Морфологія кристалів і фізичні властивості гідроксидів

Морфологія кристалів і фізичні властивості гідроксидів

У переважній більшості гідроксиди не утворюють помітних, помітних оком кристалів, і зазвичай форму їх кристалічних індивідів можна встановити лише за допомогою електронного мікроскопа. У більшості випадків вони зустрічаються в порошковатих, землистий, натічних фарфоровидних масах і в вигляді оолітов. Винятки з цих правил поодинокі, вони відносяться до діаспору і гіббсіту: в декількох родовищах відомі їх пластинчасті кристали розміром від 0,1 до 2,3 см. Утворюються в результаті руйнування інших мінералів.

Відео: Амфотерні оксиди і гідроксиди

Невисока твердість здебільшого гідроксидів (1-3) пояснюється малою міцністю їх кристалічних структур з великою часткою залишкових зв`язків, як, наприклад, в Гіббс, де кожна тришарова пачка Al(OH)<sub>3</sub> слабо скріплена з такими ж сусідніми пачками. Виняток становить діаспор в тих рідкісних випадках, коли він утворює самостійні кристали. Вони володіють твердістю 6,5-7 через велику ролі водневих (досить сильних) зв`язків.

Забарвлення мінералів різноманітна і часто строката. Вона викликана різними причинами: по-перше, залізо і марганець самі по собі Хромофор - цим обумовлена власна коричнева або буро-чорне забарвлення. По-друге через тонкодисперсного будови агрегатів, в них міститься багато Пігментується механічних домішок. Так, суміші гідроксидів алюмінію (теоретично безбарвні) пофарбовані в бурі, вохряні, червоні кольори домішками бурого залізняку і гематиту.

Короткі відомості про мінералах

J Гідроксид магнію. Найбільш поширений серед них брусит Mg(OH)₂. Він має шарувату структуру, її можна трактувати як близьку до гексагональної дуже ретельним упаковці, в вузлах якої знаходяться гідроксил-іони. Кожен шар складається з двох плоских листів, складених іонами гідроксилу, а між ними лежить лист з катіонів Mg²⁺. Досконала спайність проходить між такими потрійними шарами. Кристали брусита безбарвні пластинчасті, гексагонального перетину. Мінерал рідкісний. Утворюється як один з продуктів гідротермального зміни ультраосновних порід, іноді мармурів і при екзогенних процесах вивітрювання.

Зустрічається в тонкозернистих масах, кристалах, іноді у вигляді паралельно-голчастих агрегатів, званих немалітом, чималі-азбестом.

J гідрооксидами алюмінію. Найбільш поширені серед них гиббсит Al(OH)₃, беміт AlO(OH) І діаспор AlO(OH). Беміт названий по імені першовідкривача цього мінералу Бема. Гиббсит має подібну брусита шарувату структуру.

Колір білий, сірий, червоний, темно-червоний, бурий.

Гідроксиди алюмінію в індивідуальних виділених зустрічаються рідко. Іноді спостерігаються окремі кристали гіббсіта і діаспора. Гиббсит зустрічається у вигляді безбарвних і білих пластинок гексагональних обрисів серед продуктів гідротермального зміни нефелина. Діаспор відомий в пластинчастих з грубої штрихуванням і сильним перламутровим блиском кристалах бузкового і бурого кольору в метаморфічних Пордам. Зазвичай всі разом вони утворюють суміші з оксидами і гідроксидами заліза, каолинитом і іншими мінералами, звані бокситами. Часто мають оолітових структуру.

Найбільш надійно розрізняються рентгено-структурним методом.

Родовища бокситів утворюються, по-перше, як продукти поверхневого вивітрювання гранітів в тропічних країнах. По-друге, боксити утворюються осадовим шляхом за рахунок перемиваючи родовищ першого типу. Вони є головною рудою на алюміній. Часто зустрічається спільно з корундом та іншими алюмосиликатами

Місце народження. Червона шапочка та інші родовища на Уралі, Акташ (Узбекистан), численні родовища США (шт. Пенсільванія, Колорадо, Арканзас, Міссурі і ін).

