Файл: Кормилицын, В. С. Рудные формации и процессы рудообразования (на примере Забайкалья).pdf

иу расплавленного кварца. Поликремневая кислота является гидратированным полимером двуокиси кремния. При загустении она превращается в гель, представляющий собой сетчатый полимер. Сетка геля построена из трехмерных цепей, несущих то или иное количество гидроксильных групп, причем последние способны при­ соединять молекулы воды. При обезвоживании геля вода отщепляется

иобразуется безводный силикагель. Установлено, что кремневая

кислота медленно полимеризуется при рН-3,2 и почти мгновенно при рН-6.

В различных группах силикатов полимерные цепи состоят из атомов кремния и кислорода, связанных первичными валентностями. В отличие от органических полимеров цепи силикатов связываются при помощи электростатических сил, обязанных своим происхожде­ нием, с одной стороны, наличию отрицательно заряженных атомов кислорода (связанных с атомами кремния основной цепи силикатов) и, с другой — наличию катионов, расположенных между цепями. Таким образом, в силикатах имеются два типа связей: ковалентные в полимерных цепях и ионные между цепями. В чистом виде такое строение присуще силикатам с пироксеновыми и амфиболовыми цеп ями.

В. В. Коршак, К. К. Мозгова, В. Б. Толстогузов и другие ис­ следователи относят природный асбест к полимерам с амфиболовым типом строения цепных молекул, а мусковит и другие слюди­ стые минералы — к полимерам со слоистой структурой макромоле­ кул. В составе цемента также участвуют силикатные полимеры, при­ чем цементный гель имеет волокнистую структуру, возникающую при схватывании цементного теста. При отвердевании массы цементный гель приобретает кристаллическую структуру. Ока­ зывается, что стекла также имеют полимерную природу и харак­ теризуются наличием неупорядоченных линейных молекул длиной около 100 А.

Среди элементов V группы особой склонностью к образованию различных полимерных соединений обладает фосфор. Это качество свойственно также и другим элементам этой группы — V , As, Sb и B i . К полимерным образованиям относятся окислы указанных элементов и, в частности, природный минерал валентинит. Охарактеризован­ ные Д. П. Григорьевым [43] уголковые антимонитовые цепочки указывают, что сульфид сурьмы также является кристаллическим полимером.

цепное строение молекул. Многие сульфиды также являются цепными и слоистыми полимерными соединениями. Так, например, молиб­ денит представляет собой полимер со слоистой структурой, подоб­ ной структуре графита. Селен, теллур, хром, молибден и вольфрам образуют с кислородом полимерные окислы. Концентрированная

288

молибденовая и поливольфрамовая кислоты, а также гетерополикислоты молибдена и фосфора, вольфрама и фосфора также принад­ лежат к высокомолекулярным соединениям.

кобальта доказана возможность образования комплексных полимеров. К гетерогенным полимерам относятся многочисленные полиэлектро­ литы: полиморфные кислоты и основания, обладающие способностью к ионному обмену.

Из приведенного краткого обзора следует, что многие элементы периодической системы способны к образованию простых и сложных полимерных веществ, число и разнообразие которых чрезвычайно велико. Вместе с тем мы видим, что существуют элементы и их соеди­ нения, которые при любых условиях остаются низкомолекуляр­ ными. К таким элементам и веществам относятся щелочные металлы, галоиды и некоторые соли. Такие важнейшие элементы-минерали­ заторы, как бор и фтор, находясь в разных группах периодической системы, обладают совершенно различными способностями к образо­ ванию высокомолекулярных соединений. Если у бора эти свойства выражены так же резко и определенно, как у углерода, кремния и серы, то фтор такими качествами не обладает. В связи с этим сле­ дует ожидать, что роль и поведение бора и фтора в процессах эндо­ генного рудообразования будут совершенно различными.

Исключительно широкое распространение полимеров среди раз­ нообразных неорганических веществ, в том числе в продуктах маг­ матических и гидротермальных процессов, заслуживает самого при­ стального внимания. Вместе с тем эти факты еще не вскрывают сути дела. Геологи привыкли иметь дело с минералами, т. е. веще­

кристаллов молибденита остаются прежними, меняются только представления о размерах его молекул.

