Полная версия

Главная arrow География arrow Кристаллография и минералогия. Основные понятия

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Карбонаты

Минералы класса (лат. carbo - уголь) с химической точки зрения - соли угольной кислоты Н2СОз. Для правильного усвоения студентами излагаемого материала далее рационально сделать пояснения, которые справедливы для других классов природных соединений, представляющих, по А.Г. Бетехтину [5], соли различных кислот (серной H2S04 - «Сульфаты», фосфорной Н3РО4 - «Фосфаты» и т. д.).

Согласно [42] «соли - класс химических соединений». Средние (нормальные) соли - это соединения, состоящие из атомов металлов и кислотных остатков. Обозначаются они как названия кислотного остатка, металла и его валентности, когда последняя является переменной. Например, карбонат кальция - рис. 2.62.

Карбонат кальция СаСОз

Рис. 2.62. Карбонат кальция СаСОз

Кислые соли - соединения, состоящие из атомов металлов, кислотных остатков и не замещенных металлами атомов водорода. Название - кислотный остаток, к которому добавляется префикс гидро- или дигидро- в зависимости от того, сколько атомов водорода (соответственно один или два) с ним связано, а также металла и его валентности, если она не постоянна. Например, гидросульфат кальция (рис. 2.63) или дигидрофосфат серебра (рис. 2.64).

Гидросульфат кальция Ca[HS04]2

Рис. 2.63. Гидросульфат кальция Ca[HS04]2

Дигидрофосфат серебра AgPhPCU

Рис. 2.64. Дигидрофосфат серебра AgPhPCU

Основные соли - соединения, состоящие из атомов металлов, незамещенных гидроксилов и кислотных остатков. Название состоит из обозначения кислотного остатка, а также металла, к которому добавляется префикс гидроксо-, дигидроксо- или тригидроксо- в зависимости от того, сколько гидроксилов (соответственно один, два или три) связано с одним атомом металла. Его валентность указывается, когда она не постоянна. Например, карбонат гидроксокальция (рис. 2.65) или бромид дигидроксоже- леза (рис. 2.66).

Карбонат гидроксокальция (СаОНЕСОз

Рис. 2.65. Карбонат гидроксокальция (СаОНЕСОз

Бромид дигидроксо- железа Fe(0H)2Br

Рис. 2.66. Бромид дигидроксо- железа Fe(0H)2Br

Природные соли - минералы, ничем не отличаются от химического понятия этих соединений. Однако минералогическая терминология специфинна, поэтому требует сопоставления с химией. Среди минералов рассматриваемого класса выделяют:

  • • нормальные карбонаты - в химической терминологии «средние соли». Наиболее широко распространены;
  • • гидрокарбонаты - основные соли. Распространены широко, но не так значительно, как представители предыдущего таксона;
  • • бикарбонаты - кислые соли. Менее распространены, чем перечисленные выше.

Кроме того, в классификацию включают водные (кристаллизационная вода - входит в состав минералов в форме молекул Н20) и безводные, а также сложные карбонаты - содержащие более одного катиона и/или дополнительные анионы F1-, Cl1-, (S04)2-, (Р04)3-. Здесь распространенность варьирует для каждого конкретного минерала.

Анионный радикал [С03]2_ представляет собой координационный полиэдр в форме треугольника (см. рис. 2.14, б), где катион С4+ (в центре) окружен тремя анионами О2- (вершины). Радикал устойчив, так как по сути является структурной группировкой - связи внутри него сильнее, чем его связи с другими частицами. В природе этот анион наиболее часто дает соединения с катионами двухвалентных металлов, обладающих средними и большими ионными радиусами - Mg2+, Fe2+, Zn2+, Mn2+, Ca2+, Sr2+, Pb2+, Ba2+, Cu2+ (последний элемент - только в форме гидрокарбонатов). Как дополнительные здесь отмечаются анионы [ОН]1 и С11 .

Одновалентные катионы Na1+, К1+ и группа NH41+ образуют в природе безводные карбонаты только при вхождении в кристаллическую структуру совместно с ними катиона Н1+ - кислые соли. Во всех других случаях - это водные соединения.

Карбонаты трехвалентных металлов известны для редких земель с дополнительным анионом F1'. Изредка как катион встречается А13+ в виде двойных водных солей в сочетании с Си2+ и РЬ2

Редкие земли - устаревший, но еще распространенный синоним термина «редкоземельные элементы». Условно обозначаются знаком TR. Редкоземельные элементы - семейство из 17 химических элементов 111 группы периодической системы Д.И. Менделеева, включающее скандий, иттрий, лантан и лантаноиды [15].

Карбонаты четырех- и пятивалентных металлов в природе не встречены. Шестивалентный уран дает редкий безводный минерал с добавочным анионом О2- - рётзерфордит U[C03]02. Остальные известные карбонаты урана являются водными.

