Лекция 12 карбонаты

Из неорганических соединений углерода в природе известно около ста минералов, большая часть из которых относится к солям угольной кислоты (H₂CO₃) и получила название карбонатов. Эти минералы очень широко распространены в верхней части литосферы и среднее их содержание в земной коре составляет 1,5 %. В структуре карбонатов анионные группы [CO₃]^2- в форме плоских треугольников изолированы друг от друга катионами или дополнительными анионами. Цвет карбонатов, как и большинства других минералов, зависит от вхождения в структуру ионов-хромофоров. Медные карбонаты зеленые или синие; урановые – желтые; карбонаты, содержащие железо или редкоземельные элементы, окрашены в коричневатые цвета, но большинство карбонатов белые или бесцветные. Твердость карбонатов обычно составляет 3-5. Удельный вес меняется в широких пределах в зависимости от химического состава минералов. Самый легкий из карбонатов – сода; наибольшим удельным весом обладают карбонаты висмута и свинца. Большинство карбонатов относительно хорошо растворяются в воде; некоторые из них интенсивно вскипают в разбавленной (10 %) соляной кислоте, выделяя при этом пузырьки СО₂. Условия протекания реакции с кислотой (кусочки или порошок исходного минерала, интенсивность разложение при нагревании и без него) являются одним из основных диагностических свойств при идентификации широко распространенных карбонатов кальция, магния и железа. Из оптических свойств для карбонатов характерно весьма высокое двулучепреломление – следствие наличия в структуре этих минералов плоских групп [CO₃]^2-. В большинстве случаев карбонаты образуются в гипергенных процессах (хотя известны и магматические карбонаты). Происхождение некоторых карбонатов, например, кальцита в известняках, связано с жизнедеятельностью организмов. Гидротермальные карбонаты распространены в жилах, контактово-метасоматических зонах, в отложениях минеральных источников, в миндалинах вулканических пород. Многие карбонаты имеют практическое значение как руды на железо, цинк, свинец и медь. Плотные массивные карбонатные породы – известняки, мраморы, доломиты – используются в качестве строительного материала.

Обычно карбонаты подразделяются на безводные и водные.

1. К безводным карбонатам относятся такие породообразующие минералы как кальцит, арагонит, магнезит, доломит, сидерит, церуссит, смитсонит.

2. к водным – сода.

3. Карбонаты с добавочными анионами (OH) – основные карбонаты меди: малахит и азурит.

ПРОСТЫЕ БЕЗВОДНЫЕ КАРБОНАТЫ ТРИГОНАЛЬНОЙ СИНГОНИИ

Кальцит СаСО₃ Кристаллы отличаются разнообразием форм, наиболее часто встречаются ромбоэдры и скаленоэдры. Обычны натечные формы (сталактиты, сталагмиты), сплошные зерни­стые массы (мрамор, известняк), туфы, землистые массы (мел). Цвет белый, серый, желтый, розовый, синий; иногда бесцветен и совершенно прозрачен. Сп. совершенная. Тв. 3. Уд. в. 2,71. Характерно большое двойное лучепреломление: пластинки, выбитые по спайности, удваивают изображение. В НС1 легко разлагается с шипением. При нагревании в пробирке с раствором Co(N0₃)₂ порошок кальцита не изменяет цвета, в отличие от минералов группы арагонита, которые становятся фиолетовыми.

Разновидности: Исландский шпат – бесцветная прозрачная разность, встречающаяся в пустотах лав и среди туфовых образований, иногда в жилах. Папиршпат (бумажный шпат) – тонколистоватый, в виде тонких кристаллов и сплошных масс; гидротермальный, жильный. Антраконит – темно-бурый до черного; разновидность, окрашенная органическим веществом; при разбивании издает удушливый запах. Жилковатый или атласный кальцит – тонкожилковатый, с перламутровым блеском. Кальцитовые ониксы – плотные, натечного характера, радиальнолучистые, иногда зональнополосчатые разности. Мучнистый кальцит — глиноподобный, состоит из отдельных мелких кристалликов (иногда доломит). Иматровы камни — мергелистые конкреции.

Происхождение. Гипергенный – в жилах, карстовых пещерах среди осадочных пород; осадочный — известняки, туфы. Гидротермальный – в жилах, в миндалинах излившихся пород с цеолитами, халцедоном, кварцем, баритом. Метаморфический – мраморы.

Значение. Строительный и поделочный материал, флюс в металлургическом производстве. Прозрачные разности кальцита («исландский шпат») служат для изготовления николей для поляризованных микроскопов.

Магнезит MgCO₃ В виде примеси часто содержит FeC0₃.

Встречается в виде кристаллов-ромбоэдров, сплошных мраморовидных масс и натеков. Цвет белый, желтоватый и серовато-белый. Тв. 3,5-4,5. Уд. в. до 3,1.

