Класс 1. Оксиды и гидроксиды

Известно более 150 минералов, которые составляют около 5% общего веса земной коры. Наиболее распространенные катионы: Fe (около 50 минералов), Al, Ti. Основой кристаллической структуры минералов является плотнейшая упаковка ионов О^2-(в оксидах) и ОН^- (в гидроксидах).

Среди данного класса широко развит изовалентный и гетеровалентный изоморфизм в основном несовершенный. Всё разнообразие минералов определяется характером катионов и их координацией.

В морфологическом отношении оксиды и гидроксиды являются минералами с хорошо развитой кристаллографической индивидуальностью. Некоторые из них (например – брукит) встречаются только в кристаллах. Минеральные индивиды с размерами кристаллов от сотых долей до десятков сантиметров (вкрапленники, порфиры, зернистые массы) характерны для эндогенных образований магматического генезиса. Минеральные агрегаты с размерами индивидов менее 1 миллиметра (мелкозернистые, скрытокристаллические, землистые агрегаты) характерны для экзогенных образований.

Кристаллизуются в основном в кубической и ромбической сингониях, в меньшей степени - в средней категории сингоний. Характерные облики минералов: изометрический, удлиненный, уплощённый, которым соответствуют зернистые, лучистые, игольчатые, слоистые, чешуйчатые и слоисто-концентрические агрегаты.

Окраска зависит от катионного состава минералов, при этом она разнообразная, но в основном темных тонов: 1) оксиды Fe²⁺ – черная, Fe³⁺ - бурая, желтая, красная; 2)оксиды Al³⁺ и Mg²⁺ - белая; 3) оксиды Mn³⁺ - черная.

Спайность разной степени совершенства, но для гидроксидов характерна совершенная спайность.

Минералы класса оксидов и гидроксидов химически устойчивы, т.к. являются, в основном, продуктами окисления и гидролиза силикатов, сульфидов и других солей в зоне гипергенеза.

Твердость очень высокая, в основном 5-7.

В эндогенных условиях образуется относительно небольшое количество минералов данного класса. В магматических очагах кристаллизуются магнетит, ильменит, хромшпинелиды, рутил, пирохлор, в пегматитах встречаются гематит, пирохлор, касситерит, рутил, перовскит, в гидротермальных растворах образуются гематит, магнетит, касситерит.

В экзогенных условиях (зона гипергенеза) образуется основная масса минералов класса оксидов и гидроксидов. Так, в корах выветривания, в зоне окисления минеральных месторождений, в водных бассейнах образуются сложные минеральные смеси: бурый железняк и лимонит, в состав которых входят гетит, гидрогетит, лепидокрокит (оксиды и гидроксиды Fe); бокситы, состоящие из гидраргиллита, диаспора, бемита (оксиды Al); вады, в своём составе имеющие пиролюзит, псиломелан, манганит (оксиды Mn).

В метаморфогенных условиях за счёт гидроксидов могут образовываться кристаллически-зернистые агрегаты безводных окислов, например, гидроксиды Fe преобразуются в гематит или магнетит. При высоких давлениях и температуре образуется рутил.

Таблица 5

Диагностическая таблица для определения оксидов и гидроксидов

по твёрдости

Таблица 6

Диагностическая таблица для определения оксидов и гидроксидов по цвету черты (зависит от катионного состава)

Шпинель (Mg,Fe)Al₂O₄

Морфология. Отдельные кристаллы октаэдрического габитуса или небольшие сростки, реже плотные тонкозернистые агрегаты. Сингония кубическая.

Физические свойства. Цвет кроваво-красный с фиолетовым или оранжевым оттенком, желтый, синий, бутылочно-зеленый (шпинель), черный (герцинит). Твердость 8. Спайность отсутствует. Блеск стеклянный.

Генезис. Типичное контактово-метасоматическое образование (скарны, пневматолито-гидротермальные образования), реже магматическое и метаморфическое. На земной поверхности устойчива и переходит в россыпи.

Хромшпинелид (Mg,Fe)Cr₂O₄

Морфология. Сплошные зернистые массы. Кристаллы октаэдрического облика, округлые (порфировидные вкрапленники) или многогранные полиэдры. Сингония кубическая.

Физические свойства. Цвет черный, черту дает с трудом. Блеск металловидный. Спайности нет.

Генезис. Магматический. В ассоциации с серпентином и другими минералами ультраосновных пород.. На земной поверхности устойчив и переходит в россыпи.

Магнетит FeFe₂O₄

Морфология. Тонкозернистые и массивные агрегаты, вкрапленники октаэдрического габитуса. Сингония кубическая.

Физические свойства. Цвет железно-черный. Блеск полуметаллический. Спайности нет. Особые свойства – сильно магнитный (ферримагнитный).

Генезис. Магматический, реже гидротермальный, пневматолитовый и метаморфический. На земной поверхности устойчив и переходит в россыпи.

Пирохлор NaCa(F,OH)Nb₂O₆

Морфология. Вкрапленники октаэдрического габитуса, сплошные массы в сиенитах и карбонатитах. Сингония кубическая.

