а *
* 3*
Антимиры
Р.К.Расцветаева,
доктор геолого-минералогических наук Институт кристаллографии имА.В.Шубникова РАН Москва
ТУ7
3* и
лассическая кристаллохимия рассматривает тетра-Й I \.эдры (и их комплексы), в которых вершины заняты атомами кислорода, а в центре находится катион*. Заряд таких тетраэдров отрицательный: от —1 до —7. Кристаллохимия соединений с анионоцентриро-ванными тетраэдрами** является «обратной» по знаку заряда, поскольку вершины тетраэдров заняты катионами, а в центре находится атом кислорода или другого аниона. Таких минералов открыто пока немного, а их кристаллохимия отличается рядом особенностей.
Пролог
Это началось еще в прошлом веке, 30 лет назад, когда на далекой Камчатке произошло Большое трещинное Толбачин-ское извержение (сокращенно БТТИ). И поныне среди раскаленных пород лунного пейзажа в гейзерах и фумаролах жизнь бьет ключом и кипит в буквальном смысле слова. Жара стоит невыносимая — температура зашкаливает за 300°С. Сквозь пар ничего не видно, а сквозь грохот ничего не слышно. Газы и металлы со страшной скоростью носятся взад и вперед, натыкаясь друг на друга. Одним словом не опишешь, а двумя — Содом и Гоморра...
* См.: РасцветаеваРК. Конкурс красоты // Природа. 2005. №4. С.26—32.
** См.: Кривовичев С.В., Филатов С.К. Кристаллохимия минералов и неорганических соединений с комплексами анионо-центрированных тетраэдров. СПб., 2001.
© Расцветаева Р.К., 2009
Однажды атом кислорода случайно выскочил из облака пара и где-то приземлился, вернее приминералился. Осмотрелся и подивился: тихо и спокойно, всюду порядок и уют, каждый сидит на своем месте и занят своим делом. Красота! И захотелось ему здесь остаться. По правде говоря, надоела ему эта фумарольная жизнь — один пар и суета. Конечно, поначалу она кажется привольной и прикольной, но когда взрослеешь и задумываешься о смысле жизни, начинаешь понимать всю пустоту такого времяпрепровождения.
Кислород стал присматриваться, куда бы ему пристроиться, но все места оказались заняты, ни одной свободной вершины у тетраэдров. Кислород огорчился, что оказался лишним, но возвращаться не хотелось. Ему бы только за что-нибудь зацепиться. И тут его осе-нило...Вместе с ним приминера-лились несколько атомов алюминия, которые тоже без дела болтались. Расхрабрился кислород и скомандовал: «Вас тут много — хоть пруд пруди, а я один. Постройте вокруг меня тетраэдр!». Получилось неплохо, тетраэдр [ОА14] с виду такой же, как [АЮ4] или РЮ4], и по размеру ничем не отличается, а по прочности даже превосходит. А поскольку он металлический, то легко притянулся к соседним кислородам, которые даже не заметили, что их соотечественник сидит в алюминиевой клетке. Конечно, таких тетраэдров шиворот-навыворот свет не видывал. Это не тетраэдр, а антитетраэдр какой-то. Но идея сработала. Ученые назвали лишний
кислород «дополнительным», а его тетраэдр «оксоцентриро-ванным».
Кислород обрадовался: «Кому-то может показаться, что я заперт в металлической клетке. Но как на это посмотреть. Я надежно защищен от вторжения посторонних, а моя стража безоговорочно мне подчиняется. Вон и ученые не считают меня лишним, а уважительно называют «дополнительным». Уж если на то пошло, то лучше быть дополнительным начальником, чем основным подчиненным».
Серия первая
Так повелось, что кислороды испокон веку состояли на службе у кремния, алюминия, фосфора, серы, железа, титана, ниобия и многих-многих других мелких и крупных господ. А почему бы им не поменяться ролями? Какая разница? Вместо тетраэдра [МО4] будет [ОМ4]. Ведь удалось же одному кислороду доказать, что он ничуть не хуже любого металла.
Примеру успешного соотечественника последовали и некоторые другие фумарольные кислороды. Они стали примине-раливаться куда попало и получали там статус «дополнительных». Дополнительные кислоро-ды оказались сильны на выдумки. Они подговорили металлы совместно покидать родные фу-маролы и появлялись на новом месте сразу во всем своем тетра-эдрическом окружении. Сориентировавшись, принимали решение, что им строить, используя доступные ресурсы. При этом они старались не кон-
фликтовать с местными тетраэдрами, треугольниками или октаэдрами, а подружиться с ними. Ведь металлические тетраэдры несли на себе заряд, который надо было нейтрализовать. Отрицательные аборигены боролись с положительными зарядами, но предпочитали держаться от пришельцев на расстоянии.
Освоившись, новые тетраэдры (чуть было не сказала — новые русские) стали устанавливать свои правила общежития. Местным тетраэдрам и прочим жителям было предписано соблюдать дистанцию, располагаться строго параллельно граням металлических тетраэдров и следовать их ориентации. Это правило №1 ученые так и называют «грань-к-грани».
Вот так по принципу «грань-к-грани» и сосуществуют в фин-герите антитетраэдры [ОСщ] и тетраэдры [УО4], в хильген-стоките крупные антитетраэдры [ОСа4] и мелкие тетраэдры [РО4], в плюмбонакрите антитетраэдры [ОРЬ4] уживаются с треугольниками [СО3], а в све-денборгите антитетраэдры [ОВе4] соседствуют с солидными октаэдрами [БЬОб].
