Класс – оксиды и гидроксиды

К оксидам относятся минералы, представляющие собой соединения металлов и металлоидов с кислородом; гидроксиды содержат группу (ОН)^-, добавочные анионы и (или) воду. Оксиды насчитывают около 300 минеральных видов, гидроксиды - более 80. Они составляют 17% массы литосферы. Среди представителей этого класса такие широко распространенные минералы, как семейство кремнезема (кварц, опал и др.), на долю которого приходится около 12,6% от массы литосферы; оксиды и гидроксиды железа (3,9%), алюминия.

В строении кристаллических структур оксидов в качестве анионов принимает участие O^2-, в гидроксидах - (ОН)^-. Размеры ионных радиусов того и другого анионов примерно одинаковы (1,36 A). Известны минералы, которые одновременно содержат О^2- и (ОН)^- - ионы. В оксидах и особенно гидроксидах может быть также вода - адсорбированная и кристаллизационная.

В качестве катионов главную роль играют такие элементы, как Si, Ti, Fe, Al, Mn. Химические элементы, входящие в состав оксидов, - это лито-фильные элементы (от греч. «литос» - камень). От халькофильных элемен-тов они отличаются повышенным сходством не с серой, а с кислородом.

Для большинства рассматриваемых минералов характерна ионная связь между катионами и анионами. Оксидов с ковалентной связью гораз-до меньше, хотя к ним относятся весьма широко распространенные мине-ралы семейства кремнезема. В минералах сложного состава, содержащих Fe, Ti, Nb, Ta и др., существуют также компоненты ковалентной и металлической связей. В гидроксидах также и водородные связи.

В химическом отношении рассматриваемые минералы делятся на простые и сложные. Состав их может отклоняться от идеального вследствие изоморфизма, причем изоморфизм более типичен для сложных оксидов, чем для простых. Содержание примесей в простых оксидах обычно не превышает 1% и достигает нескольких процентов только в случае гетеровалентного изоморфизма. Большое ограничение на изовалентный изоморфизм накладывает различие в типе химической связи отдельных минералов.

Наряду с изовалентным изоморфизмом, прежде всего в сложных оксидах, широко распространен гетеровалентный изоморфизм. Изо- и гетеровалентный изоморфизм проявляются в оксидах и гидроксидах с ионной связью, причем в первых полнее, чем в последних. В то же время оксиды с ковалентной связью (кварц, касситерит) характеризуются высокой чистотой и обычно близки к своим теоретическим формулам.

В структурном отношении для оксидов наиболее характерны координационные структуры. Гидроксиды часто образуют слоистые структуры с ионной связью в пределах слоя и ван-дер-ваальсовой связью между слоями. В оксидах каркасной структуры группировки тетраэдров [SiO₄] (в кварце) соединяются друг с другом общими атомами кислорода.

Особенности кристаллических структур и тип преобладающей в них химической связи определяют особенности физических свойств и морфологии оксидов и гидроксидов.

Минералы координационной и каркасной структур в основном имеют изометрический облик, а цепочечные оксиды, как правило, представлены удлиненно-призматическими кристаллами. Минералы ленточных и слоистых структур образуют уплощенно-таблитчатые кристаллы и листовато-чешуйчатые агрегаты, часто с хорошо выраженной спайностью в одном направлении.

Значительная часть оксидов бесцветна или слабо окрашена, как это характерно для ионных соединений. Их окраска связана с присутствием ионов-хромофоров. Так, корунд, содержащий изоморфную примесь иона Cr³⁺, приобретает ярко-красную окраску (рубин). Оксиды, содержащие Fe, Mn, Ti, Nb, Ta, имеют черную или темно-бурую окраску. Максимальной твердостью обладают оксиды координационной структуры (корунд, шпинель), а также простые оксиды каркасной структуры (кварц) и цепочечной структуры (касситерит). Большинство остальных оксидов имеет среднюю твердость от 5 до 6. Появление низковалентного иона (ОН)^- вместо О^2- иона приводит к уменьшению силы связи катионов с анионами. Следствием этого является снижение плотности и твердости гидроксидов по сравнению с оксидами тех же элементов.

