Осадочные образования

Зона окисления сульфидных руд

Коры выветривания гранитов.

Регионально-метаморфические

Скарны

Скарны образуются чаще всего на контакте гранитов и карбонатных пород за счёт метасоматического замещения контактирующих горных пород некоторыми характерными минералами. Обычно это силикаты кальция и магния. Их образование происходит за счёт химического воздействия на граниты и известняки высокотемпературных флюидных и жидких растворов. Они поднимаются по контактам из глубинных частей ещё не остывшего магматического очага. По условиям размещения скарны являются контактовыми горными породами, а по химизму процесса – гидротермальными. Образование скарнов происходит на глубинах около 2-5 км.

Минералообразование сопровождает процессы регионального метаморфизма из осадочных и магматических горных пород. Главными факторами минералообразования являются повышение температуры и давления. Температуры – от 20 до 700 ⁰С, давление 80-100 атмосфер. Под влиянием давления происходит преобразование минералов. К регионально-метаморфическим породам бывают приурочены графит, наждак, железные руды, горный хрусталь, шпинель, рубин.

Процессы протекают при низких температурах и обычном давлении при активном участии поверхностных и грунтовых вод, свободного кислорода и углекислоты. Важным фактором является жизнедеятельность микроорганизмов и растений. Так формируется каолин, залежи бокситов. На процессах выветривания существенно сказывается климат. Наиболее полное разложение гранитов происходит в условиях тропического жаркого и влажного климата.

У дневной поверхности руды сульфидов металловподвергаютсяхимическому выветриванию с формированием в верхней части зоны окисленных руд. Образуются вторичные минералы – окислы, карбонаты, сульфаты. Непременным условием окисления руд является промачивание их грунтовыми водами, высокая активность кислорода, высокая кислотность среды.

Формируются в гидросфере. Выделяют механические, хемогенные и органогенные образования. Наиболее важны россыпные месторождения, часто имеющие промышленное значение. Таковы россыпи золота, алмазов, рутила, касситерита. Хемогенные осадки выпадают, во-первых, за счёт выпаривания морских лагун. Сначала из раствора выпадают карбонаты (кальцит), затем сульфаты (гипс, ангидрит), далее галоиды натрия (галит) и калия (сильвин), потом галоиды магния (карналлит) и бораты. При выпаривании континентальных бассейнов образуются сода (натрон), селитры, хлориды лития.

Во-вторых, хемогенные осадки образуются при встрече коллоидных растворов с растворами электролитов (у впадения рек в моря и озёра). Зачастую это руды железа, марганца, имеющие оолитовое строение. К органогенным минералам относятся минералы, слагающие трепелы, опоки, коралловые и ракушечные известняки.

Типоморфизм минералов - это свойство минералов фик­сировать условия, способы и время образования и поэтому своим присутствием или чаще своими типоморфными особен­ностями указывать на генезис.

Типоморфные особенности минералов - это такие особен­ности формы, состава, структуры и свойств его индивидов, которые обусловлены генезисом, и поэтому могут в совокуп­ности указывать на способ, условия и время образования. Соответственно выделяют морфологические, химические, структурные и физические типоморфные особенности мине­ралов.

В качестве морфологических типоморфных особенностей могут служить: облик и огранение минеральных индивидов, понижение или повышение их внешней симметрии; микроморфология (скульптура) граней; внутреннее строение инди­видов (зональность, секториальность, мозаичность); характер двойникового срастания; характер обра­зуемых минералом агрегатов и др.

К химическим типоморфным особенностям относятся: наличие и со­став элементов-примесей, их соотношения и распределение - в структуре минералов; изотопный состав серы, углерода, кислорода, водорода, свинца и др.; степень гидратации минерала и др.

Структурными типоморфными особенностями могут быть: степень структурной упорядоченности; дефектность структур; и др.

Физическими типоморфными особенностями могут слу­жить: окраска, плотность и некоторые другие из обычных диагностических свойств минералов; специальные - физические и физико-химические свойства (люминесцентные, электрические, магнитные, термические, кристаллооптические свойства (преломление, двупреломление, угол оп­тических осей и др.).

Типоморфные минералы - это минералы, которые обра­зовались в определенных условиях и в определенное время и поэтому своим присутствием могут указывать на эти условия и время образования.

