СИЛИКАТЫ

СИЛИКАТЫ природные
(от лат. silex - кремень), класс наиболее распространённых минералов; природные
Хим. соединения с комплексным кремне-кислородным радикалом. С. слагают
более 75% земной коры (а вместе с кварцем ок. 87%) и более 95% изверженных
горных пород. С. включают ок. 500 минеральных видов, в т. ч. важнейшие
породообразующие - полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.

Современная классификация<
С. основана на кристаллохимич. данных, обобщающих результаты химических
и рентгенографических исследований структур силикатных минералов (см. Кристаллохимия).

В основе структур всех С.
лежит кремнекислородный радикал [SiO4- в форме
тетраэдра. Важной особенностью С. является способность к взаимному сочетанию
(полимеризации) двух или неск. кремнекислородных тетраэдров через общий
атом кислорода. Характер этого сочетания учитывается при классификации
С. Кроме того, в классификации С. учитываются состав радикалов (Si, А1,
В, Be, Ti, Zr, U) и состав катионов (К, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, A1), наличие
и характер в составе С. воды или гидроксильных групп, наличие дополнительных
анионных групп.

В случаях, когда в структуре
С. др. тетраэдрич. радикалы играют одинаковую роль с тетраэдрами [SiO4-,
выделяют алюмосиликаты, боросиликаты и бериллосиликаты, а также гетерогенные
каркасные и слоистые титано- и цирконосиликаты. В номенклатуре С. наряду
со структурными обозначениями, связанными с типом сочетаний кремнекислородных
тетраэдров, иногда используются названия, сохранившиеся от представлений
о них как о солях кремниевых кислот: ортосиликаты - соли ортокремниевой
кислоты, метасиликаты - соли метакремниевой кислоты и др.

Структура С.< По характеру
сочетания кремнекислородных тетраэдров выделяется 5 подклассов С.: островные,
кольцевые, цепочечные, слоистые, каркасные.

ОстровныеС. Сюда относятся
С. с изолированными тетраэдрами [SiO4- - ортосиликаты,
связанные посредством расположенных между ними октаэдрич. катионов (рис.,
1),
или
с изолированными парами тетраэдров [Si6-
-диортосиликаты, к-рые возникли в результате соединения двух кремнекислородных
тетраэдров (рис., 2).

К ортосиликатам относятся
группы оливина(MgFe)циркона Zr[SiOгранатов,
фенакита Beанионов), топаза Alандалузита
А1титанита
CaTi[SiOи др. (с добавочными анионами F-,О^2-, ОН-); к диортосиликатам
- группы бертрандита Be4[Siильваита CaFeортодиортосиликатам относятся группы везувиана Са•[SiOCe, Fe³+, Fe²+, Alи др.

Кольцевые С. характеризуются
кольцевой структурой, в к-рой группы [SiO4- не
изолированы, а соединяются общими ионами кислорода в кольца (рис.,3). При
этом различают кольца двух типов -простые и двойные ("двухэтажные"). К
первым относятся кольца типа [Si6-
-группа волластонита Ca[Si8- - группа тарамеллита Baтипа [Si12- - группы берилла Beкордиерита
Mgи др.; типа [Si12--группа мьюкрита
ВаO)^l24H12-
- группа эканита Ca[Si12- -группа миларита КСаВе

Цепочечные С. Простейшие
и наиболее распространённые из них представлены непрерывными цепочками
кремнекислородных тетраэдров, соединённых вершинами, типа [SiO2-
или сдвоенными цепочками-лентами типа [Si6-(рис.,
4
и
5).
К
ним принадлежат группы пироксенов, амфиболов,
рамзаита Naи др.

Слоистые С. характеризуются
непрерывными в двух направлениях слоями кремнекислородных тетраэдров, образующими
бесконечные двухмерные радикалы, к-рые в зависимости от пространственного
положения кремнекислородных тетраэдров в слое имеют различную формулу;
для слоя, состоящего из шестерных колец, характерен радикал типа [Si4-
(рис., 6)', при этом в шестерном кольце тетраэдров слоя каждый из
шести атомов кремния принадлежит трём таким кольцам, т. е. по два кремния
на каждое кольцо. К этому подклассу относятся слюды группы мусковита
и
биотита
K(Mg,Feгруппы пирофиллита Alи талька Mgкаолинита
Alсерпентина
Mgгаллуазита
Alхлоритов;
к
слоистым относится гадолинит FeYк титаносиликатам - астрофиллит (К, Ма)Ои др.

