Тверді розчини та ізоморфізм в мінералах
Із розділу 1 ви повинні пам’ятати, що говорячи про мінерал ми можемо мати на увазі абстрактний об’єкт – мінерал певного виду, який ми звичайно асоціюємо із певною хімічною формулою, або ж реальний прояв цього виду – мінеральний індивід, хімічний склад якого є мінливий у широких межах. У цьому розділі ми попробуємо вияснити, чому значна зміна хімічного складу мінералу не призводить до зміни мінерального виду, які фізико-хімічні та кристалохімічні чинники контролюють склад мінеральних індивідів і яку інформація може бути отримана при вивченні хімічного складу мінералів.
Якщо ми виконаємо ряд хімічних аналізів проб одного і того ж мінералу, відібраного із породи чи руди в певному місці, то виявимо коливання складу, інтенсивність яких залежить від умов формування геологічного тіла та від мінерального виду. Існують «чисті» мінерали (такі як кварц, силіманіт Al[AlSiO5], флюорит CaF2), сумарний вміст елементів, що не входять у формулу мінералу (домішкових елементів) не перевищує 0.01 ваг. %. З іншого боку, більшість мінералів мають дуже мінливий склад. Для прикладу, перелік елементів, що можуть входити до складу сфалериту ZnS великий– Fe, Mn, Cu, Cd, In, Ge, Ga, Hg, Co, Sn, Ag, As, Se. Вміст Fe може коливатись від 0 до 20 ваг.%, Mn досягає 8.1 ваг. %, Cd до 9 %. Вміст домішки Cu звичайно не перевищує 0,4 ваг. %. Вміст інших елементів рідко перевищує 0,1 ваг. %.
Таблиця 1. Варіації складу сфалериту із родовища BRUNSWICK NO. 12 в Канаді (D. LENTZ, 2002)
| Sample | 5A | |||||||
| S wt.% | 32.10 | 31.73 | 31.62 | 31.50 | 31.41 | 31.96 | 32.00 | 31.79 |
| As | 0.20 | 0.00 | 0.02 | 0.06 | 0.00 | 0.05 | 0.08 | 0.13 |
| Zn | 58.45 | 59.02 | 59.23 | 56.72 | 57.08 | 58.70 | 59.97 | 58.96 |
| Fe | 8.36 | 7.60 | 7.64 | 9.45 | 9.21 | 7.69 | 6.98 | 7.29 |
| Cd | 0.11 | 0.01 | 0.03 | 0.13 | 0 13 | 0 15 | 0.15 | 0.23 |
| Мn | 0.04 | 0.02 | 0.01 | 0.09 | 0.03 | 0.02 | 0.03 | 0.03 |
| Cu | 0.09 | 0.03 | 0.20 | 0.04 | 0.04 | 0.12 | 0.04 | |
| Co | 0.06 | 0.01 | 0.03 | 0.01 | 0.04 | 0.02 | 0.04 | 0.02 |
У ряді випадків, для мінералів, структури яких відносяться до одного структурного типу і структурного мотиву, склад мінеральних індивідів може поступово і неперервним чином змінюватися від одного мінерального виду до іншого, залежно від складу середовища кристалізації. Такі поступові зміни складу спостерігаються між кальцитом Ca[CO3] і сидеритом Fe[CO3], у олівіну між форстеритом Mg2[SiO4] і фаялітом Fe2[SiO4], у піроксенів між діопсидом CaMg[Si2O3] і геденбергітом CaFe[Si2O3]. Така зміна хімічного складу не впливає на фундаментальні особливості мінералу – симетрію та будову кристалічної структури, призводячи тільки до поступової зміни об’єму елементарної комірки. Поряд із цим, у складі таких мінералів не зустрічаються або ж зустрічаються в дуже незначних кількостях атоми тих елементів, для яких невідомі мінерали чи синтетичні сполуки із кристалічними структурами відповідного типу.
Звідси можна зробити висновок, що варіації хімічного складу мінералів тісно пов’язані із їх кристалічною структурою. Коливання хімічного складу мінералів пов’язані, в першу чергу із здатністю кристалохімічних позицій їх структури заселятися не одним певним «рідним» атомом, а будь-яким «чужим» атомом із певного «привілейованого» списку. Цей список може бути короткий або довгий, залежно від властивостей цієї кристалохімічної позиції і атомів – претендентів у список. На жаль, поселяючись «чужий» атом вносить певні незначні або значні зміни в параметри засолюваної позиції, такі як точкова симетрія оточення, міжатомні віддалі. Це викликає появу напружень в структурі, що в кінці кінців може призвести до її руйнування або перебудови. Тому кількість «прибульців» в структурі мінералу залежить від збурень, які вони викликають. Якщо ці збурення незначні, то входження «чужих» атомів у структуру є майже необмеженим; у протилежному випадку, навіть незначні кількості домішок «чужих» атомів викликають нестабільність структури.
Дата добавления: 2015-05-21; просмотров: 910;