Структуры силикатов с кремнекислородными мотивами

бесконеч­ных размеров

1. Структуры с одномерными бесконечными в одном направлении цепочками или лентами из тетраэдров [SiО₄]^4- — цепочечные и ленточные структуры.

Тетраэдры [SiО₄]^4-, соединяясь между собой вершинами, могут образовывать одинарные бесконечные в одном направлении цепоч­ки (рис. 3, а; 3, б). Каждый тетраэдр в цепочке будет иметь два общих атома кислорода с двумя соседними тетраэдрами и две свободные валентности, через которые катионы металлов будут соединять це­почки в решетку. Число тетраэдров в цепочке неограниченно.

ПЛАКАТ 3

Состав кремнекислородного мотива в структурах с бесконечны­ми радикалами определяется составом периода повторяемости (идентичности) этого мотива, заключенного на рис. 3, квадратные скобки, т.е. того структурного элемента, беско­нечным повторением которого в том или ином направлении образуется кремнекислородный мотив. Например, период повторяемости одинарной цепочки (рис. 3, а) содержит 1 атом кремния и 2 атома кислорода, целиком принадлежащих данному тетраэдру, и 2 атома, поделенных с двумя соседними тетраэдрами, т.е. всего 2 + 2:2 = 3 атома кислорода. Отсюда состав кремнекислородного мотива — [Si0₃]^2-_¥.

Другой мотив этой структурной группы силикатов образуется, если две бесконечные цепочки соединяются через вершины тетраэд­ров, образуя сдвоенные бесконечные в одном направлении ленты или пояса (ленточные структуры). При этом могут образовываться разно­образные по составу и конфигурации мотивы в виде лент: сдвоенные цепочки с четырехчленными кольцами (рис. 3, в), имеющие радикал состава [Si₂0₅]^2-_¥; сдвоенная цепочка с шестичленными кольцами (рис. 3, г) с радикалом [Si₄O₁₁]^6- и т.д. В подобных ленточных мотивах тетраэдры могут иметь по два или по три общих мостиковых атома кислорода.

Минералы с цепочечными и ленточными кремнекислородными мотивами составляют большую группу. Цепочечные кремнекислородные мотивы состава [SiO₃]^2- имеют минералы группы пироксенов с общей формулой R²⁺SiО₃, где R²⁺ — катион металлa. Например, энстатит MgO×Si0₂ (Mg[SiO₃])и др. Ленточные кремнекислородные радикалы имеют минералы группы амфиболов — соеди­нений, сложного состава, сходного с составом пироксенов, но содержащих группы (ОН^-).

2. Структуры с двухмерными слоями из тетраэдров [Si0₄]^4- - слоистые структуры.

Если каждый тетраэдр [Si0₄]⁴- связывается тремя своими верши­нами с соседними тетраэдрами, то могут образовываться бесконеч­ные в двух измерениях слои (листы или сетки). Каждый тетраэдр имеет в подобных слоях одну свободную валентность, с помощью которой через ка­тионы металлов слои соединяются друг с другом. Наличие в силика­тах таких слоев обусловливает спай­ность минералов, т.е. спо­собность легко раскалываться по плоскостям, параллельным плос­кости кремнекислородных слоев. Это проявляется, например, у слюд, талька, каолинита и др. Для слоистых силикатов особенно характер­но изоморфное замещение кремния алюминием, достигающим иног­да 25...50%. Вообще, действительный состав таких минералов очень сложный.

Наиболее простой и распространенный тип слоя кремнекислородный слой гексагонального типа, представляющий собой листы с шестичленными кольцами, имеет радикал [Si₂O₅]^2-_¥¥ (два знака ¥¥ указывают на бесконечность слоя в двух на­правлениях). К этому структурному типу относится каолинит Аl₂О₃×2SiO₂×2Н₂0.

К этому же классу структуротносятся силикаты, имеющие кремнекислородные слои с четырех-, пяти- и восьмичленными кольца­ми. Например, слои с пятичленными кольцами (радикал состава [Si₃O₇]^2-_¥¥, имеет минерал геленит 2СаО×Аl₂О₃×SiО₂(Са[Аl₂SiO₇]).

3. Структуры с трехмерным непрерывным каркасом из тетраэдров [Si0₄]^4- — каркасные структуры.

В силикатах с каркасной структурой все 4 атома кислорода каждо­го тетраэдра являются общими с атомами кислорода четырех соседних тетраэдров. В результате такого обобществления образуется бесконечный в трех направлениях трехмерный каркас. Так как все атомы кислорода в подобном каркасе связаны с двумя атомами кремния, свободных валентностей не остается, т.е. такой каркас является валентно-насыщенным, электронейтраль­ным. Поскольку на каждый атом кремния при этом приходится два атома кислорода, состав радикала выразится формулой [SiO₂]. Такой радикал имеют различные полиморфные модификации кремнезема — SiО₂ (кварц, тридимит, кристобалит). Каркасные структуры не подчиняются принципу плотнейшей упаковки и представляют собой рыхлые «ажурные» структуры, со­держащие довольно крупные структурные пустоты.