title-icon
Яндекс.Метрика
» » Класс окислов и гидроокислов

Класс окислов и гидроокислов

К классу окислов и гидроокислов относятся простейшие соединения металлов и металлоидов с кислородом и гидроксилом. Среди них известно свыше 150 минералов, которые составляют около 5% общего веса земной коры. В состав этих минералов входит 47 химических элементов (рис. 150), из которых только половина играет в окислах важную роль. Приблизительно 50 минералов упомянутого класса образует железо. Характернейшими окислами являются наиболее слабые основания или ангидриды слабых кислот, особенно Al3+, Fe3+, Ti4+.
Среди минералов класса окислов и гидроокислов широко развит изо-валентный и гетеровалентный главным образом несовершенный изоморфизм. Совершенный изоморфизм наблюдается только в окислах сложного состава для таких элементов: 1) Mg—Fe — Mn; 2) La — Ce — Y; 3) Nb — Ta.
Окислы, возникшие экзогенным путем из коллоидных растворов, содержат разные адсорбированные примеси.
Основой кристаллической структуры минералов описываемого класса является плотнейшая упаковка ионов О2- (в окислах) и (ОН)- (в гидроокислах). Размер ионных радиусов их приблизительно одинаковый (соответственно 1,36 и 133, А), поэтому тип положительных ионов не влияет на характер кристаллической структуры. Все разнообразие минералов класса окислов и гидроокислов определяется характером катионов и их координацией. Преобладают катионы с размером ионных радиусов между 0,6 и 1,0 А (колебания наблюдаются от 0,34 А — Be2+ до 1,36 А — Ba2+) и с координационными числами в основном 4 и 6 (табл. 59). Между отдельными структурными единицами окислов и гидроокислов существует преимущественно ионная связь (степень ковалентности связи лежит в пределах 12—56%).
Замена кислорода гидроксилом приводит к возникновению слоистых структур с ионной связью в слоях и ван-дер-ваальсовской — между ними. При переходе к слоистой структуре снижается симметрия кристаллической решетки.
Окислы и гидроокислы в большинстве представлены координационными, слоистыми и цепочечными структурами, в значительно меньшей мере — каркасными, и только единичные минералы этого класса имеют островную структуру.

В морфологическом отношении окислы и гидроокислы являются минералами с хорошо развитой кристаллографической индивидуальностью. Некоторые из них (например, брукит — TiO2) встречаются только в виде кристаллов. Для большинства минералов описываемого класса кристаллическая форма является важным диагностическим признаком. Часто встречаются хорошо образованные кристаллы размером до нескольких десятков сантиметров, что особенно характерно для минералов, в состав которых входят элементы с малыми ионными радиусами (Be, Al, Mg, Fe, Sn, Ti, Zr, Nb, Ta) и которые образуются эндогенным путем. Минералы этого класса известны также в виде мелкозернистых, скрытокристаллических и землистых агрегатов, кристаллические очертания которых можно установить только под электронным микроскопом. Такие агрегаты характерны для минералов, возникающих экзогенным путем из коллоидных растворов, которые содержат элементы с большими и средними размерами ионных радиусов. В количественном отношении явно преобладают минералы кубической и ромбической сингоний, а на втором месте находятся минералы гексагональной (и тригональной) и тетрагональной сингоний. Соответственно этому их обликами являются изометрический, удлиненный и сплюснутый. Минералы изометрического облика обычно образуют зернистые агрегаты, которые в экзогенных условиях являются мелкокристаллическими и скрытокристаллическими, а в эндогенных — крупно- и среднезернистыми. Для минералов удлиненного облика характерны лучистые и игольчатые агрегаты, а для сплюснутых —- слоистые и чешуйчатые. Слоисто-концентрические агрегаты с типичным блеском получили название стеклянных голов.
В зависимости от условий образования один и тот же окисел может встречаться и в виде кристаллов, и в виде разных агрегатов.
Для окислов и гидроокислов характерны закономерные срастания (гематит — рутил, магнетит — ильменит, магнетит — шпинель), а также миметические кристаллы, образующиеся вследствие срастания (хризоберилл — BeAlO4, рутил и т. д.).

Основные химические и физические свойства минералов класса окислов и гидроокислов определяются прочными кристаллическими постройками в основном с ионным типом связи. Они имеют высокую химическую устойчивость, растворяются только в концентрированной HCl, обычно разлагаются после сплавления с содой. Окислы и гидроокислы имеют также повышенную твердость (6—9), высокую плотность, относительно высокий показатель преломления и высокую точку плавления. Плотность минералов этого класса колеблется от 2,2 (гидрокалюмит — Ca2Al(OH)7*3Н2О) до 11,2 (монтроидит — HgO). Изменение плотности происходит в соответствии с изменением атомного веса главных катионов в составе отдельных минералов и зависит от их структуры, что можно показать на примере трех полиморфных модификаций TiO2 — рутила (4,23), брукита (4,14) и анатаза (3,90). При замене кислорода гидроксилом плотность уменьшается. Так, плотность корунда — Al2O3 равна 4,02, диаспора — AlO(OH) — 3,44, бемита — AlO(OH) — 3,01, гидраргиллита — Al(OH)3 — 2,40.
Минералы описываемого класса имеют спайность разной степени совершенства, однако гидроокислы, кристаллические решетки которых значительно слабее, характеризуются совершенной спайностью, проходящей параллельно слоистости.
Преобладающее количество этих минералов, кроме бесцветных окислов и гидроокислов Mg и Al, интенсивно окрашены в темные цвета. Окислы и гидроокислы непрозрачные или просвечивают в осколках и шлифах и имеют полуметаллический блеск. Из других свойств следует отметить для некоторых из этих минералов повышенную магнитность.
Основная часть окислов и гидроокислов сосредоточена в верхних слоях земной коры на границе ее с атмосферой, в которой содержится свободный кислород. Глубина проникновения кислорода в земную кору контролируется уровнем грунтовых вод. Химические реакции, приводящие к образованию окислов и гидроокислов, происходят в основном в коре выветривания и зоне окисления минеральных месторождений, а также в водных бассейнах — болотных, озерных и морских, где часто возникают сложные минеральные смеси, состоящие из гидроокислов железа (бурые железняки), алюминия (бокситы) и марганца (вады), являющимися важными рудами этих металлов. Гидроокислы в воздушно-сухих условиях могут терять воду и переходить в безводные окислы. В условиях метаморфизма за счет гидроокислов могут образовываться кристаллически-зернистые агрегаты безводных окислов. При эндогенных процессах возникает значительно меньше этих минералов, однако некоторые из них имеют значительное распространение. К эндогенным минералам относятся в основном минералы, содержащие в своем составе элементы Be, Ta, Nb, TR, Sr, Zr, U, Cr3+, V3+, Mg2+, т. е. элементы, которые при гидролизе солей образуют нерастворимые в воде гидроокислы, а также Fe и Mn.
Все минералы класса окислов и гидроокислов соответственно их структуре, химическому составу и физическим свойствам разделим на 5 подклассов: I) координационные, 2) каркасные, 3) островные, 4) цепочечные, 5) слоистые. Из них мы рассмотрим только 4 подкласса.
В первом подклассе выделяются два отдела — простые и сложные окислы, а в подклассе окислов и гидроокислов цепочечного строения — отделы с простыми и двойными цепочками. При этом общая классификация класса окислов и гидроокислов приобретает такой вид: