Особенности состава и структуры

Силикаты – это соединения различных катионов с комплексными анионными группами [SiO₄] ^{4 -}, [Si₂O₇] ^{6 -}, [Si₃O₉] ^{6 -}, [Si₄O₁₂] ^{8 -}, [Si₆O₁₈] ^{12 -}, [Si₂O₆] ^{4 -}, [Si₄O₁₁] ^{6 -}, [Si₄O₁₀] ^{4 -}, [Si₂O₅] ^{2 -} и [Si_no_2n], [Al_x Si_n-x O_2n] ^{x -}.

Главнейшими элементами, входящими в состав силикатов являются Na, K, Li, Ca, Mg, Fe, Mn, Be, Al, Zr, Ti и F, О, Н в виде (ОН) и Н₂О.

Силикаты являются наиболее распространенным на Земле классом минералов, на их долю приходится 1/3 всех известных минералов, которые имеют важнейшее породообразующее значение в магматических, гидро-термальных, метаморфических и осадочных породах.

Основной структурной единицей силикатов является кремнекисло-родный тетраэдр, у которого расстояние между ионами кремния и кислорода равно 1,65 Å, а между двумя атомами кислорода 2,65 Å. Связи между кремнием и кислородом настолько сильные, что при любой конфигурации структуры, четыре атома кислорода всегда располагаются в вершинах тетраэдров, имеющих почти строго постоянные размеры и правильную форму. Тетраэдры либо существуют как самостоятельные структурные единицы, либо сочетаются вершинами, образуя более сложные одномерные, двумерные или трехмерные постройки.

Таким образом, различают следующие структурные типы силикатов:

1. Островные силикаты – силикаты с изолированными, сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами и их группами (рис. 41)

Островные силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами (ортосиликаты) характеризуются отношением Si : O = 1 : 4, образуя радикал [SiO₄] ^{4 –} (рис. 41 а). Представители – оливин, гранаты, циркон, дистен и т.д.

Островные силикаты со сдвоенными кремнекислородными тетраэдрами (диортосиликаты) характеризуются отношением Si : O = 2 : 7, образуя радикал [Si₂O₇] ^{6 –}(рис. 41 б). Представителем является минерал каламин.

Островные силикаты, состоящие из трех, четырех или шести кремне-кислородных тетраэдров, соединенных в кольца характеризуются отноше-нием Si : O = 1 : 3 и образуют радикалы [Si₃O₉] ^{6 -}, [Si₄O₁₂] ^{8 -}, [Si₆O₁₈] ^{12 –} (рис. 41 в, г, д). Силикаты такой структуры называют кольцевыми (берилл, турмалин).

2. Цепочечные (ленточные) силикаты – силикаты с непрерывными цепочками (сдвоенными цепочками – лентами) кремнекислородных тетраэдров (рис. 42).

Силикаты с непрерывными цепочками кремнекислородных тетраэдров характеризуются отношением Si : O = 1 : 3, образуя радикалы [SiO₃] ^{2 -}, [Si₂O₆] ^{4 -}_, [Si₃O₉] ^{6 –} (рис. 42 а). Такая структура является характерной для пироксенов.

Силикаты со сдвоенными цепочками кремнекислородных тетраэдров характеризуются отношением Si : O = 4 : 11 и образуют радикал [Si₄O₁₁] ^{6 –}(рис. 42 б). Цепочечная структура характерна для амфиболов.

3. Слоистые (листоватые) силикаты – силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров (рис. 43).

Рис. 41 Схема сочетания кремнекислородных тетраэдров в островных силикатах

(по Е.К. Лазаренко, 1971)

а – одиночный изолированный тетраэдр; б – группа из двух тетраэдров;

в – группа из трех тетраэдров, связанных в кольцо; г - группа из четырех тетраэдров, связанных в кольцо; д - группа из шести тетраэдров, связанных в кольцо

Рис. 42 Схема строения непрерывных цепочек (а) и лент (б) кремнекислородных тетраэдров (по Е.К. Лазаренко, 1971)

Рис. 43 Лист кремнекислородных тетраэдров (по Е.К. Лазаренко, 1971)

Рис. 44 Трехмерный каркас кремнекислородных тетраэдров (по Е.К. Лазаренко, 1971)

В слоистых структурах три атома кислорода каждого смежного тетраэдра являются общими, а сочлененные тетраэдры образуют плоские листы неопределенной протяженности в двух измерениях. Подобная структура характеризуется отношением Si : O = 2 : 5 [Si₂O₅] ^{2 –}, [Si₄O₁₀] ^{4 -} и лежит в основе всех слюд, глин, талька и других минералов этого подкласса.

Слои представляют собой плоские сетки с гексагональными ячейками, что определяет основные физические свойства листоватых силикатов – псевдогексагональный облик кристаллов и совершенную спайность, параллельную осям.

4. Каркасные силикаты – силикаты с непрерывными трехмерными каркасами алюмо- и кремнекислородных тетраэдров(рис. 44).

Силикаты с непрерывными трехмерными каркасами алюмо- и кремнекислородных тетраэдров характеризуются отношением Si : O = 1 : 2 и Al : Si : O = х : (n – х) : 2n и образуют радикалы [Si_nO_2n], [Al_x Si_n-x O_2n] ^{x -}. Представителями каркасных силикатов являются полевые шпаты и цеолиты.

В большинстве каркасных силикатов алюминий либо частично замещает кремний в анионном радикале, либо входит в состав минерала в качестве катиона, реже может присутствовать и в анионном радикале и являться катионом. В первом случае образуются алюмосиликаты (н.п. нефелин Na[AlSiO₄]), во втором – силикаты алюминия (н.п. дистен Al₂[SiO₄]O), в третьем – алюмосиликаты алюминия (н.п. мусковит Al₂[AlSi₃O₁₀](OH)₂).

Большинство силикатов в связи с их сложной структурой имеют низкую симметрию. Исключением являются островные силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами, они кристаллизуются в кубической сингонии (гранаты), кольцевые силикаты с гексагональными кольцами – гексагональную симметрию.

Важными особенностями силикатов являются обратная зависимость плотности и твердости (силикаты с малым удельным весом обладают большей твердостью) и отсутствие черты (твердость минералов больше твердости «бисквита»).