Для минералов класса характерен изоморфизм - в основном ряды с ограниченной смесимостью, что выражается в значительных колебаниях химического состава. В неограниченных пропорциях замещается только

Fe2+ с Мп2+ и Mg2+. Кроме того, широко представлен полиморфизм - например природные модификации соединения СаС03.

Генезис природных карбонатов очень широкий и включает практически все эндогенные и экзогенные процессы минералообразования согласно табл. 2.1 и 2.2. Это кристаллизация лав карбонатного состава, экс- галяции, пегматиты, карбонатиты, гидротермы (главным образом - средне- и низкотемпературные) и обширные ореолы метасоматитов, сопровождающие эти процессы, коры выветривания (преимущественно в аридном климате), зоны окисления, осадконакопление - хемогенное и биогенное. Типичные минералы скарнов; при региональном метаморфизме мощные толщи осадочных известняков и доломитов преобразуются в мраморы соответствующего состава.

Иногда образуют хорошо ограненные кристаллы значительных размеров, но более обычны плотные зернистые массы. Для гипергенных карбонатов характерны микрозернистые коллоидальные, плотные фарфоровидные агрегаты, тонкие смеси с другими минералами. Минералы класса обычно белые или бесцветные, но встречаются и окрашенные представители (как правило, бледные тона различных оттенков). Хромофорами (элементами, обусловливающими окрашивание) являются Fe3+, Mn3+, TR3+ и некоторые другие, а также тонкодисперсные механические примеси (гематит, битум и т. д.). Характерный диагностический признак - реакция с НС1 с бурным (за счет выделения большого количества пузырьков СО2) «вскипанием» кислоты - для кальцита при комнатной температуре; для других карбонатов - при нагревании или в порошке.

Наиболее распространены безводные нормальные карбонаты - средние соли, минералы группы кальцита, а также гидрокарбонаты - основные соли, группа малахита (табл. 2.17). Их твердость не превышает пять по шкале Мооса. Гидрокарбонаты меди интенсивно окрашены, для сравнения применяются как эталоны цвета: малахит - зеленого; азурит - синего. Из водных природных карбонатов практический интерес представляет сода Na2C03 х ЮН20, образующаяся преимущественно в соляных озерах богатых натрием при избытке растворенной двуокиси углерода.

Таблица 2.17

Распространенные в природе минералы класса «Карбонаты»

Классификационное

подразделение

Минералы

Группа кальцита

Кальцит СаСОз, доломит CaMg[C03]2, магнезит MgC03, смитсонит ZnC03, сидерит FeC03, родохрозит МпС03, арагонит СаС03, стронцианит SrC03, церуссит РЬС03, витерит ВаС03

Группа малахита

Малахит Cu2[C03][0H]2, азурит Си3[С03]2[0Н]2

В ряду двухвалентных катионов, расположенных в порядке возрастания ионных радиусов Mg, Zn, Fe2+, Mn2+, Ca, Sr, Pb, Ba (прил. 3) минералы группы кальцита с металлами, расположенные слева от иона Са2+, кристаллизуются в три- гональной сингонии; справа - ромбической. Соединение СаС03 имеет две полиморфные модификации - тригональную (кальцит) и ромбическую (арагонит). Модель кристаллической структуры кальцита приведена на рис. 2.67. Расположение частиц в этой структуре соответствует плотнейшей кубической упаковке (см. рис. 2.17, справа). Структура арагонита более компактная - плотнейшая гексагональная упаковка частиц (см. рис. 2.17, слева), что находит отражение в плотности минералов: кальцит - 2,6-2,8; арагонит - 2,9-3,0 г/см3.

Модель кристаллической структуры кальцита [5]

Рис. 2.67. Модель кристаллической структуры кальцита [5]

На рис. 2.68-2.71 приведены фотографии некоторых минералов данного класса.

Исландский шпат [75] - бесцветная прозрачная разновидность кальцита. Применяется в оптике - например для изготовления призмы Николя поляризационных микроскопов

Рис. 2.68. Исландский шпат [75] - бесцветная прозрачная разновидность кальцита. Применяется в оптике - например для изготовления призмы Николя поляризационных микроскопов

Сидерит [67]

Рис. 2.69. Сидерит [67]

Полированный срез малахита с концентрически зональным окрашиванием слоев [72]

Рис. 2.70. Полированный срез малахита с концентрически зональным окрашиванием слоев [72]

Азурит [67]

Рис. 2.71. Азурит [67]

Карбонаты широко применяются в различных областях экономики. Это металлургия (огнеупоры, флюсы), руды промышленно ценных компонентов (Fe, Zn, Pb и др.), строительные материалы (производство цемента), химия (сода), оптика, сельское хозяйство, фармацевтическая промышленность, поделочные камни, нагревательные элементы (получение перикла- за) и многое другое.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>