24. Оксиды, общая характеристика

Определение и распространённость

• Оксиды = металлы+металлоиды с O: ~300 видов; гидроксиды >80; суммарно 17% массы литосферы (кремнезём — кварц, опал ≈12,6%; оксиды/гидроксиды Fe — 3,9%).
• Анион O²⁻ (r≈1,36 Å, у всех одинаков); минералы с O²⁻+OH⁻ одновременно; вода — адсорбционная и кристаллизационная.
• Катионы: Si, Ti, Fe, Al, Mn — литофильные («литос» — камень): сродство к O, не к S (≠ халькофильные).

Химия и связь

• Связь ионная (преобладает); ковалентная — реже, но у самых распространённых (семейство кремнезёма). Сложные оксиды (Fe, Ti, Nb, Ta) — компоненты ковалентной и металлической связи; гидроксиды — водородные.
• Простые/сложные оксиды. Изоморфизм: типичен для сложных, очень ограничен в простых (примеси <1%; несколько % лишь при гетеровалентном).
• Изовалентные замещения: Fe²⁺=Mg²⁺, Fe²⁺=Mn²⁺, Fe³⁺=Cr³⁺, Fe³⁺=Al³⁺, Nb⁵⁺=Ta⁵⁺. Гетеровалентные: Ca²⁺Ti⁴⁺=Ce³⁺Fe³⁺, 3Fe²⁺=2Fe³⁺ (гл. обр. в сложных оксидах).
• Ограничение изовалентного изоморфизма — различие типа связи: рутил TiO₂ (ион.) — касситерит SnO₂ (ковал.): полная смесимость лишь при высоких T.
• Оксиды с ковалентной связью (кварц, касситерит) — высокая чистота, близки к теоретическим формулам.

Структуры и морфология

• Типичны координационные структуры; островные не характерны. Гидроксиды — часто слоистые: ионная связь внутри слоя, ван-дер-ваальсова между.
• Каркасные: [SiO₄] (кварц), [TiO₆]/[NbO₆] (пирохлор) — соединены общими атомами O.
• Морфология ↔︎ структура: координационные/каркасные — изометричны; цепочечные — удлинённо-призматические; ленточные/слоистые — уплощённо-таблитчатые, листовато-чешуйчатые, спайность в 1 направлении.

25. Группа шпинелидов

Общее

• Сложные оксиды AB₂O₄: A=Mg²⁺, Fe²⁺, иногда Zn²⁺, Mn²⁺, Be²⁺; B=Fe³⁺, Al³⁺, Cr³⁺, Mn³⁺(?).
• Большинство — кубич. сингония; октаэдрический габитус; высокая тв.; спайности нет; химически/термически устойчивы; высокотемпературный генезис; устойчивы в поверхностных условиях → сохраняются в россыпях.

• Все кубич. сингонии, кроме ильменита (тригон.). Сюда же относят вольфрамит и пирохлор.

Магнетит — формы: мелкозернистые сплошные массы (иногда очень крупные), вкрапленность, октаэдрич. (реже ромбододекаэдрич.) кристаллы.

• Генезис: ① скарны (контактово-метасоматич.: гранат, эпидот, хлорит, сульфиды, кальцит); ② железистые кварциты (метаморфич.: гематит); ③ основные породы (магматич.: кальцит, флогопит, апатит, карбонатиты); ④ гидротермальный (нормальное парциальное давление O₂).
• Поверхностная устойчивость: минерал россыпей; при окислении → мартит (псевдоморфоза гематита по магнетиту) → гидроксиды Fe.
• Значение: ценнейшая руда Fe; попутно Ti, V, Ni и др.

Шпинель: магнезиальные скарны. Хромит: асс. серпентин. Ильменит: щелочные пегматиты, асс. КПШ.

26. Минералы кремнезёма

Общее

• Все — SiO₂, ряд полиморфных модификаций. Главные: кварц, тридимит, кристобалит, коэсит; особняком — стишовит (самая высокобарическая, ударный метаморфизм; единственная с октаэдрич. координацией Si); также опал SiO₂·nH₂O.
• Структура (кроме стишовита): Si⁴⁺ в четверном окружении O²⁻, [SiO₄] по вершинам; каждая вершина — общая для соседнего тетраэдра → каркас сцепленных тетраэдров.
• α-кварц — низко-T устойчивая модификация («кварц»); распространённейший, лучше всех изученный минерал ЗК.

Химический состав

• Бесцветные прозрачные разности = теоретический состав. Изоморфные примеси: Al³⁺, Fe³⁺, Ti⁴⁺.
• Окрашенные (молочно-белые и др.): мехпримеси CO₂, H₂O, углеводороды, NaCl, CaCO₃, микрокристаллы рутила, актинолита (видны на глаз).

Разновидности по цвету

• Розовый кварц (без назв.) — окраска, вероятно, примесью Ti.

Физические свойства: блеск стеклянный, на изломе слегка жирный; халцедон — восковой до матового. Тв. 7. Спайность: нет/очень несовершенная по ромбоэдру; у «моноблоков» — средняя до ясной по ромбоэдру. Излом раковистый.

