Классы минералов по химическому составу

Классы минералов по химическому составу

В настоящее время известно более 2500 природных минералов, не считая разновидностей, но только немногие из них (около 50) имеют значение в образовании горных пород, слагающих земную кору. Они называются породообразующими. Остальные минералы в горных породах встречаются в виде незначительных примесей и называются акцессорными минералами или просто акцессориями (лат. «акцессориус» - дополнительный).

Современная классификация минералов основана на их химическом составе и кристаллической структуре. Главнейшие породообразующие и рудные минералы, изучение которых входит в программу курса, объединяются в несколько классов.

1.Самородные элементы. В этот класс входят минералы, состоящие из одного элемента. Известно около 45 минералов этого класса, составляющих 0,01 % массы земной коры. К нему относятся: самородное золото Au, серебро Ag, медь Cu, платина Pt, графит C, алмаз C, сера S и др.

2.Сульфиды – соединения различных элементов с серой. Они также имеют небольшое значение в строении земной коры, но включают ряд минералов – важнейших руд на свинец, медь, цинк, молибден и др. К ним относятся: пирит (серный колчедан) FeS₂, халькопирит (медный колчедан) CuFeS₂, борнитCu₅FeS₄, галенит (свинцовый блеск) PbS, сфалерит (цинковая обманка) ZnS, молибденит (молибденовый блеск) MoS₂, киноварь HgS и др.

3.Галоидные соединения. Минералы этого класса в химическом отношении представляют собой соли галоидоводородных кислот. Наиболее распространены хлористые и фтористые соединения. К ним относятся галит (поваренная соль) NaCl, сильвин KCl, флюорит (плавиковый шпат) CaF₂.

4.Оксиды и гидроксиды. В этот класс объединены минералы – соединения различных элементов с кислородом и гидроксильной группой. По количеству входящих в него минералов занимает одно из первых мест; на его долю приходится около 17 % массы земной коры. Минералы этого класса подразделяются на две группы: 1) оксиды и гидроксиды кремния (группа кварца) SiO₂ и 2) оксиды и гидроксиды металлов. Кварц – один из наиболее распространенных минералов в земной коре, составляющий по весу около 12 % ее и входящий в состав почти всех генетических типов горных пород. К разновидностям кварца относятся: прозрачный горный хрусталь, фиолетовый аметист, дымчатый раухтопаз, черный морион и некоторые другие минералы. Скрытокристаллической разновидностью кварца является минерал халцедон; полосчатая разновидность халцедона – агатом; халцедон, загрязненный примесями, - кремнем. Гидроксид кремния представлен минералом, называемым опалом SiO₂ ·nH₂O.

В класс оксидов и гидроксидов металлов входит ряд важнейших рудных минералов: магнетит (магнитный железняк) FeO Fe₂O₃, гематит (железный блеск или красный железняк) Fe₂O₃, корунд Al₂O₃, хромит FeCr₂O₄; из гидроксидов – лимонит (бурый железняк) Fe₂O₃ nH₂O, гидроксиды алюминия – минералы гиббсид Al(OH)₃ и диаспор AlO(OH), входящие в состав бокситов (алюминиевой руды).

5. Карбонаты – соли угольной кислоты (H₂CO₃). В класс карбонатов входят минералы: кальцит (известковый шпат) CaCO₃, прозрачная разность которого называется исландским шпатом, доломит CaMg(CO₃)₂, сидерит FeCO₃, магнезит MgCO₃ . К водным карбонатам относится красивый поделочный минерал малахит Cu₂CO₃(OH)_2.

6. Сульфаты – соли серной кислоты (H₂SO₄). К ним относится гипс CаSO₄ ·2H₂O, ангидрит (безводный сульфат кальция) CaSO₄, барит BaSO₄ и др.

7. Фосфаты – соли ортофосфорной кислоты (H₃PO₄). Наиболее распространенными среди фосфатов является минералы апатит Сa₅[PO₄]₃(F,OH,Cl) и скрытокристаллическая разность того же состава –фосфорит. Широко используются для производства удобрений и в химической промышленности.

8. Вольфраматы – соли вольфрамовой кислоты (H₂WO₄). К ним относятся минералы вольфрамит (Fe,Mn)WO₄ и шеелит CaWO₄, являющиеся рудой на вольфрам.

