Лекции по минералогии

Подождите немного. Документ загружается.

2NiAs+2Ag+  2Ag + NiAs

+Ni, либо это может быть органика или Fe

. В зависимости

от источника гидротермальных растворов выделяются:

1. Плутоногенные образования. Это среднетемпературная гидротермальная

минерализация следующих типов:

а) Пятиметальная формация (Ag, Co, Ni, Bi, U) - главные нерудные минералы не кварц,

а карбонаты - кальцит, сидерит, анкерит, доломит. Рудная ассоциация: минералы серебра

- самородное серебро, аргентит, сульфосоли серебра; арсениды Co, Ni, (Fe) - шмальтин,

саффлорит, никелин; самородный висмут и висмутин; урановая смолка (уранинит). Это

очень важный в промышленном отношении тип, и классическим выражением его

являются месторождения Рудных гор - на границе Чехии и Германии - Шнееберг,

Аннаберг (ФРГ), Яхимов (Чехия). Для этого типа характерно восстановление серебра

арсенидами и именно отсюда известны наиболее крупные выделения самородного

серебра - в Шнееберге выделения серебра совместно с аргентитом достигали 40 т.

К этой же формации, но с неполным перечнем элементов, относятся район Кобальт

провинции Онтарио в Канаде, где мало U, и район Большого Медвежьего озера (Канада),

где урановая минерализация преобладает. Именно в районе Кобальт был обнаружен

знаменитый "серебряный тротуар" - пластина длиной около 30 м, весившая почти 20 т,

другая пластина самородного серебра весом в 612кг установлена в парламенте Канады.

б) Благородная серебряная (кальцитовая) формация: кальцитовые жилы с серебром,

аргентитом и незначительным количеством других сульфидов и арсенидов Co, Ni, (Fe).

Это знаменитое месторождение Консберг (Норвегия), давшее лучшие образцы

проволочного серебра; Фрайберг и Андреасберг (ФРГ).

Есть еще несколько типов, но они в целом носят подчиненный характер.

2. Вулканогенные гидротермальные образования (связанные с близповерхностными,

вулканическими и субвулканическими магматическими очагами, и потому

локализованные в районах молодого вулканизма) - низкотемпературные образования.

Это месторождения Кордильер, Японии, Новой Зеландии, Карпат. В Кордильерах они

прослеживаются на территории разных стран - от западных штатов США через Мексику

(м-е Пачука), Чили, Перу, Боливию (Потоси) до Аргентины. (Само название страны -

Аргентина - и название района и реки - Ла Плата, что значит "серебряная", - говорят о

богатстве региона).

II. Экзогенное образование. Восстановление серебра до самородного состояния в этом

случае идет в результате электрохимических реакций в зоне окисления серебряных и

серебросодержащих месторождений. Это либо так называемые "железные шляпы", где

серебро ассоциирует с лимонитом, а в засушливых районах - и с галогенидами серебра;

либо это зоны вторичного сульфидного обогащения (зоны цементации) - здесь серебро

находится в ассоциации с халькозином, галенитом. Месторождений много  Урал, Рудный

Алтай, Салаир, Забайкалье и др.

Изменение. В поверхностных условиях самородное серебро неустойчиво и замещается

акантитом Ag

S, в условиях сухого климата - галогенидами серебра.

Применение. Ювелирный материал; приборы, в которых нужна максимальная

электропроводность - серебро обладает наивысшей электропроводностью, принимаемой

за 100%, широко применяется в сплавах. Издавна служило денежным эквивалентом - в

частности, и на Руси в ХIII в. "рубль" означал рубленный брусок серебра весом в 200 г. В

медицине используется обеззараживающее действие серебра.

Cамородное золото

Химизм. Из минералов группы самородное золото - наименее чистый минерал; в

качестве наиболее частых примесей - Pd, Cu, Bi. Pd; Cu - для золота г. Карабаш

(Челябинская обл.). Но самая частая и наибольшая по количеству примесь - это, конечно,

Ag: до 4-15%, что связано с близостью атомных радиусов Ag и Au: у обоих он близок к

1.44А, в то время как у Cu rƒ=1.27А, а у Pd rƒ=0,68А. Более того, именно по этой причине

существует непрерывный ряд смесимости Au-Ag, и в промежуточном члене - электруме -

содержание серебра составляет 25ƒ-45%. Наиболее чистым является золото,

переотложенное в поверхностных условиях, когда оно очищается от всяких примесей.

Морфология. Кристаллы золота редки, в огранке их - (111), (110) с гранками (100).

