Силикаты

 

 

 

в) Беломорит. Форма кристаллов. Столбчатые, толстотаблитчатые, распространены полисинтетические двойники.

Кристаллическая структура. Силикат с бесконечным трехмерным каркасом (SiAl) O₄.

Класс симметрии. Триклинно-пинакоидальный – 1.

Спайность. Весьма совершенная по базису (Р), хорошая по концевой грани пинакоида (М) и призме (Г) (см. полевые шпаты).

Агрегаты. Зернистые, плотные.

Беломорит – это полевой шпат – альбит с ирризацией, т.е. переливчатостью, отсветами серо-голубого, сине-голубого или бледно-фиолетового цвета на плоскостях. Назван А. Ферсманом по месту нахождения – на берегу Белого моря. Древних поверий о камне нет, и только авестийская астрология его изучила и признала хорошим средством от бессонницы и камнем ясновидящих

Непрозрачный белый  лунный камень с иризацией в серых  и сине-голубых тонах, возникающей при отражении света от плоскости спайности под углом 12–15 градусов. Нахождение – микроклин-олигоклазовые гранитные пегматиты мусковитовой формации (гранат, турмалин, апатит, кварц, мусковит).

 

 

г) Берилл. В группу бериллов входят изумруд, аквамарин и обычный берилл. Они имеют неоспоримое право на внимание всех любителей драгоценных камней. Несравненный изумруд давно стоит в ряду наиболее дорогих драгоценных камней. Даже Плиний помещал изумруд на третье место, хотя ему были известны только сравнительно плохие камни из Египта и, возможно, с Урала. Брат изумруда, восхитительный аквамарин, который, кажется, попал к нам прямо из скрытой в глубинах теплого моря сокровищницы русалок, обладает чарами, которые нельзя отрицать.

В минералогии название «берилл» прилагается ко всем разновидностям этого минерала, название «изумруд» – к зеленой разности, а «аквамарин» – к разности цвета морской волны. Но в ювелирном деле термин «берилл» имеет более узкий смысл и используется для обозначения светлоокрашенных камней, а также камней, имеющих не зеленую, а другую окраску, так что вошло в обычай говорить о «желтом берилле» или «розовом берилле». В последнее время проводится дальнейшее разграничение понятий, причем для розовых камней используется название «морганит», а для золотисто-желтых – «гелиодор».

Название минерала пришло к нам через латинское beryllus от греческого «бериллос» – древнего слова, значение которого теряется в веках. Возможно, оно с самого начала относилось, по крайней мере частично, к тем же разновидностям этого минерала, которые и сейчас обозначаются этим названием.

Берилл, если иметь в  виду название, под которым этот минерал известен науке, является алюмосиликатом бериллия и имеет формулу Be3Al2Si6O18L. Анализы часто показывают присутствие в нем небольших количеств щелочных металлов, а также гелия. Полагают, что атомы этих элементов не входят в кристаллическую решетку содержащего их берилла, а удерживаются в каналах структуры, расположенных параллельно оси симметрии шестого порядка. Алюминий может замещаться небольшими количествами хрома и окисного железа. В изумрудах было обнаружено от 1 до 2% воды. Бериллий, как указывает его название, впервые был открыт в образце минерала берилла в 1798 г. химиком Вок-леном. Одно время он был известен под названием «глициний» (от греческого «глицис» – сладкий) из-за сладкого вкуса его солей. Чистый берилл бесцветен, но благодаря почти неизменному присутствию примесей он приобретает различную окраску. Наиболее часты следующие цвета: зеленый (он столь своеобразен у этой разновидности, что соответствующий оттенок подучил название изумрудно-зеленого), от зеленоватого (цвета морской волны) до голубого у аквамарина, розовый у морганита и желтый. Цвет изумруда обычно обусловлен незначительной примесью хрома. Много лет назад Гольдшмидт обнаружил, что в зеленых норвежских бериллах содержится больше ванадия, чем хрома, и на основании этого факта пришел к выводу, что трехвалентный ванадий может играть в берилле ту же роль, что и хром. С тех пор ванадий был обнаружен в изумрудах из многих месторождений, а в зеленом берилле из Салининхи в бразильском штате Баия ванадий сопровождается заметным количеством железа и лишь следами хрома. Окрашенные одним лишь ванадием зеленые бериллы получены искусственным путем. Предлагалось название «изумруд» использовать лишь для обозначения зеленых бериллов, окрашенных примесью хрома. Такое ограничение понятия «изумруд» было бы полезным для специалистов, причем наличие или отсутствие хрома быстро определялось бы с помощью спектроскопа, но весьма вероятно, что для непрофессионалов изумруд всегда останется «сверкающей зеленой разновидностью берилла». В аквамаринах оттенки цвета, меняющиеся от голубоватого до желтовато-зеленого, обусловлены, по-видимому, главным образом примесью железа. Розоватый оттенок морганита может быть связан с присутствием лития, а с примесью окисного железа обычно связана окраска желтых бериллов.

