Карбонаты (минералы)
Карбонаты — многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение.
К минералам класса карбонатов относятся соли угольной кислоты, чаще всего это соли кальция, магния, натрия, меди.
Всего в этом классе известно около 100 минералов. Некоторые из них очень широко распространены в природе, например кальцит и доломит.
В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному типу — анионы [CO3]2-представляют собой изолированные радикалы в форме плоских треугольников.
Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом [CO3]2-.
Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH)-, F-и Cl-.
Карбонаты природные
Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний.
Карбонаты обычно имеют светлую окраску: белую, розовую, серую и т.д., исключение представляют карбонаты меди, имеющие зелёную или синюю окраску. Твёрдость карбонатов около 3-4.5; плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba.
Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl и HNO3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа.
По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления и иногда низкотемпературные гидротермальные карбонаты.
Главные минералы-карбонаты: таблица
Группа | Минерал | Сингония | Твердость |
Кальцита | Кальцит СаСОз | Триг. | 3 |
Родохрозит МпСОз | 3,5-4,5 | ||
Магнезит MgCOз | 4-4,5 | ||
Сидерит РеСОз | » | 3,5-4,5 | |
Смитсонит ZnCO3 | 5 | ||
Доломита | Доломит CaMg(COз)2 | » | 3,5-4 |
Арагонита | Арагонит СаСОз | Ромб. | 3,5-4 |
Витерит ВаСОз | 3 — 3,5 | ||
Стронцианит SrCO3 | 3,5-4 | ||
Церуссит · 10H2O | Мон. | — | |
Нахколит NaHCO3 | » | 2,5 | |
Натрон | 1 — 1,5 | ||
Шортита | Шортит | Ромб. | 3 |
Ниеререита | НиеререитNa2Ca(CO3)2 | » | 3 |
Многие из широко распространенных карбонатов, в особенности же кальцит, магнезит, сидерит, доломит, имеют сходные черты морфологии кристаллов, близкие физические свойства, встречаются в одинаковых агрегатах и часто имеют переменный химический состав.
Поэтому бывает трудно, а порой невозможно различить их по внешним признакам, твердости, спайности. Издавна используется простой прием диагностики карбонатов по характеру их реакции с соляной кислотой.
Для этого наносят каплю разбавленной (1 : 10) кислоты на зерно карбоната.
Кальцит реагирует активно, и капля раствора вскипает от выделяющихся пузырьков СО2, доломит реагирует слабо, только в порошке, а магнезит — при нагревании.
Более надежные результаты дают следующие лабораторные исследования: точное определение их показателей преломления; проведение микрохимических реакций на отполированных пластинках пород с реактивами, красящими разные минералы в различные цвета; термический анализ (определение температуры разложения минерала, у каждого карбоната она своя); рентгеновские исследования.
Карбонатовые отложения
Самым распространённым карбонатом является кальцит.
Прозрачный кальцит называют исландским шпатом, непрозрачный известковым шпатом. Кальцит формирует такие породы, как известняк и мел.
Подавляющее количество кальцита сформировалось за счёт биогенного его накопления. В то же время известен и кальцит гидротермального происхождения.
В почвах кальцит накапливается в результате реакции кальция, высвободившегося при выветривании, с углекислым газом почвенного воздуха; особенно часто богаты кальцитом почвы засушливых областей. Кальцит и доломит формируют мрамор.
Сидерит типичный минерал болотных руд; достаточно редко отмечается его эндогенное происхождение. Малахит красивый поделочный камень; как и близкий к нему по составу и свойствам минерал азурит Сu3(СО3)2(ОН)2, он образуется на поверхности Земли в результате окисления сульфидов меди.
Применение карбонатов
Карбонаты кальция, магния, бария и др.
применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др.
В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле.
Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.
Карбонаты: что это, формула и свойства
Карбонатами называются соли угольной кислоты (Н2СО3). Класс карбонатов насчитывает около 80 представителей.
Эти минералы очень широко распространены в верхней части литосферы. Их среднее содержание в земной коре составляет 1,5 мае. %.
