Кристаллическое строение глинистых минералов
|
Глинистые минералы образуют большую группу разнообразных минералов. Они относятся к слоистым (листовым) силикатам и состоят из бесконечного чередования сгруппированных в особом порядке двумерных сеток, образованных кремнекислородными тетраэдрами и алюмокислородогидроксильными октаэдрами (рис. 10.1). В тетраэдрах кремний может частично замещаться катионами Al3+ или Fe3+ При этом возникает избыточный отрицательный заряд сетки, который компенсируется катионами К+, Na+, Ca2+, Mg2+ и некоторых других элементов. Частичная компенсация отрицательного заряда тетраэдрической сетки может осуществляться за счет замещения части анионов O2- в октаэдрических сетках анионами (ОН)-. B октаэдрах реализуются более разнообразные замещения ионов. Так, Al3+ может частично или полностью замещаться катионами Mg2+ или Fe3+, а также частично катионами F2+, Zn2+, Cr3+, Ni3+ и некоторых других элементов. Анионы замещаются гидроксильными группами (ОН)-. Возникающий избыточный отрицательный заряд октаэдрической сетки компенсируется катионами К+, Na+, Ca2+, Mg2+ и некоторых других элементов.  Кремнекислородные тетраэдры располагаются в пределах сетки так, что все их вершины обращены в одну сторону, а основания лежат в одной плоскости, образуя плоскую сетку с гексагональным мотивом. Таким образом, тетраэдрические сетки имеют «свободные» валентности ионов кислорода, расположенных в вершинах тетраэдров над каждым атомом кремния. За счет этих свободных валентностей может осуществляться. связь тетраэдрических сеток между собой или с октаэдрическими сетками. Алюмокислородогидроксильные октаэдры, соединяясь боковыми ребрами, также образуют упорядоченные двумерные сетки, в которых все октаэдры лежат параллельными гранями в одной плоскости с гексагональным мотивом. Если в центрах всех октаэдров будут располагаться катионы Mg2+, то каждая группа (ОН)- будет принадлежать одновременно трем соседним октаэдрам и сплошная сетка таких октаэдров будет электрически нейтральной, так как отрицательный заряд групп (ОН)- каждого октаэдра будет равен (6е/3 = 2е) компенсироваться катионом Mg2+. Такая сетка соответствует структуре минерала брусита Mg(ОН)2 и часто называется бруситовой (рис. 10.2, а). Если в центрах октаэдров будут располагаться катионы Al3+, то баланс валентностей будет достигнут, если два из каждых трех октаэдров будут заняты Al3+, а третий октаэдр останется незанятым (рис. 10.2, б). При этом каждая группа (ОН)- будет принадлежать одновременно только двум соседним октаэдрам. Отрицательный заряд групп (ОН)- октаэдра равен 6е/2 = 3e и будет компенсироваться катионом Al3+. Такая сетка соответствует структуре минерала гиббсита (гидраргиллита) Аl(OН)3 и часто называется гиббситовой, или гидраргиллитовой. Гиббситовые сетки, в которых только два из каждых трех октаэдров заняты катионом Аl3+, называются диоктаэдрическими. Бруситовые сетки, где три из трех октаэдров заняты катионами Mg2+, называются триоктаэдрическими.  Вершины октаэдров в октаэдрических сетках глинистых минералов заняты ионами кислорода и группами (ОН)-. Ионы кислорода октаэдров, так же как ионы кислорода тетраэдров, имеют «свободные» валентности, позволяющие октаэдрическим сеткам соединяться с тетраэдрическими. В этом случае связь осуществляется за счет ионов кислорода, которые являются общими для слоя октаэдров и примыкающего к ним слоя тетраэдров. Соединение в определенной последовательности тетраэдрических и октаэдрических сеток через общие ионы кислорода в двух- и трехслойные пакеты приводит к образованию основных типов глинистых минералов. Основным методом изучения глинистых минералов в породах является метод рентгенофазового анализа глинистых частиц, обычно осажденных из суспензии с размером частиц меньше 0,001 мм на стеклянную пластинку в виде агрегата глинистых минералов, ориентированных базальными плоскостями OO1 параллельно друг другу. На дифрактограммах фиксируются отражения рентгеновских лучей от плоских пакетов, образованных тетра- и октаэдрическими сетками. Расстояние между поверхностями (либо нижними, либо верхними) двух соседних пакетов, образующих пространственную структуру минерала, называемое межплоскостным расстоянием, является индивидуальным параметром, характерным для каждого вида глинистых минералов. Межплоскостные расстояния для различных порядков отражения (001, 002, 003 и т. д.) вместе с интенсивностями их рентгеновских отражении характеризуют отдельные глинистые минералы. Существенную помощь в выявлении глинистых минералов оказывает изучение их поведения при нагревании, т. е. термографический анализ, фиксирующий эндо- и экзотермические реакции, возникающие в глинистых минералах при определенных температурах и связанные с их дегидратацией, перекристаллизацией или разложением. Для диагностики глинистых минералов широко используются электронные микроскопы просвечивающего и сканирующего типов, позволяющие при больших увеличениях изучать форму отдельных частиц глинистых минералов и их агрегатов. Важные сведения о составе глинистых минералов могут быть получены в результате их химического анализа. При относительно небольшом числе типов структур большое разнообразие индивидуальных видов глинистых минералов зависит, прежде всего, от характера изоморфных замещений в тетраэдрах и октаэдрах, характера заполнения октаэдров теми или иными катионами (от диоктаэдричности или триоктаэдричности сеток), особенностей связи между двух- или трехслойными пакетами, образующими трехмерную структуру минералов, и от комплекса ионов, заполняющих межпакетные пространства. Особую трудность в изучении ряда глинистых минералов создает явление формирования смешанослойных образований, в которых по оси с неупорядоченно чередуются пакеты различной структуры и состава. |