Основная масса оксидов и гидроксидов образуется в экзогенных условиях в самых верхних частях земной коры на границе с атмосферой, содержащей свободный кислород. Глубина интенсивного проникновения свободного кислорода в земную кору контролируется в основном уровнем грунтовых вод. Химические реакции, приводящие к образованию оксидов и гидроксидов, происходят в основном в коре выветривания и зоне окисления сульфидных месторождений, а также в водных бассейнах - болотных, озерных и морских, где часто возникают сложные минеральные смеси, состоящие из гидроксидов железа (бурые железняки), алюминия (бокситы), марганца, являющиеся важными рудами этих металлов. При повышении температуры (в жарком климате), процессах диагенеза и метаморфизма полные гидраты типа Al(OH)₃ переходят в оксигидраты типа AlOOН, FеOОН, а затем в оксиды: простые - Al₂О₃, Fe₂О₃ и сложные - МgAl₂O₄, FeFe₂O₄. В эндогенных процессах возникает значительно меньше оксидов и гидроксидов, однако некоторые из них имеют значительное распространение. Это магматические - хромит, магнетит; в пегматитах - корунд, ильменит, пирохлор; в скарнах - кварц, магнетит (часто с гематитом); гидротермальные - гематит, кварц, реже касситерит.

Оксиды являются важнейшими рудами Fе, Сr, Mn, Тi, Al, Nb, Tа, U, Th, Тr и других металлов, а также многих неметаллических полезных ископаемых.

МАГНЕТИТ (магнитный железняк) - FеFе₂О₄. Кубическая сингония. Происхождение названия точно не выяснено: возможно, по названию горы Магнезия вблизи г. Измир (Турция) или согласно Плинию Старшему, от греч. Магнес – имени легендарного пастуха, открывшего этот минерал на г.Ида (Греция). Часто содержит изоморфные примеси - Mg²⁺, Mn²⁺, Ti⁴⁺. Встречается в виде мелкозернистых cплошных масс, иногда очень крупных; хорошо образованных кристаллов октаэдрической, реже ромбододекаэдрической формы.

Основные диагностические свойства. Цвет железо-черный. Черта черная. Сильно магнитен.

Прочие свойства. Блеск металлический; непрозрачен. Спайности нет, иногда отдельность. Твердость 5,5 - 6,0. Излом неровный. Плотность 4,8 - 5,3.

Диагностика. Черный цвет, черная черта и сильная намагниченность, а также октаэдрическая форма кристаллов.

Происхождение. Контактово-метасоматический в скарнах в ассоциации с гранатом, эпидотом, хлоритом, сульфидами. Метаморфический в железистых кварцитах в ассоциации с гематитом. Магматический в основных горных породах. Гидротермальный. В поверхностных условиях достаточно устойчив и является обычным минералом россыпей. При окислении переходит в мартит - псевдоморфоза гематита по магнетиту, а затем в различные гидроксиды железа.

Значение. Ценнейшая руда на железо; попутно извлекаются титан, ванадий, никель и другие элементы.

ГЕМАТИТ (красный железняк, железный блеск) - Fe₂О₃. Тригональ-ная сингония. Название от греческого «гематитес» - кровавый камень, по цвету кристаллов в тонких осколках и цвету черты. Изоморфные примеси Тi (титаногематит), Al (алюмогематит), H₂O до 4-8% (гидрогематит). Обра-зует мелкозернистые скопления различной плотности, тонкочешуйчатые до коллоидно-дисперсных, слюдоподобные, почковидные, натечные агре-гаты с блестящей поверхностью. Известны кристаллы таблитчатые, пластинчатые.

Основные диагностические свойства. Черта вишнево-красная.

Прочие свойства. Цвет буровато-красный, темно-красный до черного. Блеск металловидный, иногда тусклый. Спайности нет. Излом полураковистый. Твердость 5 - 6. Плотность 5,0 - 5,3. Мартит - псевдоморфоза гематита по магнетиту.

Диагностика. Вишнево-красная черта и отсутствие спайности.

Происхождение. Скарны с магнетитом и эпидотом. Гидротермальный в ассоциации с кварцем и карбонатами. Метаморфический в железистых кварцитах с магнетитом. Коры выветривания жаркого тропического кли-мата. В поверхностных условиях неустойчив, постепенно гидратируется и переходит в гидрогематит и различные гидроксиды железа.