Под парагенезисом минералов мы понимаем явление за­кономерного сонахождения минералов в природе, обуслов­ленное их совместным образованием в определенной возра­стной последовательности при каком-либо минералообразующем процессе, в сходных физико-химических условиях. Мож­но говорить о парагенезисе минералов в минеральном агре­гате или в минеральном теле.

Минеральное тело - это определённое геологическое тело или единая группа геологических тел, характеризующихся законо­мерным минеральным составом и некоторыми специфическими процессами своего образования.

Минеральный агрегат – это участок минерального тела небольших размеров (образец).

Минеральному агрегату соответствует поня­тие парагенетическая ассоциация минералов, минеральному телу - мине­ральная ассоциация.

Парагенетическая ассоциация минералов - это группа минералов, слагающих минеральный агрегат, совместно и почти одновременно образовавшихся на одной стадии минералообразующего процесса, в одинаковых физико-химических условиях.

Минеральная ассоциация — это ряд парагенетических ассоциаций минералов, слагающих простое минеральное тело или участок сложного тела, совместно образовавшихся в опреде­ленной возрастной последовательности на одном этапе минералообразующего процесса, в сходных физико-химических условиях.

Минеральный состав сложного тела - это ряд минераль­ных ассоциаций, слагающих это тело, выделившихся на раз­ных этапах минералообразования, в резко отличных физико-химических условиях.

Если минерал встречается в нескольких разновозрастных ассоциациях, то выделяют генерации (поколения) этого ми­нерала.

Генерации минерала - это его разновозрастные ин­дивиды, выделившиеся на разных этапах минералообразования и отличающиеся своими типоморфными особенностями.

Следует отметить, что типоморфными могут быть не только отдельные минера­лы, но и ассоциации минералов, типичные для определенных этапов минералообразования. При этом типоморфизм минералов в разных районах и даже ме­сторождениях может иметь региональные (общие для конкретного региона) или локальные (общие для конкретного месторождения) черты.

В зависимости от генезиса минералы и их ассоциации характеризуются определенными генетическими признаками.

Генетические признаки минералов и их ассоциаций - это такие особенности их минеральных тел, агрегатов и индиви­дов, которые обусловлены условиями и способами образова­ния, и поэтому могут в совокупности указывать на генезис. К ним относятся:

1) геологические условия нахождения в породах и месторождениях;

2) синхронные околорудные изменения вмещающих пород;

3) формы и размеры минеральных тел и агрегатов;

4) внутреннее строение мине­ральных тел (текстуры) и агрегатов (структуры);

5) мине­ральный состав тел и парагенетические ассоциации минера­лов;

6) типоморфизм минералов.

Знание генетической минералогии необходимо геологораз­ведчику при решении таких - практических задач, как установ­ление генезиса месторождений для их поисков, оценки и раз­ведки; для выявления новых видов минерального сырья и для разработки рациональных технологических схем его обо­гащения.

ЛЕКЦИЯ 4. Понятие конституции минералов. Типы химической связи в минералах. Структуры минералов. Минеральные виды, разновидности и минеральные индивиды. Принципы классификации минералов.

Понятие конституции минералов.

Свойства минералов обусловлены их конституцией - совокупностью взаимосвязанных химических и структурных особенностей минерала.

Все кристаллы обладают рядом основных специфических свойств, отличающих их от некристаллических аморфных тел. Такими свойствами являются:

· Однородность строения - одинаковость узора взаимного расположения атомов во всех частях объема его кристаллической решетки

· Анизотропность - различие физических свойств кристаллов (теплопроводность, твердость, упругость и другие) по непараллельным направлениям кристаллической решетки. Свойства одинаковы по параллельным направлениям, но неодинаковы по непараллельным направлениям. В противоположность анизотропным, изотропные тела имеют одинаковые свойства во всех направлениях.

· Способность самоограняться. Этим свойством - принимать многогранную форму в результате свободного роста в подходящей среде - обладают только кристаллических вещества. Внешняя огранка минерала обуслов­лена его кристаллическим строением. Кристалл огранен теми плоскостями, заселенность ко­торых атомами, составляющими кристаллическую структуру, наибольшая

· Симметричность - это закономерная повторяемость в расположении предметов или их частей на плоскости или в пространстве. Каждый кристалл может быть совмещен сам с собой определенными преобразованиями (поворотами или отражениями), которые называются симметрическими.

