Подкласс силикатов с трехмерными каркасами (каркасные силикаты)

К подклассу каркасных силикатов относятся очень распространенные соединения, большинство из которых является важнейшими породообразующими минералами. Среди других силикатов они являются самыми близкими к окислам, в частности минералы группы кварца, которые мы рассмотрим в этом подклассе. Соотношение Si : О в минералах группы кварца и (Si + Al) : О в каркасных алюмосиликатах всегда равно 1 : 2. В основе силикатов этого подкласса лежит непрерывный каркас из связанных между собой кремнекислородных тетраэдров, которые имеют три измерения (в пространстве). Большинство описываемых минералов представляет собой алюмосиликаты, в которых часть Si4+ в анионных комплексах замещается ионами Al3+, причем Al3+ занимает не более половины всех мест. Как правило, в каркасных алюмосиликатах устанавливаются стехиометрические соотношения Si : Al, равные 3 : 1,3 : 2 или 1 : 1, т. е. комплексные анионы чаще всего имеют формулу [AlSi3O8], [AlSiO4] или [Al2Si2O8] и [Al2Si3O10]. Тетраэдрические группы в структуре этих минералов, окружающие кремний и алюминий, связаны так, что каждый атом кислорода является общим для двух третраэдрических групп. Такую же структуру мы наблюдаем в разных модификациях SiO2. Кремнекислородные каркасы в кварце электрически нейтральны; каждый ион O2- принадлежит одновременно двум тетраэдрам; его отрицательные валентности насыщены положительными валентностями двух ионов Si4+. Поскольку в силикатах часть кремния замещается алюминием, то в кислородном тетраэдре освобождается одна отрицательная валентность, которая уравновешивается положительными ионами Ca2+, Na+, K+ и т. д. Общую формулу кремнеалюмокислородного каркаса можно изобразить в виде [AlmSin-mO2n]m-. Для кварца, у которого m = О, формула каркаса — SiO2. В силикатах же m < 1/2n. В каркасе алюмосиликатов имеются большие пустоты и вся структура приобретает вид пчелиных сот. В пустотах размещаются катионы К, Na, Ca, Ba, а также молекулы воды и кислотные радикалы Cl-, [SO4]2- и др. Структура такого типа называется структурой внедрения. Примером может быть каркасная структура нозеана. Структуры особого типа наблюдаются у так называемых цеолитов, которые мы рассмотрим при описании этих минералов.
Свойства силикатов каркасного строения полностью определяются особенностями их структуры. Так, плотность благодаря тому, что каркас имеет пустоты, является низкой — около 2,5; невелики также показатель преломления (средний — 1,525) и величина двупреломления (ng — nр = 0,010). Твердость силикатов каркасного строения колеблется в пределах 5—6. Окраска почти всегда светлая, а в тех случаях, когда в них присутствует железо — бурая. Каркасные силикаты растворяются в плавиковой кислоте; в соляной кислоте моносиликаты растворяются хорошо, трисиликаты — плохо. Для многих представителей этого подкласса очень характерна мимитизия, т. е. приближение по внешней форме к кристаллам с высшей симметрией. Этим объясняется широко развитая склонность каркасных силикатов к двойникованию.