Физические свойства. Цвет темно-бурый, красно-бурый. Блеск алмазный. Полупрозрачный. Спайности нет. Хрупкий. Иногда радиоактивен.

Генезис. Магматический и пневматолитовый. В щелочных магмах в ассоциации с нефелином, КПШ, эгирином, апатитом, цирконом, магнетитом, кальцитом.

Куприт Cu₂O.

Морфология. Сплошные, зернистые агрегаты, мелкие кристаллы – октаэдры. Сингония кубическая.

Физические свойства. Цвет красный с различными оттенками. Блеск алмазный. Спайность несовершенная.

Генезис. В зоне выветривания сульфидов меди в ассоциации с малахитом, азуритом, самородной медью. На земной поверхности неустойчив и переходит в малахит, азурит.

Рутил TiO₂.

Морфология. Столбчатый, призматический до игольчатого облика с квадратным поперечным сечением, часты коленчатые двойники. Сингония тетрагональная.

Физические свойства. Цвет темно-бурый, красный, черный. Блеск алмазный. Полупрозрачный. Спайность совершенная по удлинению.

Генезис. Магматический. В кислых горных породах. Постмагматический и метаморфический. На земной поверхности устойчив и переходит в переходит в россыпи.

Касситерит SnO₂.

Морфология. Кристаллы дипирамидального габитуса, друзы, щетки. Сингония тетрагональная.

Физические свойства. Цвет желто-коричневый, красновато-коричневый до черного. Блеск алмазный. Цвет черты светлый, буроватый. Часто окраска неравномерная.

Генезис. Магматический. В кислых горных породах, пегматитах и гидротермальных образованиях в ассоциации с вольфрамитом, молибденитом, арсенопиритом, кварцем.

Пиролюзит MnO₂.

Морфология. Сплошные зернистые, порошковатые, сажистые агрегаты, конкреции (вады), дендриты. Сингония тетрагональная.

Физические свойства. Цвет черный. Блеск полуметаллический, матовый в агрегатах. Спайность совершенная.

Генезис. В корах выветривания и в процессе седиментогенеза в ассоциации с окисидами марганца, железа. На земной поверхности устойчив.

Гетит FeO(OH).

Морфология. Натечные почковидные образования с радильно-лучистым внутренним строением, сталактитовые формы, плотные, пористые, ноздреватые, порошковатые агрегаты, оолиты, псевдоморфозы по пириту. Сингония ромбическая.

Физические свойства. Цвет желто-бурый, темно-бурый до черного. Блеск алмазный. Спайность совершенная.

Генезис. В корах выветривания и на геохимических барьерах в вводной среде. На земной поверхности неустойчив.

Гематит Fe₂O₃.

Морфология. Сплошные, плотные, скрытокристаллические агрегаты (красный железняк), листоватые, чешуйчатые агрегаты с металлическим блеском (железная слюдка), натечные формы радиально-игольчатого строения (стеклянная голова). Сингония тригональная.

Физические свойства. Цвет железо-черный (кристаллические разности), ярко-красный (землистые, зернистые разности). Блеск полуметаллический. Спайности нет. Хрупкий.

Генезис. Магматический, метаморфический, в корах выветривания.

Ильменит FeTiO₃.

Морфология. Вкрапленники неправильной формы, кристаллы толстостолбчатые, чешуйчатые, сплошные массы. Синяя побежалость. Сингония тригональная.

Физические свойства. Цвет железо-черный. Блеск полуметаллический. Спайность отсутствует. Излом раковистый. Хрупкий. Слабомагнитен.

Генезис. Магматический. В основных изверженных породах. На земной поверхности устойчив и переходит в россыпи.

Гидраргиллит Al(OH)₃.

Морфология. Лучисто-листоватые, натечные агрегаты, тонкочешуйчатые и скрытокристаллические массы. Сингония моноклинная.

Физические свойства. Цвет белый, сероватый, красноватый. Блеск стеклянный, перламутровый. Прозрачный. Спайность весьма совершенная.

Генезис. В корах выветривания по алюмосиликатам (бокситы).

Корунд Al₂O₃.

Морфология. Вкрапленники в породу (до 10 см в диаметре), редко зернистые агрегаты. Отдельность по пинакоиду. Призматический облик кристаллов. Сингония гексагональная.

Физические свойства. Цвет синевато или желтовато-серый (сапфир – синий, рубин – красный). Блеск стеклянный. Спайности нет. Косая штриховка на гранях пинакоида и призмы.

Генезис. Метаморфическое, контактово-метасоматическое образование и гранитные пегматиты. На земной поверхности устойчив и переходит в россыпи.

Класс 2. Силикаты

К силикатам относятся соли различных кислот кремния. Это наиболее многочисленный класс минералов. На долю силикатов приходится 1/3 всех известных минералов. По подсчётам В.И. Вернадского, земная кора до глубины, примерно 16 км от земной поверхности, на 85 % состоит из силикатов, являясь по сути кремнекислородной оболочной. Силикаты содержат кремний, на долю которого приходится 27,59 % всей массы земной коры. Силикаты входят как породообразующие минералы почти во все магматические, метаморфические горные породы и в большую часть осадочных горных пород.

