Изоморфизм в минералах.

Изоморфизм и полиморфизм минералов

Среди минералов нет химически чистых веществ. В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество таких примесей незначительно, (доли %) – это минералы постоянного состава, например: кварц – SiO₂, а примеси Na, Al, Fe – до 0,01 %.

В других – большое количество химическое примесей, например: сфалерит – ZnS, содержит Fe до 20 %, разновидность – марматит. Такие минералы называются минералами с переменным составом, а явление, обуславливающее эти процессы в минералах, называется изоморфизмом.

Изоморфизм в минералах.

Изоморфизм– явление взаимного замещения атомов и ионов в узлах кристаллической решетки минерала без нарушения ее структуры.

Термин изоморфизм ввел в литературу немецкий химик Э. Митчерлих в 1919 г. Минералы с переменным химическим составом называется ещё «твердыми растворами». Формула минералов с изоморфными замещениями пишется так: (Mg,Fe)₂[SiO₄] – оливин.

А.Е.Ферман объяснял образование изоморфных смесей с точки зрения общего закона энтропии (при высоких Т^о). Такие соединения энергетически более выгодны, при кристаллизации минералов из магматических расплавов и гидротермальных растворов.

При изоморфизме должны соблюдаться следующие условия:

1) Близость радиусов участвующих в этом явлении атомов (разность не должна превышает 15% от размера радиуса иона);

2) Сходство химических свойств замещающих друг друга элементов;

3) Сохранение электронейтральности кристаллической структуры минерала.

Типы изоморфизма.

1) По степени совершенства:

а) неограниченный (совершенный) – когда возможна полная замена одних атомов другими (могут существовать два крайних и все промежуточные по составу минералы). Например: форстерит (Mg)₂[SiO₂] – фаялит (Fe)₂[SiO₂];

б) ограниченный (несовершенный) – когда количество изоморфной примеси не может превышать какого–либо предела и могут образовываться совершенно новые минералы. Например: содержание Cr в корунде не может превышать 1,5 – 2,0% (разновидность корунда -рубин);

в) направленный (полярный) изоморфизм – когда один ион лучше замещает другой ион, чем наоборот. Было установлен ряд характерных пар элементов: K/Ba, Ca/Y, Fe/Ge, Ca/Th, Cu/Au – в числителе стоит элемент, который замещается элементом находящимся в знаменателе, но не наоборот. Например: Cu входит в состав Au до 20%, а содержание изоморфных примесей Au вCu не более 2-3%. Это явление А.Е.Ферсман объяснял энергетикой ионов.

2) По характеру компенсации валентности: а) изовалентный – замещаются ионы одной валентности. Например: в оливине Mg²⁺ замещается Fе²⁺, в сильвине К¹⁺ замещается Rb¹⁺; б) гетеровалентный – замещаются ионы с разной валентностью, но при этом обязательно происходит компенсация зарядов, т.е. сохраняется электронейтральность кристаллической структуры минерала. Например: изоморфный ряд плагиоклазов – альбит Na[AlSi₃O₈] – анортит Ca[Al₂Si₂O₈], в котором изоморфизм проходит по схеме – Na¹⁺, Si₄⁺ → Ca²⁺, Al³⁺.

3) По числу атомов:

а) двухатомный – в рубине: Al³⁺ →Cr³⁺;

б) многоатомный – в плагиоклазах: Na¹⁺, Si⁴⁺ → Ca²⁺, Al³⁺.

Генетические факторы изоморфизма.

1) Химический состав среды минералообразования: от концентрации элементов в среде зависит содержание его в минерале. Например: изоморфный ряд оливина – форстерит (Mg)₂[SiO₄] – фаялит (Fe)₂[SiO₄] – в форстерите может присутствовать только до 0,6 % никеля (Ni²+), что обус

2) ловлено низкими концентрациями Ni в ультраосновной магме.

3) Температура (Т): при более высоких температурах изоморфное замещение происходит легче. Например: щелочные полевые шпаты К[AlSi₃O₈] и Na[AlSi₃O₈] при высоких (>800ºC) температурах образуют непрерывный изоморфный ряд, а при охлаждении распадаются на две фазы – одну с преобладающим содержанием К¹⁺ и другую с преобладающим содержанием Na¹⁺. В пределах каждой фазы возникают взаимные прорастания, известные под названием пертитов и антипертитов.

4) Давление (Р): влияние сложное и неоднозначное.

5) Кристаллизационные эффекты: проявляются в виде мозаичной (неоднородной) окраски кристаллов-минералов в пегматитах гранитных интрузий. Например: полихромный турмалин, зональный аметист, топаз, неоднородная окраска касситерита.

Дата добавления: 2015-11-26; просмотров: 5391;