Файл: Пенкаля, Т. Очерки кристаллохимии.pdf

(рис. 7.5). Отношение Si : О = 1 : 3, так как из четырех атомов кислорода каждого тетраэдра только два целиком принадлежат своему тетраэдру, а два остальных связаны с двумя другими тет­ раэдрами, т. е. на каждый атом кремния в тетраэдре приходится три атома кислорода (2 -f- 2/2) • Между заряженными отрицательно цепями находятся катионы.

Цепочечная структура такого типа характерна для пироксенов, большой группы силикатов, широко распространенных в земной коре. Одним из них является диопсид CaMg[Si03]2 (см. рис. 7.21). Плоскости спайности в пироксенах проходят параллельно направ­ лению удлинения цепей (кристаллогра­

фическая ось Z).

Существует несколько типов кремне­ кислородных цепей (см. табл. 7.2), опи-

о О *Si

Рис. 7.4. КомплексРис. 7.5. Пироксеновая цепочка [Sirt0 3n]2,I~.

ный анион [Si5Oi6]12~

в структуре зуниита*.

санных Либау (1956 г.), которые отличаются структурой и перио­ дом идентичности в направлении удлинения цепи.

Ленточные силикаты — две цепочки тетраэдров соединены об­ щими ионами кислорода в двойной цепи (ленты). Наиболее часто встречается соединение двух пироксеновых цепочек (рис. 7.6).

В таком структурном элементе S i: О = 4 : 11. Здесь можно раз­ личить два вида тетраэдров — в одном Si:О = 1:3, как в пироксеновой цепочке, в другом S i:О = 1:272, потому что на один атом кремния приходится один собственный (активный) атом кислорода плюс три обобществленных (1 + 3/2 = 27г)- Так как количество этих тетраэдров в структуре одинаково, то на два атома кремния прихо­ дится пять с половиной атомов кислорода. Учитывая трансляцион­ ное расстояние вдоль ленты и избегая дробных чисел, получаем Si:О = 4:11 с формулой комплексного аниона [Si40n]6—.

Такая структура характерна для амфиболов, минералов, по хи­ мическому составу близких к пироксенам. Как и пироксены, они широко распространены в земной коре. К амфиболам относится тремолит Ca2Mg5[Si40n]2(0H )2 (см. рис. 7.22). Плоскости спайно­ сти здесь параллельны направлению удлинения ленты (кристалло­ графическая ось Z).*

* В зуниите алюмосиликатный анион [A lS iiO ie ] 13 ; развернутая формула —

[ S i 0 4A l12 ( О Н ) ta] [ A lS iiO ia lC I . (Прим, ред.)

287

Наличие нескольких типов цепей обусловливает существование нескольких типов лент (см. табл. 7.3) с различными периодами

идентичности вдоль ленты (Либау, 1956 г.).

Слоистые силикаты — слои образованы тетраэдрами, соеди­ няющимися между собой так, что три иона кислорода каждого тетраэдра принадлежат одновременно двум ионам кремния и только четвертый (активный) ион кислорода полностью принадлежит соб­ ственному тетраэдру (рис. 7.7). Отсюда, на один ион кремния при­ ходится 1 + 3/г = 2Ѵг ионов кислорода. В результате получается комплексный анион [ЭігОб]2' с отношением S i: О = 2 : 5.

Все активные ионы кислорода направлены в одну сторону (вниз либо вверх по отношению к плоскости слоя) и образуют активную прослойку. В свою очередь, каждый слой с помощью активной прослойки может быть связан катионами с аналогичным слоем, благодаря чему образуются характерные для слоистых струк­ тур пакеты (см. рис. 7.24 и 7.27). Структура, сложенная из двух­ слойных пакетов (см. рис. 7.23), может содержать кремнекислород­ ный тетраэдрический слой, соединенный с бруситовым [Mg( ОН)г]« либо гидраргиллитовым [А1(ОН)з]„ слоем, построенным из соеди­ няющихся ребрами октаэдров M g06 или АЮ6.

Слоистые силикаты имеют пластинчатое строение, плоскости спайности расположены параллельно слоям. Кристаллические пла­ стины, сколотые по плоскости спайности, часто эластичны ввиду значительных сил связей, действующих в слое. Примерами силика­ тов и алюмосиликатов с такой структурой являются слюды (см.

рис. 7.24 и 7.28), тальк (см. рис. 7.27), хлориты (см. рис. 7.29) и

ряд глинистых минералов (см. стр. 320).

Каркасные силикаты — четыре иона кислорода каждого тетра­ эдра принадлежат одновременно двум тетраэдрам. Тетраэдры, со­ единяющиеся между собой вершинами, образуют бесконечный трех­ мерный каркас с отношением S i;О = 1:2. Такие кремнекислород­

288

ные каркасы характерны для полиморфных модификаций двуокиси кремния: кварца (см. рис. 4.40—4.42), кристобалита (рис. 7.8) и тридимита (рис. 4.44).

