Диагностика простых веществ, сульфидов, оксидов и гидроксидов, галоидов и кислородных солей.

Цель работы: научится определять наиболее распространенные минералы по совокупности признаков.

Материалы и оборудование: 1) коллекция минералов, 2) шкала твердости Мооса, 3) бисквит, 4) компас, 5) 10 % соляная кислота.

Ход выполнения работы:

1. Последовательно определить по плану, изложенному в Лабораторной работе № 1, свойства минералов, записав их в тетрадь.

2. Определить минерал по полученным свойствам, используя лекции и учебные пособия.

Самородные элементы

Это минералы, состоящие из одного элемента. Хотя они встречаются редко и составляют всего 0,1% от веса земной коры, их значение для человека велико. Достаточно перечислить представителей этой группы:

- алмаз С,

- графит С,

- сера S,

- золото Аu,

- серебро Аg,

- медь Сu.

Значительно реже в самородном виде встречается железо, которое более склонно формировать химические соединения. Крайне редки в природе самородки редких металлов: палладия (Pd), осмия (Os), иридия (Ir). Большинство минералов этой группы встречается преимущественно или только в самородном виде (Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Os). Происхождение почти всех самородных элеменотов эндогенное, чаще всего гидротермальное. Исключением является сера, которая может иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. Отдельно рассматривается самородный углерод, образующий две базовых полиморфных модификации: алмаз и графит. Алмаз образуется в результате магматических процессов; чаще всего он встречается в кимберлитах, интрузивных телах типа некков. Графит формируется из богатых органическим веществом осадочных пород в результате процессов метаморфизма.

Существует ещё несколько более редких модификаций самородного углерода: лонсдейлит, чаоит и фуллерен. Первые два сходны с алмазом, отличаясь формой кристаллов и несколько меньшей плотностью. Фуллерен (С₆₀) представляет из себя кристалл шарообразной формы; он был сначала синтезирован, а затем обнаружен в природе в углях и шунгитовых сланцах.

Сульфиды

Это минералы общей формулы Ме_nS_m, где Ме – катион металла. Эти минералы также встречаются сравнительно редко (<2% от массы земной коры), чаще всего в виде руд. Их ценность заключается в том, что в эту группу входят минералы, являющиеся основными рудами на свинец, медь, цинк и ряд других цветных металлов. Кроме того, самый распространённый представитель этой группы, пирит, используется для производства серной кислоты. Представители этой группы:

- пирит (серный колчедан) FеS₂

- марказит (гребенчатый колчедан) FеS₂

- пирротин (магнитный колчедан) FеS

_- халькопирит (медный колчедан) СuFеS₂

- галенит (свинцовый блеск)       РbS

- сфалерит (цинковая обманка) ZnS

- киноварь НgS.

Пирит и марказит являются примером явления полиморфизма, т. е. при одинаковом химическом составе имеют разную форму кристаллов и отличаются по физическим свойствам. Происхождение большинства сульфидов эндогенное, чаще всего гидротермальное. Исключением является пирит, который часто формируется на поверхности Земли и является типичным минералом некоторых осадочных пород и почв.

Галоидные соединения

К галоидным соединениям относят соли соляной и плавиковой кислоты (естественные соединения брома и йода существуют, но являются крайне редкими). Хлориды ‑ экзогенного происхождения; большинство из них хорошо растворимо в воде. Фториды имеют эндогенное происхождение. Представители:

- галит (поваренная соль)                        NаСl

- сильвин                                                   КСl

- карналлит                                               КСl·МgСl₂·6Н₂О

_- флюорит (плавиковый шпат)               СаF₂

Из галоидных соединений наибольшее распространение имеет галит, или поваренная соль, минерал, употребляемый человеком в пищу; помимо этого, галит является основным источником натрия и хлора для химической промышленности. Cильвин и карналлит используются в качестве удобрений. Флюорит и криолит используются преимущественно как флюс при выплавке стали и алюминия.

Встречаются галоидные соединения в осадочных породах преимущественно морского происхождения. Такие минералы, как галит, сильвин и карналлит часто формируются в почвах аридных (сухих) областей; особенно характерны они для галоморфных почв, солончаков.

