Класс 2. Силикаты

К силикатам относятся соли различных кислот кремния. Это наиболее многочисленный класс минералов. На долю силикатов приходится 1/3 всех известных минералов. По подсчётам В.И. Вернадского, земная кора до глубины, примерно 16 км от земной поверхности, на 85 % состоит из силикатов, являясь по сути кремнекислородной оболочной. Силикаты содержат кремний, на долю которого приходится 27,59 % всей массы земной коры. Силикаты входят как породообразующие минералы почти во все магматические, метаморфические горные породы и в большую часть осадочных горных пород.

Многие силикаты имеют в своём составе алюминий, который входит в радикальную группу, образуя, таким образом, алюмосиликаты. По выражению В.И.Вернадского, алюминий в природных условиях играет такую же роль, как и кремний. Эта особенность вышеназванных элементов позволяет объяснить совершенный изоморфизм альбита и анортита.

Рентгеноструктурный анализ (1912 г.) показал, что в кристаллической решётке минералов нет молекул, как считалось раньше, а имеются связанные между собой атомы и ионы. В. Бреггом и Е. Шибольдом (1937 г.) было доказано, что основой структуры силикатов является кремнекислородный тетраэдр (ККТ) (рис. 9).

Их исследования заложили основы кристаллохимии силикатов. Важнейшей особенностью силикатов является тенденция кремнекислородных тетраэдров к ассоциации в группы и в бесконечные кремнекислородные построения (цепочки, ленты, слои, каркасы), стехиометрические формулы которых и отвечают различным кремнекислородным радикалам. На этом основании среди силикатов выделяются следующие структурные типы: островные, кольцевые, цепочечные, слоистые, каркасные.

В силикатах весьма развито явление изовалентного и гетеровалентного изоморфизма. Например: 1) изоморфный ряд оливина – фаялит (Fe₂[SiO₄])– форстерит (Mg₂[SiO₄]); 2) изоморфный ряд плагиоклазов – альбит (Na[AlSi₃O₈])–анортит (Ca[Al₂Si₂O₈]).Гетеровалентный изоморфизм происходитс соответствующей компенсацией валентности. Силикаты, в которых часть Si⁺⁴ в тетраэдрах замещена Al⁺³, называются алюмосиликаты, B⁺³ – боросиликаты и т. д.

В составе силикатов значительную рольиграют дополнительные ионы, простые (O^-2, F^-1, Cl^-1, S^-2) и комплексные ((OH)^-1, [PO]^-3, [SO]^-2), а также вода, которая может быть кристаллизационной (вермикулит), цеолитной (натролит), адсорбционной (монтмориллонит).

Силикаты – минералы устойчивые в зоне выветривания и труднорастворимы в кислотах.

Морфологические особенности силикатов определяются в первую очередь тем, что они кристаллизуются в низших сингониях (73 %), среди которых преобладает моноклинная сингония (43 %). На долю средних сингоний приходится 18 %, а на долю кубической – только 9 % минералов этого класса. Для силикатов характерны закономерные срастания и двойники. Тип агрегатов также обусловлен их внутренним строением: островные, каркасные и кольцевые образуют зернистые агрегаты, цепочечные – волокнистые,

ленточные – игольчатые, лучистые, и сноповидные агрегаты, а для слоистых силикатов характерны пластинчатые, листоватые и чешуйчатые агрегаты.

Физические свойства силикатов также находятся в зависимости от структуры: слоистые силикаты имеют весьма совершенную и совершенную спайность в одном направлении вдоль листов и пакетов, цепочечные и ленточные совершенную спайность по призме. В кольцевых силикатах спайность проявляется плохо и в большинстве случаев она параллельна плоскости колец. В островных силикатах спайность несовершенная.

Твёрдость силикатов в среднем меняется от 5,5 до 8 по шкале Мооса, исключение составляет п/к слоистых силикатов, у которых твёрдость в среднем 2-3 и может доходить до 1 (тальк). Среди силикатов преобладают минералы с низкой плотностью, до 2,6 г/см³ (п/кл. каркасных и слоистых силикатов), и особенно со средней плотностью, до 3,5 г/см³ (п/кл. островных, кольцевых и цепочечных силикатов). Силикаты с высокой плотностью, более 3,5 г/см³, встречаются редко, что также определяется строением кристаллической решётки и присутствием в силикатах тяжёлых катионов Fe, Pb, Bi.