9.Силикаты – соли гипотетической кремниевой кислоты (одна из формул кислоты H₄SiO₄). В этот класс входят наиболее распространенные в земной коре породообразующие минералы, чрезвычайно сложные по химическому составу и участвующие в строении всех типов горных пород, особенно магматических и метаморфических. Они составляют примерно одну треть всех известных минералов. По Н. В. Белову, силикаты, включая и кварц, относящийся по структуре также к силикатам, составляют по весу более 90 % всей земной коры. Стройная классификация этого сложного класса минералов стала возможной лишь благодаря кристаллохимическим исследованиям, установившим тесную связь их структуры с химическим составом.

В основе кристаллической решетки всех силикатов лежит ионная четырехвалентная группировка [SiO₄]^4-, образующая тетраэдры, различное сочетание которых определяет структуру силикатов (рис.11).

Рис. 11. Строение кремнекислородного тетраэдра

Все силикаты по внутренней структуре делятся на: 1 ) островные, структура которых состоит из изолированных тетраэдров (например, минералы группы оливинов); 2) кольцевые, кремнекислородные тетраэдры которых, соединяясь друг с другом, образуют замкнутые кольца (например минерал берилл); 3) цепочечные – те силикаты, в которых тетраэдры соединяются в непрерывные цепочки (например группа пироксенов); 4 ) ленточные – в них цепочки тетраэдров, соединяясь друг с другом, образуют обособленные ленты или полосы (например, группа амфиболов); 5) слоевые или листовые силикаты объединяют многие минералы, структура которых обусловлена сцеплением лент в виде одного непрерывного слоя (например, минералы группы слюд, глинистые минералы, серпентинит); 6) каркасные силикаты, в которых кремнекислородные тетраэдры сцеплены через все четыре вершины, что создает каркас (рис. 12).

Рис.12.Структура силикатов: а) кольцевая; б) цепочечная, в) ленточная; г) слоистая, или листовая; д) каркасная.

К каркасным силикатам относится, в частности, очень важная группа породообразующих минералов – полевые шпаты. Минералы группы полевых шпатов пользуются широким распространением в земной коре, составляя в ней около 50 %, являются породообразующими минералами многих магматических и метаморфических горных пород. По химическому составу полевые шпаты делятся на две подгруппы: 1) калий-натриевые полевые шпаты, составляющие подгруппу ортоклаза, к которой относится собственно ортоклаз, микроклин, его разновидность зеленого цвета – амазонит и др. и 2) известково-натриевые, или натриево-кальциевые, полевые шпаты, или плагиоклазы. Плагиоклазы представляют собой непрерывный ряд изоморфных минералов от альбита до анортита: альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит. Крайними членами этого ряда являются натриевый плагиоклаз альбит Na[AlSi₃O₈] и кальциевый плагиоклаз анортит Ca[Al₂Si₂O₈]. Все промежуточные минералы этого ряда представляют собой смесь альбитовых и анортитовых молекул в различных соотношениях. В соответствии с этим плагиоклазы подразделяются на кислые (альбит, олигоклаз), средние (андезин, лабрадор) и основные (битовнит и анортит).

В щелочных магматических породах развиты минералов группы фельдшпатоидов, состоящие из тех же химических элементов, что и полевые шпаты, но с меньшим содержанием оксида кремния. Среди них наиболее распространен минерал нефелин.

Внутренняя структура силикатов и алюмосиликатов в значительной степени обусловливает их свойства: минералы с островной структурой, характеризующейся плотной упаковкой ионов, часто образуют изометричные кристаллы, обладают большой твердостью, плотностью и несовершенной спайностью. Минералы с линейно вытянутыми структурами (цепочечными и ленточными) образуют призматические кристаллы, обладающие хорошо выраженной спайностью в двух направлениях вдоль длинной оси структуры. Минералы со слоевой структурой образуют таблитчатые кристаллы с весьма совершенной спайностью, параллельной «слоям» структуры.

Как в описанных выше полевых шпатах (ряд альбит-анортит), так и во многих других силикатах широко развиты явления изоморфизма (греч. «изос» - равный, «морфэ» - форма), под которым понимают свойство элементов замещать друг друга в химических соединениях родственного состава и образовывать ряд смешанных минералов одинаковой кристаллической формы.