J Гідроксид заліза. Зазвичай це те, що ми називаємо іржею. Найбільш поширений гідроксид кристалічної будови - це гетит. Індивідуальні кристали зустрічаються рідко: гетит спостерігається іноді у вигляді золотисто-бурих голочок серед кварцу в кварц-халцедонових жеодах або у вигляді зростків пластинчастих кристалів, лепідокрокіт утворює золотисто-бронзові слюдоподобние нальоти на гематит та інших окислених мінералах заліза. Зазвичай же зустрічається в сумішах, званих бурим залізняком і лимонитом. Власне лимонитом прийнято вважати ділянки руди з аморфної, що не раскрісталлізованних внутрішньою структурою. Це іржаво-коричневі до чорних тонкодисперсні землисті, натічні, ниркоподібні агрегати, патьоки, псевдоморфози по піриту, гематиту і іншим мінералам, нарешті, агрегати оолітових будови. Блиск матовий або скляний, риса іржава.

Утворюються в результаті поверхневого окислення різних руд і мінералів заліза, випадають у вигляді колоїдно-хімічних опадів при формуванні осадових порід. Є рудою на залізо, порошковатиє маси використовуються для виготовлення фарб.

Місце народження. Велике родовище оолітових бурих железняков на Керченському півострові, Бакальское (Ю. Урал), Елизаветинское (с. Урал), Ельзас-Лотарингія, Пршибрам (Чехія), Корнуолл (Англія) і ін.

J Гідроксид марганцю. Відомо близько двадцяти гідроксидів чистого марганцю і в поєднанні з іншими елементами (барієм, кальцієм, нікелем, цинком і ін.). Всі вони схожі один на одного. Зазвичай гідроксиди марганцю зустрічаються в суміші один з одним, піролюзитом і іншими оксидами Mn у вигляді чорних конкрецій, натічних утворень (грон, нирок, бурульок), землистий, оолітових агрегатів. Нерідко такі маси називають псиломеланом. Колір їх чорний, буро-чорний, риса буро-чорна, мазка. Твердість від 6 до 2. точна діагностика мінералів зазвичай здійснюється спеціальними лабораторними методами. Суміші, збагачені водою, максимально буро-коричневі, пухкі і легкі, більш мазкі, називаються вадамі.

Гідроксиди марганцю утворюються в деяких гідротермальних родовищах, в процесах вивітрювання різних марганецсодержащих мінералів (утворюють марганцеві капелюхи), як колоїдно-хімічні опади і на дні сучасних океанів - залізомарганцевих конкреції. Фазовий і хімічний склад сучасних железомарганцевих конкрецій на дні океанів і морів зазвичай складний, нерідко він різний у різних частинах конкрецій. Часто до складу конкрецій входять в різних кількостях цеоліти, глинисті мінерали, тонкодисперсний кварц.

Загальні особливості складу і структур

Клас силікатів і їх аналогів є найбільшим за кількістю мінеральних видів - до нього відноситься близько 30% від загального їх числа. В цілому силікати і алюмосилікати складають близько 75 об. % Земної кори, при цьому найбільш поширені польові шпати - на їх частку припадає 40-45 об. % Літосфери. За ними по поширеності слідують слюди, піроксени, амфіболи і гаранти. Відповідно до поширеністю хімічних елементів головними катіонами в силікату і їх аналогах є K, Na, Ca, Mg, Fe. Значна також роль алюмінію, який, як показали рентгеноструктурні дослідження, може виступати як в якості катіона, так і входити в аніонний радикал мінералів.

Відео: Хімічні властивості амфотерних оксидів. амфотерность

1. У всіх силікату атоми кремнію мають по відношенню до кисню четверну координацію, вони утворюють разом з киснем, як в кварці, кремнекіслородние тетраєдри (SiO₄)⁴. Зв`язки кремнію з киснем змішані іонно-ковалентні, з різним ступенем ионности в мінералах різної структури і з різними катіонами

2. кремнекислородних тетраєдри можуть бути поодинокими, і тоді вони з`єднуються в загальній структурі мінералу через катіони, але можуть і полимеризоваться, утворюючи різні аніонні угруповання. Лідер в сфері туристичних послуг Турфірма «ДАЛИ-ТУР СПБ» пропонує відпочинок в Єгипті тури в кредит і vip-відпочинок по найсмачнішим цінами!