Многие силикаты имеют в своём составе алюминий, который входит в радикальную группу, образуя, таким образом, алюмосиликаты. По выражению В.И.Вернадского, алюминий в природных условиях играет такую же роль, как и кремний. Эта особенность вышеназванных элементов позволяет объяснить совершенный изоморфизм альбита и анортита.

Рентгеноструктурный анализ (1912 г.) показал, что в кристаллической решётке минералов нет молекул, как считалось раньше, а имеются связанные между собой атомы и ионы. В. Бреггом и Е. Шибольдом (1937 г.) было доказано, что основой структуры силикатов является кремнекислородный тетраэдр (ККТ) (рис. 9).

Их исследования заложили основы кристаллохимии силикатов. Важнейшей особенностью силикатов является тенденция кремнекислородных тетраэдров к ассоциации в группы и в бесконечные кремнекислородные построения (цепочки, ленты, слои, каркасы), стехиометрические формулы которых и отвечают различным кремнекислородным радикалам. На этом основании среди силикатов выделяются следующие структурные типы: островные, кольцевые, цепочечные, слоистые, каркасные.

В силикатах весьма развито явление изовалентного и гетеровалентного изоморфизма. Например: 1) изоморфный ряд оливина – фаялит (Fe₂[SiO₄])– форстерит (Mg₂[SiO₄]); 2) изоморфный ряд плагиоклазов – альбит (Na[AlSi₃O₈])–анортит (Ca[Al₂Si₂O₈]).Гетеровалентный изоморфизм происходитс соответствующей компенсацией валентности. Силикаты, в которых часть Si⁺⁴ в тетраэдрах замещена Al⁺³, называются алюмосиликаты, B⁺³ – боросиликаты и т. д.

В составе силикатов значительную рольиграют дополнительные ионы, простые (O^-2, F^-1, Cl^-1, S^-2) и комплексные ((OH)^-1, [PO]^-3, [SO]^-2), а также вода, которая может быть кристаллизационной (вермикулит), цеолитной (натролит), адсорбционной (монтмориллонит).

Силикаты – минералы устойчивые в зоне выветривания и труднорастворимы в кислотах.

Морфологические особенности силикатов определяются в первую очередь тем, что они кристаллизуются в низших сингониях (73 %), среди которых преобладает моноклинная сингония (43 %). На долю средних сингоний приходится 18 %, а на долю кубической – только 9 % минералов этого класса. Для силикатов характерны закономерные срастания и двойники. Тип агрегатов также обусловлен их внутренним строением: островные, каркасные и кольцевые образуют зернистые агрегаты, цепочечные – волокнистые,

ленточные – игольчатые, лучистые, и сноповидные агрегаты, а для слоистых силикатов характерны пластинчатые, листоватые и чешуйчатые агрегаты.

Физические свойства силикатов также находятся в зависимости от структуры: слоистые силикаты имеют весьма совершенную и совершенную спайность в одном направлении вдоль листов и пакетов, цепочечные и ленточные совершенную спайность по призме. В кольцевых силикатах спайность проявляется плохо и в большинстве случаев она параллельна плоскости колец. В островных силикатах спайность несовершенная.

Твёрдость силикатов в среднем меняется от 5,5 до 8 по шкале Мооса, исключение составляет п/к слоистых силикатов, у которых твёрдость в среднем 2-3 и может доходить до 1 (тальк). Среди силикатов преобладают минералы с низкой плотностью, до 2,6 г/см³ (п/кл. каркасных и слоистых силикатов), и особенно со средней плотностью, до 3,5 г/см³ (п/кл. островных, кольцевых и цепочечных силикатов). Силикаты с высокой плотностью, более 3,5 г/см³, встречаются редко, что также определяется строением кристаллической решётки и присутствием в силикатах тяжёлых катионов Fe, Pb, Bi.

Цвет силикатов разнообразный и полностью определяется хромофорами, входящими в их состав. В шлифах и порошке все силикаты прозрачные.

Показатель преломления силикатов находится в прямой зависимости от плотности, строения кристаллической решётки и химического состава минералов, так, самое низкое значение показателя преломления имеют каркасные силикаты (1,48-1,60), а самое высокое – островные и цепочечные (1,63-1,89).

По своему происхождению силикаты главным образом связаны с глубинными процессами в земной коре и мантии – эндогенными (собственно магматические и пегматитовые процессы минералообразования) и метаморфогенными (минералы контактового и регионального метаморфизма). Значительно реже их образование связано с экзогенными процессами минералообразования в земной коре (продукты кор выветривания и седиментогенеза).

За основу классификации силикатов принят характер кремнекислородных радикалов, т.е. структурный признак. В классе силикатов выделяются следующие подклассы: 1) островные; 2)кольцевые; 3) цепочечные; 4)слоистые; 5)каркасные.