Минералогия с основами кристаллографии и петрографии

1.6. Оксиды и гидроксиды

К оксидам относятся минералы, представляющие собой соединения металлов и металлоидов с кислородом; гидроксиды содержат группу (ОН)^-, добавочные анионы и (или) воду. Оксиды насчитывают около 300 минеральных видов, гидроксиды - более 80. Они составляют 17% массы литосферы. Среди представителей этого класса такие широко распространенные минералы, как семейство кремнезема (кварц, опал и др.), на долю которого приходится около 12.6% от массы литосферы; оксиды и гидроксиды железа (3.9%), алюминия.

В строении кристаллических структур оксидов из анионов принимает участие O^2- , в гидроксидах - (ОН)^- . Размеры ионных радиусов того и другого анионов примерно одинаковы (1.36 A). Известны минералы, которые одновременно содержат О^2- и (ОН)^- - ионы.  В оксидах и особенно гидроксидах установлена также вода - адсорбированная и кристаллизационная.

В качестве катионов главную роль играют такие элементы как Si, Ti, Fe, Al, Mn. Химические элементы, входящие в состав оксидов, это литофильные элементы,  ("литос" греч. - камень). От халькофильных элементов они отличаются повышенным сродством не к сере, а к кислороду (табл. 1).

Таблица 1. Геохимическая классификация элементов (по В.М.Гольдшмидту)

Большое число редких гидроксидов являются минералами урана. Для большинства рассматриваемых минералов характерна ионная связь между катионами и анионами. Оксидов с ковалентной связью гораздо меньше, хотя к ним относятся весьма широко распространенные минералы семейства кремнезема. В минералах сложного состава, содержащих Fe, Ti, Nb, Ta и др., существуют также компоненты ковалентной и металлической связей. В гидроксидах существенно кроме того влияние водородных связей.

В химическом отношении рассматриваемые минералы отчетливо делятся на простые и сложные. Состав их может отклоняться от идеального вследствие изоморфизма, причем изоморфизм более типичен для сложных оксидов, чем для простых. Для простых оксидов характерна чрезвычайная ограниченность изоморфных замещений. Содержание примесей в них обычно не превышает 1% и достигает нескольких процентов только в случае гетеровалентного изоморфизма. Большое ограничение на изовалентный изоморфизм накладывает различие в типе химической связи отдельных минералов. Иллюстрацией этого утверждения является пара минералов: рутил TiO₂ (ионная связь) - касситерит SnO₂ (ковалентная связь). Здесь полная смесимость достигается только при высокой температуре, тогда как при нормальных условиях она крайне ограничена.

Наряду с изовалентным изоморфизмом типа Fе²⁺ = Mg²⁺; Fe²⁺ = Mn²⁺; Fe³⁺ = Cr³⁺; Fe³⁺ = Al³⁺; Nb⁵⁺ = Ta⁵⁺ и, прежде всего в сложных окислах, широко распространен гетеровалентный изоморфизм типа Ca²⁺Ti⁴⁺ = Ce³⁺Fe³⁺; 3Fe²⁺ = 2Fe³⁺. Изо- и гетеровалентный изоморфизм проявляются в оксидах и гидроксидах с ионной связью, причем в первых полнее, чем в последних. В то же время оксиды с ковалентной связью (кварц, касситерит) характеризуются высокой чистотой и обычно близки к своим теоретическим формулам.

В структурном отношении для оксидов наиболее характерны координационные структуры. Островные структуры не характерны для них. Гидроксиды часто образуют слоистые структуры с ионной связью в пределах слоя и вандерваальсовой связью между слоями. В оксидах каркасной структуры группировки тетраэдров [SiO₄] (в кварце), октаэдров [ТiО₆ или NbO₆] (в пирохлоре) соединяются друг с другом общими атомами кислорода.

Особенности кристаллических структур и тип преобладающей в них химической связи определяют особенности физических свойств и морфологии оксидов и гидроксидов.

Минералы координационной и каркасной структур в основном имеют изометрический облик, а цепочечные оксиды, как правило, представлены удлиненно-призматическими кристаллами. Минералы ленточных и слоистых структур образуют уплощенно-таблитчатые кристаллы и листовато-чешуйчатые агрегаты, часто с хорошо выраженной спайностью в одном направлении.

Оглавление| Следующая страница