Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Итак, в алюмосиликатах ионы кислорода вокруг Al3+ имеют ту же четверную координацию, что и вокруг Si4+. Возможность замены кремнекислородных тетраэдров алюмокислородными вытекает из чисто-геометрических соображений: отношение ионных радиусов О2" и Al3+ равно 0.43, т. е. находится близко к границе между возможной четверной координацией аналогично Si4+, и шестерной — аналогично Mg2+. Однако, такая замена Si4+ на Al3+ имеет очень важные последствия* весьма существенно сказывающиеся на конституции алюмосиликатов.
В самом деле, в то время как в кремнекислородном тетраэдре SiO4 мы имеем 4 ненасыщенных валентности, в алюмокислородном тетраэдре AlO4 это число возрастает до 5 (8 — 3 = 5). Следовательно, каждый алюмокислородный тетраэдр в комплексном анионном радикале увеличивает его отрицательный заряд на единицу и требует его компенсации каким-либо положительно заряженным катионом в соответствии со-стереометрией решетки данного соединения. Это легко показать на примере соединений с каркасным строением кристаллических решеток:.
Кварц — Si4O8 Альбит — Na[Si3AlO8] Нефелин — Na2[Si2Al2O8] Анортит — Ca[Si2Al2O8] и др.
Отношение Si: Al не обязательно должно 'быть целым числом, но уравновешивание отрицательных и положительных зарядов для устойчивой кристаллической решетки является безусловно необходимым. Отсюда должно быть ясным, почему данные химических анализов алюмосиликатов не всегда просто рассчитываются на химическую формулу минерала. Например, общая формула роговой обманки имеет следующий вид:
(Ca, Na)2_8(Mg, Al)5[(Si, Al)4On]2[O, OH]2,
где в радикале отношение Si : Al может меняться от 3 до °э.
Важно подчеркнуть, что возникновение AlO4 может происходить при определенных условиях. Образование каркасов из тетраэдрических групп AlO4 и SiO4 имеет место лишь при одновременном участии в строении решетки относительно крупных по размерам катионов с низким зарядом (Na1+, K1+, Ca2+, Ba2+ и др.). Таковы многочисленные представители группы полевых шпатов и цеолитов. Характерно, что при выветривании, когда происходит выщелачивание щелочных и щелочноземельных металлов, группы AlO4 разрушаются, и в образующемся за счет полевых шпатов каолините Al3+ участвует уже в шестерной координации. То же самое происходит и с другими типами кристаллических структур, в которых присутствуют в качестве составной части анионов группы AlO4.
В средах, богатых глиноземом, группы AlO4 возникают при высоких температурах. Экспериментально показано, что такие минералы, как каолинит и дистен, в которых весь Al3+ присутствует в шестерной координации, в этих условиях (1400—1500°) частью превращаются в силлиманит или муллит, т. е. в силикаты, содержащие также группы AlO4 с четверной координацией. Характерно, что на кривых нагревания при этом устанавливаются резко выраженные экзотермические эффекты, отвечающие, очевидно, моменту перестройки решетки.
В связи с этим необходимо в двух словах коснуться также вопроса о так называемом каолиновом ядре. В свое время В. И. Вернадский, на основе наблюдений над природными явлениями разрушения минералов и данных экспериментальных исследований, пришел к выводу
о существовании в алюмосиликатах, в частности в полевых шпатах, весьма стойкого по отношению к естественным процессам особого ядра состава AbSi2Oy. Сама идея тесной связи Al с Si в глиноземсодержа-щих силикатах впоследствии оказала неоценимую услугу при расшифровке с помощью рентгенометрических исследований столь сложных в структурном отношении минералов, какими являются алюмосиликаты. При этом однако выяснилось, что далеко не все глиноземсодержащие силикаты являются алюмосиликатами, т. е. такими, в которых Al играет одинаковую роль с Si. Но и в алюмосиликатах с их непрерывной протяженностью в пространстве алюмокремнекислородных радикалов, строго говоря, не существует обособленности групп, подобных предполагавшемуся «каолиновому ядру». Сам каолинит, образующийся при выветривании алюмосиликатов, как оказалось, по существу является силикатом алюминия, а не алюмосиликатом или «алюмокремниевой кислотой».
5. В составе многих силикатов принимают участие так называемые дополнительные анионы: О2-, [ОН]1-, F1-, Cl1", [CO3]2- и другие, нейтрализующие избыточный положительный заряд катионов. В ряде случаев допускают, что [ОН]1- и F1- могут заменять ионы кислорода в самих комплексных анионных радикалах.
Наконец, в состав ряда силикатов входит Н2О. Молекулы Н2О обычно весьма слабо удерживаются кристаллическими решетками в их пустых промежутках или каналах.
6. Во всех силикатах количество кислородных ионов превалирует над ионами остальных элементов. Так как ион кислорода обладает значительно большей величиной ионного радиуса по сравнению с катионами, то естественно, что размеры элементарных ячеек, как и в других кислородных соединениях, главным образом зависят от числа кисло родных ионов в ячейке и их расположения в пространстве.
Отсюда вытекает, что в силикатах, являющихся членами одного и того же изоморфного ряда, число кислородных ионов должно быть одинаковым.