Генезис

1. Кислые интрузивные/эффузивные породы (граниты, гнейсы, кварцевые): существенный компонент наряду с полевыми шпатами и слюдами. Порфировые вкрапленники в эффузивах зональны, с включениями вулканич. стекла.
2. Пегматиты (пустоты): крупные кристаллы (раухтопаз, морион, аметист) + полевые шпаты, мусковит, иногда топаз, берилл, турмалин; закономерные срастания с K-ПШ (ортоклаз/микроклин) — «еврейские письмена», включения кварца в одном кристалле ПШ оптически ориентированы одинаково.
3. Гидротермальные м-ния: постоянный жильный минерал в больших массах; асс. касситерит, вольфрамит, золото, молибденит, пирит, халькопирит, турмалин, кальцит, хлориты. Почти всегда — микроскопические включения газов, жидкостей, твёрдых веществ.
4. Экзогенез: кварц и халцедон из холодноводных растворов SiO₂ (кристаллы в трещинах окремнённых пород — известняков, серпентинитов); шире халцедон: кремни в известняках, желваки в коре выветривания (напоминают миндалины/жеоды гидротерм. халцедона в эффузивах); отлагается после опала между колломорфными выделениями.
5. Метаморфизм: обезвоживание опалсодержащих осадочных пород → яшмы и слоистые роговики (тонкозернистые кварцевые и кварц-халцедоновые породы).

27. Гидроксиды, общая характеристика

Общее

• Гидраты = соединения металлов с (OH)⁻, полностью/частично заменяющей O²⁻: MgO→Mg(OH)₂; Al₂O₃→2AlO(OH) или 2Al(OH)₃.
• Большинство — слоистые структуры: гексагональная (близкая) плотнейшая упаковка (OH)⁻; оптимальные катионы Mg²⁺, Fe²⁺, Mn²⁺, Al³⁺, Fe³⁺, Cr³⁺.
• Анализы гиббсита и лепидокрокита часто почти совпадают с теоретическим составом.

Группа брусита (гидраты 2-валентных Mg, Fe, Mn; тригон./гексагон.)

Брусит Mg[OH]₂

• Состав: MgO 69%, H₂O 31%; примеси Fe (железный брусит), Mn (марганцовистый).
• Облик: толстотаблитчатые кристаллы; листоватые талькоподобные агрегаты; почковидные/гроздевидные; «веревочный» брусит — немалит.
• Цвет белый, изредка зеленоватый, голубой, бесцветный. Блеск: в изломе стеклянный, на спайности перламутровый. Тв. 2,5. Спайность весьма совершенная. Листочки гибки.
• Генезис: гидролиз соединений Mg в резкощелочной среде; тонкие жилки/примазки по трещинам в серпентинитах (гидротерм. изменение ультраосновных: дунитов, перидотитов); асс. серпентин, гидрокарбонаты Mg, арагонит; в доломитизированных известняках — кальцит, гидромагнезит; в сильнощелочных почвах. В кислых средах легко карбонатизируется.

Группа гиббсита (тригидраты 3-валентных)

• Наиболее распространён Al[OH]₃. Fe[OH]₃ при гидролизе неустойчив, быстро обезвоживается; Fe³⁺ лишь изоморфно в Al[OH]₃. В гидратах Al — изоморфная примесь Ga³⁺ (повышена против кларка).

Гиббсит Al[OH]₃

• Состав: Al₂O₃ 65,4%, H₂O 34,6%; примеси Fe₂O₃ до 2%, Ga₂O₃ до 0,006%.
• Облик: шестиугольнотаблитчатые кристаллы; лучистолистовые агрегаты, сферолитовые корки, бобовидные/шаровидные конкреции; основная масса — тонкочешуйчатые и скрытокристаллические.
• Цвет белый или слабо сероватый/зеленоватый/красноватый. Блеск стеклянный, на спайности перламутровый. Тв. 2,5–3,5. Спайность весьма совершенная по базопинакоиду.
• Генезис: гидролиз алюмосиликатов — гидротермально (низкие T, редко, мало) + гл. обр. экзогенно, выветривание в жарком климате (тропики/субтропики): латериты (покров коры выветривания: гидроокислы Fe₂O₃ + меньше Al₂O₃, SiO₂) и бокситы (преим. гидраты Al; осадочные — размыв кор выветривания в бассейнах; либо разложение известняков/доломитов — глинистые остатки в щелочной среде, вынос SiO₂).
• Метаморфизм: обезвоживание → диаспор (AlOOH) → (глубже) корунд (наждак); с SiO₂ → силикаты/алюмосиликаты Al.

Группа лепидокрокита–гётита (моногидраты 3-валентных: Al, Fe, Cr, Ga)

• Наиболее распространён FeOOH. В гидратах Al — примесь Ga³⁺ (повышена против кларка); в гидратах Cr — Fe³⁺.

Лепидокрокит FeOOH

• Состав: Fe₂O₃ 89,9%, H₂O 10,1%; примеси Al₂O₃ до 1,5%, Ga₂O₃ до 0,006%.

28. Коллоидно-дисперсные оксиды и гидроксиды

• База — вопрос о коллоидах (вопрос 10).
• Минералы — оксиды/гидроксиды Fe, Mn, Si: пиролюзит (MnO₂), манганит (MnOOH), лимонит (Fe₂O₃·nH₂O), опал (SiO₂·nH₂O), халцедон, гётит и гидрогётит (FeOOH и FeOOH·nH₂O), сидерит (FeCO₃).
• Вследствие адсорбции — землистые, скрытокристаллические или плотные массы неправильной/натёчной формы.