Гелиодор содержит незначительную примесь урана и поэтому радиоактивен.

Плотность берилла варьирует  от 2,67 до 2,90. Таким образом, берилл гораздо плотнее, чем кварц, и если берилл и кварц поместить в трубку с соответственно подобранной тяжелой жидкостью, первый всегда будет скапливаться ниже второго (рис. 74). Плотность колумбийских и сибирских изумрудов колеблется от 2,68 до 2,74, но в среднем равна 2,712. Бразильские бледные изумруды менее плотные, плотность их колеблется от 2,67 до 2,70, а южноафриканские изумруды более плотные, плотность их изменяется от 2,72 до 2,77, но в большинстве случаев значение плотности близко к 2,75. Плотность аквамаринов и желтых бериллов колеблется от 2,68 до 2,75. Бразильский зеленый берилл имеет плотность около 2,80, а морганит имеет самую большую плотность по сравнению с другими разновидностями берилла: от 2,72 до 2,90, в большинстве случаев около 2,82. Эти высокие значения плотности могут быть обусловлены присутствием щелочных металлов – цезия и рубидия. У синтетических изумрудов, которые были получены раньше, плотность и оптические константы были заметно ниже, чем у природных камней, но в искусственных изумрудах, полученных позднее, такое различие отсутствует. Тщательное изучение включений остается одним из лучших методов, позволяющим отличать природные и искусственные камни.

Твердость берилла варьирует  от 7,5 до 8, причем изумруд несколько мягче, чем другие разновидности. Отмечается слабая спайность, параллельная базису. Подобно большинству драгоценных камней, берилл весьма хрупок и легко раскалывается и покрывается трещинами. Замутненные, непрозрачные из-за трещинок камни называют моховыми. В пламени паяльной трубки берилл плавится с трудом. Он устойчив к воздействию фтористо-водородной кислоты, а также других кислот.

Непрозрачные бериллы, не находящие применения в ювелирном  деле, являются главной рудой для  получения металла бериллия, который используется для приготовления специальных сплавов – главным образом с медью, а также с железом и никелем.

 

 

д) Везувиан – это минерал, силикат кальция и алюминия сложного состава. Кристаллы везувиана часто имеют столбчатую, призматическую или пирамидальную форму. При этом когда смотришь на достаточно крупные кристаллы везувиана, создается впечатление, что они составлены из соединенных вместе простых геометрических тел – кубиков, словно спаянных, смешанных друг с другом. Отсюда другое название этого минерала, образованное с помощью корней греческого языка, – идокраз (греч. crasys – «смесь»). Под таким именем везувиан известен с 1796 г. Цвет везувиана зеленовато-желтый, бурый, бутылочно-зеленый, изредка изумрудно-зеленый; окраска обусловлена примесью железа, стойкая. В ювелирном деле для огранки и вставок в украшения используются прозрачные образцы коричневого цвета с о. Шри Ланка.

Везувиан получил свое название по месту первой находки  – склону вулкана Везувий (Италия). Синонимы: агат стеклянный, везувиан-жад, вилуит, гиацинтин ложный, жад американский, жад везувиановый, идокраз, изумруд вилюйский, калифорнит, нефрит американский, хризолит вулканический, хризолит итальянский, хризолит торговый.

На территории провинции  Квебек в Канаде встречаются везувианы ювелирного качества массой 10–15 карат. Везувианы обнаружены также в Норвегии, Италии, Швейцарии, Пакистане и Африке. 
За образцами везувиана россиянам не обязательно ехать в Италию или Америку. Начиная с 1914 г., везувианы Урала изучал русский профессор С.М. Курбатов. Результатом этих исследований стала его книга «Везувианы из русских месторождений». В начале 80-х гг. XX в. этот минерал был найден и на склонах «неудавшегося» вулкана Аюдаг в Крыму.

 

 

 

 

5. Применение и искусственное происхождение силикатов

 

Без силикатных материалов – различных видов цемента, бетона, шлакобетона, керамики, стекла, покрытий в виде эмалей и глазурей едва ли можно представить себе нашу повседневную жизнь. Масштабы производства силикатных материалов представляются внушительными цифрами.

Наиболее древними силикатными  материалами являются керамические, получаемые из глин и их смесей с  различными минеральными добавками, обожженными  до камневидного состояния. В древнем  мире керамические изделия были распространены по всей территории Земли. Со второй половины XIX века и до настоящего времени индустриальная керамическая промышленность неизмеримо расширила выпуск и ассортимент керамики. Универсальную классификацию керамик создать трудно, но можно выделить следующие типы.

1. Благодаря экономичности  производства, высоким физико-механическим  и художественно-декоративным качествам,  керамические материалы широко  используются как строительные  и декоративные. Это кирпич, пустотелые  блоки для стен, перегородок, перекрытий, облицовочные плитки, изразцы, терракотовые и майоликовые детали в архитектуре, канализационные и дренажные трубы.

