Внутреннее строение и химический состав минералов. Типы природных химических соединений

Выделяется 2 типа структур:1.Изодесмические (с одинаковым типом связи); 2. Гетеродесмические (разные типы химических связей).Примеры:Островные, цепочечные, ленточные, каркасные.

Химический состав. Классификация. Выделяют 1 тип – минералы постоянного состава (простые и двойные). Характерно постоянство состава и как следствие - жесткие физические характеристики. Изображается имперической формой написания, в минералогии – конституционная. Пр. [AlSi2O6]-фельдшпатоиды, Al[Si2O6]-пироксены. 2 тип: минералы переменного состава. Их состав изменился в определнных пределах, эти пределы зависят от p,t условий. Пример: мангано-кальцит CaMn[CO3]2. 3тип: минералы – изоморфные смеси: 1. Изоморфизм - это способность элементов замещать друг друга в кристаллических структурах соединений родственного состава, не нарушая их строения.

Результат изоморфизма - изоморфные смеси и изоморфные примеси в минералах.
Типы изоморфизма:

1)изовалентный (Mg⁺² D Fe⁺²).

2)гетеровалентный (Na- D Са²⁺) - с сохранением количества структурных единиц и
без его сохранения.

PbS - ЗРЬ⁺² 0 2Bi⁺³ (твердые растворы вычитания - изоморфизм с появлением
добавочной вакансии) (дефектная структура - пирротин Fei-_xS).

CaF2 - Са⁺² О Y⁺³ (твердые растворы внедрения - появление межузельных частиц).
Возможности и пределы изоморфизма определяются 3-мя причинами:

1) Свойствами самих взаимозамещаемых элементов. Из свойств элементов
наиболее важное значение имеет величина радиуса, тип иона и валентность. Влияние
величины радиуса иона элемента нашло отражение в законе Гримма - Гольдшмидта
(способность ионов к взаимозамещению в кристаллической решетке при одинаковой
валентности и типе ионов убывает с увеличением радиусов ионов). Если отношение
разницы ионных радиусов выражено в процентах до 10-15 %, то изоморфизм совершенный;
если отношение в пределах 15-20 %, то изоморфизм ограниченный и изоморфные смеси
образуются при высоких температурах; если 25-40 %, то изоморфизм невозможен.

Ri<¹>-Ri<²> до 10% - полное

__________ х 100% до 25% - ограниченно

Ri<¹) более 25 % - не возможно

При гетеровалентном изоморфизме разница должна быть не более 1.

2) Типом соединения и структурой этого соединения. Усложнение состава
соединения, его структуры благоприятствует изоморфному замещению. Al⁺ D Fe⁺

AI2O3 - корунд Fe2O3 - гематит 0,п %

МдАЬСМ - шпинель FeFe2O4 - магнетит 15-20 %

Ca3Al2[SiO4]3 - гранат гроссуляр Ca3Fe2[SiO4]3 - андрадит

3) Термодинамическими параметрами. С повышением температуры изоморфные
замещения происходят и при более значительной разнице ионных радиусов. С понижением
температуры изоморфные смеси распадаются на составные компоненты.

(Na,K)[AISi3Oe] - натрий-калиевые шпаты,1 Na[AISi3O₈] K[AISi₃O8]

1. Можно предположить, что в минералообразующем расплаве не хватает элемента, который должен образовывать тот или иной минерал, тогда недостающий элемент
замещается примесями, находящимися в составе расплава в избытке. Явление названо
компенсированным изоморфизмом.

Ca5(F,CI,OH)[PO4]3 апатит - недостаток Са

Явление изоморфизма предполагает взаимозамещаемость атомов или ионов в
кристаллической решетке. Однако есть случаи, когда один атом или ион лучше замещает
другой атом или ион в его соединениях. Так Ва, РЬ лучше в ходят в минералы К, чем К в
собственные минералы Ва и Pb; Mg в соединения Са, чем Са в соединения Мд. Ферсман
назвал такой тип изоморфизма направленным или полярным. Он установил ряд парных
элементов (каждый элемент, стоящий выше, замещается тем, который стоит под ним):

К Са Fe Ti Sc Mg

Ва Y Ge (Nb,Ta) Zn Sc

Взаимные замещения атомов и ионов при изоморфизме благодаря близости
ионных радиусов не приводит к изменению структуры. Но если изоморфные замещения
будут совершаться атомами и ионами разного размера в аналогичных по составу структурах,
может произойти в них резкое изменение структуры, вплоть до перехода иона в другую
координацию - явление морфотропии. А ряды минералов, связанные между собой
морфотропными переходами, называются изоморфными рядами.

Магнезит - Мд[СОз] "^

Сидерит - Fe[CO3] тригональная сингония

Смитсонит - Zn[CO3] (координационное число 6)

Арагонит - Са[СОз] ~~^

Церуссит - РЬ[СОз] ромбическая сингония

Витерит - Ва[СОз] (координационное число 9)

Взаимозамещаемость ионов и атомов осуществляется в тех случаях, когда они
строят сходные по размерам и структурам кристаллические решетки. Но случаются и такие
случаи, когда атомы и ионы образуют близкие решетки, но не дают изоморфных замещений.
Такое явление получило название изотипия,а минералы, принадлежащие к одинаковым
структурным типам, - изоструктурными. Сущность в том, что из смешанных растворов оба минерала растут раздельно.

Твердые растворы второго рода или кристаллозоли - смесь 2-х и 3-х
минералов, которые образуются одновременно вследствие близости величин Eh, pH, T и Р. Например, БЮг - горный хрусталь, кошачий глаз + гематит + гидробиотит (кошачье золото).

Изоколлоиды - один коллоидный минерал находится в другом.

(AI,Fe)4(OH)[Si40io] • (Ni,Mg)4(OH)[Si40io] • nH₂O
гарнерит ревденскит

бурый -------------------- >ярко-изумрудно-зеленый