Изоморфизм - изменение химического состава минерала при сохранении его кристаллической структуры. Вариации состава являются в данном случае результатом замещения в структуре минерала одного иона или ионной группировки на другой ион или группу ионов. Замечено, что, чем более сложным составом и структурой характеризуется минерал, тем более широко проявляется в нем изоморфизм, хотя из этого правила есть довольно много исключений.
Факторы
Чем выше температура, тем больше степень теплового беспорядка и тем менее строги пространственные ограничения структуры
Давление..
По валентности
Изовалентный - замещающие друг друга атомы имеют одинаковую валентность. В качестве примера таких замещений можно привести замещение Мg+2 на Fe+2 в оливине, когда существуют все промежуточные составы минерала от фаялита (Mg2SiO4) до форстерита (Fe2SiO4). Примером полного анионного ряда изовалентных изоморфных замещений между двумя соединениями являются KCl и KBr. Необходимым условием таких замещений является близость химических свойств и размеров замещающих друг друга атомов.
2. Гетеровалентный изоморфизм более сложен. Одним из важнейших условий его появления является требование сохранения электронейтральности структуры. Это требование может быть выполнено в результате парного замещения, когда, в одном соединении один из ионов (например, Ca2+) замещается на ион с меньшей валентностью (такой как Na1+) и, в то же время, другой ион (например Al3+) замещается на ион с большей валентностью (такой как Si4+). Суммарный заряд при этом сохраняется, что можно выразить в виде равенства:
Ca2+ + Al3+ = Na+ + Si4+
Такой тип замещений известен в ряду плагиоклазов.
По совершенству
· Полный изоморфизм наблюдается в тех случаях, когда известны все промежуточные составы между конечными членами
изоморфных рядов и серий твердых растворов. Такими являются ряды составов оливина и плагиоклазов.
· Ограниченный изоморфизм распространен более широко. Он выражается в значительных колебаниях состава многих минералов, обусловленных вхождением изоморфных ионов-примесей в данную кристаллическую структуру в определенных пределах. Примером ограниченных замещений является сфалерит, а также ряд более сложных силикатных минералов, таких как пироксены (диопсид-жадеит) и щелочные полевые шпаты (санидин-альбит).
Классификация по структурному положению изоморфных примесей:
а) твердые растворы замещения, в которых изоморфная примесь занимает узлы кристаллической решетки, высвобождаемые при изоморфизме. Таков изоморфизм между магнием и железом в магнезите, между хромом и алюминием в корунде (рубине), а также в плагиоклазах;
б) твердые растворы вычитания характеризуются изоморфизмом с появлением дырочных вакансий, примером может служить сфалерит с примесью индия;
в) твердые растворы внедрения являются следствием изоморфизма с появлением межузельных частиц, например вхождения щелочей 11+ в кварц при замене атомов кремния атомами алюминия (814+П «— А13+г1+) в морионе.
Билет 9
Полиморфизм и политипия.
Полиморфизм – способность одного химического вещества образовывать различные кристаллические структуры в зависимости от условий образования (T, Р, Еh, рН).
Таким образом, факторами полиморфизма являются температура и давление, в некоторых случаях – степень пересыщения растворов. Часто неустойчивая при данных PT-условиях модификация может быть стабилизирована вхождением в решетку определенных элементов-примесей, которые называются стабилизирующими. Как пример, можно указать стабилизацию арагонита атомами стронция.
Полинтипия
Способность одного и того же вещества кристаллизоваться в нескольких слоистых структурных модификациях, различающихся только поворотом или порядком чередования слоёв. Представляет собой особый случай полиморфизма.
Билет 10
Типы воды в минералах.
Различается
Конституционная
Кристаллизационная
Цеолитная
Адсорбционная
Вода конституционная находится в кристаллической решетке м-ла в виде ионов ОН1-, реже Н1+ и оксония Н3О1+; она переходит в молекулярное состояние лишь при разрушении структуры м-ла. При нагревании выделение конституционной воды у каждого м-ла происходит в определенном интервале t от 300 до 1000°.
Вода кристаллизационная находится в решетке в виде нейтральных молекул Н2О, занимающих определенные места. Выделение кристаллизационной воды при нагревании происходит при t ниже 300°. Различаются два типа кристаллизационной воды:
1) типичная кристаллизационная вода, выделяющаяся в узком интервале температур с полным разрушением и перестройкой структуры м-ла с изменением его физ. свойств: пок. прел., уд. в. и др.;
2) цеолитная вода, которая может выделяться в широком интервале температур без разрушения м-ла и вновь поглощаться при изменении условий.
Молекулы воды адсорбционной адсорбированы поверхностью кристаллических частиц и легко удаляются при нагревании. Различают межплоскостную воду, адсорбированную на поверхности отдельных слоев в м-ле, воду твердых коллоидов (затвердевших гелей, напр., опала) и гигроскопическую воду, механически примешанную к м-лу, которая при нагревании полностью удаляется при t 105 — 110°. Удаление любой воды сопровождается поглощением тепла. Соответствующий эндотермический эффект, получаемый на кривых нагревания, служит диагностическим признаком для распознавания природы исследуемого м-ла.
11. Агрегаты минералов:
Конкреции
Это шаровидные (иногда как бы сплюснутые, не правильно округленные) агрегаты радиально-лучистого строения. В центре их не редко находится зерно, которое служило затравкой при росте конкреции. Чаще всего они образуются в пористых осадочных породах – песках и глинах. В противоположность секрециям разрастаются вокруг какого-нибудь центра. Размеры этих образований – от миллиметров до десятков сантиметров. Часто встречаются конкреции пирита и фосфоритов.
Оолиты
Это сферические образования размером от миллиметров до нескольких сантиметров, возникающие в водных средах взвешенных посторонних тел – песчинок, обломков органических остатков, пузырьков газа. Характерная особенность оолитов – явно выраженная концентрическая слоистость и иногда скорлуповатость. Наиболее часто в виде оолитов встречаются марганцевые, железные руды и бокситы.
Сферолиты
Представляют собой сферические образования с радиально-лучистым строением. Они часто нарастают на другие минералы и стенки разных пустот. Могут возникать двумя путями:
при росте одиночного расщепляющегося кристалла
подобно конкреции – минерал нарастает на какое-нибудь зерно, а вследствие геометрического отбора или стесненных условий кристаллизации разрастаются, расходясь лучами от центра.
Секреции
Секреции образуются в результате заполнения не правильной, но чаще круглой формы пустот минеральным веществом. Характерной особенностью многих секреций является последовательное концентрически послойное отложение вещества по направлению от стенок пустоты к центру.