16.6 Оксиды и гидроксиды

Оксиды - соединения элементов с кислородом; в гидроксидах присутствует гидроксил или вода, или и то и другое вместе и еще О²^-.

В земной коре на долю оксидов и гидроксидов приходится примерно 17% массы, из них на долю кремнезема 12,5% и железа 4%, далее в количественном отношении идут Al, Mn, Ti, Cr.

Преобладает ионный тип химической связи, в гидроксидах существенно влияние водородных связей. Кислород и ОН обычно располагаются в вершинах тетраэдров и октаэдров, а катионы находятся, при этом, в четвертом или шестерном окружении. В зависимости от группировки атомов можно выделить простые оксиды с координационными, островными, цепочными, слоистыми и каркасными структурами. Среди оксидов можно выделить простые оксиды, в которых соотношение между катионами и анионами изменяются от 2:1 до 1:2 (R₂O, R₂O₃, RO₂) и сложные оксиды, для которых характерны двойные соединения типа RO,∙ R₂O₃ .

Для всех сложных оксидов обычны широкие изоморфные замещения. Изоморфизм свойственен, например, Магнетиту FeFe₂O₄ и хромиту FeCr₂O₄, в которых Fe²⁺. замещается Mg²⁺, Mn²⁺, а Fe³⁺ и Cr³⁺ ионами Al³⁺, Mn³⁺.

Для данного класса характерны: высокая твердость (6-9), химическая стойкость (кварц, корунд и др.), тугоплавкость, очень низкая растворимость в жидкостях, разнообразная раскраска, стеклянный и полуметаллический блеск, повышенные магнитные свойства (у железных руд).

Минералы слоистых структур образуют уплощенно-таблитчатые кристаллы или листовато-чешуйчатые агрегаты, часто с хорошо выраженной спайностью в одном направлении.

Оксиды образуются главным образом эндогенным путем при магматических, пегматитовых и гидротермальных процессах (кварц – SiО₂, рутил – TiO₂, касситерит – SnO₂ и др.), а также при региональном и контактном метаморфизме. В результате окисления сульфидов и выветривания горных пород эндогенные минералы переходят в оксиды и гидрооксиды, как более устойчивые соединения в условиях поверхности; большую роль при этом играет коллоидное минералообразование. Будучи устойчивыми, многие оксиды накапливаются в россыпях.

Минералы этого класса являются важнейшими рудами на Fe, Cr, Mn, Ti, Al, Nb, Ta, и Th, Tr и др., а также неметаллическими полезными ископаемыми.

Простые оксиды

Куприт Сu₂O - сплошные зернистые массы. Цвет красный, разных оттенков. Руда на медь. Происхождение экзогенное – при окислении сернистых соединений.

При разрушении переходит в малахит. Сu₂O+С₂O+H₂O = Cu₂(СO₃) (OH)₂

Редкий минерал на Украине.

Корунд - Кристаллы столбчатые бочёнковидной формы: комбинации дитригональных пирамид и призм с ромбоэдрами.

Разновидности :синий – сапфир (окраска примесями Тi); кроваво-красный – рубин (окраска примесями Cr); наждак – сплошная зернистая корундовая порода серовато – черного цвета от тонкой примеси гематита, магнетита.

Применяется – абразивные материалы, драгоценные камни, цветные корунды в значительном количестве в настоящее время изготавливают искусственно. Средне распространенный минерал на Украине.

Гематит (красный железняк) Fe₂O₃. Не магнитен, блеск металловидный. Плотные агрегаты красного цвета. Крупнокристаллическая разновидность темного стального цвета – железный блеск (спекулярий).

Крупнейшие месторождения – Кривой Рог, Курск (Россия), древние докембрийские осадочные метаморфизированые руды.

Применение - важнейшая железная руда, железная сметана – порошковатая разновидность для окраски стекол, эмалей (красно – коричневые тона), для изготовления красной краски и карандашей.

Пиролюзит MnO₂ – переводится с греческого «смывающий огонь», т.к. применяется для обесцвечивания стекла. Месторождение – Никопольское; Применяется – важнейшая руда на марганец. В стекловарении в качестве вспомогательного материала – обесцвечивателя – для устранения зеленого оттенка, придаваемого стеклу оксидами железа, а также фиолетового красителя.

Распространенный минерал на Украине.

Кремнезем SiО₂ –при обычных добавлениях известно несколько полиморфных модификаций (см. стр. ).

Наиболее распространенной в природе является низкотемпературная модификация – ß - кварц. Земная кора содержит до 13% (по массе) кварца – самый распространенный минерал на земле.

