06. Силикаты: общая характеристика и подклассы

35. Общая характеристика класса силикатов, подразделение на подклассы по структуре

Общие сведения

Силикаты + алюмосиликаты — обширнейшая группа; видов >1000.
Доля в литосфере >75% (по Ферсману) всех минералов; 40% широко распространены.
Главные породообразующие (полевые шпаты, слюды, оливин, пироксены, амфиболы); самые распространённые в природе — полевые шпаты.

Химизм

Главные элементы: O, Si, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K + Li, B, Be, Ti, Zr, REE.
Добавочные анионы: (OH), F, Cl.
Типы воды: кристаллизационная, цеолитная, межслоевая, адсорбционная.
Халькофильные (Cu, Zn, Pb) не характерны; лишь в зонах окисления сульфидных м-ний образуют самостоятельные силикаты.
Изовалентные замещения: Mg²⁺=Fe²⁺ (оливин); Al³⁺=Fe³⁺ (гранат); Ca²⁺=Mn²⁺ (волластонит); (OH)⁻=F⁻ (топаз, слюда).

Структуры (тезисно)

Четвертичная координация; тетраэдр SiO₄ (кубический); связь Si–O ковалентная, «радикал–ион» ионная.
Связь тетраэдров через катионы; возможна полимеризация (конденсация) с образованием анионных группировок.

Подклассы (по способу сочленения тетраэдров)

Подкласс	Радикал(ы)	Признаки	Примеры
Островные, изолированные тетраэдры	[SiO₄]⁴⁻	Тетраэдры не связаны между собой, связь через катионы	гранат, оливин (ортосиликаты)
Островные, сдвоенные тетраэдры	[Si₂O₇]⁶⁻	1 общий O; смешанные структуры [SiO₄]⁴⁻+[Si₂O₇]⁶⁻	эпидот (диортосиликаты)
Кольцевые	[Si₃O₉]⁶⁻, [Si₄O₁₂]⁸⁻, [Si₆O₁₈]¹²⁻	Кольца из 3, 4, 6 тетраэдров (+ более сложные)	—
Цепочечные	[Si₂O₆]⁴⁻, [Si₃O₉]⁶⁻ и др.	Непрерывные обособленные цепочки	пироксены
Ленточные	[Si₄O₁₁]⁶⁻	Сдвоенные цепочки (ленты)	роговая обманка (амфиболы)
Слоистые (листовые)	[Si₄O₁₀]⁴⁻ / [(Al,Si)₄O₁₀]⁴⁻	Тетраэдры связаны 3 общими вершинами, все вершины развёрнуты в одну сторону; слои обособлены	слюды, глинистые минералы
Каркасные	[SiO₂]⁰	Все O общие; чисто Si-каркас нейтрален	кварц (→ можно относить к каркасным силикатам, а не оксидам), нефелин, полевые шпаты

Свойства по подклассам

Островные и каркасные: изометричные зёрна/кристаллы, куб./ромб. сингония.
Кольцевые и ленточные: удлинённые, тонковолокнистые кристаллы.
Островные: плотная упаковка → max плотность и твёрдость; K, Na нехарактерны; Al не замещает Si в анионной части; спайность отсутствует.
Каркасные: наименее плотные и твёрдые.
Слоистые: уплощённые зёрна; min твёрдость (слюды, тальк, каолинит); твёрдость ↓ от слоистых с ионной связью к слоистым с ван-дер-ваальсовой (хлориты, тальк); совершенная спайность.
Цвет: сами минералы белые/серые; окраска — дефекты структуры или хромофоры: Fe²⁺, Cr³⁺ — зелёный; Fe³⁺, Ti⁴⁺ — бурый; Fe³⁺, Cr³⁺ — красный; Fe²⁺, Fe³⁺ — синий; Mn²⁺ — розовый.

36. Островные силикаты, характеристика. Представители

Структура близка к плотнейшей упаковке → наибольшая плотность и твёрдость.
Структурная единица — изолированные тетраэдры [SiO₄]⁴⁻; ни один O не является общим для соседних тетраэдров.
Катионы: Mg²⁺, Fe²⁺, Ca²⁺ (преобладают), Al³⁺, Fe³⁺, иногда Be²⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺; Na, K — исключение.
Al практически никогда не входит в позиции КЧ=4 (не замещает Si в тетраэдрах).
Изометричные зёрна; бесцветные/слабоокрашенные; интенсивная окраска только при ионах-хромофорах.