Каркасные С. характеризуются
трёхмерным бесконечным каркасом кремнекислородных тетраэдров типа [SiO4-,
соединённых всеми четырьмя вершинами друг с другом так, что каждый атом
кислорода одновременно принадлежит только двум таким тетраэдрам; общая
формула [Alm-. К
ним относятся минералы группы полевых шпатов Na[AlSiнефелина
KNaпеталита Li[AlSiцеолитов,
содалита
Na(см. Содалита группа)
и др.

В структурах С. установлено
значит. число различных типов цепочек, лент, сеток и каркасов из тетраэдров.

По составу тетраэдрич. радикалов
различаются простые С. с кремнекислородным радикалом [SiO4-
и сложные С., в к-рых вместе с [SiO4- присутствуют
тетраэдрич. группы алюминия (алюмосиликаты), бериллия (бериллосиликаты),
бора (боросиликаты), титана (титаносиликаты), циркония (цирконосиликаты),
урана (ураносиликаты), Наряду с этим выделяются силикаты Al, Be, Ti, Zr,
в к-рых эти элементы играют роль таких же катионов, как Mg, Fе и др., соединяясь
с кремнекислородными тетраэдрами не вершинами, а рёбрами или через вершины,
поделённые между двумя тетраэдрами.

Катионы, входящие в состав
С., разделяются прежде всего на 2 группы: малые катионы - Mg²+,
A1³+, Fe²⁺, Мп²⁺ и др., частично Са²⁺,
имеющие обычно октаэдрич. координацию (содержащие их соединения составляют
первую главу кристаллохимии С., по Н. В. Белову, 19611, и крупные катионы
-К+, Na+, Ca²+, Ва²+, Sr²+, редкоземельных
элементов, образующие соответственно более крупные координационные полиэдры:
8-, 9-, 12-вершинники, рёбра к-рых соизмеримы уже с размерами не одиночных
[SiO4---тетраэдров, а групп [Si6-.(с
этими соединениями связана вторая глава кристаллохимии С.).

Для С. характерен изоморфизм,
проявляющийся
особенно широко среди катионов; вследствие этого в С. распространены ряды
твёрдых растворов (непрерывные или со значит. пределами замещений), а также
изоморфные примеси. Поэтому даже развёрнутые формулы С., учитывающие осн.
изоморфные замещения, всё же являются неполными вследствие большой сложности
состава реальных С. Распределение изоморфных катионов в структуре С. зависит
от темп-ры и устанавливается рентгенографически или по мёссбауэровским
и инфракрасным спектрам. Это свойство позволяет использовать С. в качестве
геотермометра.

В составе С. отмечается разнообразие
форм вхождения в их структуру водорода - в виде гидроксильных групп, кристаллизационной
и цеолитной воды, межслоевой адсорбированной воды и др., изучаемых с помощью
ядерного магнитного резонанса (ЯМР), термич. анализа, инфракрасной спектроскопии.
Во всех подклассах С. выделяются группы с добавочными анионами (О²-,р-,С1-,ОН-,
S^2-) и радикалами (SО2-, CO2-
и др.).

Дальнейшие усложнения в строении
С. связаны с явлениями упорядочения (особенно Al - Si в алюмосиликатах
и Mg - Fe в оливинах, пироксенах, амфиболах), политипии и смешаннослойных
прорастаний (в слоистых С.), полиморфных превращений (напр., андалузит
-дистен - силлиманит), распада твёрдых растворов, образования электронно-дырочных
центров (см. Дефекты в кристаллах).

Большинство С. в связи с
их сложным строением имеет низкую симметрию: ок. 45% кристаллизуется в
моноклинной, 20% имеют ромбич. симметрию, 9% -триклинную, 7% -тетрагональную,
10% - тригональную и гексагональную и 9% - кубическую.

Весьма характерно двойникование
(двойники
роста, механич. и фазовых превращений).

