Каркасные алюмосиликаты

Многие из силикатов (вернее алюмосиликатов) этого подкласса относятся к числу породообразующих и наиболее распространенных в природе минералов. В первую очередь это полевые шпаты – главные составные части гранитов, диоритов, габбро, гнейсов и других горных пород. К этому же подклассу минералов относятся нефелин и лейцит (основные минералы некоторых щелочных горных пород). Среди них и ценное нерудное сырье (микроклин, цеолиты), и минералы-руды некоторых металлов – нефелин (руда на алюминий), поллуцит (руда на цезий).

Кристаллохимические особенности

В состав каркасных алюмосиликатов большей частью входят катионы с крупными ионными радиусами: калий, натрий и кальций (реже Ba²⁺, еще режеCs⁺ иRb⁺). Катионы двух- и трехвалентного железа, магния, марганца отсутствуют. В кристаллических структурах участвуют анионные комплексы, состоящие из тетраэдровSiO₄иAlO₄. При этом число ионов кремния, замещенных ионами алюминия, не превышает половины. Обычно устанавливаются стехиометрические соотношенияSi:Alлибо 3:1, либо 1:1. Поэтому комплексные анионы могут быть выражены формулой [Si₃AlO₈]^1-, [Si₂Al₂O₈]^2-, [Si₃Al₂O₁₀]^2-и др. «Рыхлость» каркасной структуры допускает частое вхождение в них дополнительных анионов (Cl^–,CO₃^2–,SO₄^2–и т. д.) и конституционной воды в виде молекулH₂O, например, в цеолитах. Это, так называемые, структуры внедрения. Представителями такой поодгруппы являются цеолиты. В цеолитах как при обезвоживании, так и при обводнении или замещении их молекулами других веществ (например, спирта) кристаллические структуры не разрушаются. Эти характерные свойства цеолитов объясняются существованием в них «каналов», достаточно свободных для продвижения как молекул воды, так и других веществ. Также важной особенностью структур этой подгруппы (цеолитов) является способность к обмену катионами (Na⁺может замещаться другими ионами –Ag⁺,Li⁺, [NH4]⁺и др., содержащимися в растворах. При этом структуры не изменяются.

Структуры каркасных алюмосиликатов сложные и многообразные: имеется много разных вариантов соединения тетраэдров в трехмерном пространстве.

Морфология кристаллов и физические свойства

Морфология кристаллов и их симметрия различны у разных минералов данной подгруппы, что определяется большим разнообразием кристаллических структур каркасных алюмосиликатов. Изометрично развитые кристаллы имеют лейцит, содалит, лазурит, анальцим (все они характеризуются кубической или псевдокубической симметрией). Часто более или менее изометричные кристаллы полевых шпатов и нефелина, хотя они относятся к моноклинной, триклинной и гексагональной (нефелин) сингониям. Есть каркасные силикаты столбчатого, шестоватого облика (скаполиты, натролит), таблитчатого (пластинчатого) – гейландит, стильбит.

Физические свойства минералов, обладающих трехмерно развитыми анионными радикалами в кристаллических структурах, характеризуются некоторыми особенностями, сочетающими с одной стороны сильные ковалентно-ионные связи, а с другой «рыхлый» каркас.

1. Твердость минералов данной подгруппы колеблется между 5 и 6, т. е. уступает лишь островным орто- и диортосиликатам, что связано с сильными ковалентно-ионными связями.

2. Имеют меньшие удельные веса, которые также связаны с их «рыхлой» структурой. Плотности 2,1–2,6 г/см³.

3. Прежде всего, они обладают светлыми окрасками, т. к. не содержат в большинстве случаев элементы-хромофоры. Однако у каркасных силикатов по сравнению с силикатами других классов проявлены собственные цветные окраски, связанные не с хромофорами, а с «красящими» центрами – дефектами в структуре минералов. Такова, например, природа чернильно-синей, густо-синей окраски содалита и лазурита. Благодаря «ячеистой», «пористой» структуре в их состав входят несоразмерные с ионами кислорода дополнительные анионы с явно иными химическими связями.

4. Минералы рассматриваемой подгруппы в целом обладают наименьшими показателями преломления по сравнению с силикатами других подгрупп, что объясняется меньшей компактностью кристаллических решеток каркасных алюмосиликатов.

5. Часто имеют совершенную или ясную спайность по нескольким направлениям (двум – трем), что объясняется тем, что в некоторых направлениях в структурах минералов имеются более тесные упаковки анионных тетраэдров.

6. Характер связи обусловливает стеклянный блеск и прозрачность или полупрозрачность минералов.

Подобие свойств каркасных силикатов делает их похожими друг на друга и затрудняет их диагностику. Поэтому надо стараться по морфологии, спайности и другим физическим свойствам научиться их диагностировать, т. к. эта группа минералов необычайно важна.