Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
(пояс) из четырехчленных колец ^гОб]!- найдена, по некоторым данным, у алюмосиликатного минерала — силлиманита А1[А15Ю5] (по другим данным, силлиманит относится к ортосиликатам).
2. Структуры с двухмерными слоями из тетраэдров [8Ю4]4- —слоистые структуры. Если каждый тетраэдр [5Ю4]4- соединяется тремя своими вершинами с соседними
23
тетраэдрами, то могут образовываться бесконечные в двух измерениях слои (листы или сетки). Следует отметить, что атомы при этом, конечно, не располагаются строго в одной плоскости вследствие сохранения пространственных углов между кремнием и кислородом, но приближенно это условие соблюдается. Каждый тетраэдр имеет в подобных слоях одну свободную валентность (три другие идут на соединение тетраэдров друг с другом), с помощью которой через катионы металлов слои соединяются между собой. Наличие в силикатах кремнекислородных слоев обусловливает, как правило, ясно выраженную спайность минералов, относящихся к этому структурному типу, т. е. способность легко раскалываться по плоскостям, параллельным плоскости кремнекислородных слоев. Это, в частности, и проявляется у большой группы минералов, относящихся к этому структурному типу, например у слюд (мусковит, биотит и пр.), талька, каолинита и др. Нужно также отметить, что для слоистых силикатов особенно характерно изоморфное замещение кремния алюминием, достигающее иногда (например, у минералов группы слюд) 25... 50,% и более. Вообще состав минералов, обладающих слоистой структурой, благодаря различным замещениям, как правило, бывает очень сложным.
Состав и характер радикалов в слоистых силикатах также может быть различным. Наиболее простой и распространенный тип слоя — кремнекислородный слой гексагонального типа, представляющий собой листы с шестичленными кольцами (рис. 6, а), имеет радикал [Б?205]^ . К этому структурному типу относятся_такие минералы, как каолинит А12[51205](ОН)4, пластинчатые минералит типа слюд, например^ мусковит КАЦА^зОюКОН^, тальк Мдз[51205]2(ОН)2, а также такие минералы более сложного состава, как биотит, вермикулит и т. д.
К этому же типу структур относятся силика-ты, имеющие крем-некислородные слои с четырех-, пяти- и восьмичленными кольцами.
Например, слои с пятичленными кольцами (радикал [51зС>7]1"1о ( имеет минерал геленит Са[А128Ю7]. В некоторых силикатах существуют кремнекислородные слои с комбинацией из четырех, пяти-, шести- и восьмичленных колец. Например, на рис. 6, б изображен кремнекислородный слой, состоящий из комбинации четырех- и
восьмичленных колец с радикалом [51205]«,» . Основу структуры гидросиликата кальция — тоберморита составляют кремнекислородные сетки с четырех-, шести- и восьмичленными кольцами при соотношении числа указанных колец 1:1:3.
3. Структуры с трехмерным непрерывным каркасом из тетраэдров [8Ю4]4_—каркасные структу-р ы. В силикатах с каркасной структурой все 4 атома кислорода каждого тетраэдра являются общими с атомами кислорода четырех соседних тетраэдров. В результате такого обобществления всех четырех вершин тетраэдра образуется бесконечный в трех измерениях трехмерный каркас. Так как атом кислорода в подобном кар-
24
касе связан с двумя атомами кремния, свободных валентностей не остается, т. е. такой каркас является валентно-насыщенным, электронейтральным. Поскольку на каждый атом кремния при этом приходится 2 атома кислорода, состав радикала выразится формулой [5Ю2]. Такой радикал имеют различные модификации кремнезема БЮ? (кварц, тридимит, кристобалит). Каркасные структуры модификаций 5Ю2 не подчиняются принципу плотнейшей упаковки и представляют собой «рыхлые», «ажурные» структуры, содержащие довольно крупные структурные пустоты.
В чисто кремнеземистом каркасе, как уже отмечалось, валентности кремния полностью компенсируются валентностями кислорода. Однако если четырехвалентный кремний в таком каркасе изоморфно замещается, например, трехвалентным алюминием, то каркас приобретает отрицательный заряд, для компенсации которого необходимо внедрение в пустоты структуры дополнительных катионов металла. Подобная структура будет состоять из тетраэдри-
[БЮ,]4
и
Рис. 6. Некоторые типы слоистых кремнекислородных радикалов
ческих групп [АЮ4]5-, причем все тетраэдры будут иметь общие вершины. Состав смешанного алюмокремнекислородного мотива можно выразить при
этом общей формулой [(?И, А1)02]п_. Таким образом образуются каркасные структуры многих распространенных природных и искусственных минералов типа полевых шпатов, цеолитов и т. д.
В основе структуры полевых шпатов, являющихся одними из основных породообразующих природных минералов и имеющих большое техническое значение (например, в технологии керамики), ле жит каркас из связанных между собой тетраэдрических групп [8Ю4]4- и [АЮ4]5- (изоморфное замещение БИ4- на А13+), а в пустотах этого отрицательно заряженного каркаса располагаются компенсирующие заряд катионы щелочных и щелочно-земельных метал-
25
лов (К Са Ва). Представителями полевых шпатов являются минералы: калиевый полевой шпат (ортоклаз, микроклин, санидин) ЩА^зОв] натриевый полевой шпат (альбит) Ыа[А151з08], кальциевый полевой шпат (анортит) СаГА^й-Ов], бариевый полевой шпат (цельзиан) Ва[А1251208], а также твердые растворы, образуемые этими минералами.
