Общие соображения о структуре о составе глинистых минералов

Атомная структура обычных глинистых минералов достаточно детально изучена многочисленными исследователями, работы которых основываются на обобщениях Паулинга, проведенных им на структурах слюд и сходных с ними минералов. Однако нам еще мало известно о тонкой структуре глинистых минералов. Так как глинистые минералы встречаются в виде чрезвычайно мелких частиц, делающих невозможным изучение монокристаллов, то это ограничивает точные данные об их структуре, которые могут быть получены существующими методами. Вследствие этого возникает положение, что если общие черты структуры глинистых минералов можно считать хорошо установленными, то многие детали их структурной характеристики остаются до сих пор в сфере умозрительных заключений и теорий.

Атомная структура большинства глинистых минералов сложена двумя единицами. Одна структурная единица состоит из двух слоев плотноупакованных кислородов или гидроксилов, в которых атомы алюминия, железа или магния расположены в октаэдрической координации таким образом, что каждый из них находится на равном расстоянии от шести кислородов или гидроксилов (фиг. 2-1). В случае заполнения октаэдрических позиций алюминием, чтобы сбалансировать структуру, представляющую собой структуру гиббсита Al2(OH)6, заполнены должны быть только две трети возможных позиций. В случае магния, чтобы сбалансировать структуру, представляющую собой структуру брусита Mg3(OH)6, необходимо заполнение всех возможных позиций. Нормальное расстояние между атомами кислорода составляет 2,60 А, а между гидроксилами обычно около 3 А. Однако в этой структурной единице расстояние между гидроксилами равно 2,94 А, а пространство, доступное для атома в октаэдрической координации, составляет около 0,61 А. Толщина этой структурной единицы в структурах глинистых минералов равна 5,05 А.

Вторая структурная единица образована кремнекислородными тетраэдрами. В каждом тетраэдре атом кремния одинаково удален от четырех кислородов или гидроксилов, расположенных в форме тетраэдра с атомом кремния в центре, чтобы сбалансировать структуру. Кремнекислородные тетраэдры сгруппированы таким образом, что создают гексагональную сетку, которая бесконечно повторяется и образует лист состава Si4O6(OH)4 (фиг. 2-2). Тетраэдры расположены так, что все их вершины обращены в одну сторону, а основания лежат в одной и той же плоскости (здесь могут быть исключительные случаи, в которых некоторые тетраэдры перевернуты). Эту структуру можно рассматривать как структуру, состоящую из перфорированной плоскости кислородных атомов, расположенных в плоскости основания тетраэдрических групп; плоскости атомов кремния с атомами кремния, расположенными в полости в месте соединения трех атомов кислорода и, следовательно, образующими гексагональную сетку; плоскости атомов гидроксила, в которой каждый гидроксил расположен непосредственно над кремнием на вершине тетраэдров. Открытую гексагональную сетку можно рассматривать как сетку, образованную тремя нитками атомов кислорода, пересекающимися под углом 120°. Расстояние между атомами кислорода в листах крем-некислородных тетраэдров составляет 2,55 А, а пространство, доступное для атома в тетраэдрической координации, около 0,55 А. Толщина этой структурной единицы в структуре глинистых минералов равна 4,93 А.

Некоторые из глинистых минералов волокнисты и сложены структурными, единица ми, отличными от только что описанных. По структурным характеристикам эти минералы напоминают амфиболы. Основной структурной единицей в этих минералах являются кремнекислородные тетраэдры, соединенные в двойные цепи состава Si4O11, как показано на фиг. 2-3. Эта структура близка к структуре листа кремнекислородных тетраэдров в слоистых минералах, за исключением того, что она бесконечна только в одном направлении. В другом направлении она ограничена и имеет ширину около 12 А.

Эти цепи связаны друг с другом атомами алюминия или магния, расположенными таким образом, что каждый такой атом окружен шестью «активными» атомами кислорода. Атомы кислорода активны лишь в том случае, если они связаны только одной связью с кремнием, и, следовательно, активны только те атомы кислорода, которые расположены на краях цепей и на вершинах тетраэдров.