Силикаты

Определение "Силикаты" в ЭБНБ

[silicium - кремний] - минералы, содержащие SiO₂, которые можно рассматривать как соли с различными кремнекислородными радикалами. В связи с высоким содержанием кремнезема в земной коре силикаты играют среди минералов доминирующую роль как по массе, так и по разнообразию: более одной трети всех минералов принадлежит к силикатам. Основным элементом кристаллической решетки является тетраэдр [SiO₄]^-4 небольшой ион Si⁺⁴ окружен четырьмя ионами О^-2, центры которых расположены по вершинам тетраэдра. Последний аналогичен комплексным ионам типичных солей, как сульфаты или фосфаты, но в отличие от них обнаруживает большую склонность к соединению (через общие кислороды) в различные группы, которые и являются радикалами гипотетических поликремневых кислот. Особенно характерно, что, кроме групп, состоящих из нескольких тетраэдров [Si₂O₇]^-6, колец [Si₃O₉]^-6, [Si₆O₁₈]^-6 и других, часто образуются бесконечные группы - цепочки, ленты и слои, формула которых рассчитывается на одно звено.

В том случае, если каждая вершина оказывается общей для двух тетраэдров, получается бесконечный каркас с формулой SiO₂, т. е. различные модификации кремнекислоты, относящиеся уже к классу окислов. Кроме кремния, особую роль в решетке силикатов иногда играет также А1⁺³. В некоторых случаях он как бы заменяет Si⁺⁴ внутри тетраэдров (всегда только в сложных группах) с образованием т. н. алюмосиликатов (Вернадский, Чермак), в других обладает шестерной координацией и занимает в решетке места, аналогичные прочим катионам, в частности Mg (силикаты алюминия). Замена А1⁺³ части Si⁺⁴ в нейтральном каркасе вызывает появление отрицательных зарядов, которые должны компенсироваться внедрением в решетку катионов, т. е. делает возможным образование каркасных алюмосиликатов, сходных по структуре с кремнеземом.

Исходя из типа радикала, может быть дано следующее подразделение силикатов на подклассы: 1) каркасные алюмосиликаты с общей формулой радикала [Al_nSi_m-nO_2m]ⁿ, где -n компенсируется обычно крупными малозарядными катионами К, Na, Ca, Ва и другими - полевые шпаты, нефелин, скаполит, цеолиты и другие; 2) метасиликаты с кольцевыми радикалами [Si₃O₄]^-6 [Si₄O₁₂]^-8[Si₆O₁₈]^-12 - берилл, кордиерит, волластонит, диоптаз и другие, а также с двойными кольцами типа [Si₆O₁₅]^-6; 3) ортосиликаты (и диортосиликаты) с радикалами [SiO₄]^-4 и [Si₂O₇]^-6 - оливин, гранаты, циркон и другие; 4) метасиликаты с бесконечными цепочками, с общей формулой радикала [SiO₃]^-2 - пироксены, рамзаит; 5) Силикаты с ленточными радикалами [Si₄O₁₁]^-6 (амфиболы); 6) диметасиликаты с слоистыми радикалами [Si₂O₅]^-2 - тальк, каолин, слюды, хлориты и другие.

В состав силикатов могут входить почти все элементы (за исключением группа платины, Ag, Au, Hg, Se, Те, Br, I, Ν, W), но наиболее характерными являются катионы типа благородных газов и железо. Катионы с 18-электронной оболочкой (типа Ζn⁺²) и близкие (Cu⁺², Рb⁺², Bi⁺³ и другие) образуют силикаты лишь в том случае, когда произошло местное накопление этих элементов в результате образования других минералов, обычно сульфидов. В решетке силикатов нередко принимают участие также анионы, особенно часто О^-2, ОН^-1, F^-1 (часто изоморфны, особенно последние два). Более крупные и в частности комплексные анионы - Cl^-1, [СO₃]^-2[SO₄]^-8 и другие - сравнительно обычны лишь в 1-м подклассе (где в решетке имеются крупные «пустоты»). Вода, кроме ионов [ОН]^-1, так называемой, конституционной воды основных силикатов, иногда входят также в виде молекул Н₂O, особенно в 1-м и отчасти в 6-м подклассе; силикаты с катионом H⁺¹, вопреки принятому раньше написанию многих формул, почти не встречаются.