Более обычны скелетообразные дендритные формы, зерна, чешуйки, листочки и

пленочки; вторичное золото дает губчатые выделения или бывает порошковатым

("горчичное золото"). Наиболее крупные золотые самородки известны из россыпей Чили

(153 кг), Австралии (93,5 кг). На Урале в 1842 г. был найден самородок весом до 36 кг, а в

30-х годах этого века - самородки в 19 и 20 кг.

Свойства и диагностика. Золото имеет характерный золото-желтый цвет, не

меняющийся на старом изломе. От примесей цвет может меняться: Cu  красноватый

оттенок ("червоное золото"), с Ag  светло-желтый, электрум  до белого; "горчичное

золото" - буроватое, цвета сухой горчицы. Похожие пирит и халькопирит хрупки,

твердость их выше, и цвет отличен на старом и свежем изломе. Золото отличается также

высокой химической устойчивостью  в отличие от сульфидов не растворяется в HCl.

Растворяется в царской водке и дает амальгамы с жидкой ртутью.

Генезис.

I. Эндогенное образование.

1. В магматических породах разного состава золото находится в рассеянном состоянии

и примышленных скоплений не дает. Концентрируется оно в результате извлечения из

магматических пород при их последующем изменении и переносится гидротермальными

растворами в виде хлоридных комплексов. Разложение этих комплексов за счет реакции

диспропорционирования при понижении температуры и приводит к отложению

самородного золота:

2[Au

]

-1

 3Au

+ [Au

]

-1

Поэтому наиболее важным для самородного золота является гидротермальное

образование. Здесь различают следующие случаи:

А. Отложение золота в скарнах. Здесь золото первоначально бывает растворено в

сульфидах, а потому появляется в скарнах с наложенной сульфидной минерализацией.

Хорошим примером могут служить золоторудные гранат-волластонитовые (иногда

тремолитовые) скарны Горной Шории, в которых золото связано с наложением кварц-

борнит-халькозиновой минерализации.

Б. Собственно гидротермальные жилы. В зависимости от источника

гидротермальных растворов, условий формирования жил и Т образования различают:

а) Плутоногенные - связанные с крупными массивами гранитоидных пород,

кристаллизовавшихся на глубине.

Это высоко- и преимущественно среднетемпературные образования. Для них в целом

характерно образование жил, штокверков, зон окварцевания в метаморфических и

магматических породах. Кварц здесь крупнозернистый, из нерудных встречаются также

турмалин, барит, карбонаты; рудная ассоциация - пирит, арсенопирит, блеклые руды,

борнит; в некоторых месторождениях это галенит со сфалеритом. Золото образует

чешуйки, зерна, включения в сульфидах, встречается в самородках. Это месторождения

Урала (Березовское), Казахстана (Степняк), Аляски; система жил Мазер-Лод

(Калифорния) протяженностью до 200 км, при мощности жил от 2 до 20 м.

б) Вулканогенные - связанные с гидротермами, источником которых являются

близповерхностные магматические очаги. Образование таких жил идет также на

небольшой глубине от поверхности, и поэтому это средне- и преимущественно

низкотемпературные жилы.

Они характеризуются тонкозернистым или даже халцедоновидным кварцем и

тонкодисперсным, часто макроскопически невидимым, золотом в этом кварце (желтый

плотный тонкозернистый кварц Балея в Читинской обл.!). Помимо кварца - жильные

минералы: карбонаты - кальцит, сидерит, родохрозит; барит, флюорит. Рудные: пирит,

арсенопирит, блеклые руды, теллуриды золота и иногда - как на том же Балее -

типичный для низкотемпературной ассоциации антимонит. Примеры: Пачука (Мексика),

Япония, Румыния. (Что их объединяет? Это всё районы развития молодого вулканизма,

не удивительно, что и месторождения здесь вулканогенные).

II. Экзогенный тип месторождений золота. За счет высокой плотности и химической

стойкости золото способно накапливаться в россыпях. Это могут быть россыпи

элювиальные (Австралия), русловые (Алдан, Колыма, Аляска, Калифорния), террасовые

(Алдан, Лена, Охотское побережье), морские (Аляска). Но золото не просто

накапливается в россыпях - в гипергенных условиях оно может электрохимически

растворяться ( в паре Ag-Au) и тут же переотлагаться; или в присутствии гумусового

вещества переходить в коллоидные растворы, перемещаться и отлагаться при очень

низких температурах - известны просечки золота в ледяных жилах! - и это означает,

что экзогенные концентрации золота тоже могут рассматриваться как генетический тип.