Представители

Минерал	Формула	Сингония	Тип
Оливин	(Mg,Fe)₂[SiO₄]	ромб.	изолир. тетраэдры, без доп. анионов
Пироп	Mg₃Al₂[SiO₄]₃	куб.	гр. гранатов R²⁺₃R³⁺₂[SiO₄]₃
Альмандин	Fe₃Al₂[SiO₄]₃	куб.	гр. гранатов
Спессартин	Mn₃Al₂[SiO₄]₃	куб.	гр. гранатов
Андрадит	Ca₃Fe₂[SiO₄]₃	куб.	гр. гранатов
Гроссуляр	Ca₃Al₂[SiO₄]₃	куб.	гр. гранатов
Титанит (сфен)	CaTi[SiO₄]O	мон.	изолир. тетраэдры + доп. анионы
Кианит (дистен)	Al₂[SiO₄]O	трикл.	изолир. тетраэдры + доп. анионы
Эпидот	Ca₂(Al,Fe)Al₂[SiO₄][Si₂O₇]O(OH)	мон.	сдвоен. тетраэдры + доп. анионы (смеш. тип)
Берилл	Be₃Al₂[Si₆O₁₈]	гекс.	кольцевой
Турмалин	Na(Mg,Fe)₃(Al,Fe)₆[Si₆O₁₈][BO₃]₃(OH,F)₄	триг.	кольцевой

Оливин

Непрерывный изоморфный ряд форстерит Mg₂[SiO₄] → оливин (Mg,Fe)₂[SiO₄] → фаялит Fe₂[SiO₄]; ромб. сингония.
Облик: изометрические зёрна, зернистые до сливных массы; кристаллы короткостолбчатые, уплощённые.
Цвет: форстерит — желтоватый/сероватый; оливин — оливково-зелёный; фаялит — тёмно-зелёный до чёрного. Прозрачный жёлто-зелёный — хризолит.
Блеск стеклянный; спайность средняя; хрупкий; излом раковистый до ступенчатого; H=6,5–7; черта зеленоватая, желтоватая.
Генезис: типичный гипогенный; породообразующий ультраосновных/основных пород; скарны, метаморфические процессы.
Ассоциации: оливин + пироксены, серпентин; форстерит + диопсид, шпинель, флогопит, карбонаты; фаялит + железистые минералы, иногда кварц (гранит-рапакиви).
Обычен в метеоритах; установлен в лунном грунте и плотных лунных породах.
Изменение: уже при магматической кристаллизации реагирует с расплавом Mg₂[SiO₄]+SiO₂=Mg₂[Si₂O₆] → кайма пироксена; гидротермально → серпентинизация, оталькование; в поверхностных условиях легко выветривается.

37. Группа гранатов

Общая формула R²⁺₃R³⁺₂[SiO₄]₃; R²⁺=Ca²⁺, Mg²⁺, Fe²⁺; R³⁺=Fe³⁺, Al³⁺. Куб. сингония.
Группы: пиральспиты (Al-гранаты): пироп, альмандин Fe₃Al₂[SiO₄]₃, спессартин; уграндиты (Ca-гранаты): уваровит, гроссуляр Ca₃Al₂[SiO₄]₃, андрадит Ca₃Fe₂[SiO₄]₃.

Признак	Значение
Спайность	отсутствует
Твёрдость	6,5–7,5
Блеск	стеклянный (иногда жирный, алмазный)
Излом	неровный до полураковистого
Габитус	часто ромбододекаэдрические кристаллы; изометричные зёрна, вкрапленники, зернистые до плотных сливных агрегаты (особенно андрадит)
Устойчивость	устойчивы в поверхностных условиях; в россыпях обычны пироп, альмандин

Непрерывные изоморфные ряды: пироп–альмандин; гроссуляр–андрадит.
Цвет: пироп — тёмный кроваво-красный, часто прозрачен; альмандин — тёмно-/буро-красный со слабым синеватым или фиолетовым оттенком, иногда полупрозрачен/прозрачен; андрадит — красно-бурый; гроссуляр — зелёный, серо-зелёный, зеленовато-бурый.
Диагностика: изометричные зёрна + додекаэдрические кристаллы, отсутствие спайности, высокая твёрдость.
Генезис: гипогенные. Пироп — характерный минерал кимберлитов; альмандин — самый распространённый в природе гранат, акцессорный минерал кислых интрузивов/эффузивов, обычен в гранитных пегматитах, метаморфических кристаллических сланцах и гнейсах; андрадит-гроссуляровый ряд — скарны (ассоциация: кальцит, магнетит, эпидот, тремолит, актинолит, гематит, диопсид и др.).