3. Алюміній в силікату може бути катіоном, а може входити в тетраєдри (AlO₄)⁵, займаючи в структурі мінералу позиції аналогічні кремнію. Наприклад, в каолините Al₂(Si₂O₅) (OH)₄ алюміній є катіоном і має координаційне число 6, а в мікрокліна K(AlSi₃O₈) Він входить в аніонний радикал мінералу, займає такі ж позиції, як і кремній, т. Е. Розміщується в центрі тетраедрів. Мінерали першого типу називають силікатами, другого - алюмосиликатами. Алюмосилікати - це аналоги силікатів. Розмір тетраедрів (AlO₄)⁵ і його конфігурація інші, ніж у груп (SiO₄)⁴, характер хімічних зв`язків також різниться. Тому існує межа заміщення кремнезему Si⁴⁺ алюмінієм Al³⁺. Встановлено, що в силікату може заміщатися алюмінієм не більше половини кремнію в тетраедрах, наприклад, Na(AlSiO₄) - нефелин і Ca(Al₂Si₂O₈) - анортит це граничні за складом алюмосилікати.

Відео: Взаємодія розчинів сульфату нікелю і гідроксиду натрію з утворенням осаду гідроксиду нікелю

4. Крім кремнекислородних аніонних радикалів у багатьох силікату і алюмосилікатах є додаткові аніони - OH^-, (CO₃)², (SO₄)² (S₂)², (BO₃)³, (P₂O₇)⁴ та ін. Так, в Амфіболь і біоти є додатковий аніон OH^-.

Структурні типи аніонних радикалів

Різноманітність структур силікатів практично безмежно. Це викликано, по-перше, численністю способів полімеризації груп (AlO₄)⁵ і (SiO₄)⁴, при яких виникають аніонні комплекси різної конфігурації і розмірів. По-друге до складу силікатів і алюмосилікатів входить в цілому близько 60-70 хімічних елементів з різним розміром іонів і характером здійснюваних ними зв`язків. В результаті геометрія поєднань катіонів і аніонних угруповань може бути найрізноманітнішою. Тому розглянемо тільки основні структурні типи аніонних радикалів, характерних для найбільш поширених мінералів.

Ізольовані тетраєдри (SiO₄)⁴. Характерні, наприклад, для гранатів R₃R₂(SiO₄)₃, оливинов (Mg,Fe)₂(SiO₄), Топазу Al₂(SiO₄)F₂. У них тетраєдри з`єднуються через катіони. Ці мінерали можна розглядати так само, як солі ортокремнієвої кислоти H₂SiO₄, тому раніше з називали ортосілікатамі.

Здвоєні тетраедри. Групи (SiO₄)⁴, полімеризуючись, з`єднуються попарно через загальну вершину атомом кисню, утворюючи аніонні радикали (Si<sub>2</sub>O<sub>7</sub>)<sup>6</sup>, які з`єднуються через катіони. Наприклад, геміморфіт Zn₄(Si₂O₇) (OH)₂middot-H₂O. Мінерали з такими радикалами нерідко називають діортосілікатамі.

Кільця тетраедрів. Найбільш поширений кільцевої одноярусний аніон з шести тетраедрів (з формулою підсумкового радикала (Si₆O₁₈)^12-), Як у берилу, але є мінерали з кільцевими радикалами з трьох і чотирьох тетраедрів і з парними (двоярусними) радикалами з чотирьох і шести кілець.

Ланцюжки тетраедрів. Їх багато різних, найбільш проста і найчастіше зустрічається так звана піроксенових ланцюжок. Вона нескінченна, має період повторюваності в два тетраедра, звідси загальна формула радикала (Si₂O₆). Прикладом можуть служити піроксени, наприклад, диопсид Зa,Mg(Si₂O₆). Його можна трактувати як сіль метакремнієвої кислоти, тому їх раніше називали метасиликат.

Стрічки тетраедрів. Їх також багато. Найбільш поширена в силікату так звана амфіболового стрічка. Вона нескінченна і як би складається з двох об`єднаних один з одним піроксенових ланцюжків. Нерідко так і кажуть: піроксенових - це одинарна, а амфіболового - подвійна ланцюжок. У амфіболовий стрічці період повторюваності - одне кільце тетраедрів. Формула такого анионного радикала буде (Si₄O₁₁)⁶. Наприклад, тремоліт Ca₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂ або Ca₂Mg₅(Si₈O₂₂) (OH)₂.

Шари (сітки) тетраедрів. Вони також бувають різними. Найбільш важливі каолінітові шари, оскільки вони є в більшості слюд, глинистих мінералів, серпентінов. У каолінітові сітках тетраєдри лежать своїми підставами в одній площині, їх вершини розгорнуті в одну сторону, а найпростішим трафаретно повторюваним візерунком є шестичленное кільце (Si₂O₅)² . Прикладами мінералів з таким аніонним радикалом є каолініт Al₂(Si₂O₅) (OH)₄, Mg₃(Si₂O₅)₂(OH)₂ або Mg₃(Si₄O₁₀) (OH)₂.