Именно очистка золота от примесей в результате экзогенного переотложения в россыпях

приводит к увеличению его пробности.

III. При метаморфизме самородное золото устойчиво, процессы метаморфизма ведут к

его перекристаллизации и укрупнению, сегрегации во вмещающих породах, и именно к

этому типу относятся знаменитые метаморфизованные конгломераты Витватерсранда

(Юж. Африка), в которых, помимо золота, присутствуют уран и платиноиды. Близкими

по типу образования являются проявления золота на Енисейском кряже.

Применение. Золото - основной валютный металл; "царь металлов и металл царей" -

дорогой ювелирный материал. Но оно еще и очень тонко работающий металл, поскольку

применяется в электронике, в сплавах с платиноидами используется в оборудовании для

производства синтетического волокна, в зубоврачебной практике.

Класс 1.2. Неметаллы и полуметаллы.

Систематика.

1. Гр. самородной серы -

Сера ромбическая S.

2. Гр. самородного селена -

Селен Se,

Теллур Te.

3. Гр. самородного мышьяка -

мышьяк As,

сурьма Sb,

висмут Bi.

4. Гр. самородного углерода -

подгруппа графита,

графит С,

подгруппа алмаза,

алмаз С,

подгруппа лонсдейлиита,

лонсдейлиит С.

Как видим, в этом классе объединены типичные неметаллы - S, Se, C - с минералами,

которые всегда рассматривались как полуметаллы - As, Sb, Bi - и обычно объединялись в

одном классе с металлами. Мы тоже будем характеризовать их как полуметаллы, но

помнить. что они все-таки не металлы, а потому и относить к классу неметаллов.

Вспомним: все самородные металлы характеризовались металлической связью - это их

определение. У полуметаллов связь в структуре ковалентно-металлическая, да еще и

молекулярная, а ковалентная и молекулярная связь характерны как раз для неметаллов. Это

структурное основание для такого отнесения. Теперь посмотрим на химизм. Все неметаллы

способны быть анионообразователями - мы знаем сульфиды, сульфаты, карбонаты; но точно

так же анионообразователями могут быть полуметаллы - мы знаем арсениды и арсенаты,

антимониды (стибниды), висмутиды. Значит, и по химизму есть все основания объединять

полуметаллы именно с неметаллами.

В этом классе мы рассмотрим группы мышьяка, серы и углерода, начав как раз с

полуметаллов, чтобы иметь возможность подчеркнуть их сходство и различия с

предыдущим классом металлов.

Гр. самородного мышьяка.

Самородные As, Sb, Bi.

Известно что в этом ряду металлические свойства усиливаются от As к Bi, и поэтому

именно самородный висмут наиболее близок к настоящим металлам, и он же из трех -

наиболее распространен: если самородные мышьяк и сурьма известны лишь как

минералогические находки, то самородный висмут образует промышленные концентрации.

Поэтому всю группу мы будем характеризовать на его примере.

Химизм. Самородный висмут - минерал довольно чистый, лишь как следы в нем

отмечаются Fe, As, Sb, S.

Структура. Ее можно рассматривать как структуру NaCl, в которой все позиции

занимает Bi, и которая сжата вдоль L

так, что плоские сетки оказываются попарно

сближенными. Вследствие такой деформации кубическая структура NaCl преобразуется в

тригональную - L

куба становится L

ромбоэдра. При этом меняется координационное

число: вместо 6, как это было у частиц в NaCl, координация Bi снижается до 3 - три более

короткие связи к частицам в соседней, составляющей пару, сетке имеют расстояние в 3,10А,

в то время как расстояние до частиц в другой паре сеток составляет 3,47А. (См. рисунок.)

Меняется и характер связи - она становится ковалентно-металлической в паре сеток и

молекулярной между парами. Следствием такой неоднородности связи вдоль L

будет

появление совершенной спайности параллельно (0001).

Морфология. Обычны же два морфологических типа: (а) округлые каплевидные

выделения и изометричные зерна, и (б) пластинчатые выделения, перистые дендриты.

Соответственно агрегаты - зернистые и листоватые.

Свойства и диагностика. Цвет в свежем изломе серебристо-белый с розоватым или

желтоватым оттенком, но быстро развивающаяся красноватая побежалость часто его

маскирует. Блеск металлический, и это как раз и роднит самородный висмут с металлами.

Н=2-2,5; d=9,8. Сп. сов. по {0001}, средняя по {202,-1}, кроме того, в результате

полисинтетического двойникования иногда появляется отдельность по {101,-2}.