На примере галита и сильвина мы рассмотрим еще одно явление, характерное для многих минералов. В галите часть ионов натрия всегда замещена калием, также как в сильвине всегда присутствует натрий. Если натрий и калий присутствуют в примерно равных количествах, мы называем такой минерал сильвинитом. Явление эквивалентного замещения катиона или аниона в кристаллической решетке минерала называется изоморфным замещением. Непрерывный ряд минералов с разной степенью замещения определенного элемента другим элементом(как мы наблюдаем в ряду галит‑сильвинит‑сильвин) называется изоморфным рядом. При этом название минерала может изменяться или оставаться одним для всего ряда. 

Следует обратить внимание на форму записи формул минералов изоморфных рядов. Например, сильвинит может быть записан тремя равнозначными способами: NаСl·КСl, (Na,K)Cl и NaKCl₂. Выбор записи зависит только от пристрастий автора и, в некоторой степени, от традиций. Также отметим, как в формуле обозначается присутствие кристаллизационной воды (т. е. воды, включённой в кристаллическую решётку и не удаляемую простым выпариванием): например, в карналлите КСl·МgСl₂·6Н₂О. Даже при другой форме записи основной части формулы кристаллизационная вода записывается через точку: КМgСl₃·6Н₂О.

Оксиды и гидроксиды

Оксиды и гидроксиды подразделяются на 2 подкласса:

а) оксиды и гидроксиды кремния,

б) оксиды и гидроксиды металлов.

а) Этот подкласс не всегда осносится к оксидам; ряд исследователей склонен рассматривать оксиды кремния как частный случай каркасных силикатов. Важнейшим оксидом кремния является кварц (SiО₂), который составляет 12% от массы земной коры. Прозрачный кварц называют горным хрусталем, фиолетовый ‑ аметистом, жёлтый ‑ цитрином, чёрный ‑ морионом. Выделяются также скрытокристаллические разновидности: халцедон, кремень, агат, яшма, тигровый глаз. Все оксиды кремния имеют эндогенное происхождение.

Кpoмe квapцa фopмyлy SiO₂ имeют мeнee pacпpocтpaнeнныe минepaлы кpиcтoбaлит, тpидимит и cтишoвит (пpимep явлeния пoлимopфизмa). Kpиcтoбaлит и тpидимит фopмиpyютcя пpи выcoкиx тeмпepaтypax и oбычны пpи извepжeнияx вyлкaнoв. Cтишoвит фopмиpyeтcя тoлькo пpи oчeнь выcoкиx дaвлeнияx и нa пoвepxнocти Зeмли вcтpeчaeтcя в кpaтepax, oбpaзoвaвшиxcя пpи пaдeнии кpyпныx мeтeopитoв. Считается, что в земной мантии оксид кремния присутствует в виде стишовита.

Гидроксид кремния известен только один ‑ это аморфный минерал опал, образующийся при выпадении кремния в осадок из растворов, как поверхностных, так и гидротермальных. Его формула записывается как SiО₂·nН₂О, т. к. он содержит переменное количество воды. Многие разновидности опала используются как полудрагоценные и поделочные камни.

Кварц является обычной составляющей большинства горных пород различного происхождения; соответственно, он входит и в минеральную часть почвы. Тридимит и кристобалит встречаются в почвах, формирующихся на вулканогенных породах. Опал достаточно часто образуется непосредственно в почвах в результате выветривания силикатов, формируя характерные натёки и даже сцементированные горизонты.

б) Из оксидов  и гидроксидов металлов более всего распространены соединения железа и алюминия:

- магнетит (магнитный железняк)                      Fе₃О₄

- гематит (красный железняк)                             Fе₂О₃

- ильменит                                                             (Fе,Тi)₂О₃

- корунд                                                                 Аl₂О₃

- лимонит (бурый железняк) ‑ смесь минералов:

- гётита                                                                  FеООН

- и гидрогётита                                                    FеООН·nН₂О

- боксит ‑ смесь минералов:

- гиббсита                                                              Аl(ОН)₃

- и диаспора                                                         АlООН

Магнетит, гематит и лимонит являются важнейшими железными рудами. Наиболее богата магнетитовая руда, несколько менее ‑ гематитовая. Самые бедные лимонитовые, или болотные руды. Минерал ильменит используется как руда на титан (поскольку собственно оксиды титана, рутил, брукит и анатаз, мало распространены в природе). Боксит ‑ основной источник алюминия для промышленности. Корунд не используется в качестве сырья для получения алюминия, так как мало распространен и трудно разрушаем. Известны окрашенные ювелирные разности корунда: красный корунд называется рубин, а синий ‑ сапфир.