Каркасні угруповання тетраедрів. У них тетраєдри з`єднані усіма своїми чотирма вершинами з сусідніми тетраедрами, формуючи таким чином нескінченну тривимірну будівництво з великими «порожнинами» в ній. Геометрія і характер симетрії таких угруповань можуть бути різними через різної орієнтації тетраедрів відносно один одного.

Якщо все тетраєдри зайняті кремнієм, то виходять різні модифікації кремнезему. Кварц і його поліморфи в багатьох підручниках і довідниках вважаються силікатами. Якщо ж частина тетраедрів в такому кремниево-кисневому каркасі зайнята алюмінієм, то виходять алюмосилікати. Як приклад ми вже приводили анортит, нефелин, микроклин. Крім алюмінію в каркас може входити бор, як в данбурит Ca(B₂Si₂O₈). Такі мінерали називаються боросилікат.

Такі основними угрупованнями тетраедрів в силікату і їх аналогах, число їх всіх дуже велике. Є ще багато силікатів з нерозшифрованої структурою. Рентгеноструктурні дослідження приводять до відкриття все нових структур.

Класифікація силікатів

Класифікація силікатів і їх аналогів проводиться по їх структурам. Так виділяють шість підкласів: острівні, кільцеві, ланцюгові, стрічкові, шаруваті, каркасні.

Відео: Амфотерні властивості оксидів і гідроксидів металів на прикладі взаємодії цинку з NaOH

До острівних силікатів відносяться силікати з групами (SiO₄)⁴ і (Si₂O₇)⁶. У деяких підручниках виділяють ортосілікати, діортосілікати, орто-діортосілікати, Метасилікати, діметасілікати. Кільцеві силікати іноді відносяться до острівних силікатів, іноді до силікатів з замкнутими ланцюжками. Силікати з ланцюжками і стрічками в деяких підручниках і монографіях об`єднані під загальною назвою «ланцюгові» (але з одинарними і парними ланцюжками). Кварц в одних книгах відносять до оксидів, в інших - до силікатів. Є класифікації з нуль, моно-, ди-, трісілікат і т. Д. Однак якими б не були класифікації, суть мінералогії, як говорив про мінералогії ще В. І. Вернадський, - не в статичному описі мінералів як мертвих тіл, а у вивченні явищ і процесів.

острівні силікати

Це найбільш численний підклас мінералів серед силікатів. Його типовими представниками є олівін, альмандин Fe₃Al₂(Si₄)₃ і інші гранати, топаз Al₂(SiO₄)F₂, епідот Ca₂(Al,Fe) (SiO₄) (Si₂O₇)O(OH). Склад цих силікатів може бути різним - це мінерали магнію, заліза, алюмінію, марганцю, рідкісних земель, торію, цирконію, ніобію і ін. У жодному іншому підкласі немає такого розмаїття катіонів. До цього підкласу також відносяться зовсім особливі за складом і структурі мінерали - сілікофосфати, з додатковими радикалами (P₂O₇)⁴ і (PO₄)³ (Наприклад мінерал ломонсовіт з приблизною формулою Na₅Ti₂(Si₂O₇) (PO₄)O₂ і сілікокарбонати (наприклад, спёрріт Ca₅(SiO₄)₂(CO₃) та ін.).

Деякі з цих мінералів дуже широко поширені в природі і є породообразующими, наприклад, олівін, епідот, гранат, кіаніт. Інші зустрічаються рідше. Практичне значення має лише незначна частина від загального числа цих мінералів. Як абразиви використовуються гранати. Дорогоцінним або напівдорогоцінним є топаз, деякі різновиди гранатів (альмандин, піроп, демантоид, уваровит), хризоліт (олівін), циркон. Рудними мінералами є фенакит Be₂(SiO₄) (Берилій), тортвейтіт Sc₂(Si₂O₇) (Скандію), Віллема і геміморфіт Zn₂(SiO₄) (Цинку), циркон (Zr,Hf) (SiO₄) (Цирконій і гафній).

Статті за темою "Морфологія кристалів і фізичні властивості гідроксидів"

Ізоструктурні мінерали.твердие раствори.псевдоморфози (помилкові кристали)

Способи зображення кристалічних структур мінералів

Явище ізоморфізму. Типи ізоморфізму

Фізичні та хімічні властивості мінералів