Значение. Является рудой на железо. Плотный гематит под названием кровавик используется для изготовления ювелирных изделий.

ЛИМОНИТ (гидрогетит) - FeO(ОН)•nH₂O. Название от греческого слова «лимон» - луг или болото. Содержание воды в минерале сильно колеблется. Весьма распространенная в природе смесь оксидов (и гидрок-сидов) железа, обычно содержащая большое количество примесей (гидрок-сидов алюминия, глинистых минералов и адсорбированную воду), назы-ваемых бурыми железняками. Лимонит образует ржавые, бурые, коричне-вые корочки, примазки, разнообразные натечные формы, землистые пористые, ноздреватые массы, встречается в виде конкреций и оолитов.

Основные диагностические свойства. Желто-бурый цвет черты; характерные формы выделения.

Прочие свойства. Физические свойства меняются в зависимости от состава и формы выделения; цвет колеблется от охристо-желтого у порошковатых землистых разностей до тёмно-бурого, почти черного у плотных и натечных агрегатов; блеск от матового до полуметаллического; в тонких сколах просвечивает; твердость от 1 у землистых масс до 5 у плотных разностей; спайность совершенная; излом неровный, занозистый; плотность 3,6 — 4,3.

Происхождение всегда экзогенное. Образуется либо при выветривании железосодержащих минералов (оксидов, сульфидов, силикатов и др.), либо при процессах химического и биохимического осадконакопления.

Значение. В ажная железная руда.

ХРОМИТ (хромистый железняк) — FeCr₂О₄. Сингония кубическая. Кристаллы имеют октаэдрический облик. Присутствует значительное количество магния и алюминия, изоморфно замещающих железо и хром. Обычно встречается в виде зернистых агрегатов, часто образует шаровидную вкрапленность в измененных ультраосновных породах («рябчиковая руда» совместно с серпентином).

Основные диагностические свойства. Черный цвет; металловидный смолистый блеск; бурая черта; часто в ассоциации с серпентином.

Прочие свойства. Непрозрачен; твердость 5,5 — 7,5; спайность несовершенная; излом неровный; плотность 4,5.

Происхождение магматическое с ультраосновными породами. Минералы-спутники — серпентин, оливин, магнетит, хлорит.

Значение. Основная хромовая руда. Бедные руды используются для изготовления огнеупоров.

КАССИТЕРИТ (оловянный камень) - SnO₂. Сингония тетрагональная. Название от греческого «касситерос» - олово. Содержит большое количество разных примесей – железа, марганца, титана, ниобия, тантала, вольфрама, меди, цинка, свинца, циркония, галлия, германия, скандия, индия и др. Образует обычно мелкие кристаллы, отдельные кристаллы достигают 10 см, характерны двойники. Также встречается в виде вкрапленных зерен неправильной формы.

Основные диагностические свойства. Цветтемно-коричневый, бурый до черного; твердость 6,5 — 7; часто в ассоциации с кварцем. Минерал труден для диагностики, особенно в мелких зернах.

Прочие свойства. Черта (получается с трудом) желтая, светло-коричневая; блеск от алмазного до матового, иногда - металлический; спайность несовершенная; излом неровный, полураковистый; плотность 6,5 - 7.

Происхождение эндогенное: пневматолитовое, гидротермальное. Встречается в парагенетической ассоциации со следующими минералами: мусковитом, кварцем, полевыми шпатами, флюоритом, сульфидами. Часто встречается в россыпях как устойчивый минерал.

Значение. Важнейшая оловянная руда.

КОРУНД - Al₂O₃. Тригональная сингония. Название от древнеиндийского названия минерала «каурунтака». Содержит изоморфные примеси Fе³⁺, Сг³⁺. Кристаллы бочонковидные, столбчатые. Образует плотные сплошные мелкозернистые массы.

Основные диагностические свойства. Твердость 9. Цвет чистого корунда белый; может быть также серый, серовато-синий, синий, розовый. Окраска минерала часто зональная, пятнистая. Блеск стеклянный, алмазный, иногда перламутровый. Спайности нет, но часто наблюдается отдельность, которая обусловлена тончайшими включениями слюды - мусковита. Излом неровный до раковистого.