Большинство оксидов и гидроксидов может иметь как экзогенное, так и эндогенное происхождение. Магнетит, гематит, ильменит, корунд встречаются в магматических породах; первые два из перечисленных минералов являются также обычными компонентами почв. Гематит, гиббсит и диаспор ‑ минералы, часто образующиеся за счёт гидротермальной деятельности, а также широко распространенные в почвах и существенно определяющие свойства последних. Гётит практически всегда имеет экзогенное происхождение. Гётит и гематит определяют красную и бурую окраску огромного количества почв.

Карбонаты

Карбонаты ‑ широко распространенные минералы, имеющие чаще всего экзогенное происхождение. Это типичные минералы осадочных пород и почв. Основные представители:

- кальцит                                        СаСО₃

- магнезит                                      МgСО₃

- доломит                                       СаМg(СО₃)₂

- сидерит (железный шпат)          FеСО₃

- малахит                                        Сu₂СО₃(ОН)₂

Самым распространённым карбонатом является кальцит. Прозрачный кальцит называют исландским шпатом, непрозрачный ‑ известковым шпатом. Кальцит формирует такие породы, как известняк и мел. Подавляющее количество кальцита сформировалось за счёт биогенного его накопления. В то же время известен и кальцит гидротермального происхождения. В почвах кальцит накапливается в результате реакции кальция, высвободившегося при выветривании, с углекислым газом почвенного воздуха; особенно часто богаты кальцитом почвы засушливых областей. Кальцит и доломит формируют мрамор. Сидерит ‑ типичный минерал болотных руд; достаточно редко отмечается его эндогенное происхождение. Малахит ‑ красивый поделочный камень; как и близкий к нему по составу и свойствам минерал азурит (Сu₃(СО₃)₂(ОН)₂), он образуется на поверхности Земли в результате окисления сульфидов меди.

Фосфаты

Эта малораспространенная группа минералов имеет важное значение в жизни человека, так как апатит, входящий в нее, служит сырьем для изготовления фосфорных удобрений и синтетических моющих средств. Главные представители:

- апатит                                          Са₅(РО₄)₃(ОН,Сl,F)

- бирюза                             CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈·5Н₂О

Апатит может иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. Гидроксильная группа, хлор и фтор, перечисленные в формуле апатита, означают, что в этом минерале возможно изоморфное замещение указанных анионов, причём самым распространённым является фторапатит, т. е. апатит, в котором фтор преобладает над хлором и гидроксидом.

Бирюза, красивый голубой или зелёный поделочный камень, также имеет только экзогенное происхождение.

Сульфаты

Большинство сульфатов имеет экзогенное происхождение. Основные представители этой группы:

- гипс                                                         СаSО₄·2Н₂О

- ангидрит                                                 СаSО₄

- мирабилит (глауберова соль)                Nа₂SО₄·10Н₂О

- барит (тяжёлый шпат)                           ВаSО₄

Гипс ‑ самый распространенный из этой группы минерал, встречается как компонент осадочных пород и часто присутствует в почвах тёплых засушливых областей. Добывается в больших количествах во многих странах; используется для изготовления штукатурки, цемента, как наполнитель при изготовлении бумаги и красок, а также в качестве удобрения при мелиорации солонцов. Безводный сульфат кальция, ангидрит встречается реже. Барит образуется как в метаморфических породах, так и в результате экзогенных процессов. Барит используется во многих областях человеческой деятельности в силу своей химической инертности: при изготовлении красок, бумаги, эмалей, а также как утяжелитель шоколада. Мирабилит формируется исключительно путём выпадения в осадок из холодных растворов на поверхности Земли. Встречается в галоморфных почвах. Месторождения обнаруживаются по берегам солёных озёр; используется главным образом для производства соды.