Установлено, что кристаллы состоят из материальных частиц – ионов и атомов. Структура минералов формируется упорядоченным расположением атомов и ионов в про­странстве. Для описания порядка расположения частиц их стали отождествлять с точками. Из такого подхода постепенно сформировалось представление о пространственной или кристаллической решётке, как о бесконечном трёхмерном периодическом образовании.

В ней выделяют узлы - отдельные точки, (центры тяжести атомов и ионов), ряды – совокупность узлов, лежащих на одной прямой) и плоские сетки – плоскости, проходящие через любые три узла. Симметрия кристаллов соответствует симметрии их пространственных решеток.

С развитием рентгено-структурного анализа стала очевидной связь между закономерным атомным строением кристаллов и их физическими и химическими свойствами. Изучением этих связей занимается наука кристаллохимия, законы которой являются необходимой базой, объясняющей особенности физических и химических свойств кристаллов минералов.

Типы химических связей в минералах.

Строя минералы, атомы соединяются друг с другом с помощью связей различного типа. Силы, которые связывают вместе атомы (ионы) в кристаллах - это электрические силы. Их тип и величина во многом определяют физические и химические свойства минералов. Принято выделять четыре основных типа химической связи в минералах.

· Металлическая связь характерна для элементов первых групп Периодической системы. Их атомы, как известно, имеют крупные размеры, а внешние электроны слабо связаны с ядром. В наиболее чистом виде металлическая связь наблюдается между атомами одного и того же элемента – металла. В кристаллической решетке металлов внешние электроны свободно перемещаются в пространстве между атомами.

Они образуют своеобразный "электронный газ" и обусловливают основные свойства металлов: высокую пластичность, ковкость, высокую теплопроводимость, высокую электропроводность, малую твердость, невысокие температуры плавления и кипения. Связь не направленная. Энергия металлической связи составляет десятки килокалорий на моль.

· Ионная (гетерополярная) связь реализуется между атомами различного сорта за счет электростатического взаимодействия положительно заряженных катионов и отрицательно заряженных анионов, при этом валентные электроны переходят от металла к аниону. Ионная связь осуществляется таким образом, что при взаимодействии атомов один из них перетягивает от другого электрон или несколько электронов и становится анионом, а другой атом – катионом. При отрыве электронов от нейтрального атома для превращения его в катион затрачивается энергия, называемая потенциалом ионизации (катионизации), при приобретении другим нейтральным атомом дополнительного электрона им приобретается энергия, называемая сродством к электрону (энергия анионизации). Образование ионной связи обуславливается тенденцией атомов к приобретению наиболее устойчивой оболочки с полным числом электронов во внешнем слое (с завершёнными электронными слоями). Это достигается путём отдачи «лишних» или приобретения «недостающих» электронов. При таком упрощённом объяснении в образовании ионной связи участвует лишь пара атомов. В действительности, ионная связь не имеет направленности, и при соединении ионы стремятся окружить себя максимальным числом ионов противоположного знака. При этом каждая связь как бы делится на дробные части и равномерно распределяется между всеми соседями. В частности минерал галит (NaCl) имеет структуру, в которой каждый катион натрия связан с шестью катионами хлора и наоборот. Связь ненаправленная и ненасыщенная. Энергия ионной связи тем больше, чем больше разница электроотрицательности между элементами (для NaCl - 180 ккал/моль). Кристаллы с ионным типом связи растворяются в полярных растворах (вода), для них характерны диэлектрические свойства, хрупкость, низкая тепло- и электропроводность, средние плотность и твердость, весьма высокие точки плавления и кипения.

· Ковалентная (гомеополярная) связь осуществляется за счет обобществления электронов на внешних валентных орбиталях двух соседних атомов, таким образом, что оба они приобретают стабильную конфигурацию благородного газа. При этом она не сопровождается образованием ионов. «Холостые электроны», спариваясь, получают возможность одновременно находиться как в поле одного, так и в поле другого атома. Ковалентная связь строго направленная, насыщаемая и очень прочная. Энергия связи составляет до 170 ккал/моль. Минералы с таким типом связи характеризуются нерастворимостью, большой устойчивостью, высокой твердостью, высокими точками плавления и кипения, полупроводниковыми свойствами.