Прочие свойства. Прозрачная разновидность красного цвета (примесь хрома) - рубин; прозрачная разновидность разных оттенков синего цвета - сапфир (примесь Fе²⁺, Fe³⁺). Драгоценные разновидности прозрачны. Сплошная зернистая корундовая порода черного цвета - наждак. Это смесь корунда с гематитом, магнетитом, шпинелью и другими минералами. Плотность 4,0.

Диагностика. Легко отличается по форме кристаллов, сильному блеску и высокой твердости.

Происхождение. Типичный эндогенный минерал. Встречается в пегматитах в ассоциации с полевыми шпатами, а также образуется при метаморфических процессах. Ассоциация со слюдой, хлоритом. В поверхностных условиях устойчив и накапливается в россыпях.

Значение. Обычный корунд и наждак используются как абразивы. Прозрачные окрашенные кристаллы - драгоценные камни 1 класса. Рубин используется в точной механике и различных оптических устройствах.

ГИДРОКСИДЫ АЛЮМИНИЯ (боксит). Боксит не является минералом. Боксит - горная порода, состоящая в основном из диаспора, гиббсита с примесью каолинита, кремнезема, гидроксидов железа и других минералов.

Диагностика. Боксит - глиноподобная плотная порода, мало гигроско-пична, часто оолитового сложения. Цвет различный: белый, розовый, красный, коричневый и др. Происхождение экзогенное — образуются при выветривании алюмосиликатов. Практическое значение — важнейшая руда на алюминий.

ДИАСПОР – AlOOH. Ромбическая сингония. Название от греческого «диаспора» - рассеивание, из-за растрескивания на мелкие осколки при нагревании. Изоморфные примеси Fe, Сr, Gа.

Основные диагностические свойства. Пластинчатые, чешуйчатые, листоватые агрегаты; тонкодисперсные агрегаты в бокситах; натечные образования. Редко кристаллы. Цвет минерала серый, белый, желтовато-бурый, фиолетовый, красновато-коричневый (примесь Fe³⁺), зеленый (примесь Cr³⁺). Блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый. Хрупкий. Спайность совершенная. Твердость 5,5-6,5. Излом ступенчатый до раковистого.

Диагностика. Высокая твердость, спайность, пластинчатый облик.

Происхождение. Контактово-метасоматический в ассоциации с корундом, гематитом. Экзогенный в бокситах в ассоциации с гиббситом и другими гидроксидами алюминия.

Значение. Составная часть бокситов - важнейшей алюминиевой руды.

БЁМИТ - AlO(OH). Ромбическая сингония. Назван в честь немецкого химика И.Бёма. Может содержать изоморфные примеси Ga, Sc и Fe.

Основные диагностические свойства. Обычно встречается в виде скрытокристалли-ческих землистых фарфоровидных и оолитовых агрегатов, реже в виде микроскопии-ческих линзовидных кристалликов. Цвет белый, часто бесцветный, механические примеси обусловливают коричневую и красную окраску. Блеск у кристалликов стеклянный или перламутровый, иногда шелковистый. Совершенная спайность. Черта белая. Твердость 3,5-4. Излом неровный, у агрегатов - раковистый.

Диагностика. Макроскопически трудно отличается от гиббсита. Различия можно выявить рентгенографически и другими специальными методами.

Происхождение. Главный минерал бокситов. Ассоциирует с гиббситом, каолинитом и другими экзогенными минералами. Может встречаться в гидротермальных жилах, связанных со щелочными пегматитами.

Значение. Руда на алюминий.

ГИББСИТ (Гидраргиллит) - Al(OН)₃. Моноклинная сингония. Название в честь американского минералога Д.Гиббса. Нередко небольшие примеси Fе, Gа, Be, а также большое число различных механических и адсорбированных примесей.

Основные диагностические свойства. Скрытокристаллические агрегаты от землистых до фарфоровидных, оолиты, натечные и мелоподобные образования. Бесцветный, белый, сероватый, розоватый, зеленоватый. Блеск стеклянный до перламутрового на плоскостях спайности. Хрупкий. Спайность совершенная (слюдоподобная). Черта белая. Твердость 2,5-3,0. Излом ступенчатый до раковистого. От диаспора отличается низкой твердостью.

Происхождение. Экзогенный в корах выветривания и осадках.

Значение. Составная часть бокситов - важнейшей алюминиевой руды.

Дата добавления: 2015-12-07