Неорганическая геохимия - Хендерсон П.
Скачать (прямая ссылка):
Циркон 8
Сфен СаШЮ^ОН.Р) 6 И 7
Пироп (гранат) М?3А1251з012 М{?: 8; А1 : 6
Силлиманит АШОБ 6
Эпидот Са2Ре3+А12813012(0Н) Са : 9; Ре, А1 : Н
Берилл Ве3А12(816018) Ве : 4; А! : 0
Группа амфиболов Различная 6 и 6—8
Группа слюд Различная 6 и 12
Ортоклаз К(А151308) К : 9
Лейцит К(А15!206) К : 12
6. Структурный контроль распределения элементов
ликаты, проходит изменение характера химической связи. Описанные ниже структуры трех минералов служат примером того, насколько важны различия в координационной структуре и типах связей.
Описание структур распространенных минералов можно найти в работах [82, 423], а в работах [248, 423] вместе с описанием некоторых кристаллических структур приведены краткие сведения о химических связях в кристаллах.
6.2.2. Структуры некоторых минералов. Приведенное здесь описание структурных характеристик трех минералов — ортопироксе-па (цепочечный силикат), шпинели (окисел) и пирита (дисульфид) — послужит основой для изложения материала в следующих разделах.
Ортопироксен. Пироксе-иы относятся к цепочечным силикатам с общей формулой МБЮз, где М = М?, Ре или Са. Бедные Са ромбические разновидности — ортопироксены представлены серией твердых растворов от энстатита (М^^гОе) до ортоферросили-та (Ре^гОе). Цепочки в их структуре состоят из кремнекисло-родных тетраэдров, соединенных путем обобщения двух кисло-родов у всех смежных тетраэдров. Цепочки соединены между собой лентами катионов (М^2+, Ре2+) (рис. 6.1). Катионы занимают позиции с шестерной координацией, однако эти позиции двух типов. В одной из них, названной М1, катионы окружены шестью атомами кислорода, каждый из которых связан с одним атомом кремния. Эта позиция имеет приблизительно октаэдри-ческую симметрию. Другая позиция, М2, также образована шестью кислородами, четыре из которых связаны с одним атомом кремния, а два других кислорода являются мостиковыми
® і
8 1
о 4
Рис. 6.1. Кристаллическая структура ортопироксена, проекция на (001). Показаны кислородные координационные полиэдры в проекциях (100) и расстояния металл — кислород (в А) в каждой позиции. 1 —Ml; 2 — М2; 3 — кремний; 4 — кислород. (По работе [44] (с разрешения), на основании данных работы [133]).
ПО Часть II
атомами, общими для двух атомов кремния. Различный характер связей кислородных атомов в позиции М2 приводит к нарушению октаэдрической симметрии. На рис. 6.1 изображена симметрия этих позиций. Для частного случая пироксена с формулой М^о.эзРе^ЭхгОб среднее межатомное расстояние от катиона до окружающих его кислородов в позиции М1 равно 2,10 А (меняется в пределах 2,04—2,17 А) с максимальным отклонением угла между связями 0—М1—0 от 90° (рассчитанного для идеальной октаэдрической симметрии), составляющим
7,3° [133]. В позиции М2 средняя длина связи М2—0 составляет 2,23 А (меняется в пределах 2,04 —2,52 А), а максимальное отклонение угла между связями 0—М2—-0 от 90° равно 22°. Две более длинные связи М2—0 (см. рис. 6.1) как раз и являются связями с двумя мостиковыми атомами кислорода.
Большее искажение и больший размер позиции М2 в орто-пироксене по сравнению с позицией М1 приводят к разнице в энергиях связи для этих позиций. Таким образом, не только общие структурные характеристики ортопироксена — а именно наличие позиций с шестерной координацией — контролируют распределение катионов между этими минералами и другими фазами. Разница в энергиях связи двух позиций приводит к неслучайному распределению катионов (Мо;2+, Ре2+) по имеющимся позициям. Этот феномен, состоящий в том, что катион предпочитает занимать определенную позицию, потому что при этом увеличивается химическая стабильность, получил название катонного упорядочения, и, как будет показано ниже, его степень зависит от температуры.
Шпинели. Шпинели являются окислами с типовой формулой АВ204. К ним относится большая группа минералов, включая
Ов Оа Ох
Рис. 6.2. Изображение элементарной ячейки шпинели АВ2Х4, проекция на основание ячейки. Единицей измерения обозначенного положения атомов по высоте является '/в а0. Нижняя и верхняя половины ячейки
изображены отдельно [149].
6. Структурный контроль распределения элементов 111
собственно шпинель М§А1204, магнетит Ре304 (т. е. Ре2+Ре3+204) и хромит РеСг204. (Шпинелевую структуру имеют и некоторые сульфиды.)
Шпинель имеет кубическую элементарную ячейку, содержащую восемь формульных единиц, т. е. А8В16032. Ионы кислорода образуют плотнейшую кубическую упаковку, и в каждой элементарной ячейке находятся 32 октаэдрические и 64тет-раэдричеекне позиции. Половина из 32 октаэдрических и четверть из 64 тетраэдрических имеющихся позиций заняты катионами. Заполненные позиции располагаются закономерно таким образом, что октаэдры соединены друг с другом ребрами, а тетраэдры с октаэдрами — вершинами. Структуру можно представить себе как чередование слоев кислородных анионов со слоями катионов. Слой катионов, в котором заняты три из четырех октаэдрических позиций, чередуется с другим катиои-ным слоем, в котором заняты одна из четырех октаэдрических и две из восьми тетраэдрических позиций (рис. 6.2).