Эти кажущиеся незначительными различия имеют глубокий смысл и значение. Примером может служить обычная и модифици­

центровой ковалентной связью. С изменением характера молекулы меняются и свойства воды. В отличие от обычной чистая полимерная вода представляет собой вязкую нетекучую жидкость с плотностью 1,4 г/см3 и показателем преломления 1,49. Она закипает лишь при

250° С и при конденсации возвращается в прежнее полимерное со­ стояние. Термический распад больших молекул воды на обычные молекулы происходит при температурах выше 700° С. При охлаж­ дении до минус 35—40° С полимерная вода, не кристаллизуясь, переходит в твердое стеклообразное состояние. Свойства двухкомпонентных растворов из обычной и полимерной воды меняются в зависимости от концентрации больших молекул полимерного ком­ понента.

Несмотря на детальную изученность строения кристаллических решеток минералов, механизм построения этих решеток в природе в большинстве случаев остается неясным. Поэтому большие моле­ кулы неорганических веществ стали предметом специальных иссле­ дований. По этому поводу В. Б. Толстогузов пишет: «Установ­ ление факта полимерного строения многих неорганических соедине­ ний всколыхнуло всю неорганическую химию, ускорило изучение строения и свойств этих веществ, позволило усовершенствовать спо­ собы их получения. Многие экспериментальные данные приобрели

нет более ясной, если ближе познакомиться с их основными свой­

кристаллическими продуктами магматических расплавов и рудо­ носных растворов.

Экспериментальные исследования жидкостных систем и образую­ щихся из них твердых тел методами электро- и теплопроводности, рассеяния света, дисперсии электромагнитных и звуковых волн, рентгеноструктурного анализа и другими показывают, что они обла­ дают сходным строением и свойствами. Б. X . Хан с соавторами отмечают: «Рентгеноструктурный анализ жидкостей при темпера­ турах, близких к температурам кристаллизации, показывает, что расположение структурных составляющих в них не имеет беспорядоч­ ного характера. Например, кривые рассеяния рентгеновских лучей окисными системами можно трактовать как свидетельство наличия в жидкостях громадного скопления чрезвычайно малых кристаллов либо как подтверждение существования непрерывной структурной сетки с наличием «ближнего порядка» в расположении структурных составляющих [54, с. 6].

С позиций теории полимеров эти явления можно объяснить нали­ чием в жидкости больших молекул, которые одновременно обладают

и поведения больших молекул в расплавах и растворах на разных стадиях развития. Один из основных вопросов—выяснение внутрен­ него строения тех расплавов и растворов, из которых образуются

290

неорганические кристаллические полимеры. Проблема структуры растворов, имеющая прямое отношение к процессам эндогенного рудообразования, является новой и еще очень слабо разработанной. Интерес к ней возрос лишь в последнее десятилетие в связи с экспе­ риментальными данными и открытиями химиков, изучающих неорга­ нические высокомолекулярные соединения, близкие по. составу к природным минеральным образованиям.

На основании этих и других данных в геологической литера­ туре появились высказывания о том, что предварительное построе­ ние структуры будущего кристаллического вещества, или закладка матриц кристаллов, происходит главным образом в расплавах и рас­ творах и только потом реализуется в форме кристаллов. Именно такой двухступенчатый процесс формирования кристаллической

Наличие молекулярной памяти, т. е. отражение структуры рас­ твора или расплава в структуре кристаллического вещества, экспе­ риментально доказано де Буком [149], который в расплаве диопсида и сподумена наблюдал (с помощью рентгеноскопии и электронной микроскопии) цепи больших молекул, группирующихся в более крупные линейные структурные формы. Ф. А. Летниковым [131] экспериментально установлено наличие «молекулярной памяти» у воды, активизированной при высоких температурах и давлении.

значениях температур и давлений, при которых отдельные важ­ нейшие компоненты растворов и в первую очередь вода находятся, скорее всего, в диссоциированном состоянии. Отсюда следует, что рудоносные растворы изначально не могли быть просто водными растворами. Следовательно, предположения о переносе металлов в виде комплексов в водной среде сугубо гипотетические и совершенно не исключено, что растворителем в таких случаях являлась не вода как таковая, а ее диссоциаты и другие вещества. По этому поводу в работе В. В. Коршака и К. К. Мозговой сказано, что изучение неогранических полимеров является новым этапом в развитии не­ органической химии, « . . . который характеризуется переходом от традиционных реакций в водных растворах к применению экспери­

с.784].

Офизических и термодинамических свойствах полимерных рудо­ носных растворов и их строении известно еще очень мало. Однако, используя накопленный к настоящему времени фактический мате­ риал , теоретические положения современной физики и химии высоко­ молекулярных соединений и геологические данные, можно пред­ сказать особенности внутренней структуры и свойства рудоносных растворов в условиях геологических температур и давлений.