КРИСТАЛЛОГРАФИЯ, 2011, том 56, № 6, с. 975-1000
= ОБЗОРЫ
УДК 548.736.6
Посвящается памяти Н.В. Белова
КРИСТАЛЛОХИМИЯ СИЛИКАТОВ С ТРЕХСЛОЙНЫМИ ТОТ-И НОН-МОДУЛЯМИ СЛОИСТОГО, ЛЕНТОЧНОГО И СМЕШАННОГО
ТИПА
© 2011 г. Р. К. Расцветаева, С. М. Аксёнов
Институт кристаллографии РАН, Москва E-mail.-rast@ns.crys.ras.ru Поступила в редакцию 08.04.2011 г.
В свете новых данных о химическом составе и структуре ряда природных слоистых силикатов, содержащих трехслойные блоки, и связанных с ними микропористых минералов с родственными фрагментами рассмотрены их структурные особенности, структурная обусловленность свойств, превращения при изоморфизме, декатионировании, гидратации, а также вопросы, связанные с ти-поморфизмом и рядом других актуальных для современной минералогии проблем. Структуры описаны с позиций содержащихся в них трехслойных модулей различной формы и размерности. Рассмотрены также состав и строение общей структурной основы родственных серий — трехслойные модули, образующие слоистые или линейные радикалы. Минералы этих семейств различаются химическим составом, симметрией и параметрами ячейки, а также топологическими особенностями, связанными с формой конденсации Зьтетраэдров в слои или ленты, а также степенью конденсации М-полиэдров в центральной части блоков — от слоев, октаэдрических лент разной ширины до цепочек и изолированных полиэдров.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
1. Типы ТОТ- и НОН-модулей
2. Структуры филлосиликатов
2.1. Слюды с [Т^О^Т^-модулями
2.2. Псевдослоистые структуры с объединен -нымии [Г^О^Г^-модулями
2.3. Гибридные структуры с [Г^О^Г^]- и [Г^О^-модулями
3. Структуры гетерофиллосиликатов
3.1. Состав и строение [Дa)a)Oa)a)Доa)]- модуля
3.1.1. Состав и строение О-слоя
3.1.2. Состав и строение Н-сетки
3.1.3. Взаимное положение Н-сеток
3.2. Состав и строение межмодульного пространства
4. Псевдослоистые структуры с объединенными [Д^О^Н^-модулями
4.1. Структуры с модулями [Н^О^Н^], объединенными вершинами ^-октаэдров
4.2. Структуры с модулями [Н^О^Н^], объединенными ребрами ^-полиэдров
4.3. Гибридные структуры с изолированными и объединенными [Н^О^Н^-модулями
4.4. Гибридные структуры на основе модуля
5. Структуры с модулями [Т«,О«,Т О
5.1. Структурный тип амфиболов
5.2. Структурный тип пироксенов
6. Переходные структурные типы
6.1. Биопириболы
6.2. Переходные структуры на основе модуля [ТооОоТой]. Палысепиолы
6.3. Переходные структуры на основе модуля [Т О Т ]
6.4. Переходные структуры на основе модуля [ Но Оо Но ]
Заключение
ВВЕДЕНИЕ
Около полувека назад Н.В. Белов с учениками начал изучение структур "титаносиликатных слюд" (гетерофиллосиликатов — по терминологии зарубежных авторов, используемой в настоящее время) — сейдозерита, бафертисита, ро-зенбушита и мурманита. Научный интерес к этим минералам, широко распространенным в ультращелочных породах Кольского п-ва, вызван, в частности тем, что им принадлежит одно из центральных мест в минералогии и геохимии титана. Титаносиликатные слюды интересовали Н.В. Белова с точки зрения их структурной взаи-
(а) (б) (в)
Рис. 1. О-слой из реберно-связанных октаэдров (а), О-ленты из реберно-связанных октаэдров шириной в один октаэдр, которые являются вырезками из О-слоя в двух направлениях — продольном (б) и поперечном (в) соответственно.
