минералогия (1006435), страница 89
Текст из файла (страница 89)
С середины XX в. в связи с разрешением проблемы освобожденияи использования колоссальной внутриядерной энергии выявилась исключительная ценность этих руд.Радий в уранинитовых рудах содержится в количестве нескольких стотысячных долей процента по отношению к массе урана. Получаемые приобработке урановых руд препараты радия имеют разнообразное применение: в медицине при лечении злокачественных опухолей (радоном — продуктом распада радия), для чего применяются специальные приборы,называемые «радиопушками»; затем гаммаизлучение радия используется для просвечивания с целью контроля дефектов в металлических отливках, железобетонных сооружениях и т. п.12. Семейство кремнеземаМинералы, входящие в это семейство, имеют один и тот же очень простой состав — SiO2.
Они представляют собой ряд полиморфных модификаций. По кристаллическому строению эти минералы занимают совершенно особое положение среди окислов. Как мы потом увидим, ихкристаллические структуры имеют прямое отношение к силикатам. Наэтом основании некоторые авторы эту группу минералов рассматриваютв разделе силикатов. Но так как кварц по своей химической природе является типичным окислом, то мы, согласно принятой нами установке,должны его рассматривать в этом разделе.Раздел IV.
Окислы (оксиды)Из относящихся сюда полиморфныхмодификаций SiO2 четыре главные формы имеют самостоятельные названия:кварц, тридимит, кристобалит и коэ'сит. Их модификации, связанные переходами второго рода, принято обозначать с приставками греческих букв б ив1. Особняком стоит наиболее высокобарическая модификация кремнезема— стишовит, образующийся при ударахметеоритов о земную поверхность.В природе существует также гидратированный кремнезем — опал SiO2 . nH2O,который мы рассмотрим особо.Общая картина полиморфных превращений SiO2 изображена на рис.
180 ввиде РТдиаграммы состояния. Установлен следующий ряд энантиотропныхпревращений:355Рис. 180. Однокомпонентнаясистема SiO2. Кривые упругостипаров различных модификацийпоказаны схематически. При каждойданной температуре более устойчивата модификация, у которой упругость пара меньше (т. е. криваяближе к оси ординат)→ βкварц → βтридимит→ αкристобалит → расплав.αкварц ←←←←573 °С870 °С1470 °С1713 °СКроме того, для тридимита и кристобалита в области низких температур в сильно переохлажденном состоянии известны также энантиотропные превращения:→ βтридимит и αкристобалит → βкристобалит.αтридимит ←←130 °С180–270 °СКристаллическая структура кварца, как и других полиморфных модификаций, исключая стишовит с октаэдрической координацией кремния, характеризуется той особенностью, что катион Si4+ всегда находитсяв четверном окружении ионов О2– (рис.
181), расположенных по вершинам тетраэдра. Каждая вершина такого тетраэдра одновременно служитвершиной другого смежного тетраэдра. Таким образом, кристаллическиеструктуры этих минералов состоят как бы из каркасов сцепленных друг сдругом тетраэдров. Способ сцепления во всех модификациях один и тотже (через вершины тетраэдров), но ориентировка и общая симметрия1Некоторые авторы, в частности П. Ниггли, Ф.
Ринне, А. Е. Ферсман и другие, придерживались обратного обозначения: более низкотемпературную модификацию αкварцони обозначали как βкварц, αкристобалит — βкристобалит и т. д.356Описательная частьв расположении их различны. В целом упаковка ионов кислорода не плотная: в каркасах имеются «пустоты» между тетраэдрами.В низкотемпературных модификациях ониобладают малыми размерами, а в высокотемпературных, более «рыхло» построенабных модификациях они крупнее. В прямойзависимости от этого находятся и удельныеРис.
181. Кристаллическая структура. а — тетраэдр, поставленный на веса, а также показатели преломления.Так как каждый ион кислорода являребро; вершины его являютсяцентрами ионов кислорода вется «мостиковым» — общим для двухтетраэдрической группе SiO4 (б),смежных тетраэдров SiO4, то он всюду расвнутри которой располагается ионполагается между двумя ионами кремния,Si4+.
Масштаб для а и б один и тот жетогда как каждый ион Si4+ находится в четверной координации ионов кислорода. Отсюда и координационные числа 2 и 4. При рассмотрении тетраэдров SiO4 в рамках второго правилаПолинга легко видеть, что каждый положительный ион Si4+ погашаетлишь половину отрицательных валентных усилий каждого окружающего его иона О2–, но так как каждый ион кислорода одновременно принадлежит другому тетраэдру, одновременно погашается и вторая половинаего заряда. Таким образом, легко убедиться, что в целом химическая формула соединения будет SiO2.αjКВАРЦ — SiO2. Эту устойчивую при низких температурах модификацию обычно называют просто кварцем; происхождение названияостается неизвестным.
