Кристаллохимическая классификация минералов

В природе минералы образуют закономерные скопления — горные породы. Отметим в начале темы, что в названиях минералов и мономинеральных пород возможно как совпадение, так и несов­падение, например, порода гипс состоит из минерала гипса, порода известняк состоит из кальцита. Минералы принято классифициро­вать по химическому составу и типу кристаллической решетки. Рассмотрим основные классы.

Силикаты

Силикаты — наиболее распространенные в природе минералы. Они занимают 85% земной коры, на них приходится примерно третья часть известных минералов. Они представляют собой либо чистые силикаты, либо алюмосиликаты и в зависимости от крис­таллической решетки делятся на шесть видов — каркасные, сло­евые, ленточные, цепочечные, островные и кольцевые. Эти на­звания хорошо отражают тип кристаллической решетки, а также зачастую внешний облик минералов. Основой структуры силикатов является кремнекислородный тетраэдр — равносторонняя пира­мида, имеющая четыре вершины.

В центре кремнекислородного тэтраэдра располагается атом Si, а в вершинах — атомы кислорода, в итоге получаются радикалы [Si0₄]^4-, которые могут по-разному сочетаться друг с другом.

Каркасные силикаты образуют в основном крупные кристаллы изометричной формы, т.е. с примерно с одинаковым размером по всем трем направлениям. Островные силикаты дают мелкие кристаллы в зернистых массах, слоевые — плоские, листоватые кристаллы, цепочечные и ленточные — удлиненные кристаллы часто с игольчатым изломом. Названные закономерности выполняются в большинстве случаев, но не всегда. Важное свойство силикатов — превращение в глинистые минералы (тоже силикаты) при хими­ческом выветривании.

Кремнекислородные тетраэдры и примеры их соединений

а — отдельный тетраэдр [Si0₄]^4- (по одной отрицательной валентности ионы кисло­рода расходуют на связь с ионом Si⁴⁺, по одной остается свободной); б — схема­тично тетраэдр изображают в виде звезды (черным кружком показан ион Si⁴⁺, белыми — ионы О^2-); в — четыре тетраэдра, собранные в кольцо; г — цепочка тет­раэдров

Полевые шпаты — каркасные силикаты с крупными изомет- ричными кристаллами. Разновидности — ортоклаз, микроклин, адуляр, санидин, амазонит, плагиоклазы (альбит, олигоклаз, анде­зин, лабрадор, битовнит, анортит). Это наиболее распространенные в земной коре минералы, главная составная часть магматических и метаморфических пород. В качестве примера приведем формулу альбита: Na[AlSi₃0₈].

Нефелин — Na₃K[AlSiO₄]₄ — каркасный силикат, образующий мелкие призматические кристаллы и сплошные сливные массы с жирным блеском. Бесцветный, серый, красноватый. Породообра­зующий минерал магматических пород с повышенным содержа­нием натрия.

Оливин (Mg,Fe)₂[SiO₄] — островной силикат. Распространен в виде мелкокристаллических масс, реже в виде небольших крис­таллов, вкрапленных в породу. Цвет от черного до желто-зеленого.

Породообразующий минерал основных и ультраосновных магмати­ческих пород.

Пироксен имеет много разновидностей — цепочечные силикаты. Чаще других встречаются авгит и диопсид. Цвет черный, темно­зеленый. Кристаллы короткопризматические, агрегаты сплошные, зернистые. Породообразующие минералы основных и ультра­основных магматических пород. Пример формулы авгита: Ca(Mg, Fe,Ti,Al)[(Si,Al)₂O₆].

Роговая обманка NaCa₂(Mg,Fe)₄(Al,Fe)(0H,F)₂[Al₂Si₆0₂₂] — лен­точный силикат. Цвет от темно-зеленого до черного. Характерен игольчатый излом и шелковистый блеск. Породообразующий ми­нерал метаморфических и магматических пород (от кислых до ос­новных).

Слюды — слоевые силикаты. Разновидности — биотит, мусковит, серицит и еще около десяти минералов, которые встречаются зна­чительно реже. Составная часть многих магматических и метамор­фических пород, в которых обычно составляет несколько про­центов. В виде мелких частиц может присутствовать в песчано-гли­нистых породах. При выветривании превращаются в глинистые минералы. Пример формулы биотита: K(Mg,Fe)₃(OH,F)₂[AlSi₃O₁₀].

Глинистые минералы — слоевые силикаты с очень мелкими крис­таллами-шестигранниками, похожими на слюды. Размеры крис­таллов — тысячные доли миллиметра, отсюда коллоидные свойства глинистых пород — влагоемкость, водоупорность, пластичность при увлажнении и переход в твердую консистенцию при высы­хании, набухание, липкость, усадка и др. Главные разновидности — каолинит, монтмориллонит, глауконит, гидрослюды и еще около десяти наименований. Входят в состав глин, суглинков, супесей, лёссов, морен. Пример формулы каолинита: Al₄(OH)₈[Si₄O₁₀]

Окислы и гидроокислы

К этой группе минералов относятся кварц, опал, халцедон, лимонит.

