Строение и свойства простых солей

К этой группе относятся галоиды (галит, сильвин, карналлит), сульфаты (гипс, ангидрит, барит) и карбонаты (кальцит, доломит, сидерит).

Эти минералы слабо устойчивы в воде – преобладает ионный тип связи, особенное строение. Растворимость простых солей уменьшается с уменьшением ионных радиусов и повышением валентности ионов.

Строение и свойства глинистых минералов.

Глинистые минералы – относительно стабильные минеральные образования группы водных силикатов слоистого и слоисто-ленточного строения, образующиеся преимущественно в процессе химического выветривания горных пород и отличающиеся от других минералов класса силикатов высокой дисперсностью и гидрофильностью, способностью к сорбции и ионному обмену. Размер < 1 мк.

Высокая дисперсность глинистых минералов является их естественным физическим состоянием. В природе частицы имеют размер не более 1-10 мкм, поэтому встречаются только в глинистой фракции осадочных пород.

Глинистые минералы являются наиболее активной составляющей частью дисперсных грунтов и определяют почти все их свойства, даже небольшое содержание глинистых минералов изменяет свойства грунтов.

Высокая активность глинистых минералов объясняется не только их большой удельной поверхностью, но и физико-химическими явлениями, происходящими на поверхности этих минералов и особенностями внутреннего строения.

В основе строения глинистых минералов лежат два типа структурных элементов:

1. Кремнекислородный тетраэдр SiO₄

Отдельные тетраэдры соединяются друг с другом и образуют непрерывную 2D тетраэдрическую сетку, в которой все базальные атомы кислорода расположены в одной плоскости, а апикальные – в другой плоскости.

2. Октаэдр, состоящий из 6*О или ОН^-, а в центре располагаются атомы Al, Fe, Mg. Отдельные октаэдры соединяются между собой, образуют 2D октаэдрическую сетку, соседние октаэдры имеют общее ядро, а кислородные или гидроксильные образуют отдельные плоскости.

Благодаря близкому размеру элементарных ячеек тетраэдрические и октаэдрические сетки легко соединяются по линии с образованием единого структурного слоя (может состоять из 2: октаэдрических, тетраэдрических; 3: тетраэдрическая и две октаэдрических и 4: 2*2). В соответствии с этим принято обозначать структурный мотив глинистых минералов следующим образом:

1:1 2:1 1:2:1

Важнейшей особенностью глинистых минералов является широкое развитие в них изоморфизма – идет замещение одних катионов другими, но тип кристаллической решетки не изменяется, изменяется химический состав и физико-химические свойства.

С изоморфизмом связано появление отрицательного потенциала, величина и распределение которого на поверхности минерала находится в прямой зависимости от характера изоморфного замещения. По величине структурного заряда на единичную ячейку глинистого минерала

Каолинит < монтмориллонит < гидрослюд.

Возникающий при изоморфизме дефицит (+) компенсируется Na⁺, К⁺, Сa²⁺, Mg, которые располагаются в межслоевом комплексе.

С вхождением катионов в межслоевой комплекс повышается прочность структуры за счет появления ионно-электростатических сил между катионом и отрицательно заряженной поверхностью структурных слоев. Легкая гидратируемость катионов-компенсаторов приводит к увеличению гидрофильности как внешних, так и внутренних базальных поверхностей минералов.

Характер структурного слоя, а также особенности взаимодействия структурных слоев и заполнения межслоевого пространства катионами-компенсаторами являются важнейшими классификационными признаками глинистых минералов.

Каолинит (1:1)

Структурный заряд на ячейку ~0, базальные поверхности электронейтральны, на боковых поверхностях избыточный отрицательный заряд за счет дефектов (см. таблицу).

Монтмориллонит (2:1)

Удельная поверхность 800м²/ Проявляется изоморфизм в ОС, структурный заряд на ячейку ~0,67. Межслоевое пространство открыто – большая емкость поглощения. Самый активный глинистый минерал.

При проникновении воды в межслоевое пространство расстояние по сетке увеличивается до полной гидратации. Базальное расстояние в решетке монтмориллонита изменяется 9,6-140Å вплоть до полной диссоциации. Для монтмориллонита характерны изоморфные замещения, главным образом, Al³⁺àFe²⁺, Mg²⁺, в октаэдрической сетке и возможно в тетраэдрической сетке Si⁴⁺àAl³⁺, возникает избыточный заряд с плотностью 0,65-0,67. Преобладающее значение на базальной поверхности, т.к. их суммарная площадь больше площади боковых сколов.

Гидрослюда (2:1)

К гидрослюдам относятся глинистые минералы со структурным мотивом 2:1. структурный заряд на ячейку ~1,35. Активны внешние базальные поверхности и боковые сколы, внутренняя поверхность закрыта.

Гидрослюды занимают промежуточное положение между каолинитом и монтмориллонитом. Кроме молекулярных связей возникают ионные. Катионы компенсаторы, которые входят в межслоевой комплекс увеличивают жесткость за счет ионно-электростатических связей, поэтому полярные молекулы воды не могут проникнуть в межслоевое пространство.

Белоусов, Воссаевич – в результате дегазации магмы может образоваться вода, количества которой достаточно для образования океанов.

Хлорит 2:1:1

Состоит из слюдоподобных слоев, соединенных слоями брусита, который представляет собой двухмерную октаэдрическую сетку с катионами Мg²⁺.

Для хлорита характерны изоморфные замещения как в слюдоподобных, так и в бруситовых слоях. Замещение Si⁴⁺àAl³⁺ в ТС и Al³⁺àMg²⁺ в ОС слюдоподобных слоев создает в структуре избыточный отрицательный заряд. В бруситовых слоях картина обратная. Замещение Mg²⁺àFe^2,3+ приводит к образованию избыточного положительного заряда, который частично компенсируется отрицательным зарядом слюдоподобных слоев. Оставшийся нескомпенсированный заряд слюдоподобных слоев компенсируется катионами-компенсаторами на базальной поверхности и на сколах. Таким образом, связь между слоями хлорита помимо молекулярных сил осуществляется электростатическим взаимодействием (-) гидрослюд и (+) брусита.

Кроме того, дополнительная жесткость создается за счет водородных связей между атомами кислорода тетраэдрических сеток.