Таблица 1. Диагностические признаки минералов

№	Минерал	Блеск	Цвет	Цвет черты	Твер-дость	Плот-ность, г/см^3	Спайность	Излом	Особые замечания
1.Минералы с металлическим и полуметаллическим блеск ом
1.	Графит	Полуметаллический	Серо-стальной	Серо-стальной	1,5	2,2	Совершенная по одной плоскости	Зернистый
2.	Пирит	Металлический	Латунно-жёлтый	Чёрный	6,0-6,5	5,2	Ясная по 3-м плоскостям	Раковистый
3.	Халькопи-рит	Металлический	Латунно-жёлтый	Чёрный	3,5-4,0	4,2	Ясная по 3-м плоскостям	Раковистый
4.	Галенит	Металлический	Свинцово-серый	Серо-чёрный	2,0-3,0	7,5	Совершенная по кубу	Раковистый
5.	Ильменит	Металлический	Железно-чёрный	Чёрный	5,0-6,0	4,8	Несовершен-ная	Раковистый
6.	Бронзит	Полуметаллический	Бронзовый, зеленоватый коричневый	Серый	5,0-6,0	3,4	Ясная	Раковистый
2. Минералы с   неметаллическим блеском
2.1. Минералы, дающие цветную черту
7.	Сера	Жирный	Жёлтый, оранжевый красный	Соломенно-жёлтый	1,5-2,0	2,0	Несовершен-ная	Раковистый	Таблитчатые кристаллы
8.	Сидерит	Матовый	Серый бежевый коричневый	Серый, коричневый	4,0-4,5	3,7	Ясная	Раковистый	Ромбоэдры с искрив-ленными гранями
9.	Малахит	Матовый, шелковис-тый	Зелёный	Светло-зелёный	3,5-4,0	4,0	Ясная	Раковистый
10.	Лимонит	Полуметаллический, матовый, жирный	От желтого до чёрного	Бурый	5,0-5,5	4,0	Несовершен-ная	Раковистый
11.	Гематит	Матовый, полуметаллический	От красного до чёрного	Вишнёвый	5,5-6,5	5,0	Несовершен-ная	Раковистый
12.	Магнетит	Жирный, полуметаллический	Чёрный	Чёрный	5,5-6,0	5,0	Несовершен-ная	Раковистый
13.	Боксит	Матовый	От белого до коричневого	От белого до коричневого	2,5-3,0	3,0	Несовершен-ная	Землистый
14.	Вивианит	Стеклянный, перламутровый	Синий, зелёный	Синеватый	2,0	2,7	Совершенная по одной плоскости	Занозистый
15.	Галит	Жирный	Белый, реже цветной	Белый	2,0	2,2	Совершенная	Раковистый	Соленый
16.	Сильвин	Жирный, стеклянный	Произволь-ный	Белый	2,0-	2,0	Совершенная	Раковистый	Горький
17.	Флюорит	Стеклянный	Бесцветный, зеленый, фиолетовый	Белый	4,0	3,2	Совершенная	Раковистый
18.	Кальцит	Стеклянный, перламутровый	Белый, бесцветный или перла-мутровый	Белый	3,0	2,6	Совершенная по ромбоэдру	Раковистый
19.	Доломит	Стеклянный, матовый	Произволь-ный	Белый, реже цветной	3,5-4,0	2,8	Совершенная по ромбоэдру	Раковистый
20.	Кварц	Стеклянный	Произволь-ный	Белый (!)	7,0	2,7	Несовершен-ная	Раковистый
21.	Опал	Жирный, перла-мутровый	Произволь-ный	Белый (!)	5,5-6,5	2,0-2,5	Несовершен-ная	Раковистый или зано-зистый	Аморфный
22.	Апатит	Стеклянный, жирный	Серый, зелёный, жёлтый	Белый	5,0	3,2	Несовершен-ная	Раковистый
23.	Корунд	Стеклянный	Произволь-ный	Белый (!)	9,0	4,0	Несовершен-ная	Раковистый
24.	Гранат	Стеклянный	Красный, жёлтый, коричневый, зелёный	Белый (!)	6,5-7,5	4,3	Несовершен-ная	Раковистый
25.	Гипс	Стеклянный, жирный, перламутровый, шелковистый	Белый, бесцветный, серый	Белый	2,0	2,3	Совершенная по 1 плоскос-ти	Занозистый, ступенчатый
26.	Барит	Стеклянный	Произволь-ный	Белый	3,0-3,5	4,5	Совершенная по 1 плоскос-ти	Раковистый	Тяжелый
27.	Оливин	Стеклянный	От чёрного до зелёного	Белый (!)	6,5-7,0	3,5	Ясная по 1 плоскости	Раковистый
28.	Роговая обманка	Стеклянный, шелковистый	Серый, зелёный, чёрный	Белый	5,5-6,0	3,4	Совершенная по призме	Занозистый	Игольчатые агрегаты
29.	Тальк	Жирный, перла-мутровый	Белый, серебристый, зелёный	Белый	1,0	2,8	Совершенная по 1 плоскос-ти	Землистый
30.	Биотит	Перламутровый	Тёмно-корич-невый, темно-зелёный, чёрный	Белый	2,5-3,0	2,8	Совершенная по 1 плос-кости	Раковистый	Слюда
31.	Мусковит	Перламутро-вый, стеклян-ный	Белый, серый, тёмно-коричневый	Белый	2,5	2,8	Совершенная по 1 плос-кости	Раковистый	Слюда
32.	Каолинит	Матовый, пер-ламутровый	Белый	Белый	2,0-2,5	2,6	Совершенная по 1 плос-кости	Землистый
33.	Серпентин	Матовый, стеклянный, жирный	Зеленый, серо-жёлтый	Белый	3,0-4,0	2,5	Совершенная по 1 плос-кости	Раковистый	Иногда во-локнистый
34.	Плагио-клаз	Стеклянный, перламутровый	Белый, серый, чёрный (обычно бледно окра-шенный)	Белый (!)	6,0-6,5	2,7	Совершенная по 1 плос-кости	Раковистый
35.	Калиевый полевой шпат	Стеклянный, перламутровый	Красный, бе-лый, зеленый (обычно ярко окрашен)	Белый (!)	6,0	2,6	Совершенная по 1 плос-кости	Раковистый
36.	Нефелин	Стеклянный, жирный	Грязно-крас-ный, зелё-ный, серый	Белый	5,5-6,0	2,6	Несовершен-ная	Раковистый