Кварц SiO₂ — наиболее распространенный на поверхности земли минерал, представленный в виде песков, песчаников или песчаной и пылеватой фракции в глинистых породах. Изначально имеет маг­матическое или метаморфическое происхождение, присутствует во многих разновидностях данных пород в виде отдельных зерен, кристаллических масс, кварцевых жил. Способен давать красивые удлиненные кристаллы-шестигранники, а также полудрагоценные камни — горный хрусталь, розовый и сиреневый аметист, черный морион, желтый цитрин, дымчатый и молочный раухтопаз, аван­тюрин с блестками.

Опал (Si0₂ * nН₂O) и халцедон (SiO₂) — аморфные окислы и гид­роокислы кремния. Слагаемые породы — кремень, опока, трепел, диатомит, яшмы.

Лимонит, гётит, гидрогётит (Fe₂O₃ • nН₂O) — природные окислы и гидроокислы (из-за наличия или отсутствия молекул воды) железа. Слагаемая порода — бурый железняк, встречается до­вольно редко. В древней Руси использовался для получения первых железных изделий, назывался болотным железом. В настоящее время в качестве сырья не используется в связи с наличием более насы­щенных железом руд — гематитов, магнетитов и джеспилитов.

Лимонит широко распространен как примесь, в рассеянном виде, в осадочных породах, залегающих на поверхности — в торфах, в карбонатных и глинистых породах, в песках. Суммарное содер­жание минерала небольшое — до нескольких процентов, но при­сутствие практически повсеместное. Придает песчано-глинистым породам характерный землистый цвет. Присутствие рассеянного лимонита обычно приводит к повышенному содержанию ионов железа Fe²⁺, Fe³⁺ в окружающих природных водах.

Карбонаты — соли угольной кислоты. Известно около 80 мине­ралов. Распространенных минералов два — кальцит (СаСO₃) и до­ломит (Ca,Mg(CO₃)). Эти минералы слагают морские осадочные породы — известняки, доломиты, мергель, мел, а также мрамор, образующийся из пород-карбонатов при метаморфизации.

Кроме того, кальцит может присутствовать в качестве примеси в глинистых породах. В лёссах его содержание достигает 25%.

Сульфаты

Сульфаты — соли серной кислоты. Распространенных минералов два — гипс (CaSO₄ • 2Н₂O) и безводный гипс — ангидрит (CaSO₄). Эти минералы образуют две породы с такими же названиями, как и минералы — гипс и ангидрит. Гипс может присутствовать как при­месь в глинистых породах. В этом случае глины называют загипсо­ванными. С присутствием сульфатных минералов неизбежно связано повышенное присутствие ионов SO^2-, Са²⁺ и Mg²⁺ в окружающих природных водах, особенно в подземных водах.

Фосфаты

Фосфаты — соли фосфорной кислоты. Распространенных мине­ралов два — фосфорит и апатит (Ca₅(PO₄)₃(F,Cl,OH). Минералы обладают примерно одинаковым составом, но фосфорит имеет оса­дочное, а апатит магматическое происхождение. Минерал фосфо­рит может образовывать породу фосфорит и присутствовать в каче­стве небольших прослоев в глинистых породах.

Самородные элементы

Все минералы этого класса довольно редки. Металлы — золото (Аи), серебро (Ag), платина (Pt), медь (Сu). Самородный углерод — графит и алмаз (С), самородная сера (S).

Сульфиды — соединения серы, преимущественно с металлами. Многие представляют собой полезные ископаемые — сырье для производства цветных металлов — CuS, Cu₂S, (Fe,Ni)₉S₈, ZnS, PbS, HgS, CO₃S₄ и др. При извлечении ценных металлов в проблему пре­вращается удаление серы, которая просто выжигается и выбрасы­вается в заводскую трубу в виде ангидридов SO₂ и SO₃. Попутное производство серной кислоты не практикуется.

Пирит (FeS₂) — единственный среди сульфидов широко распро­страненный минерал. Встречается в качестве примеси в различных породах, в том числе в глинистых.

Галоиды (галогениды)

Галоиды (галогениды) — хлористые, фтористые, йодистые и бро­мистые соединения. Самый распространенный минерал — галит (NaCl), образующий всем известную породу — каменную соль. Сильвин (КСl) — калийная соль.

Минералы других химических классов относятся преимуще­ственно к надклассу солей кислородных кислот — вольфраматы, молибденаты, ниобаты, арсенаты, хроматы, марганаты, пермарганаты, встречаются значительно реже.