Карбонаты. Нитраты

Класс карбонатов насчитывает приблизительно 190 минералов (1,7-2,0% массы земной коры).

Представляют собой соли угольной кислоты Н₂СО₃, в которых катионами служат ионы Ca, Mg (наиболее распространены), Fe, Na, Ba, Sr, цветных металлов Cu, Pb, Zn. В состав карбонатов входят дополнительные анионы (OH)^-, F^-, Cl^-; встречаются безводные и водные. Среди карбонатов широко распространен изоморфизм.

Характерна смешанная связь: ковалентная – в анионных радикалах [CO₃]^2- и ионная между анионами и катионами; в карбонатах с дополнительными анионами (ОН)^- и водных карбонатах развиты водородные связи.

В структурном соотношении карбонаты характеризуются плоскими группами [CO₃]^2-, в которых катион углерода симметрично окружен ионами кислорода, расположенными в вершинах треугольника. Радикалы [CO₃]^2- могут быть изолированы друг от друга катионами и добавочными анионами (островные карбонаты) или образовывать цепочки (цепочечные карбонаты) и слои (слоистые карбонаты).

Весьма характерна реакция с 10%-й соляной кислотой: кальцит, арагонит, азурит, малахит реагируют бурно с шипением и выделением СО₂, магнезит – при подогреве, доломит, растворяется без шипения, сидерит – с появлением желтого пятна хлористого железа (FeCl₃).

Происхождение карбонатов преимущественно осадочное и гидротермальное, биогенное.

Карбонаты образуются путем выпадения из горячих и холодных водных растворов. Гидротермальные карбонаты распространены в жилах, в контактно-метасоматических зонах, в отложениях минеральных источников, в линзах вулканических пород. Они могут образовываться вследствие жизнедеятельности организмов (известняк – ракушечник, мел).

Обычно карбонаты имеют светлую окраску: белую, розовую, серую; исключение – карбонаты меди, имеющие зеленую или синюю окраску, сидерит – бурый до черного. Твердость 3-4,5. Плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba; блеск стеклянный, спайность совершенная.

Карбонаты имеют важное практическое значение: естественные строительные материалы (известняк, мраморы, доломиты, магнезиты), сырье для производства вяжущих, в химической промышленности для производства соды, огнеупоров, флюс для выплавки железа, ценное сырье для оптических приборов (исландский шпат), декоративные и поделочные камни (малахит, азурит, мраморный оникс), для производства стойких неорганических красок.

Кальцит СаСО₃ (известковый шпат) – тригональная сингония; островной. Имеет следующие разновидности:

- исландский шпат (удваивающий шпат) – прозрачный двупреломляющий кальцит, который раздваивает текст;

- бумажный шпат – листоватый кальцит;

- собственно кальцит – в виде непрозрачных кристаллов и зернистых агрегатов;

Кристаллы разнообразные, главным образом – ромбоэдры и скаленоэдры. Спайность совершенная по ромбоэдру. Агрегаты зернистые (мрамор), землистые (мел).

Широко распространен в природе в виде следующих пород: известняков, мела и мрамора. Мрамор – перекристаллизованный известняк, образуется при региональном метаморфизме. Мел – разновидность слабосцементированного тонкозернистого известняка, органогенная известковая порода; крупные залежи вблизи г. Белгорода.

Кальцит широко распространен на Украине – большие запасы известняков в зоне сочленения Донбасса с Приазовьем и на окраинах Донбасса, Волыноподолии; месторождения мраморов, мраморовидных известняков в Крыму, Карпатах.

Кроме того, в производстве портландцемента используются в качестве карбонатного компонента (кроме чистых известняков и мела) известняки-ракушечники, состоящие из целых и битых раковин, известковые туфы, которые химически осаждаются из горячих и холодных водных источников. Мергели – известково-глинистые породы с содержанием глинистого материала 30-50%.

