Как выглядят минералы.
Структурный мотив отражает характер пространственного распределения наиболее прочных связей между материальными частицами в структуре кристалла. Различают 6 основных структурных мотивов: координационный (как правило, изометричный, с равномерным распределением связей между частицами в трехмерном пространстве), каркасный (тоже с равномерным пространственным распределением прочных связей, но более рыхлый), кольцевой, островной, цепной (цепочечный или ленточный — со сдвоенными, строенными и т.д. цепочками атомов) и слоистый. В основе координационных структур лежит, как правило,плотнейшая упаковка шаров — кубическая (ПКУ) или гексагональная (ПГУ) (рис. 2А.14). По такому мотиву построено большинство кристаллов самородных металлов и многих сплавов, а также алмаза. Координационные структуры характерны для чисто ионных кристаллов (например, для большинства щелочКС1, виллиомита NaF и др., а также для флюорита CaF2, хлораргирита AgCl и т.д.); такими структурами обладает целый ряд сульфидов (галенит PbS, сфалерит ZnS, аргентит Ag2S, халькозин Cu2S, пирит FeS2 и др.), кристаллы которых характеризуются значительным вкладом ковалентных, а также металлических связей , и оксидов (периклаз MgO, корунд А12О3, гематит Ре2О,, рутил TiO2, магнетит Fe3O4, ильменит FeTiO3, шпинель MgAl2O4 и многие другие), в кристаллах которых преобладают ионные связи (иногда с участием металлических). В большинстве случаев структуры таких кристаллов базируются на плотнейшей упаковке крупных анионов (Cr,S2",O2~), в пустотах которой, тетраэдрических или октаэдрических, располагаются более мелкие катионы, занимая все или только часть пустот какого-либо одного сорта и имея соответственно КЧ=4 или 6. Обычно при этом шары плотнейшей упаковки несколько раздвигаются, дабы пустоты могли быть расширены до требуемого (соответствующего величине катионов) объема; в результате раздвижения плотнейшая шаровая упаковка трансформируется в плотную шаровую кладку. Например, структура галита (галенита, перик-лаза и др.), может рассматриваться как раздвинутая кубическая плотнейшая упаковка анионов, в которой все октаэдрические пустоты расширены и заняты катионами (см. рис. 2А.12.6). Структура сфалерита тоже базируется на "раздвинутой" кубической плотнейшей (как и структура галенита), но атомы цинка располагаются в тетраэдрических пустотах (КЧ=4), причем заселяют лишь половину из них, оставляя другую половину свободной. А вот в основе структуры флюорита, наоборот, кубическая плотнейшая упаковка катионов кальция, причем сильно раздвинутая; анионы же фтора заполняют в ней все тетра-эдрические пустоты (координационные полиэдры Са2+ — кубы, ?~ — тетраэдры, т.е. КЧСа»=8, K4F.=4).
Плотнейшие шаровые упаксвки: а) кубическая (двуслойная АБАВАЗ....) 6) гексагональная (трехслойная АБСАБСБ...)
Прочие пять структурных мотивов возникают только в кристаллах с молекулярными решетками либо в структурах с преобладанием или существенным вкладом направленных ковалентных и донорно-акцепторных связей (см. п. 2А.20). В частности, все эти мотивы распространены в структурах минералов класса силикатов, и в зависимости от них в нем выделяются подклассы. В настоящее время на основе структурных мотивов строятся кристаллохими-ческие классификации различных классов и крупных групп (семейств) минералов; хронологически первым объектом, для которого была разработана такая классификация и который послужил как бы "опытным полигоном" для развития исследований в этом направлении, стал именно класс силикатов.
Понятие структурного типа —- более узкое, чем понятие структурного мотива. К одному структурному типу относят кристаллы минералов, имеющие одинаковую симметрию решетки (пространственную группу) и одинаковый тип химической формулы (например, АВ, АВ2 и т.д.); при этом химический состав этих минералов может быть совершенно различным. Так, одинаковую структуру координационного типа имеют минералы галит NaCl, галенит PbS и периклаз MgO, каркасного типа — пирохлор NaCaNb2O6F и стибиконит Sb3+Sb|+O6(OH) или биндгей-мит Pb2Sb2O6(O,OH); и т.д. Такие кристаллы — структурные аналоги называют изоструктурными; они известны и среди природных минералов, и среди синтетических соединений.
Во многих случаях усложнение химического состава кристаллов, т.е. увеличение разнообразия материальных частиц, из которых они построены, сопряжено с усложнением кристаллической структуры и с тенденцией к понижению симметрии кристаллов ("закон", или, вернее, правило П.Грота); впрочем, из этого правила известны многочисленные исключения, т.е. оно проявляется только как тенденция. В общем виде (но в обратной формулировке) его впервые высказал Е.С.Федоров: "... с упрощением состава вообще связано повышение симметрии..." (статья "Кристаллография" в "Энциклопедическом словаре" Гранат, 1914, изд. 7-е, Т. 25, с. 615). С этим утверждением согласуется тот факт, что среди минералов (в большинстве своем имеющих достаточно сложный состав) примерно 90% видов относятся к низшим сингониям, особенно к моноклинной и ромбической.
В настоящее время изучение кристаллических структур, а также тесно сопряженных с этим вопросов связи химического состава кристаллов с их структурой, т. е. изучение конституции минералов, выделилось в самостоятельную науку — кристаллохимию, возникшую на стыке кристаллографии, минералогии, геохимии и химии. В круг проблем, рассматриваемых кристаллохимией, входят явления изоморфизма и полиморфизма, образование и распад смешанных кристаллов и твердых растворов, порядок-беспорядок в строении кристаллов и т.д.
В теме при описании минералов вопросы кристаллохимии в целях упрощения изложения материала почти не затрагиваются (очень бегло мы касаемся иногда лишь изоморфизма и связанных с ним вопросов). Не приводятся (по той же причине) изображения и описания кристаллических структур. Но дать читателю хотя бы самое общее представление о такого рода вещах казалось все же необходимым, и с этой целью в данном разделе помещены в качестве иллюстраций (рис. 2А.12 и 2А.13) графические изображения двух структурных типов (NaCl и ZnS), принадлежащих к одному (координационному) структурному мотиву.
<1> <2> <3> <4> <5> <6> <7> <8> <9> <10> <11> <12> <13> <14> <15> <16> <17> <18> <19> <20> <21> <22> <23> <24> <25> <26> <27> <28> <27> <29> <30> <31> <32> <33> <34> <35>