минералогия (1006435), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Подобные явления «рассасывания» механическихпримесей возможны, если кристалл минералахозяина подвергнется длительному нагреву, например, в условиях прогрессивного метаморфизма.Следует отметить и вариант возникновения неоднородностей в минералах в процессе внешне обусловленных химических реакций, в частности, как результат разложения химического соединения в связи с изменениями в окружающей среде (например, в оловосодержащем сфалерите —(Zn,Sn)S — в окислительной обстановке возникают мельчайшие включения оксида олова — SnO2). Особенно часто включения посторонних минералов, как остатков от замещения (реликтов), наблюдаются в кристаллах,образующихся метасоматическим путем в метаморфических породах.Вполне понятно, что данные химического анализа таких минераловне будут точно укладываться в химические формулы со стехиометрическими отношениями компонентов.
С другой стороны, неоднородности вминералах несут с собой бесценную информацию об условиях формирования и последующих изменений минерала, представляя собой одно изважнейших проявлений типоморфизма.Водные соединения. Предварительно необходимо сделать следующееважное замечание. К числу водных соединений следует относить толькотакие, которые в своем составе содержат электрически нейтральные молекулы воды. Раньше под видом водных соединений рассматривали также минералы, содержащие гидроксильные анионы [ОН]1–.
Однако между молекулой Н2О и отрицательно заряженным ионом [ОН]1– существует,естественно, принципиальная разница, весьма существенно сказывающаяся на физических и химических свойствах минералов. Гидроксил какион способен заменять в соединениях такие анионы, как F1–, Cl1– и прочно удерживается в кристаллических структурах. Молекула Н2О этимсвойством не обладает и, будучи слабо связана в структуре, легко удаляется при нагревании. То, что гидроксил при прокаливании минералов, егосодержащих, покидая кристаллическую решетку, способен превращаться в пары воды, отнюдь не может служить основанием для отождествления его с молекулой Н2O.
Поэтому весьма важно в химических формулахминералов раздельно указывать присутствие в них гидроксила и воды. Сэтой точки зрения, например, малахит — Cu2[CO3][ОН]2 — является неводным, а основным безводным карбонатом меди, хотя при химическоманализе гидроксил определяется в виде Н2О. То же относится к минералам, представляющим собой кислые соли, в которых в числе катионовнаходится водород или катион Н3О+ (оксоний).В зависимости от того, каким способом удерживается вода в минералах, различают: 1) кристаллизационную, или связанную, воду, входящуюв кристаллические структуры минералов; 2) свободную воду, не участвующую в строении самого кристаллического вещества.Глава 2.
Конституция и свойства минералов67Связанная вода в кристаллической структуре участвует в виде молекулН2О, занимающих в ней строго определенные места. Количество молекулводы находится в простых отношениях к другим компонентам соединения.В качестве примеров можно привести следующие: Na2CO3 . 10H2O (сода),Ca[SО4] . 2H2O (гипс), Ni3[AsO4]2 . 8H2O (аннабергит), Аl2[РО4](ОН)3 . 5Н2О(вавеллит) и др.
Это так называемые кристаллогидраты, которые, по Вернеру, должны рассматриваться как «комплексные соединения», т. е. такие, в которых молекулы воды как структурные единицы располагаютсяв определенной координации вокруг какихлибо ионов, создавая такимпутем своего рода комплексные ионы.Так, в кристаллической структуре соединения Ni[SО4] . 6H2O рентгенометрическими исследованиями установлено, что шесть дипольныхмолекул Н2О непосредственно окружают катион Ni2+, ориентируясь, очевидно, определенным образом по отношению к катиону (двумя протонами Н1+ к периферии комплексного иона). Так как молекула Н2О сама посебе электрически нейтральна, то гидратированный катион [Ni(H2O)6]2+сохраняет заряд Ni2+.
Поэтому химическую формулу соединения правильнее писать так: [Ni(H2O)6][SO4].На вопросе о причине гидратации ионов в кристаллических структурах мы остановимся позднее (во введении к кислородным солям). Здесьможно лишь указать, что необходимость гидратации ионов кристаллохимически строго оправдывается; для образования устойчивых кристаллических структур из таких крупных по размерам анионов, как [SO4]2–, присутствующие в растворе катионы Ni2+ слишком малы, в силу чего ивозникает стремление к увеличению их объема без изменения заряда.Само собой разумеется, что образование кристаллогидратов может происходить лишь в средах, богатых водой, и при низких температурах.При нагревании кристаллогидраты легко обезвоживаются, если несразу целиком, то скачкообразно, периодически теряя часть молекул воды.При этом перестройка структуры происходит с сохранением рациональных отношений числа молекул Н2О и основного соединения.