мосвязи, физических свойств, генезиса, способности к выщелачиванию, двойникованию, эпи-таксических срастаний и широкого круга других минералогических и кристаллохимических проблем [1].
Николай Васильевич Белов стоял у истоков кристаллохимии титаносиликатных слюд, основы которой были им заложены и получили дальнейшее развитие. К настоящему времени структурно исследовано около 40 представителей семейства гетерофиллосиликатов, которое несомненно будет пополняться и в будущем. Интерес к этим минералам в настоящее время вызван их ионообменными и сорбционными свойствами.
Структурным и химическим особенностям ге-терофиллосиликатов посвящено большое число статей и обзоров. Модулярный подход с выделением полисоматических серий применительно к гетерофиллосиликатам разрабатывается главным образом в работах Феррариса [2—4]. Продукты различных стадий преобразования слоистых и псевдослоистых минералов формируют многообразие представителей со структурно идентичными слоями, что указывает на преемственность их структурного мотива в плоскости базиса. Кроме того, интерес представляют силикаты со структурами, основанными на трехслойных модулях различной протяженности. В обзоре обобщен оригинальный и литературный материал по структурам слоистых и родственных им силикатов, топологические различия которых связаны со степенью конденсации первичных элементов — пироксено-вых цепочек и октаэдрических лент.
1. ТИПЫ ТОТ- И НОН-МОДУЛЕЙ
В структуре ряда минералов можно выделить фрагменты, которые содержатся в других кристаллах в разных пропорциях и с разным составом. Большую группу минералов представляют слоистые минералы, построенные на основе трехслойных модулей, которые являются одним из наиболее устойчивых структурных фрагментов в природных условиях. Эти минералы характеризуются большим химическим и структурным разнообразием при сохранении единой основы — трехслойных блоков, состоящих из центрального О-слоя реберно-связанных М-октаэдров и двух сеток из 81-тетраэдров (Т-сетки) или смешанных Н (йе?его)- сеток из 81-тетраэдров и ^-октаэдров (полуоктаэдров). О- и Т(Н)-слои соединяются друг с другом вершинами составляющих их полиэдров. При сохранении трехслойного характера блоки могут трансформироваться в топологически различные типы, участвуя в образовании большого числа минералов, в том числе каркасного строения.
Можно выделить шесть основных типов трехслойных блоков, различающихся протяженностью составляющих их компонент как октаэдри-ческих, так и силикатных. Октаэдрическая компонента может быть представлена двумерным слоем (рис. 1а) либо одномерно протяженными вырезками из этого слоя разной ширины. На рис. 1б и 1в показаны октаэдрические цепочки с минимальной шириной в один октаэдр, являющиеся вырезками в двух направлениях, — продольная и поперечная соответственно. Силикатные компоненты блоков наиболее разнообразны и с учетом их конфигурации могут быть выделены следующие типы модулей (рис. 2).
— Модуль [Тю^О^Тю^] характеризуется максимальной протяженностью всех компонент. О-слой состоит из реберносвязанных октаэдров (рис. 1а), а Т-слой представляет собой тетраэдри-ческую сетку из 6-членных колец (рис. 2а).
— Модуль [НююОююНю„] также состоит из бесконечно протяженных двумерных слоев, но в тет-раэдрической сетке участвуют как Т-тетраэдры, так и ^-октаэдры (пятивершинники). Т-тетраэд-ры сетки образуют диортогруппы, а их количество равно числу ^-октаэдров (пятивершинни-ков) (рис. 2г).
— Модуль [ТНююОююТНюю] аналогичен предыдущему и также характеризуется присутствием Т-тетраэдров и ^-октаэдров (пятивершинников), но в разной пропорции (рис. 2ж, 2з).
