Минералогия - Бетехтин А.Г.
Скачать (прямая ссылка):
Все минералы этой группы кристаллизуются в тригональной сингонии и имеют однотипные кристаллические структуры (тип Al2O3). -Лишь Fe2O3 в природных условиях встречается в двух модификациях: Ct-Fe2O3 — тригональной сингонии и T-Fe2O3 — кубической. Симметрия двойных окислов типа Fe-TiO3 более низкая по сравнению с простыми окислами типа Fe2O3, так как катионы их не эквивалентны. Образуются они в условиях относительно высоких температур.
С малоустойчивой в природных условиях кубической модификацией 7-Fe2O3, так же как и искусственной 7-Al2O3, по кристаллической структуре сходны сложные окислы типа шпинели—R"R2'"04. Однако эту большую группу весьма устойчивых минералов мы рассмотрим отдельно.
Следует лишь подчеркнуть, что в виде изоморфных примесей соединения типа шпинели способны входить в состав рассматриваемых здесь минералов. В полированных шлифах в ильмените не раз устанавливалось присутствие магнетита в виде продуктов распада твердого раствора, и, в свою очередь, очень часто ильменит и другие ему подобные минералы присутствуют в кристаллах магнетита в виде закономерно ориентированных пластинок, также представляющих продукты распада твердого раствора. Характерно, что в этих срастаниях тройные оси минералов подгруппы ильменита совпадают с тройными осями кубических кристаллов магнетита, а плоскость (0001) с плоскостью (111). То же самое установлено и для срастаний гематита с магнетитом. Кроме того, существует минерал хёгбомит, в котором, согласно расчетам химического состава, несомненно присутствует в твердом растворе некоторое количество шпинели — MgAl2O4.
arft а Уд. вес
Корунд......Al2O3 Тригон. с. 5.12 55°17' 4.02
Гематит......Ct-Fe2O3 я „ 5.42 55°17' 5.26
Маггемит......Tf-Fe2O3 Кубич. с.
Ильменит.....Fe-TiO3 Тригон. с. 5.52 54°50' 4.72
Гейкилит...... MgTiO3 „ , 5.54 54°39' 4.05
Манганоильменит • (Fe--, MiV)TiO3 „ ,
Пирофанит.....Mn-TiO3 . „ 5.62 54°16' 4.54
Сенаит.......(Fe", Mn-, Pb)TiO3 , „ 5.30
Хёгбомит...... MgTiO3- Fe2O3- 3MgAl2O4? „ . # 3.81
Здесь же рассмотрим родственные по химическому составу, но
образующиеся в окислительных средах двойные окислы Fe2O5 и TiO2:
Псевдсбрукит . . . .2Fe2O3 •3TiO8 Ромбич. с.
Аризонит......Fe2O3 •3TiO2 Монокл. с.
Кристаллическая структура типа корунда, изображенная на фиг. 224, кажется очень сложной, но на самом деле имеет простую структурную схему. Кислородные ионы расположены здесь по принципу плотнейшей упаковки (фиг. 225). Между двумя такими слоями в двух третях октаэдрических пустот (т. е. пустот между 6 кислородными анионами) располагаются катионы Al. Таким образом, каждый катион Al находится в шестерном окружении противоположно заряженных ионов. Группы каждых трех кислородных ионов образуют общую грань для двух смежных октаэдров и, следовательно, связаны с двумя катионами Al (фиг. 225), сидящими в центрах этих октаэдров. В свою очередь, каждый кислородный ион находится в четверной координации катионов Al. На фиг. 224 структура схематически изображена в виде групп Al2O3.
Структура гематита ничем не отличается от структуры корунда. Однако для него мы устанавливаем некоторые другие физические свойства: меньшую твердость, меньшую стойкость по отношению к химическим агентам, меньшую термическую стойкость и др. Это отличие свойств, очевидно, связано со свойствами самого иона трехвалентного железа, который, как мы знаем, существенно отличается по строению от иона алюминия.
Если мы в структуре корунда каждые два иона Al заменим другими примерно равновеликими, но разными по валентности ионами с сохранением, однако, общего заряда (например, Fe2+ и Ti4+ или Mg2+ и Ti4+ и др.), то тип структуры от этого, оказывается, не меняется.
В этом случае мы будем иметь дело с соединением типа FeTiO3, причем ионы Fe и Ti в структуре поочередно занимают места Al (с отношением Fe : Ti = 1). Такая замена разнородными ионами ведет к определенным последствиям: прежде всего несколько снижается симметрия кристаллической решетки, затем еще заметнее по сравнению с корундом падают твердость и химическая стойкость.
Но если бы мы ионы Al заменили большим ионом Ca2+ и Ti4+
(в природе существует минерал перовскит состава CaTiO3), то получили бы совсем другую кристаллическую структуру (кубическую). Поэтому в устойчивых кристаллических решетках типа корунда из двухвалентных металлов могут присутствовать лишь Fe, Mg и Mn (а также Ni и Со).
Необходимо заметить, что до рентгенометрических исследований минералы подгруппы ильменита рассматривались как соли гипотетической титановой кислоты H2TiO3. Как мы знаем, в кристаллических структурах кислородных солей характерно наличие в качестве структурных единиц комплексных анионов, например [NO3]1-»
Фиг. 224. Кристаллическая решетка корунда, изображенная в виде групп Al2O3
Фиг. 225. Проекция кристаллической структуры корунда на плоскость (0001)
В гексагональной ячейке (ар=4.76 и (¦„=13.01) располагается шесть Al - О-слоев один над другим. Еверху показана группа Al2O3. Изображенная здесь структура несколько идеализирована