· Ван-дер-ваальсова (остаточная, молекулярная) связь соединяет нейтральные молекулы или структурные единицы с помощью малых остаточных зарядов на их поверхности. В разных соединениях сила такой связи различна. Ван-дер-ваальсова связь одна из самых слабых химических связей и, присутствуя в минералах в качестве добавочной, определяет зоны хорошей спайности и низкой твердости (графит).

Среди ван-дер-ваальсовых связей особое место занимает так называемая водородная связь, рассматриваемая часто как самостоятельный тип связи. Она возникает за счет коллективного использования протона двумя атомами, например, кислорода, входящего в состав воды, и кислорода стенок каркаса, в котором эта молекула воды находится. Водородная связь слабее ионной или ковалентной, но сильнее обычной ван-дер-ваальсовой. Энергия водородной связи колеблется от 5 до 10 ккал/моль.

Структуры минералов.

Гомодесмическими называются структуры кристаллов, в которых связь между всеми атомами одинакова.

Гетеродесмическими называются структуры кристаллов, в которых сосуществуют несколько типов химической связи.

Тип химической связи определяет взаимное расположение атомов в кристаллической структуре. В минерале каждый атом занимает определённую по отношению к кристаллической структуре позицию (структурную позицию). Сходные позиции называются кристаллохимически эквивалентными атомными позициями.

Так как связи преимущественно электростатические, то каждый ион стремиться собрать вокруг себя (координировать) ионы противоположного знака. Наиболее сильные связи соединяют ион с его ближайшими соседями. Число таких ближайших соседей называется координационным числом. Рассматривая ионы как соприкасающиеся сферы, легко понять, что координационное число зависит от соотношения размеров координированных ионов, выражающихся отношением радиуса катиона к радиусу аниона (R_k/R_a).

(Rk/Ra).	Координационное число
0,224-0,415
0,415-0,732
0,732-1,000
>1,000

Элементарная ячейка кристалла, - это тот минимальный воображаемый объём кристалла, параллельные переносы (трансляции) которого в трёх измерениях позволяют как из кирпичиков построить трёхмерную кристаллическую решётку в целом. Элементарная ячейка, как наименьшее подразделение кристалла, в свою очередь построена из регулярно расположенных атомов, удерживаемых вместе благодаря электронным связям. Эти мельчайшие ячейки, бесконечно повторяющиеся в трехмерном пространстве, образуют кристалл. Размеры элементарных ячеек в разных минералах различны и зависят от размеров, числа и взаимного расположения атомов в пределах ячейки. Параметры ячейки выражаются в ангстремах (Å) или нанометрах (1 Å = 10 - 8 см. = 0,1 нм.). Составленные вместе элементарные ячейки кристалла плотно и без зазоров заполняют объём, образуя кристаллическую решётку.

Существуют различные типы решёток:

· Координационный - атомы распределены равномерно, не образуя никаких конечных или бесконечных группировок. Это структуры гомодесмические (NaCl, алмаз, металлы).

В многих случаях геометрия расположения атомов в структуре будет более сложной. Геометрический характер структуры проще всего описать с помощью структурных мотивов, то есть с помощью описания устойчивых и относительно изолированных группировок атомов:

· Островной - атомы собраны в отдельные конечные группировки, внутри которых связи более сильные (расстояния между атомами мало), а между этими группами связи слабые (расстояние между ними увеличивается). Это структуры гетеродесмические. Островные структурные группировки могут быть валентно-насыщенными (сера), катионными и анионными (карбонаты). В последнем случае связь внутри группировки - ковалентная, а связь между катионом и анионной группировкой - ионная.

· Цепочечный - ковалентно-связанные группировки атомов, соединяясь между собой (полимеризуясь), могут образовывать бесконечные вытянутые в одном направлении нейтральные или валентно-ненасыщенные анионные цепи, связь между которыми может быть остаточной (ван-дер-ваальсовой), водородной или через катионы. Такой структурный мотив наблюдается во многих силикатах.