Температура плавления 273

С, диамагнетик. Диагностическими являются низкая твердость,

высокая плотность, цвет и спайность.

В начале курса студенты обычно путают его с никелином и самородной медью, принимая

красноватую побежалость за истинный цвет. Но у никелина гораздо выше твердость и нет

спайности; у меди, близкой по твердости, спайность тоже отсутствует.

Генезис. Образование самородного висмута определяется с одной стороны температурой

плавления, а с другой - щелочностью растворов и активностью S. Очень важно, что висмут

как элемент имеет четкую геохимическую специфику - его генетические типы связаны с

кислым магматизмом.

I. Высокотемпературные генетические типы:

а) гранитные пегматиты,

б) грейзены,

в) высокотемпературный гидротермальный генезис - жилы, связанные с грейзенами

(кварц-касситеритовые, кварц-вольфрамитовые), или гидротермальное наложение в скарнах.

Именно в этих типах решающее значение имеет температура плавления висмута  в

пегматитовом расплаве или в высокотемпературных гидротермах при температурах выше

270

висмут образует капли или выполняет пространство между ранее

кристаллизовавшимися, более высокотемпературными минералами. Затем, по достижении

температуры плавления и ниже, эти капли, сохраняя внешнюю форму, кристаллизуются -

получаются округлые каплеобразные выделения. Именно такой высокотемпературный

висмут известен в пегматитах Казахстана (Караоба), в грейзенах Шерловой горы и в

связанных с грейзенами кварц-вольфрамитовых жилах м-я Букука (Забайкалье), в скарнах

Лянгара (Узбекистан).

II. Гидротермальное образование из гидротерм, температура которых ниже температуры

плавления висмута - преимущественно среднетемпературный гидротермальный генезис.

а) Пятиметальная (в т.ч. кобальт-никель-арсенидная) формация. См. серебро.

Самородный висмут здесь ассоциирует с арсенидами Co, Ni, Fe и образует в срастании с

ними копьевидные, перистые дендриты либо тончайшие прожилки (Рудные горы, Чехия;

Кобальт, Онтарио; Асхатиин-Гол, Тува).

б) Вулканогенные гидротермальные образования.

Образование самородного висмута в гидротермальной среде в сильной мере зависит от

щелочности растворов и активности S: при низкой активности S в щелочной среде

образуется самородный висмут, при повышении активности серы вместо висмута

образуется висмутин Bi

, точно также висмут замещается висмутином в нейтральных

растворах. Поэтому для самородного висмута характерна ассоциация с пирротином, а для

висмутина - с пиритом.

III. Высокая плотность самородного висмута позволяет ему накапливаться в россыпях.

Изменение. На поверхности при окислении по самородному висмуту образуется бисмит

, образующий желтые охры, и бисмутит Bi

[CO

](OH)

- тоже белые и желтые охры.

Применение. Висмут широко применяется в металлургии, фармацевтике, химической

промышленности, ядерной технике и электронике. Это прежде всего легкоплавкие сплавы

на висмутовой основе (сплав Вуда содержит 44-57% Bi, 25-28% Pb, ~13% Sn, 6-14% Cd и

имеет температуру плавления ~70

С; используется в предохранителях). Сплавы Вi при

низкой температуре обладают сверхпроводимостью, а некоторые из них обладают

уникальными магнитными свойствами и используются в быстродействующих усилителях и

выключателях. Bi

- катализатор в производстве полимеров, используется также в

производстве эмалей, фарфора и стекла как флюс, понижающий температуру плавления.

Висмут только бериллию уступает по рассеянию тепловых нейтронов, почти не поглощая

их, и потому используется как теплоноситель и охлаждающий агент в ядерных реакторах.

Наконец, еще с эпохи Возрождения висмут используется в фармацевтике и косметике -

знаменитые "испанские белила", перламутровая губная помада.

О других членах этой группы. Самородные мышьяк и сурьма известны в небольшом

количестве в м-ниях пятиметальной формации, полиметаллических м-ниях, образуя

прожилки, почкообразные скопления; иногда встречаются в россыпях.

Группа самородной серы.

Сера - вещество полиморфное. Ромбическая модификация Fddd устойчива ниже 95,6

С,

выше этой температуры она переходит в моноклинную. Природная самородная сера как раз

представляет собой ромбическую модификацию.