В каркасных структурах, где все центры тетраэдров заняты Si4+, нет места для катионов. Их появление возможно в случае замещения Si4+ на А13+. При этом алюмокремнекислородная груп­ пировка приобретает отрицательный заряд, компенсируемый катио­ нами, которые расположены в структурных пустотах. Каждый AI34", заместивший в тетраэдре Si4+, дает возможность вхождения в структуру одного одновалентного катиона. Два А13+ позволяют

Рис. 7.8. Тетраэдрический каркас [Sirt0 2ra]0 в кристобалите.

размещаться в структуре двухвалентному катиону. Так, в натрие­ вом Na[AlSi308] и калиевом КІАІБізОв] полевых шпатах ‘Д Si4+ за­ мещена А13+, следовательно, число ионов щелочного металла равно ‘Д всех тетраэдров. В нефелине Na[AlSi04] половина тетраэдров занята А13+. Число Na+ равно количеству А13+. В кальциевом поле­ вом шпате Ca[Al2Si20 8) А13+ занимают половину всех тетраэдров, поэтому количество Са2+ составляет *Д общего числа кремне- и алюмокислородных тетраэдров.

Кроме Na+, К+ и Са2+, в составе каркасных алюмосиликатов могут находиться крупные катионы (Ва2+, Cs+ и Rb+), характери­ зующиеся большими координационными числами. Вхождение не­ больших двухвалентных катионов (Mg2+, Mn2+, Zn2+ и других) со сравнительно низкими координационными числами невозможно изза их более высокого заряда. Отрицательный заряд, приходящийся на один О2- в кремнеалюмокислородных тетраэдрах, очень мал.

Некоторые алюмосиликаты, например, содалиты и цеолиты, способны размещать в пустотах дополнительные анионы (F", С1~,

ОН , СОз", SO®") или молекулы воды.

Строение каркасных силикатов обусловливает низкую плотность и незначительные показатели преломления света. Как правило, эти кристаллы слегка окрашены,01

В структурах силикатов и алюмосиликатов от островных до кар­ касных наблюдается уменьшение содержания кислорода по отно­ шению к кремнию, вследствие увеличения числа ковалентных связей с соседними тетраэдрами через кислороды и уменьшения числа ионных связей.

Внутри тетраэдров Si04 действуют сильные ионно-ковалентные связи Si—О, возникающие в результате значительной ионной поля­ ризации.

Сравнение структурных групп силикатов. При сравнении струк­ турных групп силикатов и алюмосиликатов видна значительная

2.7А

«WÖA

і/ А >л / ьАѵѵАА-

5,2А

АА/ѵѴѵ

7,2А

Рис. 7.9. Типы цепочечных силикатных мотивов (см. табл. 7.2).

разница в распределении заряда аниона на один ион кремния или на один ион кислорода. Сравнение, приведенное в табл. 7.1, ка-

Таблица 7.1

Сравнение структур силикатов

290

сается только структур силикатов. Для алюмосиликатов зависи­ мость примерно такая же, если рассматривать отношение зарядов взятых вместе кремния и алюминия к кислороду. Различие опре­ деляется соотношением Si4+, замещенных на А13+, вследствие чего изменяется заряд алюмокремнекислородного аниона.

Силикаты, принадлежащие к первым структурным группам (см. табл. 7.1), имеют наибольшие значения энергий кристаллических структур. Они содержат сравнительно малые и многовалентные ка­ тионы (низкие координационные числа), которые компенсируют значительную долю валентности ионов, входящих в состав аниона

(Zr4+, Ti4+, Th4+, Al3+, Cr3+, Mn3+, Fe3+, Mg2+, Be2+). Напротив, в со­ став каркасных алюмосиликатов входят обычно маловалентные катионы (К+, Na+) с большим ионным радиусом, что повышает количество связанных с ними ионов кислорода.

Эти данные легли в основу современных взглядов на по­ следовательность выделения из магмы различных силикатов и алюмосиликатов. Из магмы, обогащенной Si02, прежде всего кри­ сталлизуются силикаты и алюмосиликаты с большой энергией кристаллической структуры, такие как циркон, амфиболы, пироксены, слюды, и в самом конце полевые шпаты и кварц.

СТРУКТУРНЫЕ ПОДГРУППЫ

Исследования Либау (1956 г.) и Белова (1961г.) показали, что цепи, образованные кремнекислородными тетраэдрами либо кис-

ff

Рис. 7.10. Типы ленточных силикатных мотивов (см. табл. 7.3).

лородными тетраэдрами с каким-либо другим элементом в центре, могут иметь различное строение. Это обусловливает существование различных типов цепочечных, а следовательно, ленточных и

слоистых силикатов. Классификация цепочечных силикатов приве­ дена в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Типы цепочечных силикатов

Зная количество тетраэдров, связанных трансляцией, можно оп­ ределить отношение S i: О в отдельных цепочечных структурных типах: Si03, Si20 6, Si30 9, Si40 i2, Si50i5 и Si70 2i- В таких структу­ рах стехиометрический состав аниона можно выразить формулой

[Si03]^“ -

В ленточных силикатах вид ленты зависит от типа связанных между собой цепей (табл. 7.3).

Таблица 7.3

Типы ленточных силикатов *

лось (Белов и др.1; сюда вошли такие типы лент, как астрофиллитовая, виноградовитовая, эпидидимитовая и др. (Прим, ред.)

292