· Слоистый - бесконечные ориентированные в одной плоскости валентно-нейтральные пакеты из прочно связанных атомов одного (графит) или разного сорта (гидроксиды) разделены на слои, связь между которыми - остаточная (ван-дер-ваальсова) или водородная.

· Каркасный - трехмерная вязь из атомных группировок, соединенных вершинами, внутри которой имеются большие пустоты. В отличие от координационных структур атомы распределены в пространстве неравномерно, даже если каркас нейтрален (кварц) и между атомами преобладает один тип связи.

Знание структуры кристаллов имеет большое значение для понимания физических свойств минералов, таких как спайность, твердость, плотность, показатель преломления и т. д. Зависимость этих свойств от геометрического структурного мотива является предметом исследований кристаллофизиков.

Понятие минерального вида, разновидности, минерального индивида.

Минеральный вид - совокупность минералов одинаковой структуры, состав которых отвечает индивидуализированному химическому соединению и может изменяться в преде­лах, ограниченных изменением структуры либо, в случае непрерывных твердых растворов, условно принятыми границами. Минеральный вид может объединять несколько минеральных разновидностей (марматит-клейофан – разновидности сфалерита).

Понятие минеральный вид не тождественно минеральному индивиду. Минеральный индивид представляет собой частный случай в совокупности минеральных видов, характеризуется своим химическим составом, морфологией и физическими свойствами.

Реальный состав и структура реальных минеральных индивидов отличаются от идеальных, выраженных в химических формулах и структурных схемах минеральных видов. Эти отклонения, связанные с колебаниями условий минералообразования, принято рассматривать в рамках существующих теоретических понятий о полиморфизме и изоморфизме.

Полиморфизм – способность одного химического вещества образовывать различные кристаллические структуры в зависимости от условий образования (T, Р, Еh, рН).

Минералы одного и того же состава, но разной структуры - полиморфные модификации (от лат. "поли" - много, "морфо" - форма) - относятся к разным минеральным видам. Каждая модификация устойчива при определенных термодинамических параметрах. С изменением условий происходит переход одной модификации в другую. Различают переходы двух видов: обратимые - энантиотропные (различные модификации SiO₂: кварц- тридимит- кристобалит) и необратимые - монотропные (модификации С графит - алмаз). Если такой переход осуществляется с сохранением формы кристаллов первичного минерала, то образуются псевдоморфозы.

Обычно существование полиморфных модификаций определяется физико-химическими условиями, специфическими полями устойчивости, определенных для различных полиморфов. Реакции полиморфных переходов эндотермические – происходят с поглощением энергии в виде тепла. Таким образом, факторами полиморфизма являются температура и давление, в некоторых случаях – степень пересыщения растворов. Часто неустойчивая при данных PT-условиях модификация может быть стабилизирована вхождением в решетку определенных элементов-примесей, которые называются стабилизирующими. Как пример, можно указать стабилизацию арагонита атомами стронция.

Химический состав минералов может быть постоянным или варьировать в довольно широких пределах, определяемых возможностями взаимного замещения различных элементов в кристаллической решетке.

Изменчивый химический состав минералаобуславливается явлением изоморфизма.

Изоморфизм - изменение химического состава минерала при сохранении его кристаллической структуры. Вариации состава являются в данном случае результатом замещения в структуре минерала одного иона или ионной группировки на другой ион или группу ионов. Замечено, что, чем более сложным со­ставом и структурой характеризуется минерал, тем более широко проявляется в нем изо­морфизм, хотя из этого правила есть довольно много исключений.

Существует несколько видов изоморфизма:

1. Изовалентный - замещающие друг друга атомы имеют одинаковую валентность. В качестве примера таких замещений можно привести замещение Мg⁺² на Fe⁺² в оливине, когда существуют все промежуточные составы минерала от фаялита (Mg₂SiO₄) до форстерита (Fe₂SiO₄). Примером полного анионного ряда изовалентных изоморфных замещений между двумя соединениями являются KCl и KBr. Необходимым условием таких замещений является близость химических свойств и размеров замещающих друг друга атомов.