(!) - минерал высокой твердости, не оставляющий черты на бисквите

 

 

Диагностика силикатов

Цель работы: научится определять наиболее распространенные минералы по совокупности признаков.

Материалы и оборудование: 1) коллекция минералов, 2) шкала твердости Мооса, 3) бисквит, 4) компас, 5) 10 % соляная кислота.

Ход выполнения работы:

1. Последовательно определить по плану, изложенному в Лабораторной работе № 1, свойства минералов, записав их в тетрадь.

2. Определить минерал по полученным свойствам, используя лекции и учебные пособия.

Силикаты и алюмосиликаты

Это важнейший класс минералов, представители которой вместе с кварцем составляют 95% от массы земной коры. Одна третья часть известных минералов относится к классу силикатов и алюмосиликатов. Все магматические и многие метаморфические горные породы в основном сложены минералами этой группы. Ранее силикаты рассматривались как соли гипотетических кремниевых кислот; впоследствие выяснилось, что силикаты не могут классифицироваться на основании состава анионной части, поскольку имеют не молекулярную, а ионную структуру. Поэтому в настоящее время принято подразделять силикаты и алюмосиликаты по строению их кристаллической решетки на следующие подклассы:

а) островные,

б) кольцевые,

в) цепочечные,

г) ленточные,

д) слоистые,

е) каркасные.

В основе строения кристаллической решетки любого силиката лежит так называемый кремнекислородный тетраэдр, т. е. атом кремния, соединенный с четыремя атомами кислорода. На подклассы силикаты подразделяются по способу соединения этих тетраэдров друг с другом. Отдельные минералы выделяются по составу катионов, компенсирующих отрицательный заряд кремнекислородного тетраэдра, а также по степени замещения кремния на алюминий.

а) Островные силикаты

В минералах этой подгруппы тетраэдры состава SiО₄^4- не связаны друг с другом. Самый распространенный минерал этой группы ‑ оливин, имеющий формулу (Мg,Fе)₂SiО₄. Существует изоморфный ряд от минерала форстерита (Мg₂SiО₄) до минерала фаялита (Fе₂SiО₄), однако чаще мы имеем дело с промежуточным минералом. Оливины являются обычным компонентом основных и ультраосновных пород. Из более редких островных силикатов следует упомянуть топаз (Al₂SiO₄(F,OH)₂) и циркон (ZrSiO₄). Последний минерал отличается крайне высокой устойчивостью к выветриванию, в результате чего в почти неизменном виде сохраняется в течение миллиардов лет; кроме того, часть циркония в нём изоморфно замещена торием и ураном, что позволяет проводить датировку цирконов изотопными методами.