Например,халькантит Сu[SО4] . 5Н2О при искусственном обезвоживании образуетвначале Cu[SО4] . 3H2O, затем Cu[SО4] . H2O и, наконец, Cu[SО4]. Приэтом скачкообразно меняются и такие физические свойства, как показатели преломления, удельный вес и др. Из разных соединений вода удаляется при различных температурах: некоторые из них теряют ее при комнатной температуре (многоводные сульфаты меди и железа), другие —при более высоких и даже при температурах выше 100 °С.Свободная вода, присутствующая в минеральных массах, характеризуется тем, что не принимает прямого участия в строении кристаллического вещества минералов. При нагревании она выделяется постепенно.Различают три вида свободной воды: а) цеолитную; б) коллоидную;в) гигроскопическую.Цеолитная вода получила свое название от общего названия особойгруппы минералов — цеолитов, в которых наиболее ярко проявлены68Общая частьособенности ее нахождения.
Установлено, что молекулы воды в этойгруппе минералов не занимают какоголибо строго определенного положения в кристаллической структуре, а располагаются лишь в свободных полостях в ней (вдоль каналов, в межслоевых пространствах ипр.). Поэтому «растворимость» воды в них существенно ограничена.Интересно, что количество воды в них может меняться без нарушениякристаллической однородности вещества с постепенным изменениемфизических свойств: степени прозрачности, показателей преломления,удельного веса и др. Это указывает на то, что вода находится как бы всостоянии твердого раствора.
При нагревании она выделяется в интервале температур 80–400 °С. Любопытно, что обезвоженные осторожным нагреванием цеолиты вновь способны поглощать воду с восстановлением прежних своих физических свойств.Коллоидная вода, как показывает само название, распространенав гидрогелях, где удерживается на поверхности дисперсных фаз очень слабыми силами связи.
Она по существу является адсорбированной водой, иее наличие не зависит от структуры адсорбента (сам адсорбент, конечно,может содержать кристаллохимически связанную воду). Примером можетявляться опал (гидрогель кремнезема) — SiO4 . aq (aq — первые две буквылатинского слова aqua — вода). Такое обозначение коллоидной воды, принимаемое некоторыми авторами, следует признать рациональным.Гигроскопическая (капиллярная) вода удерживается в тонких трещинах, порах и порошковатых массах силами поверхностного натяжения.В большей своей части она легко удаляется при нагревании до 100–110 °С.Резкой границы между капиллярной и коллоидной водой провести нельзя.Кроме того, мы должны иметь в виду механические примеси водыв виде мельчайших газовожидких включений, захваченных кристаллами во время их роста. Они широко распространены во многих минералах.2.3. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВУже указывалось, что минералы как физические тела обладают широким разнообразием таких свойств, как цвет, твердость, блеск, удельный вес и др.
В зависимости от химического состава и кристаллическойструктуры эти свойства у различных минералов проявляются поразному. Каждый минерал характеризуется какимилибо особыми признаками, по которым его можно всегда отличить от других.Очень многие минералы можно совершенно точно определить по комплексу характерных физических свойств, не прибегая к более трудоемким исследованиям, как, например, к химическому анализу, рентгеноанализу и др. Нужно заметить, что для многих минералов существуютспецифические, только каждому из них в отдельности свойственные, тонкие особенности, которые при первом знакомстве нелегко схватить и пеГлава 2. Конституция и свойства минералов69редать словами.
Особенно это относится к оттенкам цвета, густоте окраски, характеру излома, блеска и пр. Тем не менее уже при некотором опытеглаз настолько привыкает улавливать эти характерные свойства минералов, что в дальнейшем они служат решающими диагностическими признаками. Во времена далекого прошлого, когда люди еще не имели никакого представления ни о химии вообще, ни о химических элементахв частности, эти особые признаки минералов были хорошо известны, и«рудознатцы» по ним безошибочно находили те полезные ископаемые,которые для них в то время представляли ценность.Нельзя, конечно, думать, что таким путем могут быть определены всевстречающиеся в природе минералы.
Многие из них для окончательногоустановления требуют более детальных исследований, в частности, применения качественных химических реакций, более точного определенияудельного веса, оптических, механических и прочих свойств. Тонкозернистые минеральные массы изучаются в специальных препаратах (шлифах) под микроскопом. Очень часто в случаях установления с помощьюспектрального анализа примесей таких ценных металлов, как кобальт,индий, кадмий, литий, цезий и др., имеющих промышленное значениедаже в случае незначительного их содержания в минералах, приходитсяобращаться к химическому анализу. При изучении скрытокристаллических минеральных образований необходимо прибегать также к рентгенометрическим исследованиям.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
