Слоистые (листовые) силикаты и алюмосиликаты

К подклассу слоистых (листовых) силикатов и алюмосиликатов относятся хорошо известные всем вещества – тальк, слюды, глинистые минералы, хлориты, серпентины и др. Многие из них являются породообразующими минералами. Так, слюды – непременный компонент гранитов и их пегматитов, многих сланцев и гнейсов, грейзенов. Глинистые минералы являются основной частью кор выветривания магматических пород и входят в осадочные горные породы (глины, мергели и др.). Многие минералы этого подкласса широко используются в промышленности (слюды-диэлектрики – мусковит и флогопит), серпентиновый огнеупорный асбест, природный смазочный минерал тальк и др. и строительстве (строительные материалы и адсорбенты). Глинистые минералы никеля добываются как руда на этот металл.

Кристаллохимические особенности

Различают листовые силикаты (алюмосиликаты) с простыми и сложными сетками тетраэдров. Последние менее распространены.

Слоистые силикаты с простыми сетками тетраэдров.Остовом их структуры являются сетки кремнекислородных тетраэдров. Они располагаются параллельно друг другу и чередуются с плоскими сетками другого состава, образуя пакеты слоев. Установлено два типа пакетов: а) двухслойный 1:1 несимметричный; б) трехслойный 2:1 симметричный.

Несимметричный пакет типа 1:1 состоит из одной сетки (слоя, листа) тетраэдров с общей формулой сетки (Si₂O₅)(OH)^–и одной сетки октаэдров, заполненных атомами магния или алюминия. Если вести расчет формулы по одному кольцу тетраэдров (Si₂O₅)^2–, получим формулу серпентинаMg₃(Si₂O₅)(OH)₄. Каждый пакет имеет нулевой суммарный заряд, он скреплен с соседними (верхними и нижними) пакетами слабо, лишь остаточными (вандерваальсовыми) связями. Пакеты несколько смещены (сдвинуты) относительно друг друга. В каждом пакетеMgиAlзанимаю октаэдрические позиции, располагаясь между атомамиO^2–и (OH)^–. В серпентине три таких октаэдра, заполненных катионами (магнием), в каолините их два, заполненных алюминием. Очень часто отмечают, что серпентин – триоктаэдрический слоистый силикат, а каолинит – диоктаэдрический. Эти термины широко используются.

В симметричном трехслойном пакете типа 2:1 имеется два слоя тетраэдров, обращенных друг к другу вершинами, между ними в октаэдрических пустотах располагается магний или алюминий. Так трактуются структуры талька и пирофиллита. Суммарный заряд пакетов равен нулю. Соседние пакеты скреплены остаточными связями. Тальк – триоктаэдрический силикат, пирофиллит – диоктаэдрический.

В слоистых алюмосиликатахс простыми сетками установлен один тип пакетов – симметричный трехслойный (2:1). В нем чередуются (подобно тальку и серпентину) слой тетраэдров (Si₂O₅)(OH)^–, слой октаэдров с магнием или алюминием, слой тетраэдров (Si₂O₅)(OH)^–. Но в каждом пакете часть тетраэдров (не более половины) занята алюминием. За счет заменыSi⁴⁺наAl³⁺пакет приобретает заряд. В результате получаем следующие формулы пакетов и их заряды:

Из талькового пакета –

[Mg₃(AlSi₃O₁₀)(OH)₂]^–,(однозарядный пакет)

[Mg₃(Al₂Si₂O₁₀)(OH)₂]^2–;

из пирофиллитового пакета –

[Al₂(AlSi₃O₁₀)(OH)₂]^–,

[Al₂(Al₂Si₂O₁₀)(OH)₂]^2–.

За счет избыточного заряда пакетов между ними в структуру входит слой катионов-компенсаторов. Это могут быть K⁺,Ca²⁺, комплексный катион ОН. В первом случае получается структура слюд, во втором – структура хрупких слюд, в третьем – структура хлоритов. Рассмотрим структуры слюд и хлоритов. Т. к. хрупкие слюды очень редки, то их рассматривать не будем.

В слюдах роль иона-компенсатора играет K⁺(натриевые слюды редки).

Сравнение структур диоктаэдрических и триоктаэдрических слоистых силикатов дают пары минералов: серпентин – каолинит, тальк – пирофиллт, флогопит – мусковит, первые являются триоктаэдрическими, вторые – диоктаэдрическими.

Все слоистые силикаты и алюмосиликаты имеют свои структурные разновидности за счет разного смещения (сдвига) и разворота пакетов друг относительно друга, что легко происходит из-за слабых связей между пакетами. В итоге получаются минералы разных сингоний – моноклинной (чаще всего), гексагональной, ромбической, тригональной, триклинной. Такие структурные разновидности слоистых силикатов называют политипами. Некоторые из них устойчивы только при определенных давлениях и температурах и образуются только в определенной химической обстановке. Политипия – это частный случай полиморфизма.

Кроме рассмотренных минералов есть и более редкие слоистые силикаты. Например, в природе встречаются минералы с волнообразно изгибающимися и завернутыми по спирали слоями (некоторые серпентины и др.) Совершенно особыми по структуре являются так называемые смешанослойные силикаты: они сложены чередующимися пакетами монтмориллонита и талька, монтмориллонита и слюды, хлорита и слюды и т. п.

Слоистые силикаты со сложными сетками тетраэдров. Существует достаточно много редких минералов специфического состава со сложными сетками тетраэдров. Строение таких сеток разное. Наиболее просты структуры сепиолита и палыгорскита. В них в тетраэдрических сетках тетраэдры периодически развернуты вершинами то «вверх», то «вниз».

Структура чароита более сложна и является промежуточной между слоистой и ленточной. В датолите половина тетраэдров занята не кремнием, а бором, они развернуты в разные стороны.