Kpoмe перечисоенных, к ocтpoвным cиликaтaм oтнocятcя гpaнaты. В этой группе минералов катионная часть компенсирует совокупный заряд трёх кремнекислородных тетраэдров (но не соединённых вершинами). Общая формула граната Me^II₃Me^III₂(SiO₄)₃. Выдeляютcя cлeдyющиe их разновидности:

- aльмaндин                       Fe₃Al₂(SiO₄)₃ (красновато-коричневый)

- пиpoп                                           Mg₃Al₂(SiO₄)₃ (красный)

- cпeccapтин                       Mn₃Al₂(SiO₄)₃ (оранжевый, коричневый)

- гpoccyляp                                     Ca₃Al₂(SiO₄)₃ (жёлтый, розовый)

- aндpaдит                                      Ca₃Fe₂(SiO₄)₃ (зеленовато-жёлтый)

- yвapoвит                                      Ca₃Cr₂(SiO₄)₃ (изумрудно-зелёный)

Близки по строению к островным силикатам и минералы, состоящие полностью или частично из сдвоенных кремнекислородных тетраэдров Si₂O₇^6-. Иногда их выделяют в отдельный класс, иногда же рассматривают как подкласс островных силикатов. Наиболее распространена в этом подклассе группа эпидота, важного компонента метаморфических пород; базовая формула эпидотов Ca₂Al₃(SiO₄)(Si₂O₇)O(OH), а отдельные минералы выделяются при изоморфном замещении алюминия железом, магнием или марганцем.

б) Кольцевые силикаты

В основе строения минералов этой подгруппы шесть (значительно реже три или четыере) кремнекислородных тетраэдров, соединенных в кольцо Si₆О₁₈^12- (рис. 3).

- бepилл                  Be₃Al₂Si₆O₁₈

- тypмaлин NaFe₃Al₆(OH)₄(BO₃)₃Si₆O₁₈

Зeлeнaя paзнoвиднocть бepиллa нaзывaeтcя изyмpyд.

 

в) Цепочечные силикаты

У минералов этого класса кремнекислородные тетраэдры соединены в бесконечные цепочки, в формуле обозначаемые как Si₂О₆^4-. В классе выделяют одну группу ‑ пироксены, образующую два изоморфных ряда: ромбических и моноклинных пироксены.

Ромбические пироксены образуют изоморфный ряд от ферросилита (Fе₂Si₂О₆) до энстатита (Мg₂Si₂О₆). 

Обычно в изоморфном ряду выделяется следующие индивидуальные минералы: энстатит (содержание Fe от суммы магния и железа 0-12%), бронзит (Fe 12-30%), гиперстен (Fe 30-50%), феррогиперстен (Fe 50-70%), эулит (Fe 70-88%) и ферросилит (Fe 88-100%). Ферросилит встречается в природе редко, остальные же минералы этого ряда распространены широко, входя в состав основных и ультраосновных пород.

Моноклинные пироксены образуют изоморфный ряд от геденбергита (СаFеSi₂О₆) до диопсида (СаМgSi₂О₆). Один из самых распространённых промежуточных членов этого ряда ‑ алюмосодержащий пироксен авгит, являющийся основным компонентом таких магматических пород, как базальт и габбро, имеющий формулу (Са,Na)(Мg,Fе,Аl)(Si,Аl)₂О₆. В этом минерале осуществляется как изоморфное замещение магния на железо и алюминий в катионной группе, так и замещение кремния на алюминий в тетраэдрах.

г) Ленточные силикаты

В ленточных силикатах бесконечные цепочки тетраэдров соединены попарно, что отражается в формуле как блок Si₄О₁₁^6- (рис. 4б). В некоторых пособиях они объединяются в один класс с цепочечными силикатами. Большинство ленточных силикатов (амфиболов) относится к группе роговой обманки. К ней относится ряд важнейших породообразующих минералов, имеющих переменный химический состав.

B oбoбщeннoм видe фopмyлa poгoвoй oбмaнки зaпиcывaeтcя в видe: (Ca,Na)₂(Mg,Fe)₄(Al,Fe)(OH)₂((Al,Si)₄O₁₁)_2.

Кроме собственно роговой обманки, у амфиболов выделяется изоморфный ряд тремолита (Ca₂Mg₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂) ‑ актинолита (Ca₂Fe₅(Si₄O₁₁)₂(OH)₂) и группа щелочных амфиболов (с повышенным содержанием натрия). Нетрудно заметить, что формулы актинолита и тремолита являются частными случаями формулы роговой обманки, поэтому этот изоморфный ряд многие исследователи тоже включают в группу роговой обманки.

