встречается также в основных магматических породах (габбро, диабазах и базальтах). Маложелезистые оливиновые породы используются как огнеупорное сырье.

Гранаты. Название происходит от латинского слова «гранум» - зерно, а также по сходству с зернышками плода граната. Под этим названием объединено значительное количество минералов, представляющих собой изоморфные смеси. Происхождение гранатов в основном метаморфическое, а также эндогенное. При выветривании гранаты, как химически стойкие минералы, переходят в россыпи. Особенно характерны гранаты для метаморфических пород - кристаллических сланцев и гнейсов. Встречаются в гранитах и в пегматитовых жилах. Применяется как абразивный (истирающий) материал. Прозрачные кристаллы используются в ювелирном деле как полудрагоценные камни. Наиболее распространенными гранатами являются альмандин и гроссуляр. Блеск гранатов на изломе жирный, на гранях кристаллов стеклянный; спайность отсутствует; излом неровный, раковистый; твёрдость 6,5…7,5; плотность 3,5…4,2. Химически устойчивы.

Альмандин Fе₃А1₂[SiО₄]₃. Название произошло от искаженного названия места его гранения - Алабанда. Обычно встречается в хорошо выраженных кристаллах, образует также оплошные зернистые массы. Цвет красный, коричневый, фиолетовый, чёрный;

Гроссуляр Са₃А1₂[SiO₄]₃. Гроссуляр - ботаническое название крыжовника, так как кристаллы формой и цветом (медово-жёлтый, светло-зеленый и зеленовато-бурый) напоминают ягоду крыжовника.

Топаз Al₂[SiO₄] (OH,F)₂. Название минерала происходит от названия острова Топазос в Красном море. Кристаллы призматические, различной величины, встречаются микрозернистые массы. Цвет желтый, дымчатый, голубой, розовый, часто бесцветен; блеск стеклянный; прозрачный; твердость 8; спайность совершенная (в отличие от кварца, не имеющего спайности). Происхождение эндогенное. Породообразующего значения не имеет. Используется как полудрагоценный камень.

Сфен (титанит) CaTi[SiО₄] О. По-гречески «сфен» - клин, так как кристаллы имеют клинообразную форму. Цвет коричневый, бурый, золотистый; блеск алмазный; твердость 5,5. Происхождение эндогенное и метаморфическое. Породообразующего значения не имеет. Используется как руда на титан.