В НС1 разлагается с трудом: только в порошке и при нагревании.

Разновидности. Мраморовидный магнезит – отличается от мрамора удлиненной ланцетовидной формой зерен (у мрамора зерна изометричные), большей твердостью, слабым вскипанием в НCl, но только в порошке и при нагревании. Фарфоровидный магнезит – белый, в виде желваков и натеков, иногда очень твердый, в связи с присутствием опаловидного кремнезема. К магнезиту также относят разновидности с высоким содержанием FeCO₃ брейнерит и мезитит.

Происхождение. При метаморфизме основных изверженных горных пород в условиях глубин и метасоматически за счет карбонатов кальция при воздействии на них сульфатных магнезиальных растворов; при выветривании магнезиальных силикатов; при гидротермальном процессе в рудных жилах (редко).

Спутники. Опал, серпентин, тальк, гидромагнезит, керолит.

Значение. Огнеупорный строительный материал в металлургической промышленности.

Сидерит (железный шпат) FeCО₃ Часто содержит примесь Мn и Mg. Встречается в виде друз плоских ромбоэдров, кроме того, образует мраморовидные массы и шаровидные формы. Цвет бурый. Блеск стеклянный. Тв. 3,5-4,5. Уд. в. 3,8. В кислотах разлагается легко, с шипением. После реакции с НС1 остается желто-зеленое пятно FeCl₃.

Разновидности. Сферосидериты – шаровидные плотные образования, часто со значительным содержанием глинистого вещества.

Происхождение. Гидротермальный – в рудных жилах; поверхностный– в глинах (сферосидериты) и в связи с известняками как продукт их замещения.

Спутники. Пирит, галенит, тетраэдрит, иногда серебряные руды; продукт изменения – лимонит.

Значение. Ценная руда на железо.

Доломит CaMg[C0₃]₂ Кристаллы – ромбоэдры, иногда седловидно изогнуты, также мраморовидные и землистые сплошные массы. Цвет белый, зеленоватый. Блеск перламутровый. Тв. 3,5–4,0. Уд. в. 2,8—2,9. В кислоте разлагается с трудом; в порошке вскипает.

Происхождение. Образуется в мезотермальных жилах и отчасти при метаморфизме основных изверженных горных пород. Кроме того, возникает в зоне диагенеза и за счет известняков при воздействии на них магнезиальных сульфатных растворов.

Спутники. Сидерит, родохрозит, серпентин, тальк, брусит.

Значение. Строительный материал.

ПРОСТЫЕ БЕЗВОДНЫЕ КАРБОНАТЫ РОМБИЧЕСКОЙ СИНГОНИИ

Арагонит СаСО₃ Содержит иногда примесь стронция, свинца, реже – цинка. Кристаллы удлиненные, игольчатые, остропирамидальные и призматические. Цвет белый, желтоватый, зеленоватый. Блеск стеклянный. Сп. несовершенная. Тв. 3,5–4. Уд. в. 2,95. Легко вскипает в кислотах. Тонкий порошок при кипячении с разбавленным раствором Со(NO₃)₂ становится фиолетовым в связи с образованием основной углекислой соли кобальта (в отличие от кальцита).

Происхождение. Гидротермальный и гипергенный. Распространен менее широко, чем кальцит, и редко встречается в жилах; самостоятельных жил обычно не образует. Встречается в миндалинах изверженных пород вместе с цеолитами и как выделение минеральных источников. В условиях поверхности менее устойчив, чем кальцит, в который медленно переходит. Характерно нахождение арагонита в месторождениях серы. Железные цветы встречаются в зоне окисления сульфидных месторождений среди магнезиальных карбонатных пород.

Спутники. Гипс, целестин, сидерит, малахит, пирит, халькопирит. Обычны параморфозы кальцита по арагониту. Переход арагонита в кальцит происходит при повышенной температуре.

Церуссит (белая свинцовая руда) РbСО₃ Обычно чистый, иногда содержит Ag и Zn. Кристаллы пластинчатые или игольчатые. Часто встречается в виде землистых и плотных каменистых масс. Бесцветный, также белый и серый. Блеск алмазный. Уд. в. 6,5. В НС1 легко разлагается.

Происхождение. Поверхностный, в зоне окисления свинцовых руд.

Спутники. Галенит, англезит; пироморфит, ванадинит, вульфенит, свинцовые охры. Известны псевдоморфозы по пироморфиту и галениту.

Значение. Ценная свинцовая руда.

ВОДНЫЕ КАРБОНАТЫ

Сода – Na₂CO_{3 *}10H₂O. Моноклинная синогония. Зернистые агрегаты, безцветные, стекленный блеск, Твердость 1-1,5, плотность 1,45, легкорастворима в воде. Встречается в соляных озерах, образует выцветы на поверхности почв в областях с аридным климатом. Используется в стекольной, мыловаренной и керамической промышленности.