Определитель минералов

Юбельт Рудольф

В соответствии с химическим и кристаллографическим многообразием в минеральном мире существует некоторое количество структурных типов кристаллических решеток, иногда построенных просто, но чаще имеющих весьма сложное строение. Исследования атомного строения кристаллических решеток, успешно проводимые с помощью рентгенографии, включают изучение химии минералов и некоторых аспектов атомной физики.

Можно привести следующие примеры отдельных типов кристаллических структур: кубическая гранецентрированная решетка самородной меди, построенная из атомов меди, кубическая решетка галита (каменной соли), построенная из как бы вложенных друг в друга кубических гранецентрированных решеток из ионов Na+ или Сl^– , кубическая решетка флюорита, слоистая решетка молибденита, гексагональная

и тригональная решетки кварца, тригональная решетка кальцита.

Рис. 3. Полость рудной жилы в разрезе.

Многообразны типы кристаллических решеток у сульфидов и окислов. Особый интерес с точки зрения их структуры представляют силикаты, преобладающие в составе горных пород, и среди них в первую очередь такие, как полевые шпаты, слюды, оливин, пироксены, амфиболы. В составе этих минералов большую роль играют кремний (Si) и кислород (О). В силикатах атом кремния всегда окружен четырьмя атомами кислорода,

ТАБЛИЦА 1

КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ СТРУКТУРЫ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ РЕШЕТКИ

Самородная медь, Сu Сингония кубическая, представлена гранецентрированным кубом с плотнейшей упаковкой атомов. Атомы меди расположены по углам куба и в центре каждой грани элементарной ячейки образующими правильный тетраэдр [SiO₄]⁴~. Каждый атом кислорода в решетке силикатов одновременно принадлежит двум разным тетраэдрам. Благодаря этому возникают сдвоенные тетраэдры, кольцеобразные замкнутые группы тетраэдров (например, у берилла — двойные кольца), а при дальнейшей группировке атомов — цепи, двойные цепи (например, у пироксенов и амфиболов), двумерные бесконечные слои и трехмерные бесконечные каркасы (например, у полевых шпатов и лейцита).

Галит (каменная соль), NaCl Сингония кубическая, кристаллическая структура представлена ионной решеткой. Ионы натрия (Na+, черные шарики) и ионы хлора (Сl-, белые шарики) попеременно располагаются в углах малых кубов

Спайный выколок галита в форме куба, замкнутая спайная форма

Флюорит (плавиковый шпат), CaF₂

Сингония кубическая. Ионы кальция (Са 2⁺) расположены по закону гранецентрированного куба. Ионы фтора (F^– ) занимают центры всех малых кубов

Спайный выколок флюорита в форме октаэдра, замкнутая спайная форма

Молибденит (молибденовый блеск), MoS₂

Сингония гексагональная, кристаллическая структура слоистая. Ионы молибдена (Мо 2⁺) и ионы серы (S^– ) образуют плоские сетки. Характер кристаллической решетки обусловливает совершенную спайность, параллельную базальной плоскости

Кальцит (известковый

шпат), СаСОз

Кристаллическая решетка тригональная. Кристаллическая структура в элементарной ячейке спайного ромбоэдра состоит из ионов кальция (Са 2⁺) и карбонат–ионов [СОз]^2-. Оба типа ионов располагаются как бы в гранецентрированных решетках

Спайный выколок кальцита, замкнутая спайная форма (ромбоэдр). Примеры: кальцит, доломит, магнезит, сидерит и др.

Открытая спайная форма, листоватость, свойственная слюдистым минералам. Примеры: мусковит, биотит, хлорит

Примеры структур силикатных минералов (анионные комплексы) На рис. (а) и (б) изображены изолированные группы кремнекислородных тетраэдров, представ–лекные двумя различными видами (а) Отдельный изолированный тетраэдр [SiO₄]^{4 — (}6) Группа из двух тетраэдров, связанных между собой общим углом, с формулой [Si₂0₇]⁶–

(в) Группа из трех тетраэдров, соединенных в кольцо, с формулой [Si₃О 9]^6-

(г) Группа из четырех тетраэдров, соединенных в кольцо, с формулой [Si₄O₁₂]^8-

(д) Группа из шести тетраэдров, соединенных в кольцо, с формулой [Si₆O₁₈]^12-

Многие соединения встречаются в различных структурных типах, так что разные минеральные виды обнаруживают в этом случае одинаковый состав. Такое явление называется полиморфизмом, а химически идентичные минералы, различающиеся структурой кристаллической решетки, — полиморфными модификациями, например пирит и марказит (оба имеют состав FeS₂).

Рамки данного карманного справочника позволяют привести лишь ограниченные (но важные!) сведения о многообразии кристаллических форм и о специальных, базирующихся на математической теории принципах классификации кристаллов. Более подробные данные по этому вопросу читатель найдет в разделе «Кристаллографические свойства минералов», написанном д-ром В. Шмицем.

Для графических построений и в классификационных целях минералоги и кристаллографы используют кристаллографические оси и осевые системы. В зависимости от длины отрезков, отсекаемых на кристаллографических осях, и взаимного расположения этих осей различают семь осевых систем (см. приложение 1А) [В отечественной литературе употребляется термин сингония», который мы и будем использовать в дальнейшем. — Прим. перев.].

Триклинная сингония. Три оси разной длины пересекаются под косыми углами; например известково–нат–риевые полевые шпаты (плагиоклазы).

Моноклинная сингония. Две оси разной длины пересекаются под косым углом, третья ось составляет с ними прямой угол, например ортоклаз, авгит, слюда и гипс.

Ромбическая сингония. Три оси разной длины пересекаются под прямыми углами; например оливин, энста–тит, топаз, ангидрит, барит и сера.