38. Цепочечные силикаты, их характеристика. Представители

Представлены пироксенами и амфиболами; ~16% веса земной коры.
Характерные катионы Fe²⁺, Mg²⁺; анионный радикал [Si₂O₆]⁴⁻.
Цепочки/ленты ориентированы параллельно оси вытянутости кристаллов; анионные радикалы соединены через вершины тетраэдров катионами Fe²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺.
Пироксеновая цепочка [Si₂O₆]∞; у амфиболов двойные цепочки-ленты [Si₄O₁₁]⁶⁻ с группами OH⁻ в центре каждого кольца ленты.
Состав: Mg²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Ca²⁺, Na⁺, Al³⁺, Mn²⁺.
Изоморфизм: Mg²⁺+Si⁴⁺ = Al³⁺(КЧ=4, позиция Si)+Al³⁺(КЧ=6, позиция Mg); 2Ca²⁺(Mg²⁺,Fe²⁺) = Na⁺+Fe³⁺/Al³⁺ (КЧ=4)/(КЧ=6).

Отличия от ортосиликатов (оливина)

Больше SiO₂ (при недостатке SiO₂ в расплаве образуется оливин).
Существенная роль Ca (в ортосиликатах ничтожна) → двойные соединения (диопсид, тремолит).
Примеси Al₂O₃, Na₂O, иногда Fe₂O₃ (ортосиликаты почти чистые).

Особенности подкласса (главное)

Индивиды вытянуты в одном направлении: связь Si–O–Si прочнее (менее полярна), чем ионная связь O с катионами между цепочками → раскол вдоль оси c легче, чем разрыв цепочек.
Спайность резче, чем у ортосиликатов; устанавливается по призме согласно вытянутости.
Уд. вес меньше, чем у оливина (менее плотная упаковка).

Общие свойства пироксенов и амфиболов

Признак	Значение
Облик	столбчатые, сильно вытянутые до игольчатых кристаллы; шестоватые, спутанно-волокнистые агрегаты
Твёрдость	5,5–7,0
Спайность	в двух направлениях

Различия пироксены vs амфиболы

Признак	Пироксены	Амфиболы
Угол спайности	87°	124°
Поперечное сечение	псевдотетрагональное	—
Твёрдость	выше	мягче (5,5–6,0)

39. Группа пироксенов

Подгруппа	Минерал	Формула
Моноклинные	Диопсид	CaMg[Si₂O₆]
	Геденбергит	CaFe[Si₂O₆]
	Авгит	Ca(Mg,Fe,Al)[(Si,Al)₂O₆]
	Жадеит	NaAl[Si₂O₆]
	Эгирин	NaFe[Si₂O₆]
	Сподумен	LiAl[Si₂O₆]
Ромбические	Энстатит	Mg₂[Si₂O₆]
	Ферросилит	Fe₂[Si₂O₆]

Моноклинные: в основном двойные и более сложные соединения; катионы — Mg²⁺+Fe²⁺ (замещают друг друга) + Ca²⁺, либо Na⁺(Li⁺)+Fe³⁺/Al³⁺.
Авгит: кроме (Mg,Fe) и Ca — Al, Fe³⁺, иногда Ti⁴⁺; часть Al замещает Si в цепочках (фактически алюмосиликат); рост отрицательного заряда цепочек компенсируется вхождением более высоковалентных катионов.
Ромбические: метасиликаты Mg и Fe; непрерывный изоморфный ряд Mg₂[Si₂O₆]–Fe₂[Si₂O₆]; широко распространены магнезиальные и магнезиально-железистые разности.
Генезис: ультраосновные составы — перидотиты; основные — габбро, базальт; типичны в породах глубокого метаморфизма; эгирин — щелочные породы; сподумен — только гранитные пегматиты; моноклинные (диопсид, геденбергит) и пироксеноиды — типичные минералы скарнов.
Скарн — контакт гранитной интрузии и карбонатной толщи.
Пироксеноиды: радикал [SiₙO₃ₙ]: волластонит Ca₃[Si₃O₉]; родонит CaMn₄[Si₅O₁₅].