2. Гетеровалентный изоморфизм более сложен. Одним из важнейших условий его появления является требование сохранения электронейтральности структуры. Это требование может быть выполнено в результате парного замещения, когда, в одном соединении один из ионов (например, Ca²⁺) замещается на ион с меньшей валентностью (такой как Na¹⁺) и, в то же время, другой ион (например Al³⁺) замещается на ион с большей валентностью (такой как Si⁴⁺). Суммарный заряд при этом сохраняется, что можно выразить в виде равенства:

Ca²⁺ + Al³⁺ = Na⁺ + Si⁴⁺

Такой тип замещений известен в ряду плагиоклазов.

Ионы различных элементов могут замещать друг друга в различных пределах. В соответствии с этим изоморфные замещения разделяют по степени, с которой они могут проявиться, на полные и ограниченные.

· Полный изоморфизм наблюдается в тех случаях, когда известны все промежуточные составы между конечными членами
изоморфных рядов и серий твердых растворов. Такими являются ряды составов оливина и плагиоклазов.

· Ограниченный изоморфизм распространен более широко. Он выражается в значительных колебаниях состава многих минералов, обусловленных вхождением изоморфных ионов-примесей в данную кристаллическую структуру в определенных пределах. Примером ограниченных замещений является сфалерит, а также ряд более сложных силикатных минералов, таких как пироксены (диопсид-жадеит) и щелочные полевые шпаты (санидин-альбит).

Несколько главных факторов влияют на степень, с которой могут проявляться изоморфные замещения.

1. Наиболее важны сходство химических свойств и размеров ионов.

Ионы двух элементов могут легко замещать друг друга, если их химические свойства близки (например, щелочные и щелочноземельные металлы), а ионные радиусы отличаются менее чем на 15%.

Если радиусы двух ионов (например, галоидов) различаются на 15-30%, то замещение ограничено.

Если радиусы ионов (например, платиноидов) различаются более чем на 30%, то вероятность замещения ничтожно мала.

2. Весьма важным фактором, определяющим пределы вхождения изоморфных примесей, является температура. Чем выше температура, тем больше степень теплового беспорядка и тем менее строги пространственные ограничения структуры. Таким образом, кристаллы, растущие при более высоких температурах, могут демонстрировать более широкие пределы ионных замещений, чем это возможно при низких температурах.

Хорошим примером может служить санидин (KAlSi₃O₈) - высокотемпературная разновидность калиевого полевого шпата, который может содержать значительные количества примеси Na, замещающего К, в отличие от низкотемпературного микроклина. С понижением температуры изоморфная емкость структуры уменьшается и может происходить распад твердых растворов с выделением отдельных чистых фаз. Так образуются пертиты: кристаллографически ориентированные вростки щелочных (K-Na) полевых шпатов.

Изоморфные примеси могут распределяться в структуре хаотично (беспорядочно) или упорядочено.

Образующиеся в результате изоморфизма химические соединения переменного состава принято называть твердыми растворами.

В зависимости от механизма образования выделяют твердые растворы замещения, внедрения и вычитания.

Твердые растворы замещения образуются, когда один сорт атомов или ионов замещается на другой чаще всего незакономерно (беспорядочно) размещаясь в одной и той же атомной позиции в кристаллической структуре. Все рассмотренные выше примеры являются примерами твердых растворов замещения. По такому же механизму происходит замещение Fe²⁺ на Zn²⁺ в структуре железистого сфалерита - марматита (Zn, Fe)S.

Твердые растворы внедрения образуются, если в структуре минерала имеются значительные пустоты (интерстиции), как, например, в структуре кольцевого силиката - берилла: Be₃Al₂Si₆O₁₈. В гексагональные каналы, образуемые кольцами Si₆O₁₈ в структуре этого минерала, могут внедряться значительные количества K, Rb, Cs, H₂O, обнаруживаемые при химическом анализе образцов.

Твердые растворы вычитания известны для дефектных структур, в которых отдельные структурные позиции заняты не полностью. Появление вакансий связано, как правило, с присутствием ионов переменной валентности (Fe, Mn). Наиболее известным примером этого типа замещений является пирротин (Fe_1-xS). Наблюдаемые в этом минерале колебания состава от Fe₆S₇ до Fe₁₁S₁₂ объясняются тем, что в его кристаллической структуре часть атомов железа находится в форме Fe³⁺, компенсируя недостаток ионов Fe²⁺.