— Модуль [ТюОюТю] содержит и октаэдриче-ские, и тетраэдрические компоненты с одномерной протяженностью. Причем ширина фрагментов, которые являются вырезками из тетраэдри-ческой сетки, широко варьирует. Наиболее
(а) (б) (в) (г)
^Ч М м
ч м м м ►
м м ч м м ►ч ► ►ч м м м ч м м м ► ►ч м м м ч м м ► м м м ч м м м ► ^ч ^ч ^ч
^>4
ч ► »«
ч ^ ►ч ч ►
ч ►
►ч ч ^
(д)
V
V
V
V
ч ^
(е)
4 4
м
М
(ж)
чм
Н I
ч м
м ►
ч ►ч
м
ч м ч ►ч
м_>
ч м м ►<>
В В В В
ч ►ч м м ►
В В В В
ч М м м ►
в в в в
ч м м м ► в в в в
(з)
ч В М В ►
м"м мм ч в м в ► мм мм
Ч В М в ►
м м >Оч
ч в м в ►
ч В М В ►
Рис. 2. Т-сетка с шестиугольными кольцами кремнекислородных тетраэдров (а) и вырезки из нее — амфиболовая лента (б) и пироксеновая цепочка (в); гетерополиэдрическая Н-сетка с отношением Т:Б = 2:1 (г) и вырезки из нее — продольная Н- (д) и поперечная Н-лента (е); гетерополиэдрические Н-сетки с отношением Т:Б = 4:1 (ж) и 6:1 (з).
распространенные одномерные тетраэдрические фрагменты показаны на рис. 2б и 2в.
— Модуль [НоОоНо] состоит, как и в предыдущем случае, из бесконечных одномерных фрагментов, которые являются соответственно продольной и поперечной вырезками из Н-сетки (рис. 2д и 2е).
— Модуль [ТооОоТоо] представляет собой комбинацию двумерного тетраэдрического фрагмента (рис. 2а) с одномерными октаэдрическими (рис. 1б, 1в). При этом октаэдрический фрагмент может варьировать по ширине составляющих его лент и цепочек.
На основе этих модулей строятся структуры большого числа минералов, в том числе породообразующих. Далее будут охарактеризованы представители основных семейств и групп, структуры которых содержат те или иные типы модулей, а также их комбинации.
четвертого тома справочника Минералы [5, 6], а также огромное количество статей и обзоров. Согласно принятой классификационной схеме, слоистые силикаты подразделяются на два семейства — минералы с сетками на основе гексагональных или дитригональных колец из соединенных вершинами кремнекислородных тетраэдров и минералы со сложными тетраэдрическими радикалами, состоящими из колец с разным числом членов — 4, 5, 6, 8, 12 и др. В первом семействе сетки с шестичленными кольцами перемежаются со слоями из реберносвязанных октаэдров в соотношениях 1:1 либо 2:1. К силикатам со слоями 1:1 относятся минералы групп каолинита, чапманита и серпентинов. Силикаты со слоями 2:1, которые рассматриваются в данном обзоре, содержат модули [ТшшОшшТшш] и охватывают минералы со структурами типа пирофиллита-талька, хлоритов, смектитов, вермикулита, смешаннослойных, а также слюд.
2. СТРУКТУРЫ ФИЛЛОСИЛИКАТОВ
Слоистые силикаты (филлосиликаты) — общее название минералов, в структурах которых содержатся сетки кремнекислородных тетраэдров. Слоистым силикатам посвящены два выпуска
2.1. Слюды с [ТхаРххТха]-модулями
Слюды являются важными породообразующими минералами с общей формулой ХУ2-3^4О10](ОН,^2, где X — межслоевые катионы К, Са, Ва; У — октаэдрические катионы А1,
М§, Fe2+, Fe3+, Мп2+, Сг^, Т14+, Li; Z - тетраэдри-ческие катионы Б1, А1, Fe3+, Т14+. Они характеризуются весьма совершенной спайностью и могут расщепляться на тонкие листочки.
О
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.