Арагонит СаСО₃ – полиморфная модификация кальцита, встречается реже кальцита. Ромбическая сингония. Кристаллы призматические, игольчатые; агрегаты листоватые радиально-лучистые. Характерны натечные формы, оолиты («гороховые камни»), ветвистые формы («железные цветы»- сталактиты, сталагмиты).

Сфера применения – как у кальцита. Кроме того – широко применяется как поделочный камень. Жемчуг – ядро – сгусток органического вещества, сверху призматические и пластинчатые слои арагонита. Находят в раковинах одной из разновидностей средиземноморско-черноморской мидии, которые повсеместно распространены на берегах Черного и Азовского морей. До начала нынешнего столетия велась добыча из Бугского лимана возле г. Николаевка. Еще раньше – жемчуг добывали в Феодосийской бухте.

Магнезит MgCO₃ – кристаллы тригональной сингонии, островная структура; облик кристаллов – ромбоэдр. Встречаются в виде кристаллически зернистых агрегатов снежно-белого цвета или серого с желтоватым оттенком и фарфоровидных плотных, скрытокристаллических масс (аморфный магнезит) с раковистым изломом. Встречается значительно реже известняка и доломита.

Сырье для производства магнезитовых огнеупоров (огнеупорная основа – MgO – периклаз). На Украине является довольно редким минералом.

Доломит СаMg(CO₃)₂ – тригональная сингония; островная структура; распространен шире, чем магнезит. В кристаллической решетке ионы Са²⁺ и Mg²⁺ попеременно чередуются вдоль тройной оси.

Обычен в виде кристаллических зернистых агрегатов, похож на мрамор.

Образование связано с взаимодействием растворенных в морской воде магнезиальных солей на продукты осаждения известняка по реакции:

2CaCO₃ + MgSO₄ + 2H₂O ® CaMg(CO₃)₂ + CaSO₄×2H₂O

Основной материал для изготовления доломитовых (магнезиально-известковых) огнеупоров, которые играют важнейшую роль в кислородно-конверторном производстве стали.

Магнезит и доломит используются в производстве магнезиальных вяжущих. Доломит – распространен на Украине – Нижнее Приднепровье, Криворожский бассейн, Крым, Донбасс.

Сидерит Fe[CO₃]- распространенный минерал на Украине, содержит железа 48,2%, агрегаты зернистые, землистые, плотные. Керченское месторождение, Криворожский бассейн. Важная руда на железо.

Смитсонит (цинковый шпат) ZnCO₃ – цинковая руда, редкий минерал на Украине.

Витерит BaCO₃ – ромбическая сингония; минерал используется для получения бариевых соединений.

Малахит - Cu[CO₃](OH)₂ – моноклинный сложный карбонат. Используется как поделочный камень, руда на медь.

Азурит Cu₃[CO₃]₂(OH)₂ – моноклинный; поделочный камень, для изготовления синей краски; редкий на Украине.

Нитраты – соли азотной кислоты. Известно 9 представителей этого класса. Относительно редкие на Украине. Наиболее распространены в виде селитры - натриевой и калиевой.

Островная структура, в основе которой треугольники [NO₃]^- , соединяющиеся друг с другом катионами.

Встречаются в виде солеобразных масс, выцветов, корочек. Характерна хорошая растворимость в воде, жгучий вкус. При нагреве с порошком угля вспыхивают.

Отличаясь большой растворимостью, они образуются исключительно в странах с сухим жарким климатом. В основном происхождение биогенное – за счет гниения органических остатков при участии нитробактерий или осаждаются в озерах.

Натриевая (чилийская) селитра Na[NO₃] – тригональная сингония, совершенная спайность по ромбоэдру. Кристаллы похожи на кальцит.

Мировое значение - месторождения натриевой селитры в Чили, у подножия Кордильерских гор (запасы 200 млн. т.).

Применяется как лучшее минеральное удобрение, в пищевой промышленности; для получения HNO₃, при изготовлении взрывчатых веществ, в стекольной промышленности при варке стекол.

Калиевая селитра – редкий на Украине минерал (Крым, Инкерман). Используется при производстве хрустальных, цветных оптических стекол.