Свойства: Твердость - 7, удельный вес - 2,65г/см³, морфология: зернистые и кристаллические агрегаты, кристаллы (друзы, щетка, жеоды). Кристаллы – комбинации тригональных трапецоэдров и дипирамид, призм и ромбоэдров (облик псевдогексагональных призм и дипирамид с характерной поперечной штриховкой граней призм). Размеры кристаллов разнообразные, от микроскопических до гигантских. В 1961г. в Казахстане был найден минерал кварца массой 70т – размер с двухэтажный дом, по периметру он оброс кристаллами длиной 1м. Раковистый излом, отсутствия спайности. Прозрачен, бесцветен, окрашены разновидности:

1. горный хрусталь – прозрачный, бесцветный;

2. аметист – фиолетовый;

3. цитрин – золотисто-желтый;

4. розовый кварц;

5. дымчатый кварц (раухтопаз);

6. морион – черный непрозрачный;

7. празем – зелёный;

8. авантюрин – вростки слюды и гематита – золотистый или красно-бурый металловидный отлив;

9. молочный кварц;

10. сагенит (волосатик) – с включением игольчатых выделений рутила.

Особые свойства – пропускает ультрафиолетовые лучи, обладает пьезоэлектрическими свойствами, т.е. возникновение электрического заряда при механическом воздействии. Диамагнитен, с кислотами не реагирует, исключение - HF. Стоек к выветриванию: разрушается только механически и образует россыпи кварцевых песков.

Происхождение: магматическое и гидротермальное.

Скрытокристаллическая непрозрачная разновидность SiO₂ с матовой поверхностью и восковым блеском обычно серого или голубовато-серого цвета называется халцедоном. Разновидности:

- сердолик (красный);

- хризопраз (зеленый);

- агаты (полосатые разновидности);

- яшма – плотная халцедоновая порода с примесями и красящими веществами;

- кремень – халцедон сильно загрязненный примесями песка и глины.

Применение: горный хрусталь (пьезокварц) – в радиотехнике и оптике . Агаты – для изготовления ступок и пестиков. Чистые кварцевые пески, песчаники, кварцит и др. кремнийсодержащие породы - в стекольной, керамической промышленности и при производстве вяжущих материалов.

Наибольшее значение имеет жильный кварц, добываемый из пегматитовых и рудных жил, который используется в фарфоровой и фаянсовой промышленности.

Твердый аморфный гидрогель кварца (SiO₂ и Н₂О) называется опалом. Его прозрачные разновидности – драгоценны. Обладает опалесценцией (радужной игрой света). Применение: как поделочные и драгоценные камни

Сплавляя в электропечах кварцевый песок с угольным порошком получают карборунд – карбид кремния SiC – его твердость больше твердости корунда; используется для изготовления шлифовальных и режущих инструментов.

Сложные оксиды

Шпинель MgAl₂O₄ – кубическая сингония, октаэдры, вкрапленный в породу. Цвет голубой, синий, розовый, красный, зеленый, коричневый до чёрного. Блеск стеклянный. Происхождение – метаморфическое. Применяется – драгоценные камни

Магнетит FeFe₂O₄ (магнитный железняк) - кубическая сингония, сплошные зернистые массы черного цвета иногда правильные октаэдры, ромбододекаэдры, штриховка параллельно длиной диагонали ромба, сильно магнитен.

В решетке находится двух и трехвалентное железо FeО, Fe₂О₃ – изоморфные примеси Ti, V, Mn, Al, Cr – близкие по размеру катионы, соответственная валентность.

Происхождение: магматическое, гидротермальное, метаморфическое.

На Украине - Мариуполь.

Применение: важнейшая руда на железо. Широко распространенный главный породообразующий минерал железистых, кварцитовых и железных руд месторождений Западного Приазовья г. Гуляй поле, Кривой рог.

Хромит (хромистый железняк) FeCr₂O₄ – руда на хром, в производстве огнеупорных материалах.

Ильменит (титанистый железняк ) FeTiO₃ – важнейшая руда на титан, ферротитан. Применяется для введения FeO и TiO₂ в грунтовые эмали. Самотканское месторождение в Днепропетровской обл.

Гидрагилит (гиббсит) Al(OH)₃

Моноклинная сингония, твердость 2,5 – 3. Удельный вес 2,4 г/см³; землистые, натечные, фарфоровидные массы. Кристаллы мелкие таблитчатой формы. Цвет – белый, сероватый, спайность весьма совершенная.

Происхождение – экзогенное при выветривании алюмосиликатов.

Вместе с диаспором (HAlO₂) и бемитом AlО(ОН) входит в состав горной породы бокситов (в неё входят также каолин, кремнезем и оксиды железа) – важнейшая руда на алюминий.

Для огнеупорной промышленности применяют диаспоровые породы.