Свойства С<. определяются
прежде всего типом кремнекислсродного тетраэдра: спайность (несовершенная
в островных и кольцевых С., совершенная и зависящая от ориентировки кремнекислородных
группировок в цепочечных, слоистых, каркасных С.); твёрдость обычно 5,5-7,
кроме слоистых С., в к-рых она понижается до 2-1; плотность около 2500-3500
кг/м³.
Цвет
большинства С. определяется ионами железа (Fe²⁺ - зелёный, Fe³⁺
- бурый, красный, жёлтый, Fe²⁺ и Fe³⁺ - синий и др.),
в отдельных группах - ионами Ti³⁺, V⁴⁺, Cr³⁺,
Mn²⁺, Co²⁺,Ni²⁺, Cu²⁺ и их
сочетаниями с ионами железа и др.; в некоторых минералах - электронно-дырочными
центрами. В ряде случаев окраска связана с микровключениями окрашенных
минералов.

Большое значение для точной
диагностики С. имеют их оптич. свойства -преломление, оптич. ориентировка
и др., измеряемые с помощью Фёдорова столика, иммерсионного метода
и др.

Происхождение С.< весьма
разнообразно: они возникают при кристаллизации магмы, метаморфич. и метасоматич.
процессах; реже С. образуются в гидротермальных жилах. Крупные кристаллы
С. возникают в пегматитах.

Физико-химич. особенности
образования С. в природных условиях определяются с помощью парагенетич.
анализа минеральных ассоциаций (см. Парагенезис минералов) с учётом
данных детально изученных диаграмм состояний силикатных систем.
При выветривании происходит разрушение большинства С. с образованием осадочных
горных пород, с выщелачиванием основных соединений, освобождением кремнезёма,
возникновением за счёт алюмосиликатов водных силикатов алюминия, образованием
глинистых минералов, нонтронита, гарниерита и др., а также окислов железа,
карбонатов и др.

С. (плагиоклазы, оливин,
пироксены и др.) являются также гл. минералами лунных пород, входят в состав
метеоритов.
Полагают,
что оливин и его более плотная модификация со структурой
шпинели составляют
почти полностью мантию Земли.

Основные типы связи кремнекислородных
радикалов: / - изолированные тетраэдры [SiOj]^4-c окта эдрами
Mg, Fe, Ca; 2 - группы [Si6-из двух тетраэдров;
3
- шестерные кольца [Si6-;
4
- цепочки [SiOз]^2-; 5 -ленты [Si6-;
6-слои
из шестерных колец [Si4-.

Применение С. определяется
тем, что многие из них являются важнейшими среди полезных ископаемых. Существ.
значение имеют силикатные минералы, составляющие литиевые, бериллиевые
руды, руды рассеянных элементов, силикатные никелевые руды. Месторождения
нефелина поставляют комплексное сырьё для получения алюминия, поташа, соды.
Большую долю составляют С. в нерудных полезных ископаемых (полевые
шпаты, слюды, асбест, тальк, цеолиты, гранаты, бентонитовые и огнеупорные
глины), в драгоценных и поделочных камнях (изумруд, аквамарин, топаз,
хризолит, турмалин и др.).

Исследование С. как главнейших
минералов Земли и Луны, содержащих мн. ценные элементы в качестве осн.
компонентов или примесей, составляет важное направление совр. минералогии,
тесно связанное с геохимией, литологией, геофизикой и исследованием вещественного
состава месторождений полезных ископаемых.

Лит.: Соболев В. С.,
Введение в минералогию силикатов, Львов, 1949; Б е л о в Н. В., Кристаллохимия
силикатов с крупными катионами, М., 1961; Эйтель В., Физическая химия силикатов,
пер. с англ., М., 1962; Д и р У.-А., X а у и Р.-А., 3 у с м а н Д ж., Породообразующие
минералы, пер. с англ., т. 1-4, М., 1965-66; Поваренных А. С., Кристаллохимическая
классификация минеральных видов, К., 1966; Минералы. Справочник, т. 3,
в. 1, М., 1972; Коржинский Д. С., Теоретические основы анализа парагенезисов
минералов, М., 1973; Марфунин А. С., Введение в физику минералов, М., 1974.

А. С. Марфунин.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я