Структура самородной серы - кольцевая молекулярная. Кольцевые молекулы S

можно

представить как двухслойные квадраты, так что атомы серы располагаются на двух уровнях,

при этом квадраты повернуты друг к другу на 45

(рисунок). При таком строении молекулы

каждый атом S имеет КЧ=2. Связь в молекуле ковалентная, а между молекулами - слабая,

молекулярная. В элементарной ячейке располагается 16 таких колец: по вершинам

ромбической ячейки, в центрах боковых граней и в четырех из восьми октантов. При этом

кольца располагаются различно, но плоскости квадратных колец параллельны оси С

(рисунок).

Химизм. Природная сера обычно чистая, в качестве примеси характерен Se, встречаются

механические примеси органики, сульфидов.

Морфология. Бипирамидальные, таблитчатые кристаллы, тонкозернистые выделения и

сплошные массы, в вулканических областях - потоки, скопления коллоидальных шариков

(сульфурит), серный песок, дендриты (в фумаролах).

Свойства  смотрели на семинарах. Спутать кристаллическую серу с чем-либо трудно,

особенно учитывая специфику ее генезиса, тем не менее студенты иногда принимают за

самородную серу клейофан (у него выше твердость, спайность).

Генезис. I. Вулканогенное образование.

а) В эксгаляциях - фумарольно-сольфатарный тип.

1.Из паров S.

2.При неполном окислении H

S+O

 2S+2H

S+SO

3S+2H

Ассоциация  нашатырь, реальгар, аурипигмент; форма выделения - дендриты, при

подводных фумаролах - серный песок (вулканы Камчатки, Курил, Японии).

б) Сернокислые гидротермы, воздействующие на вмещающие породы, вызывают

осернение, алунитизацию, опализацию, каолинизацию; все эти процесс сопровождаются

отложением серы и сульфидов железа (марказит).

в) Потоки серы возникают либо при переплавлении серы за счет тепла при новой

активизации вулканической деятельности, либо при пожарах на серных пляжах в кальдерах

вулканов. Очень часто сера в таких потоках бывает насыщена вулканическим пеплом и

приобретает зеленоватоƒ-серый, темно-серый цвет.

II. Зоны окисления сульфидных месторождений.

В результате окисления сульфидов в зоне окисления образуется H

. Взаимодействие

серной кислоты с сульфидами ведет к образованию H

S. При неполном окислении

сероводорода так же, как и в эксгаляциях, отлагается самородная сера. Кроме того она

может быть промежуточным продуктом реакций типа:

FeS

+Fe

(SO

)

 3FeSO

+2S

Ш. Биогенное (биохимическое) образование, связанное с жизнедеятельностью бактерий.

Этот генетический тип локализуется в осадочных породах. Здесь может реализоваться

несколько механизмов.

а) Эпигенетические шляпы соляных куполов.

б) Эпигенетический инфильтрационный.

В обоих случаях при просачивании растворов через гипс-ангидритовую породу (в

соляных куполах это образующиеся при растворении солей гипс-ангидритовые шляпы) -

растворы обогащаются сульфатами; сульфат-редуцирующие анаэробные бактерии

восстанавливают сульфаты до H

S. При попадании этих содержащих H

S вод в зоны

смешения с поверхностными, богатыми кислородом, водами происходит окисление

сероводорода с образованием серы; либо такое же окисление происходит в результате

деятельности аэробных бактерий. Эти процессы идут в трещинных зонах, новообразованная

сера образует кристаллы в полостях. Именно к такого типа образованиям в трещинных

зонах относятся месторождения серы Шор-Су (Узбекистан) и Гаурдак (Туркмения), где

кристаллы самородной серы ассоциируют с целестином, гипсом, кальцитом.

в) Сингенетическое осадочное образование. Образование серы идет в лагунах и озерах,

где отлагаются гипс или ангидрит. В придонной части, богатой органикой, под влиянием

анаэробных бактерий эти сульфаты восстанавливаются с образованием сероводорода и

карбоната кальция. Образовавшийся сероводород поднимается вверх и окисляется либо

кислородом, либо аэробными бактериями с образованием серы, которая оседает на дно,

смешиваясь с кальцитом. Месторождения в этих случаях представляют собой

переслаивания гипсовых пород и карбонатных, содержащих серу. Кроме серы в

ассоциации с кальцитом будут также целестин, барит. Примером могут служить

месторождения Среднего Поволжья, Предкарпатья (Украина, Польша), Сицилии.

Изменение. Самородная сера в поверхностных условиях может окисляться до серной

кислоты и сульфатов.

Применение. H

, сельское хозяйство, резина, спички, краски.

Группа самородного углерода.

Подгруппа графита.

Графит.С.

Химизм. Графит обычно минерал не чистый - всегда содержит механические примеси.

