Физическая химия силикатов и других тугоплавких соединений - Горшков В.С.
ISBN 5-06-001389-8
Скачать (прямая ссылка):
2. Структура силикатов сгруппами из тетраэдров [5Ю4]4~ конечных размеров. В эту группу входят силикаты, в структуре которых содержатся группы конечных разме-
20
ров из тетраэдров [5Ю4]4-, связанных между собой через общие (мостиковые) атомы кислорода. Валентности необобществленных атомов кислорода нейтрализуются катионами металлов, которые связывают кремнекислородные радикалы между собой. Величина заряда каждого отдельного радикала определяется числом содержащихся в нем атомов кислорода, связанных только лишь с одним атомом кремния. Форма и размеры кремнекислородных мотивов в силикатах этой группы могут быть различны.
Рис. 4. Некоторые типы кремнекислородных радикалов конечных размеров (черные кружки — кремний, белые — кислород)
Радикал [Б^Оу]6- (диортогруппа) состоит из двух тетраэдров [5Ю4]4-, соединенных общей вершиной, т. е. один атом кислорода является общим для двух тетраэдров (рис. 4, б). Силикаты, содержащие такие радикалы, называются диортосиликатами или пиросиликатами. Представителями подобных силикатов являются минералы: окерманит Са2Мд[51207], ранкинит Саз^гОу], гидрат трехкальциевого силиката Са6[51207](ОН)б и др. По представлениям акад. Н. В. Белова диортогруппа [Б^О?]6- играет большую роль в образовании структур и других типов силикатов.
Другой тип кремнекислородных мотивов конечных размеров возникает в том случае, если несколько тетраэдров соединяются в кольцо, образуя кольцевые кремнекислородные радикалы. При этом, если в каждом тетраэдре обобществляются два аниона кислорода, могут образоваться одинарные трех-, четырех- и шестичленные кольца, содержащие соответственно 3, 4 и 6 кремнекислородных тетраэдров, каждый из которых имеет два общих атома кислорода с соседними тетраэдрами. Радикал, соответствующий трехчленному кольцу, имеет состав [БШэ]6- (рис. 4, в), четырехчленному — [ЗЦСЬг]8- (рис. 4, г) и шестичленному — [51608]12-. Кроме указанных типов радикалов в структурах силикатов встречаются также радикалы Г^О^]10-— пять сочлененных тетраэдров и [ЗмгОзо]12- — сдвоенное («двухэтажное») шестичленное кольцо (три общих атома кислорода в каждом тетраэдре).
Примером силиката с кремнекислородный мотивом Г^зОд]6- является бенитоит Ва^Г^зОд]; шестичленные кольца с радикалом
21
[БібОїв]12- содержатся в структуре таких минералов, как берилл ВезАІ^БібОїв], кордиерит Мд2А13[А15і50і8], в кремнекислородном радикале которого, как видно из структурной формулы, один атом кремния замещен на алюминий.
Рис. 5. Некоторые типы цепочечных и ленточных кремнекисло родных радикалов бесконечных размеров
Следует отметить, что объединение пиросиликатов и силикатов с кольцевыми радикалами в одну группу несколько условно и сделано только для удобства классификации, поскольку минералы, обладающие этими структурами, как правило, не связаны друг с другом.
Структура силикатов с кремнекислородными мотивами бесконечных размеров. 1. Структуры с одномерными (бесконечными в одном измерении) цепочками или лентами из тетраэдров [8Ю4]4_—цепочечные и ленточные структуры. Тетраэдры [5Ю4]4_, соединяясь между собой вершинами, могут образовывать одинарные цепочки, бесконечные в одном направлении (рис. 5, а, б). Каждый тетраэдр в цепочке будет иметь два общих атома кислорода с двумя соседними тетраэдрами и две свободные валентности, через которые катионы металлов будут соединять цепочки в решетку. Число тетраэдров в це-
22
почке неограниченно в том смысле, что определяется только размером данного кристалла.
Состав кремнекислородного мотива в структурах с бесконечными радикалами определяется составом периода повторяемости (идентичности) этого мотива, заключенного в квадратные скобки (рис. 5), т. е. того структурного элемента, бесконечным повторением которого в том или ином направлении образуется кремнекислородный мотив. Например, период повторяемости одинарной цепочки (рис. 5, а) содержит 1 атом кремния, 2 атома кислорода, принадлежащих полностью данному тетраэдру, и 2 атома кислорода, поделенных с двумя соседними тетраэдрами, т. е. всего 2+2/2=3 кислорода, отсюда состав кремнекислородного мотива [8Юз]!Г (один знак бесконечности указывает на бесконечность цепочки в одном направлении).
Другой мотив этой структурной группы силикатов образуется, если две бесконечные цепочки соединяются через вершины тетраэдров вместе, образуя сдвоенные бесконечные в одном направлении ленты или пояса (ленточные структуры). При этом могут образовываться разнообразные по составу и конфигурации мотивы в виде лент: сдвоенная цепочка с четырехчленными кольцами (рис. 5, в), имеющая радикал состава [^гОб^Т, сдвоенная цепочка с шестичленными кольцами (рис. 5, г) с радикалом [5цОц]!<Г, сдвоенная цепочка с восьмичленными кольцами с радикалом (^бО^]»-В подобных ленточных мотивах тетраэдры могут иметь, как это видно из рис. 5, по два или по три общих (мостиковых) атома кислорода.
Минералы с цепочечными и ленточными кремнекислородными радикалами составляют большую группу. Цепочечные кремнекис-лородные мотивы состава [5Ю3]1~ имеют, например, метасили-каты (силикаты с отношением О: 51 = 3). К ним, в частности, относятся минералы группы пироксенов с общей формулой Р^+ЗЮз, где И2+ — двухзарядный катион (или катионы) металлов. Представителями пироксенов являются минералы: энстатит МдГ^Оз], ди-опсид СаМд[5Ю3]2 и др. Ленточные кремнекислородные радикалы имеют минералы группы амфиболов — соединений, как правило, сложного состава, сходного с составом пироксенов, но в отличие от них, содержащих группы ОН-. К амфиболам относятся такие минералы, как роговая обманка, тремолит и пр. Кремнекислородный мотив в этих минералах представляет собой сдвоенную цепочку с шестичленными кольцами —[554Оп]1~ . Сдвоенная цепочка
