Файл: Пенкаля, Т. Очерки кристаллохимии.pdf

При температуре выше 950 °С в результате экзотермической реак­ ции образуются новые фазы (шпинель, кварц, кристобалит, энстатит, анортит и кордиерит).

5 Саг+

Рис. 7.47. Адсорбция ионов в монтмориллоните:

а — межпакеѵная адсорбция, вызванная гетеровалентным изоморфным замещением (Si,+ ч—- А13+ и А13+ < -*■Mg2+),

в результате которого образуется отрицательный заряд пакета; б —адсорбция на концах пакета.

Получен синтетический монтмориллонит (Колл, 1936 г.; Хаузер, Рейнольдс, 1939 г. и др.), обладающий такими же физическими свойствами, как природный.

Вермикулит. По Грюнеру (1934 г.), в структуре вермикулита существуют трехслойные слюдяные пакеты, переплетенные слоями, образованными из молекул воды. Толщина водного слоя (4,9 Ä) отвечает наложенным друг на друга мономолекулярным слоям.

335

Пакеты заряжены отрицательно вследствие замещения Si4+ на AI3-*-. Этот заряд нейтрализуется межпакетными катионами, глав­ ным образом Mg2+ и в меньшей степени Са2+. В межпакетном про-

Рис. 7.48. Схема структуры монтмориллонита (по Эдельману и Фавье).

странстве могут также находиться ионы гидроксония Н30 +. Хими­ ческий состав вермикулита выражается формулой:

(Al, Fe, Mg)jc(Mg, Са)„[(А1, Fe, Si)4OI0] (OH)2 • (H20 )2

где X — число ионов в октаэдрических позициях; у — число обмен­ ных катионов; z — число молей межпакетной воды.

Вермикулиты в большей степени обладают способностью к ка­ тионному обмену, чем монтмориллониты. У них даже состав меж­ пакетных катионов влияет на толщину водного слоя. Встречаю­ щиеся в природе магниевые и кальциевые вермикулиты содержат бимолекулярные слои воды, в бариевых, литиевых и натриевых разновидностях эти слои мономолекулярны

3 3 6

Для вермикулитов характерно значительное увеличение объема (в 18—25 раз) в процессе нагревания. Вызвано это давлением па­ ров Н20, что приводит к набуханию вдоль оси с с образованием червеобразных форм (отсюда название минерала — vermiculus — червь). В связи с этим плотность обожженного вермикулита чрез­ вычайно низка (0,6—0,9 г/см3).

Вермикулит — прекрасный теплоизоляционный материал; в электротехнической промышленности он используется как изоля­ тор, в строительной индустрии служит для выработки плит со зву­ коизоляционными свойствами. Применяется также для производ­ ства красок, стойких к высоким температурам.

Как видно из дифференциальной термограммы (см. рис. 7.39, кривая 10), в интервале температур 150—275°С происходит эндо­ термическая реакция, связанная с потерей межпакетной воды. На кривой можно отметить два минимума, соответствующие двум фа­ зовым превращениям. При 500—850 °С из структуры выделяется ОН-. Более высоким температурам соответствуют экзотермические реакции (до сих пор малоисследованные), в результате которых образуются новые кристаллические фазы.

М и н е р а л ы с т р е х с л о й н ы м и п а к ет а м и ,

не о б н а р у ж и в а ю щ и е н а б у х а н и я

Г р у п п а г и д р о с л ю д ( и л л и т о в ) . Иллиты по структуре и химиче­ скому составу близки слюдам. В отличие от мусковита, они содер­ жат меньше калия и больше воды. Иллиты входят в состав илистых осадков, почв и эрозионных образований. Их формулу в самом об­ щем виде можно представить следующим образом:

(Н30 , К, Na, Са)(АI, Fe*+ Fe3+, Mg, Ti),[(Si, Äl)4OI0](OH)2*

Главным структурным мотивом иллитов является трехслойный пакет, складывающийся из двух тетраэдрических слоев и цен­ трального октаэдрического слоя (рис, 7.49). В тетраэдрических слоях Si4+ замещаются на А13+, в результате чего пакет заряжается отрицательно. Этот заряд компенсируется межпакетными катио­ нами (в основном К+). В иллитах в меньшей степени, чем в слю­ дах, Si4+ замещается на А13+.