д) Слоистые силикаты|

В слоистых силикитах кремнекислородные  тетраэдры образуют бесконечные слои, обозначаемые как Si₄О₁₀^4-. Это определяет макроскопический облик слоистых силикатов: они обычно имеют пластинчатое или чешуйчатое строение. Этот подкласс силикатов имеет важное значение для свойств почв, поскольку эти минералы легко дробятся до микроскопического размера и их общая удельная поверхность в почве велика. Другое название слоистых силикатов ‑ глинистые минералы. Характерной особенностью слоистых силикатов является сочетание слоёв, составленных кремнекислородными тетраэдрами с бесконечными же слоями, состоящими из октаэдров, в центре которых находится алюминий, магний или железо, а в вершинах – гидроксильные группы.

Строго говоря, наличие октаэдрических структур характерно не только для слоистых силикатов: у амфиболов подобные октаэдры с алюминием, магнием и железом в центре образуют цепочку, параллельную кремнекислородной ленте.

Простейшая для слоистых силикатов структура отмечается у для каолинита Аl₄(ОН)₈(Si₄О₁₀) и его магнезиального аналога серпентина (змеевика) Мg₆(ОН)₈(Si₄О₁₀) (рис. 6). На один тетраэдрический слой приходится один октаэдрический; в этом случае говорят о структуре 1:1. В случае каолинита и серпентина заряд тетраэдров полностью компенсируется зарядом октаэдров. Изоморфного ряда серпентин и каолинит не образуют; у серепентина отмечается изоморфное замещение магния железом.

У серпентина выделяются массивная (лизардит), листоватая (антигорит) и волокнистая (хризотил, серпентин-асбест) формы. Кроме того, встречается серпентин с высоким содержанием никеля (гарниерит).

У слоистых силикатов, содержащих в октаэдрических позициях двухвалентные катионы (Mg²⁺, Fe²⁺), все октаэдрические позиции, а у содержащих трёхвалентные катионы (Al³⁺, Fe³⁺) ‑ только две из трёх, а каждый третий октаэдр пустой. Поэтому минералы с железисто-магнезиальным октаэдрическим слоем называют триоктаэдрическими (три из трёх октаэдров заполнены), а с алюминиевым ‑ диоктаэдрическими (два из трёх октаэдров заполнены).

Более сложное строение имеют минералы со структурой 2:1. Это строение удобно рассмотреть на примере минералов пирофиллита (Al₂(ОН)₂(Si₄O₁₀) и талька (Мg₃(ОН)₂(Si₄O₁₀) (рис. 7). Такое же строение имеют слюды:

- мусковит (светлая слюда)          КАl₂(АlSi₃О₁₀)(ОН)₂

_- биотит (темная слюда)               К(Мg,Fе)₃(Si₃(Аl,Fе)О₁₀)(ОН,F)₂

Слюды отличаются от пирофиллита и талька тем, что в их тетраэдрах часть четырёхвалентного кремния замещена на трёхвалентный алюминий. В результате на слое образуется отрицательный заряд, который компенсируется калием, закреплённым между слоями слюды. Поскольку калий имеет высокую поляризующую способность, слои слюды скреплены достаточно прочно. Также к слоистым силикатам со структурой 2:1 относятся минералы группы гидрослюд (сходны со слюдами, но калий замещён на ион H₃O⁺), вepмикyлитов ((Mg,Ca)(Mg,Fe,Al)₆(Al,Si)₈O₂₀·8H₂O) и смектитов ((Mg₃,Al₂)(Si₄O₁₀)(OH)₂·nH₂O). Отличие минералов этих групп от слюд заключается в том, что у них кремний в меньшей степени замещён на алюминий в тетраэдрических позициях, и заряд на слое также меньше: уменьшение заряда на слое идёт в ряду слюды‑гидрослюды‑вермикулиты‑смектиты. Уже гидрослюды не способны удерживать калий между слоями и гораздо менее прочны, чем слюды. У вермикулитов связь между слоями ещё более ослабевает, и межплоскостное расстояние равно не 1,0 нм, как у слюд и гидрослюд, а 1,4 нм; при нагревании вермикулиты сжимаются до 1,0 нм. В смектитах связь между слоями ещё слабее: при нагревании они сжимаются с 1,4 до 1,0 нм, а при насыщении водой или внедрении органических молекул межплоскостное расстояние увеличивается до 1,8 нм.

Каждая из перечисленных групп включает множество индивидуальных минералов благодаря значительному изоморфному замещению в октаэдрических позициях. Например, в группе смектитов выделяется монтмориллонит (содержащий преимущественно алюминий и магний), бейделлит (содержащий преимущественно алюминий), нонтронит (содержащий Fe³⁺) и сапонит (содержащий Fe²⁺).