2. Огнеупорная керамика  используется в производстве  металлов, цемента, стекла, для кладки  высокотемпературных печей, футеровки  их внутренних поверхностей.

3. Химически стойкие  керамики заменяют или защищают  металлы в производствах, связанных  с агрессивными средами, например  в химической промышленности.

4. Тонкая керамика  включает в себя изделия из  фарфора и фаянса. К ним относятся  бытовая и химическая посуда, художественные изделия, изоляторы разных типов.

Процессы производства керамики многообразны и в общих  чертах сводятся к: 1) обработке сырья, 2) приготовлению керамической массы, 3) формованию и сушке массы, 4) обжигу, 5) отделке изделий. В современном производстве эти операции обеспечиваются специальным оборудованием, порой очень сложным, а сами процессы проводятся в оптимальных технологических режимах, разработанных на серьезной научной основе учеными различных профилей.

Примером искусственного силикатного материала является портландцемент, один из наиболее распространенных видов минеральных вяжущих веществ. Цемент используется для связывания строительных деталей при получении массивных строительных блоков, плит, труб и кирпича. Цемент является основой таких широко применяемых строительных материалов, как бетон, шлакобетон, железобетон. Строительство любого масштаба не может существовать без цемента. В школьном курсе по химии даны основные представления о химическом составе и технологии цемента, поэтому остановимся лишь на некоторых уточняющих деталях. Прежде всего цементным клинкером называется продукт обжига смеси глины и известняка, а цементом – мелкоизмельченный клинкер с минеральными добавками, регулирующими его свойства. Цемент применяется в смеси с песком и водой. Его вяжущие свойства обусловлены способностью цементных минералов взаимодействовать с H2O и SiO2 и при этом затвердевать, образуя прочную камневидную структуру. При схватывании цемента происходят сложные процессы: гидратация минералов с образованием гидросиликатов и гидроалюминатов, гидролиз, образование коллоидных растворов и их кристаллизация. Исследования процессов твердения цементного раствора и минералов цементного клинкера сыграли большую роль в становлении науки о силикатах и их технологии.

 

 

Заключение

 

Для того чтобы понять роль силикатов  в жизни человека, остановимся  сначала на строении земного шара. По современным представлениям земной шар состоит из ряда оболочек. Наружная оболочка Земли, земная кора, или литосфера, образована гранитной и базальтовой оболочками и тонким осадочным слоем. Гранитная оболочка в основном состоит из гранита – плотных сростков из полевых шпатов, слюды, амфиболов и пироксенов, а базальтовая – из таких гранитоподобных, но более тяжелых силикатных пород, как габбро, диабазы и базальты. Осадочные горные породы образуются при разрушении других пород под влиянием условий, характерных для поверхности Земли. Составной частью осадочного слоя являются, в частности, глины, основа которых – силикатный минерал каолинит. Литосфера на 95 мас. % образована силикатами. Ее средняя мощность в области материков составляет 30–40 км. Затем располагается симатическая оболочка, или верхняя мантия, среди минералов которой, вероятно, преобладают силикаты железа и магния. Эта оболочка охватывает земной шар сплошь и распространяется до глубины 1200 км. Далее от 1200 до 2900 км располагается промежуточная оболочка. Ее состав спорен, но и в ней предполагается существование силикатов. Под этой оболочкой на глубине от 2900 до 6370 км находится ядро. В последнее время высказано предположение, что ядро имеет также силикатный состав. При движении от поверхности Земли к ее центру возрастают плотность и основность слагающих пород (увеличивается соотношение между содержанием оксидов металлов и кремнезема), давление и температура.

Древнейшие орудия труда были изготовлены  человеком из кремня – плотного агрегата из халцедона, кварца и опала (800–60 тыс. лет до н. э.). Позднее для этого стали использовать яшмы, горный хрусталь, агаты, обсидиан (вулканическое силикатное стекло), нефрит.

Для силикатных минералов нет общепринятой систематики (минералогической номенклатуры), их названия чаще всего происходят от внешнего вида кристаллов, их физических свойств, места нахождения или имени  ученого, их открывшего. Плагиоклаз в переводе с греческого означает косо раскалывающийся, а пироксен – тугоплавкий, что отвечает свойствам этих минералов. Минералы кварца в зависимости от природы примесей имеют широкий спектр окраски, которая и определяет их названия: аметист – фиолетовый, цитрин – желтый, горный хрусталь – лед. Модификации кремнезема стишовита и коэсита и минерала биотита произошли от фамилий ученых, их открывших, С.М. Стишова, Л. Коэса и Ж.Б. Био, а минерал каолинит получил свое название от горы Каолинг в Китае, где издавна добывалась глина для производства фарфора.