Хімічна характеристика мінералів

До складу мінералів входять усі елементи періодичної системи Д. І. Менделєєва, але їх участь у складі мінералів неоднакова. Серед елементів, що входять до складу мінералів, розрізняють головні або основні, такі, що визначають самостійність мінералів, і домішки.

У першу чергу склад мінералів залежить від умов їх утворення, оскільки одні і ті ж мінерали різного походження містять різні домішки, які можуть змінювати деякі фізичні властивості мінералів (наприклад, зміна оптичних властивостей у турмаліні). Таким чином, ті або інші домішки в мінералах дозволяють судити про умови їх утворення. Крім того, домішки в мінералах можуть бути як цінними, так і шкідливими. Такі елементи як індій, галій, германій, гафній, кадмій і ін. зустрічаються, як правило, в розсіяному стані у вигляді домішок в інших мінералах, з яких і витягуються одночасно. Шкідливі домішки, що містяться в мінералах, знижують їх якість і перешкоджають їх практичному використанню. Наприклад, шкідливою домішкою є сірка в залізних рудах - гематиті і магнетиті. Тому вивчення хімічного складу мінералів, домішок, що входять до них, є одним з основних завдань мінералогії.

Залежно від умов мінералоутворення із одних і тих же хімічних елементів можуть виникати мінерали, що складаються як з одного елемента, так із з'єднань різних хімічних елементів. У першому випадку утворюються мінерали, що називаються простими речовинами або самородними елементами, в другому - мінерали складного складу, серед яких найбільше поширені прості, комплексні і подвійні солі.

У більшості випадків прості солі представлені бінарними з'єднаннями, що складаються з двох елементів - катіона і аніона. У простих солях один і той же катіон утворює з'єднання з різними аніонами. Так, наприклад, катіон сірки утворює сульфіди: галеніт –, пірит – антимоніт – і т.д. Комплексні сполуки серед мінералів є найбільш поширеними. Ці сполуки характеризуються радикалами - певними групами атомів, що беруть участь у реакціях як єдине ціле. Основними радикалами є:, що створює силікати; , що створює фосфати; , що створює кальцити; , що створює сульфати іщо створює нітрати.

Радикалами є комплексні аніони, в яких малі високовалентні катіони (і так далі) оточені великими низьковалентними аніонами кисню . У кристалічній гратці комплексні аніони виражені ізольованими групами, не пов'язаними одна з одною. З'єднання не є комплексним, якщо в кристалічній гратці такі групи відсутні.

Подвійними солями називаються такі з'єднання, які складаються ніби то з двох солей, тобто такі, що містять два або декілька типів катіонів, які займають особливі місця в кристалічній гратці. Частіше кислотний радикал у обох солей однаковий, наприклад, доломіт – , тобто ; рідше бувають подвійні солі з різними кислотними радикалами, наприклад, каїніт

Переважна більшість мінералів представлена хімічними сполуками, серед яких розрізняють як з'єднання сталого, так і змінного складу. До мінералів зі сталим складом відносяться оксиди і ін.), різні солі (і ін.), сульфіди (і ін.), галоїдні з'єднання (і ін.) і так далі.

Мінерали змінного складу характеризуються коливаннями хімічного складу, ці коливання можуть бути в досить широких межах і не пов'язані з механічними домішками сторонніх речовин. Серед мінералів хімічні сполуки змінного складу досить значні. До їх числа слід віднести подвійні солі, в яких катіон не виявляє повного ізоморфізму, через істотну відмінність величин іонних радіусів і поляризаційних властивостей.

У природі широко поширені мінерали у вигляді ізоморфних сумішей або твердих розчинів. Це обумовлено ізоморфізмом, тобто явищем взаємного заміщення атомів або іонів у вузлах кристалічної гратки, без порушення її будови. Результатом ізоморфізму є ізоморфні суміші і ізоморфні домішки хімічних елементів у мінералах. У багатьох простих і складних з'єднаннях присутні в невеликих кількостях ізоморфні домішки інших компонентів. Наприклад, в сфалериті – вміст заліза у вигляді ізоморфної домішки досягає декількох відсотків.

Присутність в мінералах ізоморфних домішок обумовлена, мабуть, низькою концентрацією цих елементів в мінералоутворюючому середовищі. Це не дозволяє ізоморфним домішкам утворювати кристалічні гратки власних мінералів, внаслідок чого вони вимушені входити в кристалічні гратки інших мінералів.

Тверді розчини, або інакше ізоморфні суміші, є абсолютно однорідними (однаковими) по кристалічній структурі суміші в будь-яких співвідношеннях двох або більше компонентів, що не створюють між собою хімічних сполук. За ступенем досконалості ізоморфних заміщень виділяють досконалий (або необмежений) і недосконалий (або обмежений) ізоморфізм. При досконалому ізоморфізмі утворюються безперервні ізоморфні ряди, в яких ізоморфні суміші виникають при будь-яких співвідношеннях компонентів. Прикладом досконалого ізоморфізму є ізоморфний ряд вольфрамітів (гюбнерніт – і ферберит – ). При недосконалому ізоморфізмі при певних співвідношеннях компонентів ізоморфний ряд розривається з утворенням нових мінералів. Недосконалий ізоморфізм встановлений між ортоклазом - і анортитом - .

Розрізняють два види ізоморфізму: ізовалентний і гетеровалентний. При ізовалентному ізоморфізмі іони, що взаємозаміщуються, мають однакову валентність, наприклад, заміщення та в олівіні При гетеровалентному ізоморфізмі заміщуються іони різних валентностей, наприклад, заміщення в нефеліні – .

Зміна хімічного складу ізоморфних сумішей викликає зміну фізичних властивостей мінералів, таких, наприклад, як температура плавлення, густина, твердість, електропровідність, показників заломлення і так далі.

Дата добавления: 2014-10-22