Структура слоистая: сетки из правильных шестиугольных колец образуют слои,

расстояние между которыми вдвое больше, чем между частицами в слое (рис.). Для каждого

атома углерода КЧ=3. Слои смещены относительно друг друга - в каждом следующем слое

узлы решетки располагаются под центрами шестиугольников предыдущего.

При этом возможны различные случаи смещения слоев - т.е. структура графита обладает

политипией: возможно повторение положения первого слоя третьим слоем, тогда говорят о

двухслойном чередовании, структура будет гексагональной P63/mmc и обозначается 2Н

(двойка - число слоев, участвующих в повторении, Н - гексагональная от "hexagon"); либо

повторение положения первого слоя наступит лишь в четвертом слое - если третий слой

повернут относительно первого на 180

. В этом случае говорят о трехслойном чередовании,

структура будет тригональной и обозначается 3R (3 - число слоев, участвующих в

повторении, R - означает "rombohedron", т.е. тригональная). Поскольку слои разделены

большим расстоянием, связь внутри слоя и между слоями оказывается различной: внутри

слоя ковалентная с долей металлической, (при этом возможны свободные электроны!),

между слоями - остаточная. Это позволяет рассматривать слой как двухмерную молекулу

и относить графит к молекулярным соединениям.

Тонкие структурные исследования показали, что слои могут быть не только плоскими, но

и волнисто изогнутыми, и это делает их подобными структурным слоям углерода в алмазе.

Наиболее распространен политип 2Н, поэтому в целом для графита принимают

симметрию P63/mmc.

Морфология. В соответствии со структурой - кристаллы таблитчатые гексагональные;

отдельные кристаллы редки, обычны розетки, шарики, сплошные чешуйчатые или

скрыточешуйчатые агрегаты. Тонкодисперсный графит в аморфном углеродистом веществе

(антраксолите), образующийся при метаморфизме за счет антрацитоподобного битума,

называется шунгит.

Свойства и диагностика. Кроме отмеченных на семинаре  минерал электропроводный

(металлическая составляющая связи в молекуле!). Черта графита знакома каждому,

писавшему мягким простым карандашом., и именно по черте графит отличают от очень

похожего на него молибденита - у молибденита при растирании черты появляется

зеленоватый оттенок.

Генезис. Выделение углерода в виде графита требует высокой температуры, хотя

давление не обязательно высокое. Это возможно в следующих случаях:

а). При разложении летучих - СО, СН

; карбонатов - сидерита, доломита.

б). При пиролизе (сухой перегонке) угля.

в). При отделении углерода, растворенного в магме. Следовательно, можно выделить

следующие генетические типы:

1. Магматическое образование. Углерод накапливается в магме при ассимиляции ею

известняков и пород, содержащих углистое вещество. При этом безразличен состав самой

магмы, поэтому графит встречается в магматических породах разного состава и иногда

образует прекрасного качества скопления. Пример - м-ние Ботогол (Бурятия), связанное со

щелочной интрузией, где графит ассоциирует с нефелином, канкринитом, альбитом,

микроклином, кальцитом.

2. Пегматиты. Пегматиты разного состава - щелочные на том же Ботоголе и на Урале,

сиенит-пегматиты (Урал), гранитные пегматиты Карелии и Украины.

3. Метаморфический генезис. Это может быть метаморфизм пород, содержащих органику

- графитовые гнейсы, мраморы; обжиг и метаморфизм углей - Красноярский край, Шуньга

на Белом море.

Изменение, применение. В поверхностных условиях графит легко истирается, несмотря

на свою химическую стойкость.

Применение. Карандашное производство, графитовые стержни для атомных реакторов,

смазочный материал при низких температурах.

Подгруппа алмаза

Химизм. Алмаз иногда содержит включения графита, минералов-спутников: оливина,

граната, в составе его отмечаются N, B, O, которые возможно, являются изоморфными

примесями.

Структура. Частицы в решетке располагаются по узлам гранецентрированного куба и в

центрах четырех из восьми его октантов. КЧ=4. Связь ковалентная; куб. синг., Fd3m.

Морфология. Кристаллы имеют огранку {111}, {110}; часто округлые формы - кубоиды,

октаэдроиды; двойники по шпинелевому закону (по {111})- получаются уплощенные

треугольной формы кристаллы. Грани часто тонко или грубо исштрихованы - до

ступенчатой, грубо пластинчатой скульптуры. Различают ювелирные алмазы и технические,

среди которых выделяют борт - светлые сростки, обломки, не годные к огранке, карбонадо

- пористые, коксовидные, с графитом, сростки и баллас - округлые радиальнолучистые

агрегаты.

