Лекция 3 кольцевые силикаты

Подкласс кольцевых силикатов объединяет сравнительно небольшое число редких в природе минералов. Среди них только два минерала – турмалин и берилл — играют в некоторых случаях роль второстепенных, а иногда и даже главных минералов ряда минеральных месторождений.

Минералы группы турмалина (шерл NaFe₃Al₆(Si₆O₁₈)(BO₃)₃(OH)₄ и рубеллит Na(Li₁,₅Al_1,5)Al₆(Si⁶O₁₈)(BO₃)₃(OH)₄) относятся к силикатам, содержащим кольца [Si₆O₁₈]^12–. В структуре такие шестичленные кольца комбинируются с треугольниками BO₃^3–.

Химический состав турмалина сложен. Помимо элементов, указанных в формуле, иногда присутствует хром, а в гидроксильной позиции часть (OH)^–1 часто замещается F^–1.

Физические свойства. Облик кристаллов столбчатый с характерной на гранях призмы вертикальной штриховкой. Для поперечных разрезов характерны формы сферического треугольника, образующиеся за счет комбинации граней. Твердость высокая (до 7,5), плотность 3,0. Цвет турмалина изменчив: зеленый, розовый, желтый, черный (шерл). Встречается турмалин и совершенно белый.

Одно из замечательных минералогических явлений – полихромные турмалины, т.е. турмалины различно окрашенные в пределах одного кристалла. Обычно видим изменение окраски по зонам параллельным граням призмы. Иногда наблюдается изменение окраски и на участках кристаллов, параллельных базису, в результате чего имеются призматические кристаллы, один конец которых окрашен, например, в красный цвет, другой – в зеленый.

Второе замечательное минералогическое явление, связанное с турмалином, это исключительно четко выраженный пироэлектрический эффект. Суть явления состоит в следующем. Один конец кристалла при нагревании заряжается отрицательно (при остывании положительно), другой – наоборот. Турмалину свойственен также и пьезоэлектрический эффект, т.е. образование электрических зарядов при приложении механических напряжений. В этом случае происходит нарушение распределений электрических зарядов в самой решетке. Благодаря этому свойству крупные совершенные кристаллы турмалина используются в радиотехнике. Турмалиновые пластинки используются для стабилизации длинных волн.

Нахождение 1.Пегматиты и граниты. В пегматитах часто находят литиевые турмалины с лепидолитом. В пегматитовых телах в ряде случаев устанавливается закономерное изменение цвета турмалина от черного к темнозеленому, синему, светло-зеленому и розовому (литиевому турмалину).Изменение окраски минерала связано с изменением состава газово-жидкой среды в камере пегматита по мере кристаллизации, в ходе формирования пегматитового тела.

2.Метаморфические породы. Здесь турмалины образуются за счет преобразования осадочных пород и изверженных. Бор либо привносится растворами магматического происхождения, либо заимствуется из осадочных образований.

3. Обломочные породы.

Берилл Be₃Al₂[Si₆O₁₈] Основная особенность структуры – наличие уже шестичленных колец, образованных шестью кремнекислородними тетраэдрами.

Этот минерал обычно содержит щелочи до 5-7%. Это Na, Li, К, Cs и Rb. Цезийсодержащая красная разновидность называется воробьевитом.

Физические свойства Форма кристаллов – призмы часто удлиненные до игольчатых. Цвет изменчив: белый, бледнозеленый, желтый, янтарный. Часто прозрачные камни бледнозеленого цвета, желтовато-зеленого или голубовато-зеленого называются аквамаринами, травно-зеленого – изумрудами. Все они высоко ценятся ювелирами. Разная окраска бериллов связывалась с присутствием тех или иных элементов – железа, хрома, лития, цезия, скандия (голубая) или с искажением решетки (голубой цвет).

В настоящее время считается установленным, что окраска желтых, желто-зеленых и голубых (аквамариновых) разновидностей берилла обусловлена примесью только железа. Наличие того или иного типа окраски зависит как от валентности ионов железа, так и от координации, в которой эти ионы находятся.

Интересно, что и бесцветный берилл также содержит значительное количество железа, но все железо двухвалентное и сосредоточенно в октаэдрической позиции. При отжиге (550-600°С) можно не только перевести окраску берилла из желтой в голубую, но и получить промежуточные окраски.

Нахождение. Встречается преимущественно в гранитах и гранитных пегматитах, часто в пустотах с образованием друз или по трещинам с образованием радиально-лучистых кристаллов. В пегматитах совместно с бериллом находятся кварц, полевой шпат, мусковит, лепидолит, сподумен, колумбит, танталит и др.

Берилл встречается в грейзенах, нефелиновых сиенитах, слюдистых сланцах и мраморах.

Применение Основном источник для получения бериллия, идущего для изготовления легких сплавов и в атомной промышленности. Изумруды и аквамарины – драгоценные камни первого класса.

Кордиерит (Mg,Fe)₂Al₃[AlSi₅O₁₈] Структура аналогична бериллу. В основе ее те же шестерные кольца. Места ионов бериллия занимают ионы алюминия, а некоторая часть ионов кремния замещена алюминием.

Физические свойства Ромбические кристаллы призматического облика, чаще зернистые агрегаты. Бесцветен или чаще окрашен в характерные оттенки синего, фиолетового или бурого цвета. Хрупок. Тв. 7-7.5. Излом раковистый.

Можно спутать с синей разновидностью корунда (сапфиром), с кварцем. Сапфир более твердый, От кварца, да и от других минералов легко отличается микроскопически – по оптическим свойствам. В частности для кордиерита очень характерен трихроизм.

Происхождение метаморфический минерал, в кордиеритовых сланцах, гнейсах – породообразующий минерал. Это высокоглиноземистные породы, в андезитах и пегматитах.

Хризоколла (Cu,Al)₂Н₂Si₂O₅(ОН)₄. nН2О; n около 4. «Хризос» по_гречески – золото, колла – клей.

Физические свойства Сингония моноклинная. Обычно хризоколла представлена типичным коллоидом. Встречается в опаловидных массах в виде корочек с натечной, иногда пузырчатой поверхностью, а также в землистых массах. Цвет хризоколлы голубой, голубовато-зеленый или синий, бурый (от примесей гидроокислов железа) и даже черный. Черта у более чистых разностей зеленовато-белая. Блеск у опаловидных разностей стеклянный глянцевый, восковой, матовый. Твердость около 2, иногда 4. Хрупкая. Излом неровный, раковистый. Уд. вес 2,0—2,3. Часть воды удаляется при нагревании до 110°, другая часть – при более высоких температурах.

Узнается по колломорфным массам, голубовато–зеленым оттенкам и сравнительно невысокой твердости. В кислотах разлагается и выделяет кремнезем в порошковидном состоянии.

Происхождение и месторождения. Хризоколла является типичным минералом зон окисления медных месторождений и преимущественно распространена в районах с сухим жарким климатом. В ассоциации с ней встречаются самые различные кислородные соединения меди. Наблюдались псевдоморфозы хризоколлы по малахиту, азуриту, атакамиту, либетениту, церусситу, кальциту и т. д. Установлены так же постепенные переходы к менее водным силикатам меди (планшеиту).