Серия вторая
Новые тетраэдры скоро смекнули, что им выгодно объединяться друг с другом. При этом они экономят не кислород, как обычные тетраэдры, а металлические ресурсы, что, конечно же, важнее. Взяв за образец диортогруппы ^От], берн-сит склеил в одной вершине два
а два обычных треугольника [БеОз] пристроились к антиди-ортогруппе в соответствии с правилом «грань-к-грани».
Со временем выяснилось, что у новых тетраэдров есть преимущество перед обычными — они могут соединяться в одной вершине не только по два (как БЮ4-тетраэдры), но и по три, четыре, аж до восьми штук. Правда, в природных соединениях дело так далеко не заходит, но в синтетических всякое встречается. В одном минерале, который пока еще и собственного названия не имеет, соединились четыре антитетраэдра [ОСщ] и получился один большой металлический шар [О4Си1з], на постройку которого вместо 16 атомов меди ушло 13. Между шарами расположились треугольники [БеОз] и 16 анионов С1, которые совместными усилиями погасили огромный положительный заряд шара.
Но когда металлические тетраэдры продемонстрировали свою способность объединяться друг с другом по ребрам, это стало настоящей сенсацией. Ведь обычные тетраэдры этого делать не умеют. В федотовите два медных антитетраэдра объеди-
федотовит
антитетраэдра [ОСщ]. Получилась настоящая антидиорто-группа [О2Сит], и при этом сэкономлен целый атом меди. Ну
Серия третья
Такого же эффекта экономии ресурсов некоторые добились, объединяясь в цепочки.
Символ Камчатки — камчат-кит, а также его товарищи — хлороменит и вергасоваит соорудили медные цепочки [О2Си6
>
> >
камчаткит
нились по ребру в группу-бабочку [О2Си6], благодаря чему еще больше сэкономили медь и одновременно уменьшили положительный заряд. А три [БО4]-тетра-эдра пристроились к бабочке законным образом, т.е. «грань-к-грани», но явно переборщили с отрицательным зарядом и пришлось между слоями разместить катионы калия. Глядя на федото-вит, сульфатный народ дивился: «Федот, да не тот!».
Объединяться по ребрам, конечно, круто, но и это не предел. Есть случаи объединения даже по грани, но пока только в искусственных соединениях...
которые по виду не отличишь от пироксеновых или пироксено-идных ^Об]. В них на душу кислорода приходится не четыре, а три атома меди. Антицепочки стали главными в этих минералах, а на вспомогательных ролях оказались в камчатките и верга-соваите тетраэдры серы, а в хло-ромените — селеновые пирамиды и хлор. И конечно же, тетраэдры, как и пирамиды, расположились своими треугольными гранями, соблюдая правило «грань-к-грани».
До камчатских минералов дошли слухи, что еще большую экономию меди получили на вулкане Изалько, что в Сальвадоре. В минерале с названием стойберит, призывающим «стоять» и «брать» (только не понятно, где стоять и что
стойберит
$
брать), две цепочки пироксено-вого типа склеились через общие ребра в ленту [О2СЩ], и на каждый кислород приходится
уже не 3, а 2.5 атома меди. А ^ между антилентами расположились тетраэдры [УО^, конечно 5 же, «грань-к-грани». ^ Компромиссный вариант с таким же результатом реализо-$ вал камчатский житель георг-^ бокиит, но его антицепочка ^ ^Си5] одинарная и состоит из ^^ тетраэдров, попарно склеенных ^ по ребру. А соединяют медные
цепочки селеновые 3 [БеОз] и атомы С1.
группы
Их примеру последовали минералы с [ВОз]-треугольниками (людвигит, вонсенит, такеу-чиит, ортопинакиолит). Железные и магниевые тетраэдры объединились вершинами в двойные ленты ^Бе,] и и тем самым сократили потребление железа и магния на душу кислорода до 2.5.
Еще большей экономии маг-
1
варвикит
ки). Цепочки [ОСи2] переложены [БО4]-тетраэдрами, а в копарси-те — мышьяковыми тетраэдрами [А8О4] и С1. Свинцовые цепочки [ОРЬ2] — пример бережливого отношения к запасам свинца в ланарките, феникох-роите, элиите и филолитите. В элиите двойные антицепочки [О2РЬ4] соединяются всеми возможными способами — тетраэдрами РО4], ОН-группами и молекулами воды. На то он и элитный этот элиит.
В вальпургите цепочки [О2Б14] существенно экономят дорогостоящий и редкий висмут. Предельно экономичную свинцовую ленточку [02РЬз], в которой на душу кислорода приходится 1.5 атома свинца, построил хлороксифит. Он, не мудрствуя лукаво, взял две
хлороксифит
из тех же двух цепочек магниевых тетраэдров, но склеенных по ребрам, и на душу кислорода приходится только два атома магния. Подобной лентой, но свинцовой [ОРЬ2], обзавелся и сульфатный сидпитерсит.
Такую же экономию, но более ценной меди, получили в копарсите, пийпите и клю-чевските (тоже символ Камчат-
уоттерсит
ее и токсичность, и дороговизну. А между антицепочками разместились обыкновенные хромовые тетраэдры.
Серия четвертая
Конечно, выстраиваться рядами — неплохая форма солидарности, но можно сплотиться и надежнее. Объединяться так объединяться! Хотя бы в слой. Аверьевит и ильинскит построили слои [О2Си5] из медных
одинарные антицепочки, в которых тетраэдры связаны ребрами, и склеил их тоже по
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.