40. Группа амфиболов

Структурная единица — сдвоенные цепочки (ленты) [Si₄O₁₁]⁶⁻ (не Si₄O₁₂, как для метасиликата); оставшийся O входит в одновалентный анион [OH]⁻ → общий заряд анионного комплекса −7.
Отсюда формулы: антофиллит Mg₇[Si₄O₁₁]₂[OH]₂ (Mg — 7, не 8 как по MgSiO₃); тремолит Ca₂Mg₅[Si₄O₁₁]₂(OH)₂.
Отношение Са:Mg(Fe)=2:5 (в пироксенах — 1:1) — существенное отличие от пироксенов.
В двойных соединениях, богатых трёхвалентными (Al, Fe) и одновалентными (Na, K): (Ca,Na):(Mg,Fe,Al,Fe)=3:5; часть Al³⁺ замещает Si⁴⁺ в цепочках; для компенсации — дополнительные щёлочи по схеме Si⁴⁺ → Al³⁺+Na⁺; отношение Al:Si в цепочках обычно ≤1:3.
Общая формула роговой обманки: (Ca,Na)₂₋₃(Mg,Fe,Al)₅[(Si,Al)Si₃O₁₁]₂[OH]₂.

Подгруппа	Минерал	Формула
Моноклинные	Тремолит	Ca₂Mg₅[Si₄O₁₁]₂[OH]₂
	Актинолит	Ca(Mg,Fe)₅[Si₄O₁₁]₂[OH]₂
	Роговая обманка	Ca₂Na(Mg,Fe)₄(Al,Fe)[(Si,Al)₄O₁₁]₂[OH]₂
Ромбические	Антофиллит	(Mg,Fe)₇[Si₄O₁₁]₂[OH]₂

Признаки (тезисно)

Асбестовые агрегаты; плотные массы — нефрит.
Продукты магматической кристаллизации; региональный метаморфизм; в скарнах — роговая обманка, тремолит, актинолит.
Поздние гидротермальные процессы → изменение в биотит, хлорит, серпентин.
Спайность 56°; твёрдость 5,0–5,5.

41. Слоистые силикаты и алюмосиликаты, их характеристика. Представители

В составе всегда гидроксил-ион OH (2 или 8 шт.), нередко с F.
Катионы при гидроксильных группах: Mg²⁺ и Al³⁺ (бруситовый и гиббситовый слои), связаны с тетраэдрическим слоем остаточной связью; заместители — Fe²⁺, Ni²⁺, (Mn²⁺), Li⁺, Fe³⁺.
При частичной замене SiO₄ на AlO₄ входят крупные катионы K⁺, Na⁺, Ca²⁺ и молекулы воды как связующие между слоистыми пакетами.
Слоистость → расщепление на тонкие листочки (степень упругости зависит от состава); совершенная спайность.
Свойства (тезисно): многие породообразующие; слюды — в гранитах, пегматитах, сланцах, гнейсах, грейзенах; глинистые минералы — основа коры выветривания, входят в осадочные породы.
Структура: четвёртые кислороды направлены в одну сторону; активные (вершинные) O соединяются через катионы; обязательны OH-группы; тетраэдрический слой + бруситовые/гиббситовые = нейтральные пакеты; межпакетная связь ван-дер-ваальсова; низкая твёрдость; форма слюдоподобная, листоватая; агрегаты чешуйчатые, таблитчатые, скрытокристаллические; могут служить ионообменниками.

Типы пакетов

Число слоёв	Минералы	Особенности
Двуслойные (1 тетраэдр. + 1 октаэдр.)	каолинит, серпентин	Si⁴⁺ никогда не замещается Al³⁺
Трёхслойные (2 тетраэдр. + 1 октаэдр.)	тальк, слюды	Замещение Si⁴⁺→Al³⁺; K⁺ между пакетами (КЧ=12); связь становится ионной → выше твёрдость; в глинистых минералах между пакетами вода → набухают в воде
Четырёхслойные	хлорит	Алюмосиликаты; катионы Mg, Al, Fe, K (Ca, Na нехарактерны); основные соли (у всех представителей класса); включают кристаллизационную и адсорбционную воду

Гидрослюды: K⁺ выходит, вместо него ион оксония H₃O⁺ или [MgOH]⁺.
Генезис: магматический; контактово-метасоматический (скарны); метаморфический; продукты гидролиза островных, цепочечных, каркасных, слоистых алюмосиликатов.
Гидролиз: K[AlSi₃O₈] + H₂O = KAl₂AlSi₃O₁₀₂ + SiO₂ (КПШ + вода = мусковит + кварц).