Кварц является одним из наиболее распространенных в земной коре и лучше всего изученных минералов.Химический состав. Теоретическому составу, очевидно, отвечают бесцветные прозрачные разновидности. Из числа изоморфных примесейследует назвать Al3+, Fe3+, Ti4+. Разности, окрашенные в молочнобелыйили другой цвет, в виде механических примесей в разных количествахмогут содержать газообразные, жидкие и твердые вещества: СО2, Н2О,углеводороды, NaCl, CaCO3, в ряде случаев включения мельчайших кристалликов рутила, актинолита и других минералов, видимых на глаз.Сингония. Более высокотемпературная модификация βкварца кристаллизуется в гексагональной сингонии, гексагональнотрапецоэдрическом в. с. L66L2. Более устойчивая при температурах ниже 573 °С (при атмосферном давлении) модификация αкварца кристаллизуется втригональной сингонии, тригональнотрапецоэдрическом в. с. L33L3. Пр.гр.
P3121(D43) или P3221(D53) (правая и левая энантиоморфные модификации). a0 = 4,904, с0 = 5,397. Кристаллические структуры довольно простыпо структурной схеме. На рисунках 182 и 183 в одинаковом масштабе изображена кристаллическая структура βкварца и проекции вдоль оси с наплоскость (0001). В каждом тетраэдре SiO4 два кислородных иона распоРаздел IV. Окислы (оксиды)357Рис. 183. Та же кристаллическая структура, чтои на рис. 182, но в изображении в виде тетраэдров.
Линиями различной степени жирности (назатененной стороне тетраэдров) показаноРис. 182. Кристаллическая структуотносительное положение этих тетраэдров надра более высокотемпературнойплоскостью чертежа. Легко видеть, что тетраэдмодификации βкварца в проекцииры, примыкающие к внутреннему шестиугольна плоскость (0001). Цифрынику, расположены по винтовой оси шестогоозначают относительные высотыпорядка (по двухходовому винту)ионов над плоскостью чертежалагаются несколько выше, а другие два — несколько ниже, чем ион кремния. Группы тетраэдров лежат в трех слоях на различных высотах; их относительное положение над плоскостью чертежа показано линиями разной жирности и цифрами при кружках (рис.
182). Как можно заметить нарис. 183, тетраэдры образуют спирали, каждая из которых закручивается водну и ту же сторону. Так называемые правые и левые кварцы тем и отличаются, что заворот этих спиралей происходит в правую или в левую сторону. Поворот вокруг шестерной оси на 60° и перенос на одну треть высоты элементарной ячейки вдоль оси с приводят к совпадению с прежнейпозицией тетраэдров (рис.
183).Низкотемпературная модификация αкварца по своей кристаллической структуре лишьнесколько отличается от βкварца. На рисунке 184 изображеныих соотношения в проекции наабплоскость (0001), причем показаны лишь ионы кремния. КакРис. 184. Соотношения в кристаллическихвидим, при полиморфном преструктурах βкварца (а) и αкварца (б).вращении высокотемпературПоказаны только ионы кремния,высотное положение которыхной модификации в низкоотмеченоразличной степеньютемпературную происходятзатененности кружковнебольшие смещения центров358Описательная частькремнекислородных тетраэдров, в результате чего имеет место уплотнение решетки и понижение ее симметрии: шестерные оси превращаются втройные. При этом тип связи между тетраэдрическими группами не меняется. В процессе превращения не происходит изменений в направлениях заворота спиралей (в правую или левую сторону).Облик кристаллов. Кристаллы βкварца,вернее, параморфозы αкварца по нему, встречающиеся в богатых кремнеземом эффузивных породах (риолитах, кварцевых порфирах и др.) какранние выделения из жидкой магмы, имеют облик гексагональной дипирамиды, причем граниРис.
185. Кристаллыпризмы сильно укорочены или отсутствуют воβкварца. Гексагональнаядипирамида (справа) ввсе (рис. 185). Они обычно очень мелки, но в некомбинации с гексагональкоторых породах достигают 1–2 см в поперечниной призмой (слева)ке. Низкотемпературный αкварц в хорошообразованных кристаллах встречается только впустотах или рыхлых средах. Известны отдельные кристаллы очень крупных размеров, до 1 идаже 40 т весом. Формы кристаллов хотя и весьма разнообразны, но чрезвычайно характерны по–присутствию граней призмы m (1010), часто сгоризонтальной штриховкой, граней ромбоэд––ров r (1011) и z (0111), тригональной дипира–миды s {112 1}, тригонального трапецоэдра х–{5161} и др.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