Цвет силикатов разнообразный и полностью определяется хромофорами, входящими в их состав. В шлифах и порошке все силикаты прозрачные.

Показатель преломления силикатов находится в прямой зависимости от плотности, строения кристаллической решётки и химического состава минералов, так, самое низкое значение показателя преломления имеют каркасные силикаты (1,48-1,60), а самое высокое – островные и цепочечные (1,63-1,89).

По своему происхождению силикаты главным образом связаны с глубинными процессами в земной коре и мантии – эндогенными (собственно магматические и пегматитовые процессы минералообразования) и метаморфогенными (минералы контактового и регионального метаморфизма). Значительно реже их образование связано с экзогенными процессами минералообразования в земной коре (продукты кор выветривания и седиментогенеза).

За основу классификации силикатов принят характер кремнекислородных радикалов, т.е. структурный признак. В классе силикатов выделяются следующие подклассы: 1) островные; 2)кольцевые; 3) цепочечные; 4)слоистые; 5)каркасные.

п/кл 1. Островные силикаты

Соли ортокремниевой кислоты (H₄[SiO₄]) и диортокремниевой кислоты (H₆[Si₂O₇]). Соответственно этот подкласс образуют ортосиликаты с радика лом [SiO₄]^4-(одинарные, изолированные ККТ) и диортосиликаты [Si₂O₇]^6- (сдвоенные изолированные ККТ) (рис. 10).

Среди силикатов это наиболее многочисленный подкласс минералов, который характеризуется наиболее разнообразным составом катионов: Fe, Ca, Mg, Mn, Ti, Al, редкие земли, Th, Zr, Nb, Ta и др.

К числу породообразующих и наиболее широко распространенных в природе минералов относятся минералы групп: оливина, граната, эпидота, кианита, сфена, циркона.

Практическое значение имеет немного минералов. Абразивный материал – гранаты. К драгоценным камням относятся: топаз, альмандин, пироп, уваровит, демантоид, хризолит, зеленый сфен, кианит. Фенакит – источник Be, циркон – источник Zr, Hf.

Морфология: для островных силикатов характерна высочайшая степень идиоморфизма, поэтому в процессе кристаллизации образуются правильные кристаллы. Это объясняется большой силой кристаллизации данных минералов. Наиболее характерные облики: изометричный у гранатов ( ромбододекаэдры, тетрагонтриоктаэдры), тетрагональные призмы и дипирамиды у цирконов, ромбические призмы с диэдром у топазов, клиновидные кристаллы у сфена, лишь оливин редко встречается в хорошо огранённых кристаллах, чаще всего в овальных зёрнах с оплавленными гранями.

Физические свойства. Окраска: обусловлена присутствием элементов хромофоров Fe²⁺ , Fe³⁺ - зеленый, коричневый, Mn, Fe – малиново-красный, Cr – изумрудно-зеленый.

Плотность средняя (3,0 – 4,0 г/см³); твердость высокая (6-8 по шкале Мооса).

Генезис. Минералы высоких температур, давлений и больших глубин, т.е. мантийные или регионального метаморфизма. Главные типы месторождений: магматические, метаморфические и высокотемпературные гидротермальные. В ультраосновных горных породах оливин – главный породообразующий минерал, в остальных породах он выступает как акцессорный. В образовании метаморфических минералов главную роль играют процессы регионального и контактового метаморфизма. Типичными представителями гнейсов и сланцев являются ставролит, кианит, силлиманит, эпидот, гранат (альмандин). Для пород контактового метаморфизма характерными минералами являются гранаты, везувиан, эпидот.

К различным метасоматическим образованиям приурочены следующие минералы островных силикатов: в альбититах – циркон и фенакит, в грейзенах – топаз и фенакит, в скарнах – гранаты (Ca, Fe) и эпидот.