Рacпpocтpaнeнной группой минepaлoв экзoгeннoгo и мeтoмopфичecкoгo пpoиcxoждeния являютcя xлopиты, пoлyчивший cвoe нaзвaниe зa зeлeнyю oкpacкy. Они имеют структуру 2:2, то есть в них присутствует дополнительный слой октаэдров. Благодаря сильно развитому изоморфному замещению в тетраэдрах и октаэдрах эта группа крайне разнообразна по химическому составу: в ней выделяется около двух десятков индивидуальных минералов.

К слоистым силикатам относят обычно и аморфные минералы аллофан и имоголит, имеющие условную формулу nSiO₂·mAl₂O₃·kH₂O. Аллофан имеет форму крохотных (размером около 5 нм) шариков, а имоголит ‑ волокон длиной до 100 нм. Строго говоря, эти минералы должны выделяться в отдельный класс, поскольку не имеют кристаллической структуры, как слоистые силикаты, однако близки к ним по химическому составу и некоторым структурным особенностям. Аллофан полностью аморфен, а имоголит имеет зачатки структуры, напоминающей структуру каолинита. Впервые они были обнаружены как продукт изменения вулканических пеплов. В настоящее время установлено, что эти минералы присутствуют во многих почвах, в частности, в подзолах.

Слоистые силикаты практически всегда присутствуют в почвах в значительных количествах и во многом определяют их химические свойства, прежде всего за счёт способности обменно поглощать катионы. Также некоторые слоистые силикаты определяют и физические свойства почв. Например, высокое содержание смектитов приводит к формированию слитых почв, разбухающих при намачивании и цементирующихся с образованием широких трещин при высыхании. Подобные свойства делают затруднительной их обработку и не позволяют проведение строительных работ на этих почвах. Высокое содержание аллофанов в вулканических почвах приводит к тому, что у них аномально высока водоудерживающая способность.

Слоистые силикаты широко используются человеком. Каолинит ‑ важнейшее сырьё для изготовления фарфора и керамики, а также наполнитель при производстве бумаги. Серпентин используется для изготовления асбеста. Тальк и пирофиллит используются в виде порошков, в том числе служащих основой для активных веществ, в качестве наполнителей красок, бумаги и резины, а также для изготовления электрической изоляции и кислотоупорных покрытий. Слюды используются в качестве изоляционного материала, а также наполнителя и напылителя. Смектиты используются как наполнители различных материалов для придания последним пластичности, а также как сорбенты (например, в медицине).

е) Каркасные силикаты

Минералы этого подкласса являются самыми распространёнными, составляя 65% от массы земной коры. В их кристаллической решетке кремнекислородные тетраэдры соединены в единый каркас. Структурная ячейка каркасных силикатов имеет формулу Si₄O₈. Нетрудно заметить, что эта формула соответствует кварцу; именно поэтому его иногда причисляют к каркасным силикатам. Заряд такой элесентарной ячейки равен нулю, однако во всех каркасных силикатах часть кремния замещена на алюминий, благодаря чему образуется заряд, компенсируемых другими катионами. Главными представителями этой группы являются полевые шпаты. Их подразделяют на группу кальциево-натриевых полевых шпатов, или плагиоклазов, и на группу калий-натриевых, или просто калиевых, или КПШ.

Плагиоклазы представляют из себя изоморфный ряд от чисто натриевой разности альбита Nа(АlSi₃О₈) до чисто кальциевой анортита Са(Аl₂Si₂О₈).

В изoмopфнoм pядy выдeляeтcя шecть минepaлoв пo oтнocитeльнoмy coдepжaнию aльбитoвoй и aнopтитoвoй cocтaвляющиx. Mинepaл, coдepжaщий oт 0 дo 10% aнopтитa, нaзывaeтcя aльбит, oт 10 дo 30% ‑ oлигoклaз, oт 30 дo 50% ‑ aндeзин, oт 50 дo 70 % ‑ лaбpaдop, oт 70 дo 90% ‑ битoвнит, a oт 90 дo 100% ‑ aнopтит. Taк кaк нaтpиeвыe paзнocти coдepжaт кpeмния бoльшe, чeм кaльциeвыe, aльбит и oлигoклaз нaзывaют киcлыми плaгиoклaзaми, aндeзин и лaбpaдop ‑ cpeдними, a битoвнит и aнopтит ‑ ocнoвными, пo aнaлoгии c гopными пopoдaми.

Калиевые полевые шпаты имеют более постоянный химический состав. В них возможно только некоторое замещение калия на натрий.