Свойства. Цвет: бесцветный, зеленоватый, розоватый, желтоватый, розовато-лиловый до

вишневого и черного. Природа окраски многообразна: это могут быть и дефекты структуры,

и изоморфные примеси - B, N (желтый), и механические примеси. Блеск алмазный,

прозрачный до непрозрачного. Сп. cов. по {111} - наличие гофрированных слоев // L

; Н=10.

d=3,5. Специфична голубая люминесценция в фильтрованном ультрафиолете и синяя в

катодных лучах.

Генезис. Экспериментально установлено, что алмаз - высокобарическая (десятки - сотни

килобар) модификация углерода, требующая и высоких температур (1200

С и выше). Где в

природе реализуются такие условия? В земных условиях это либо большие глубины (100-

200 км), соответствующие верхней мантии, либо метеоритные кратеры: при ударе

метеоритов могут возникать давления такого порядка. Поэтому различают следующие

генетические типы:

1. Кимберлитовые трубки - взрывные образования, представляющие собой брекчии пород

ультраосновного состава с обломками пород кровли и ксенолитами глубинных пород:

эклогитов, гранатовых перидотитов, гроспидитов. Это классические кимберлиты района

Кимберли (ЮАР) и в целом южной и юго-западной Африки; кимберлиты Якутии.

2. Иные алмазоносные глубинные породы - эклогиты и перидотиты, не образующие

трубок взрыва (ксенолиты в кимберлитах), ультраметаморфические эклогиты и мраморы

Кокчетавского массива.

3. Импактные породы (Попигайский метеоритный кратер на севере Алданского щита,

Аризонский кратер (США), кратер Рис (ФРГ).

На поверхности алмаз устойчив, и потому выделяют еще один важный в промышленном

отношении тип месторождений - россыпи, известные в Индии, Африке, Австралии, на С-З

Урале.

Применение. Не надо думать, что алмаз ценен лишь в ювелирном качестве, хотя истории

знаменитых алмазов посвящена огромная литература, очень важно его техническое

применение - в буровых коронках, в качестве абразива, в наконечниках прецизионных

инструментов, в микрохирургии глаза. Добыча природных алмазов не покрывает

потребности в них, и потому производство синтетических (технических, а теперь и

ювелирных) алмазов составляет более 20 т ежегодно.

Не останавливаясь специально на характеристике последней подгруппы самородного

углерода, лишь отметим, что лонсдейлиит представляет собой гексагональную

модификацию со структурой вюртцита, очень редок и встречается в импактных породах.

Подцарство соединений (СХ0)

Тип 2. Халькогенные соединения.

Химизм. Халькогенные соединения - соединения различных катионов с халькогенными

анионами - S, Se, Te, As, Sb, Bi.

Катионы - это прежде всего благородные и цветные металлы: d-элементы I и II групп

таблицы Менделеева - Cu, Ag; Zn, Cd, Hg; p-элемент IV группы Pb. Затем это d-элементы:

Fe, Mn, Co, Ni, и значительно реже - Mo, W, Ru, Pt. Особо следует сказать о p-элементах V

группы: As, Sb, Bi. Они характеризуются двоякой ролью - с одной стороны, они выступают

как трехвалентные катионы As

, Sb

, Bi

, но могут быть в халькогенных соединениях и

анионами: As

-3

, Sb

-3

, Bi

-3

Анионы. В халькогенных соединениях выделяют:

1. Простые анионы, характерные для халькогенидов (см. табл. "Систематика

халькогенных соединений"). Среди них различают:

а) моноанионные (соединения с такими анионами называют моно-, или низшими

сульфидами или арсенидами). Это анионы S

-2

(PbS, галенит), Se

-2

(PbSe, клаусталит), Te

-2

(PbTe, алтаит), As

-3

(NiAs, никелин).

б) полианионные, где анионы соединяются друг с другом ковалентной связью, образуя

прочные группы: [S

]

-2

-пирит Fe[S

]; [Te

]

-2

-фробергит Fe[Te

]; [As

]

-2

-леллингит Fe[As

];

[AsS]

-3

- арсенопирит; [As

]

-4

- скуттерудит Co

[As

]

В таких анионах частицы равноценны, и поэтому знак радикала обычно не ставится, а

соединения, в отличие от моно- или низших, называют высшими сульфидами или

персульфидами, перарсенидами, сульфоарсенидами.