В межпакетном пространстве, кроме К+ могут находиться в не­ больших количествах Са2+, Mg2+ и Н+. В октаэдрических позициях наблюдается замещение А13+ на Fe3+, Fe2+ и Mg2+. Если в струк­ туру вместо 4А13+ входят 6Mg2+, то диоктаэдрический мотив пере­ ходит в триоктаэдрический. Увеличение отрицательного заряда па­ кета, вызванное гетеровалентным замещением октаэдрических ка­ тионов, может быть компенсировано замещением О2на ОН”.

Вода в структуре иллитов присутствует в форме ОН- , а по дру­ гим данным — в форме Н30+. Иллиты не набухают, так как пакеты

* Среди так называемых иллитов, кроме гидрослюд, встречаются и смешан­ нослойные образования типа слюда — монтмориллонит. Наличие НзО+ в гидрослюдах, как и данная формула в целом, весьма проблематичны. (Прим. ред.).

связаны межпакетными катионами, что делает невозможным про­ никновение молекул воды в межпакетное пространство. Ионообмен­ ная способность иллитов невелика, так как адсорбция катионов происходит только поверхностью.

На кривой дифференциального термического анализа (см. рис. 7.39, кривая 9) в интервале 100—200 °С можно наблюдать ми­ нимум, соответствующий выделению адсорбционной воды. При

500—600 °С удаляются группы ОН-. При 900 °С разрушается кри­ сталлическая структура. При 1000°С происходит экзотермическая реакция, связанная с кристаллизацией шпинели, а при 1100 °С на­ блюдается появление муллита. Для разных по составу иллитов ход кривой несколько различен, особенно в пределах температур, отвечающих образованию новых фаз (выше 1000 °С).

Группа глауконита. К этой группе относятся алюминиевый и железный глаукониты, а также селадонит. Глауконит образует землистые агрегаты в осадочных породах морского происхождения и окрашивает их в зеленый цвет.

Хендрикс и Росс (1944 г.) предложили следующую приближен­ ную формулу глауконита:

(К. Са0,5 Na)o,84(Al0|47Fe^I9I7Fe5,I19Mg0,40)[Si3i65Alo,3501o](OH)?

338

Глауконит — диоктаэдрическая слюда, по своей структуре близ­ кая к иллитам:

Разница заключается в том, что в глауконите А13+ в октаэдри­ ческих позициях в значительной степени изоморфно замещен Fe2+, Fe3+ и Mg2+. В тетраэдрических позициях Si4+ замещен на А13+ От­ рицательный заряд пакетов компенсируется зарядами межпакетных катионов (К+, Na+, Са2+)-

С м е ш а н н о с л о й н ы е сл о и с т ы е с и л и к а т ы

Пакеты глинистых минералов, несмотря на их вещественное различие, имеют близкие структуры, что делает возможным зако­ номерное многократное их переслаивание. Пакеты различных ми­ нералов упаковываются совместно в единую структурную по­ стройку. Известны случаи наложения друг на друга пакетов иллита и монтмориллонита, слюды и монтмориллонита, хлорита и монт­ мориллонита, каолинита и калиевой слюды и др. Исследованы также минералы, в структуре которых встречаются пакеты иллита, монтмориллонита и хлорита или каолинита, монтмориллонита и хлорита. За последние годы изучено несколько десятков различ­ ных видов смешаннослойных структур глинистых минералов упо­ рядоченного и неупорядоченного типа. Они широко распростра­ нены в осадочных породах.

Г л ин и сты е м и н ер а л ы с л е н то ч н о й с т р у к т у р о й *

Среди глинистых минералов с ленточной структурой наиболее хорошо исследованы палыгорскит Mgs [Si4Oio(OH)]2-8H20 и струк­ турно близкий к нему сепиолит Mg3[(0Н2)з5і40 п]-Н20. В струк­ туре палыгорскита (рис. 7.50) имеются двойные кремнекислород­ ные цепи, образующие ленты, аналогичные амфиболовым. Эти ленты соединяются общими ионами кислорода. Катионные ленты связаны между собой сдвоенными тетраэдрическими слоями. Окта­ эдрические ленты параллельны тетраэдрическим слоям. Молекулы воды заполняют продольные каналы между амфиболовыми и ок­

3 3 9