Химическая энциклопедия - минерал

(от позднелат. minera-руда), прир. твердое тело с характерными хим. составом, кристаллич. структурой и св-вами. Образуется в результате физ. и хим. процессов (экзогенных, эндогенных и метаморфических; см. Полезные ископаемые )в глубинах и на пов-сти Земли, Луны, др. планет и космич. тел. М.-составная часть горных пород, руд и метеоритов. Как исключение к М. относят жидкую ртуть и прир. амальгамы, аморфные опал и аллофан (водный силикат алюминия). Выделяют также метамиктные М., к-рые утратили кристаллич. строение в результате радиоактивного распада. М., как правило,-неорг. в-ва, но иногда к ним относят кристаллич. орг. соединения (в частности, окса-латы), нек-рые твердые углеводороды и ископаемые смолы (компоненты янтаря). Воду, в отличие от льда, обычно не считают М. По мнению В. И. Вернадского, однако, М. являются не только твердые прир. образования, но также жидкости и газы.

Понятие М. употребляют для обозначения минеральных индивида, вида и разновидности. Минер. индивиды-отдельные кристаллы или кристаллич. зерна. Их размеры варьируют от 1-100 нм (коллоидные М.) до неск. м. Минер. вид-совокупность минер. индивидов однотипной структуры, хим. состав к-рых может изменяться в определенных пределах без изменения структуры. М. одинакового состава, но разной структуры-полиморфные модификации (напр., алмаз и графит, кальцит и арагонит) относят к разным минер. видам. Непрерывные ряды твердых р-ров (изоморфные смеси) условно делят на неск. минер. видов. Так, в двухкомпонентных твердых р-рах выделяют обычно три минер. вида (с содержанием одного из компонентов 100-75, 75-25 и 25-0 мол. или ат. %), реже два (0-50 и 50-100 мол. или ат. %), а в трехкомпонентных-семь или три. Минер. разновидность выделяют внутри минер. вида по особенностям структуры, состава, морфологии и св-в. Известно ок. 3000 минер. видов и почти столько же разновидностей.

Называют М. по составу, месту находки, особенностям морфологии, характерному св-ву, в честь ученых, путешественников, космонавтов, политич. деятелей и т. д.

Структура. Структурными единицами в узлах кристаллич. решетки м. б. атомы (как, напр., в алмазе), ионы (напр., Na⁺, UO2²⁺, NH⁺4, Н 3 О ⁺ , Cl^-, CO3^2-, PO4^3-), а также молекулы (S8 в сере, As4S4. в реальгаре). Они удерживаются в структуре благодаря ионной, ковалентной, металлич. и водородной связям, а также ван-дер-ваальсовым взаимодействиям. В т. наз. гомо(изо)десмич. структурах имеется только один тип связи (ковалентная в алмазе, ионная в галите, металлическая в золоте); но гораздо чаще встречаются гетеро(анизо)десмич. структуры с неск. типами связи. Пространств. расположение структурных единиц, связанных наиб. прочными связями, определяет геом. "мотив" структуры: островной (в т. ч. кольцевой), цепочечный, ленточный, слоистый, каркасный, координационный. В структуре каждого М. выделяют элементарную ячейку с соответствующей симметрией и параметрами (см. Кристаллы).

Реальная структура М. отличается от идеальной наличием дефектов (вакансии в отдельных узлах кристаллич. решетки, примесные атомы или ионы в узлах или между узлами, изменение валентности у части ионов) и дислокаций. Упорядочение вакансий может приводить к увеличению одного из параметров элементарной ячейки. Для слоистых М. (слюды, графит, молибденит и др.) характерна политипия, при к-рой происходит небольшой сдвиг слоев (пакетов) относительно друг друга с изменением периодичности в их чередовании. В результате разл. политипы одного М. отличаются друг от друга параметрами вдоль одной из осей (причем эти параметры кратны одной и той же величине). При этом может происходить изменение вида симметрии элементарной ячейки вплоть до изменения сингонии. Однако существ. перестройки структуры, как при полиморфизме, не происходит.

Кроме того, атомы или ионы в нек-рых М. могут распределяться по узлам кристаллич. решетки закономерно или статистически; соответственно различают упорядоченные и неупорядоченные структуры.

