Класс силикатов

Силикаты являются самыми распространенными в земной коре минералами: составляют более 33% всех известных в природе минералов. На долю силикатов приходится не менее 85% массы всей земной коры.

Рентгеноскопические исследования структуры силикатов показали, что во всех минералах этого класса каждый ион кремния Si⁴⁺ соединен с четырьмя ионами кислорода, причем ионы кислорода расположены в вершинах октаэдра, а ион кремния – в центре него (нарисовать).

Основная структурная единица силикатов – кремнекислородный тетраэдр [SiO₄]^4- – обладает четырьмя свободными валентными связями, благодаря которым к нему присоединяются другие химические элементы и кремнекислородные тетраэдры.

В зависимости от характера сочленения и расположения кремнекислородных тетраэдров различают силикаты:

- островные;

- цепные;

- ленточные;

- листовые;

- каркасные.

Островные силикаты. В структуре данного типа кремнекислородные тетраэдры представляют островки одиночных сдвоенных, строенных, счетверенных или сшестеренных тетраэдров, сгруппированных в кольца. Между собой эти тетраэдры связаны катионами Mg²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺, Mn²⁺, Al³⁺, Fe³⁺.

К островным силикатам относится оливин [(Mg, Fe)₂ SiO₄] – первичный минерал магматического, реже метаморфического происхождения, хрупкий, оливково-зеленого (бутылочный) цвета. При выветривании разлагается с образованием карбонатов и опала. Применяют оливин изредка как магнезиальное удобрение, а светло-зеленую его разновидность – как драгоценный камень.

Цепные силикаты. В их структуре кремнекислородные тетраэдры соединены между собой в непрерывные цепочки с радикалом [SiO₃]^2-.

К таким силикатам относится авгит {Ca (Mg, Fe, Ti, Al) [(Si, Al)₂ O₆]} – это первичный минерал, который в зоне выветривания неустойчив и в результате химического разложения переходит в тальк, каолинит, хлорит, лимонит, имеет черный, зеленовато-черный цвет.

Ленточные силикаты. В их структуре кремнекислородные тетраэдры соединены между собой в сдвоенные цепочки с радикалом [Si₄O₁₁]^6-.

К таким силикатам относится роговая обманка [Na, Ca, (Mg, Fe²⁺)₄ (Al, Fe³⁺) (OH, F)₂ × (Al₂Si₆O₂₂)] – это первичный минерал магматического и метаморфического происхождения, серо-зеленого, темно-зеленого или черного цвета. Роговая обманка является породообразующим минералом гранитов. В зоне выветривания она неустойчива: разлагается на карбонаты, лимонит и опал.

Листовые силикаты. Соединения тетраэдров, расположенных в одной плоскости, через три общих кислорода приводит к образованию листовой, или слоевой структуры, имеющей в основе радикал [Si₄O₁₀]^4-.

Такая структура характерна для различных пластинчатых минералов – талька, каолинита, слюды (мусковит и биотит).

Тальк [Mg₃(OH)₂ (Si₄O₁₀)] – образуется в верхних слоях земной коры в результате метаморфизма, имеет белый, бледно-зеленый или светло-желтый цвет, жирен на ощупь. Его широко применяют в различных отраслях сельского хозяйства, например, для производства ядовитых порошков против вредителей.

Каолинит [Al₄(OH)₈ (Si₄O₁₀)] – это вторичный почвообразующий минерал (образуется этот минерал в результате выветривания гранитов и базальтов), входит в состав глинистых минералов, отличается высокой дисперсностью, имеет белый цвет, жирен на ощупь. Применяется каолинит в керамической и бумажной промышленности, является важным сырьем для изготовления огнеупорных изделий.

Мусковит [KAl₂(OH)₂ (AlSi₃O₁₀)] – первичный породообразующий минерал магматического, пегматитового, гидротермального и метаморфического происхождения, белого или желтоватого цвета. Мусковит – отличный диэлектрик, его применяют в электро- и радиотехнике.

Каркасные силикаты. В структуре данного типа так называемый непрерывный каркас состоит из связанных между собой через кислороды всех четырех вершин тетраэдров. У тетраэдров нет свободных валентностей, и присоединение к ним других ионов невозможно. Основное звено каркасных структур – [(Si, Al)₄O₈].

К каркасным силикатам относят полевые шпаты и фельдшпатиды.

Полевые шпаты – широко распространенные минералы, общая масса которых составляет до 50% всей массы земной коры. Полевые шпаты подразделяются на две подгруппы: калий-натриевые полевые шпаты (ортоклаз, микроклин) и плагиоклазы.

Ортоклаз [K (Al, Si₃O₈)] – это первичный минерал, являющихся составной частью некоторых метаморфических горных пород (гранит), белого, розового или красного цвета. При выветривании он переходит в один из глинистых минералов (каолинит и др.). Его используют как сырье для стекольной и керамической промышленности.

Плагиоклазы представляют собой изоморфную смесь натриевой молекулы – альбита [Na (Al, Si₃O₈] и кальциевой – анортита [Ca (Al₂Si₂O₈)], образующих смешанные соединения любой пропорции. В зависимости от содержания анортита плагиоклазы делят на альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит.

Фельдшпатиды по химическому составу похожи на полевые шпаты, но беднее кремнекислотой.

Нефелин [Na₃K (Al, SiO₄)₄] – это первичный минерал магматического происхождения. Он образуется в бедных кремнеземом щелочных глубинных и излившихся породах, где содержание кремнекислоты недостаточно для образования полевых шпатов. Имеет серовато-белую окраску. Применяют этот минерал в химической промышленности для получения окиси алюминия, соды, в сельском хозяйстве калийного удобрения.