2. Сложные анионные радикалы, характерные для халькосолей. Здесь в строении

радикала выделяют катионы-анионообразователи - в этой роли как раз выступают As

, Sb

, которые связаны с серой ковалентной связью. Наиболее характерны так называемые

"зонтичные радикалы": [AsS

]

-3

, [SbS

]

-3

- тригонально-пирамидальные группы; сера - как на

концах спиц зонтика, где в вершине - катион-анионообразователь. Известны и более

сложные радикалы.

Структура халькогенных соединений. Большинство халькогенных соединений с

простыми анионами имеют структуры по типу ПУ, т.е. координационные структуры. Если

анионы полианионные - гантели [S

]

-2

, [AsS]

-3

, [As

]

-2

- структуры квазикоординационные,

т.е. приближающиеся к ПУ. В обоих случаях катионы располагаются в пустотах упаковки

между анионами, и потому имеют КЧ=4 или 6.

Халькогенные соединения со сложными анионными радикалами (халькосоли)

отклоняются от плотнейшей упаковки, и КЧ катионов возрастает до 7, 9 и выше.

Характер химических связей в структуре. Уже отмечалось, что частицы в анионах, если

они полианионные или сложные анионные радикалы, связаны ковалентной связью. А вот

связь анионов с катионами в халькогенных соединениях может быть различной.

1. Небольшое количество соединений имеет ионную связь катион-анион. Это соединения

в условиях земной коры неустойчивые (они легко гидролизуются) и потому либо редкие и

экзотические, либо, как ольдгамит CaS, минерал метеоритов и лунного грунта, вообще

неземные. Поэтому ионным типом связи для халькогенных соединений можно пренебречь.

2. Большинство же минералов этого типа имеет ковалентную связь катион-анион, но тут

имеются свои особенности. Во-первых, связь не всегда чисто ковалентная, нередко ионно-

ковалентная с преобладанием ковалентной составляющей. Во-вторых, механизм

ковалентной связи - донорно-акцепторный: анионы являются донорами электронов, катионы

- акцепторами. В зависимости от "возможностей" доноров и "потребностей" акцепторов

могут быть три случая:

а) Число донорных пар электронов у аниона как раз соответствует числу свободных

валентных орбиталей катиона - "потребности" и "возможности" точно соответствуют,

образуются нормальные соединения - их и выделяют в систематике в надотдел нормальных.

б) Число донорных электронных пар аниона меньше "потребностей" - числа свободных

валентных орбиталей катиона. Где взять "недостающие" электроны? Они восполняются

путем непосредственного взаимодействия электронных оболочек катионов, т.е. возникает

взаимодействие катион-катион (Ме-Ме) - возникает металлическая компонента связи.

Очевидно, что для этого катионы должны быть сближены. Как? Например, октаэдрические

полиэдры соединены гранями, тогда заключенные в них катионы окажутся на минимальном

друг от друга расстоянии.Такое взаимодействие приводит к появлению электропроводности,

у некоторых минералов появляется отклонение состава от стехиометрии из-за присутствия

катионов переменной валентности: 3Fe

 2Fe

- пирротин, 2Cu

 Cu

- дигенит.

Минералы с такой металлической компонентой связи выделяют в систематике в надотдел

кластерных соединений.

в) Число донорных электронных пар больше "потребностей" - числа гибридизированных

валентных орбиталей катиона. В этом случае ковалентная связь становится

преимущественной в каких-то направлениях (по другим - нельзя реализовать, нет свободных

орбиталей!). Возникают молекулярные кристаллы, с прочной, ковалентной связью по

преимущественным направлениям внутри группировок - "молекул", и со слабой,

остаточной, Ван-дер-Ваальсовой связью между группировками. Такие соединения относят к

надотдел молекулярных.

К типу халькогенных соединений относят около 250 минералов, 50 из них широко

распространены, многие важны в практическом отношении - как руды цветных, тяжелых и

редких металлов.

Классификация халькогенных соединений (табл.).

Исходя из того, что класс 1 включает минералы наиболее близкие к интерметаллидам,

характеристику минералов типа халькогенных соединений следовало бы начать именно с

этого класса. Но исторически сложилось так, что структуры изучались прежде всего для

сульфидов, и потому в характеристике минералов первого класса постоянно идет сравнение

с сульфидами. Кроме того, минералы этого класса редки и в программу курса не входят.

Поэтому характеристику начнем со второго класса - сульфидов.

Класс 2.2. Собственно сульфиды (с селенидами).

Химизм. Минералы этого класса рассматривают как производные Н

S (H

Se). В нем

около 200 минералов. Они могут иметь как простые (S

-2

, Se

-2

), так и сложные (S

-2

, AsS

-3