Химический состав и формулы. В состав М. входят все стабильные и долгоживущие изотопы элементов периодич. системы, кроме инертных газов (хотя Аr и Не могут накапливаться в М. как продукты радиоактивного распада). Различают видообразующие элементы и элементы-примеси, содержание к-рых в М. составляет соотв. единицы-десятки и единицы-доли процента по массе. К последним обычно относят редкие и рассеянные элементы: Rb, Cs, Ra, Sc, Ga, In, Tl, Ge, Hf, Th, РЗЭ, Re, I, Br и др., к-рые, как правило, не образуют самостоятельных М. Примеси м. б. структурными (изоморфными) или механическими (адсорбир. элементы и соед., газово-жидкие микровключения, микроскопич. и суб-микроскопич. включения др. М.), что связано с условиями образования М. и с особенностями его кристаллич. структуры.

По числу (один, два или больше) видообразующих элементов среди М. выделяют соотв. простые в-ва, бинарные и более сложные соединения. Бинарные соед. преобладают среди интерметаллидов (напр., Au2Bi, Pd3Sn, Pt3Fe), карбидов, нитридов, силицидов (Fe3C, FeSi, CrN), характерны для нек-рых халькогенидов (PbS, NiSe, Bi2Te3, NiAs, FeSb2), простых оксидов (MgO, Fe2O3, Al2O3, SiO2), галогенидов (NaCl, KCl, MgF2, CaF2). К более сложным соед. относятся нек-рые интерметаллиды (Au8PbTe, CuPt2Fe), карбиды и фосфиды (Fe2NiP, Fe20Ni3C), большая часть халькогенидов (Cu5FeS4, CoAsS, Ag3SbS3), гидроксиды и сложные оксиды (АlOОН, FeCr2O4), все соли кислородсодержащих к-т {Cas [PO4]3(F, Сl, ОН)}, часть галогенидов (NH4Cl, KMgCl3^.6H2O) и все т. наз. галогеносоли (Na[BF4], Na3 [AlF6]). Характерная особенность силикатов, боратов и ванадатов наличие полимерных анионов, В силикатах в строении анионного радикала принимают участие (кроме Si и О) Аl, В и Be.

Состав нек-рых М. относительно постоянен (кварц, гематит и др.), однако большинство М. имеют переменный состав, как, напр., члены изоморфных рядов в двух-, трехи многокомпонентных системах.

Состав М. выражается хим. ф-лой. Эмпирич. ф-ла отражает соотношения входящих в состав М. элементов, к-рые располагаются в ней слева направо по мере увеличения номера группы в периодич. системе, а для элементов одной группы-по мере уменьшения их порядковых номеров, напр. кобальтин CoAsS, сподумен Li2O Х Аl2 О 3 Х 4SiO2. К р и с т а л л о х и м. ф-ла отражает связь состава со структурой. Она записывается по определенным правилам: сначала катионы; затем анионы, при этом комплексные анионы заключают в квадратные скобки; после аниона т. наз. дополнит. анионы (F^-, Cl^-, ОН ^-, О ^2-); молекулы воды обычно записываются в конце ф-лы; изоморфные элементы ставят в круглые скобки через запятую. Можно указать мотив полимерного аниона: цепочечный или ленточный (), слоистый (), каркасный ( ). Напр., кристаллохим. ф-ла кобальтина имеет вид Co[AsS], сподумена, талька-Mg3(OH)2, альбита. Степень окисления указывают справа вверху от символа элемента, а координац. число-слева вверху в круглых скобках, напр.: магнетит Fe²⁺Fe2³⁺ O4, андалузит ⁽⁶⁾Al⁽⁵⁾Al [SiO4] О. Ф-лы М., для к-рых характерны разнообразные изоморфные замещения, записывают в обобщенном виде, напр. блеклые руды М ⁺10 М 2²⁺ [Y4X13], где М ⁺ -Сu, Ag; M²⁺ -Fe, Zn, Сu, Hg, Cd, Mn; Y-As, Sb, Bi, Те; X-S, Se.

В составе М. может присутствовать вода: связанная, или конституционная, в ионизир. виде (ОН ^-, Н 3 О ⁺); кристаллизационная в виде молекул Н 2 О, кол-во к-рых в элементарной ячейке постоянно, и свободная (адсорбированная, капиллярная, межслоевая и др.), кол-во к-рой непостоянно, что обозначается