Широкое развитие изоморфных замещений приводит к большим колебаниям состава отдельных силикатов и затрудняет их изучение. В классе силикатов имеются группа всех сингоний, но особенно распространены моноклинные и ромбоэдрические. Многие силикаты, особенно 2-го и 6-го подклассов, псевдогексагональные, что отражает наличие в их структуре шестерных колец. Связь структуры с габитусом особенно проявляется в подклассах 4, 5 (призменные и игольчатые кристаллы) и 6 (пластинчатые кристаллы). В этих же подклассах отчетливо проявляется связь структуры с спайностью: в 4-м и 5-м - обычно призматичностью, а в 6-м - всегда совершенная спайность по пинаконду. Твердость силикатов высокая (в среднем 5,5 - 6,5). Более высокая твёрдость связана большей частью с Al (в шестерной координации) и Be, некоторое понижение - с содержанием Н₂O. В подклассе 6, вследствие резкой анизотропии, твёрдость кажется обычно очень низкой. Удельный вес силикатов с наиболее плотной упаковкой решетки (подклассы 3 и 4) в среднем порядка 3,3 и повышается до 4,5 (редко до 6) при вхождении тяжелых элементов (чаще всего Fe и особенно Рb и Bi).

Силикаты 1-го подкласса отличаются пониженным удельным весом (2,4 - 2,7). Для подклассов 2, 5 и 6 удельный вес в среднем около 3. Окраска силикатов большей частью связана с ионами Fe⁺³, Fe⁺² и Ti⁺⁴, реже с Cr⁺³, Mn⁺³, Ni⁺², Сu⁺², причем она наиболее интенсивна в присутствии [ОН]^-1. Для каркасных алюмосиликатов поэтому характерны светлые тона (в шлифах бесцветны), а для силикатов с алюминием в шестерной координации - разнообразная окраска, т. к. здесь А1⁺³ легко заменяется красящими ионами.

Плеохроизм окрашенных силикатов обычно гораздо лучше других оптических свойств отражает структуру, а именно наименее интенсивная окраска наблюдается при прохождении колебаний перпендикулярно к плоскости плотнейшей упаковки, за очень редкими исключениями, обычно связанными с совместным присутствием Mn⁺² и Ti⁺⁴. В связи с этим, независимо от оптической ориентировки, схема абсорбции обычно биотитовая. Турмалиновая схема характерна лишь для подкласса 2, где удлинение кристаллов почти всегда перпендикулярно к плоскости колец.

Средний показатель преломления для 3-го и 4-го подклассов 1,65 - 1,70, причем резко повышается (скорее, чем удельный вес) при вхождении Fe⁺³ и Ti, а понижается от F^-1. Для подкласса 1 характерны низкие показатель преломления (1,48 - 1,57), для подклассов 2, 5 и 6, при отсутствии тяжелых элементов, показатель преломления порядка 1,6. Повышенное Ng - Np почти всегда наблюдается в подклассе 6 (за исключением силикатов с сплошными слоями ионов ОН^-1), пониженное - всегда в подклассе 1. В остальных силикатах Ng - Np связано главным образом с линиями распределения катионов, а не с плоскостю плотнейшей упаковки.

Устойчивость силикатов по отношению к кислотам повышается с увеличением содержания SiO₂. Легче всего HCl разлагаются силикаты подкласса 3 (и некоторые из подкласса 1), обычно с выделением студенистой SiO₂, так называемой желатинизацией. Кислотоустойчивость резко повышается с вхождением Al в шестерной координации, Be, Ti и Zr, а понижается при содержании Н₂O, Са⁺², Fe⁺² и некоторых других катионов. Кристаллизационная вода обычно выделяется при t 100 - 500°, конституционная - от 500 до 1100°. Температура выделения последней понижается при наличии в решетке сплошных слоев ОН^-1 и при том ниже для силикатов Al, чем для сликатов Mg. Температура плавления обычно высокая (порядка 1000 - 2000°), но многие силикаты разлагаются ниже точки плавления.

Образование силикатов происходит главным образом при высокой температуре, при магматическом метасоматическом и метаморфическом процессах. На земной поверхности при низкой температуре образуются лишь некоторые водные силикаты, главным образом силикаты глинозема слоистой структуры (каолин и другие). Ввиду их сложности лишь сравнительно немногие силикаты воспроизведены искусственно, причем для синтеза водных силикатов (слюды, амфиболы) большую роль сыграла замена ОН^-1 - F^-1 (Григорьев).

Силикаты являются важнейшими породообразующими минералами, некоторые из них представляют собой также ценные полезные ископаемые: большей частью нерудные - драгоценные камни, как берилл, топаз, изоляционный материал (слюды), материалы для огнеупоров (оливин, дистен), керамическое сырье (полевые шпаты) и другие; реже руды Al (нефелин, дистен и другое), Ni (гарниерит, ревдинскит и другое), Be (берилл, гельвин), Li (сподумеи), Cs (поллукс) и других редких металлов.