Особо следует сказать о роли воды в структуре минералов Вода разделяется на адсорбированную, которая удаляется обычно при температуре, не достигающей 100 С⁰, кристаллизационной, которая занимает определенное положением в структуре и удаляется при 100-150 ⁰С, к этому типу принадлежит и вода цеолитов, конституционная вода по сути не является водой, а группой OH, удаляется при значительных температурах 300-700 ⁰С.

Формула минерала отражает его химический состав. Однако, написание формулы минерала должно отвечать его структурным особенностям. К сожалению, единообразно принятой сис­темы написания формул минералов до сих пор нет.

Принято писать вначале катионный со­став, затем радикал - анион, по аналогии с изображением состава кислот и солей. Элементы, изоморфно замещающие друг друга в одной кристаллохимической позиции, заключают в скобки.

Например, формула роговой обманки, одного из самых распространенных минералов магматических горных пород:

(Ca,Na)₂(Mg,Fe²⁺)₄(Fe³⁺,Al) [(Si,Al)₄O₁₁]₂ (OH)₂

В формуле выделяются катионные группировки в трёх различных кристаллохимических позициях:

(Ca,Na)₂

(Mg,Fe²⁺)₄

(Fe³⁺,Al)

анионный радикал: [(Si,Al)₄O₁₁]₂

гидроксильная группа: (OH)₂

Различными авто­рами вводились дополнительные знаки, позволяющие "прочитать" мотив структуры - кар­касный, цепочечный, слоистый и т.д. Как правило, эти нововведения не приживались. В ста­рой литературе по сей день можно встретить написание формул кислородных соединений через оксиды. Химический состав при этом отражен, но структура реального минерала, как правило, - нет, потому что оксиды отдельных элементов не образуют сколько-нибудь обо­собленных групп. Такое написание формул к настоящему времени не применяется.

Номенклатура минералов.

В процессе развития минералогии как науки открывались все новые и новые минералы. Для того, чтобы ориентироваться в них, необходимо было минералы систематизировать, т. е. создать удобную и логичную схему их классификации. Первые номенклатуры разделяли минералы по их внешним признакам, таким как цвет, твердость. Идея классифицировать минералы по их химическому составу зародилась в связи с успехами аналитической химии в прошлом веке. Первые химические классификации были разработаны Г.Розе и Дж.Дэна на основе схемы, предложенной химиком Й.Барцелиусом в 1824 г. Со временем классификация совершенствовалась. Определение и уточнение кристаллических структур на атомарном уровне позволило использовать структурные данные для более дробного разделения минералов. Современная номенклатура базируется на кристаллохимической основе и регулярно уточняется, дорабатывается Комиссией по Новым Минералам Международной Минералогической Ассоциации. Существует много спорных вопросов номенклатуры минералов, рассмотрение которых уже выходит за рамки данного курса. Одной из сложностей является отсутствие единообразия в названиях таксонов. А.А.Годовиковым предложена детальная схема систематики минералов, но, к сожалению, названия таксонов достаточно сложны и широкого распространения не получили.

Ниже при описании минералов будет использовано простейшее разделение минералов на бескислородные и кислородные соединения, внутри которых будут выделены типы, классы и семейства.

К бескислородным относятся следующие типы (по А.Г.Бетехтину – разделы): простые вещества (самородные элементы), сернистые соединения (сульфиды и их аналоги), галогениды.

Кислородные соединения выделяются в единый тип (по А.Г.Бетехтину единого типа не выделяется, а указанные ниже классы объединены в разделы), внутри которого разделение по классам производится в соответствии с химической природой. Выделены следующие классы: оксиды, гидроксиды, силикаты и алюмосиликаты, фосфаты, арсенаты, ванадаты, сульфаты, карбонаты, бораты и др. По структурным признакам классы разделены на подклассы. Ниже это разделение будет использовано только при описании силикатов и алюмосиликатов. Минералы, имеющие близкую структуру, объединяются в группы. Еще ниже стоит таксон семейство, который применяется для описания минералов внутри групп с одинаковой структурой и широким изоморфизмом.

Дата добавления: 2014-01-14