Кальцит СаСО3, или известковый шпат. Название произошло от латинского calcis — известь.
Содержит примеси Мg, Мn, Fе, иногда Zn, Cо, Sг, Рb и др. Водяно-прозрачная, бесцветная разновидность кальцита с сильным двупреломлением называется исландский шпат, или оптический кальцит.
Полосчатые выделения кальцита называют кальцитовым, или мраморным, ониксом.
Форма выделения — кристаллы призматической, таблитчатой, реже пластинчатой, иногда дисковидной формы, ромбоэдры и скаленоэдры.
Могут образовывать двойники, щетки, друзы. Агрегаты зернистые, а также в виде мелко- и скрытокристаллических натечных форм — корок, почек, желваков, сталактитов, сталагмитов и т.д., могут образовывать конкреции и оолиты, секреции и миндалины.
- Цвет — чаще всего белый и желтовато-белый, но в зависимости от примесей может быть разных цветов, вплоть до черного (от примеси битума).
- Черта — белая, светлая.
- Блеск — стеклянный, более яркий на поверхностях спайности, чем на гранях.
- Прозрачность — минерал от прозрачного (исландский шпат) до просвечивающего по тонкому краю.
- Спайность — совершенная в трех направлениях по ромбоэдру.
- Излом — как правило, по спайности, ровный, ступенчатый.
- Твердость — 3.
- Плотность — 2,6 — 2,8 г/см3.
- Особые свойства — бурно реагирует с соляной кислотой.
Происхождение.
- 1. Осадочное, биогенное и хемогенное, главным образом в виде известняков, мергеля и мела.
- 2. Гидротермальное, в жилах.
- 3. Магматическое, в карбонатитах. 4. Контактово-метаморфическое, в скарнах. Кальцитовые породы, известняки, мел и мергели широко развиты в пределах Русской плиты, особенно в Центральных районах России, месторождения мрамора известны на Урале, исландский шпат добывается в бассейне реки Нижняя Тунгуска.
Применение — как сырье для производства строительного камня, извести, цемента; метаморфически измененные известняки — мраморы — прекрасный облицовочный материал; в металлургической промышленности в качестве флюсов; в химической промышленности для производства соды; в сельском хозяйстве для известкования почв; исландский шпат используют в оптических приборах; выделения кальцита с красивым оттенком или рисунком применяется в ювелирном и камнерезном деле.
Доломит СаМg(СO3)2.Назван в честь французского инженера и минералога Доломье (1750—1801), впервые описавшего доломитовые отложения.
Часто содержит примесь двухвалентного Fе, Мg, Мn.
- Форма выделения — чаще всего пористые землистые массы, реже почковидные, оолитовые агрегаты. Также встречается в виде кристаллических зернистых агрегатов.
- Цвет — в землистых массах обычно грязно-белый, желтоватый и буроватый.
- В кристаллических агрегатах — серовато-белый, голубовато-белый, реже с зеленоватым оттенком.
- Черта — белая, светло-желтая или светло-серая.
- Блеск — стеклянный по граням кристаллов.
В землистом агрегате матовый.
- Прозрачность — минерал от просвечивающегося до непрозрачного.
- Спайность — совершенная по ромбоэдру.
- Излом — обычно по спайности, косо ступенчатый.
- Твердость — 3,5 — 4.
- Плотность — 2,8 — 2,9 г/см3.
- Особые свойства — с соляной кислотой реагирует в порошке.
- Реакция не бурная, что служит основным отличием от кальцита.
Происхождение.
- 1. В основном осадочное.
- 2. Может быть гидротермальным, в жилах, и гидротермально-метасоматическим за счет преобразования известняков. Широко распространен на Русской платформе, Урале, Сибири.
Применение — для производства строительных материалов, цемента, огнеупорных изделий; как флюс в металлургии, в химической промышленности и сельском хозяйстве.
Магнезит МgСО3, магнезитовый шпат, горький шпат
Назван по области Магнезиа в Фессалии (Греция). Содержит примесь двухвалентного железа и никеля.
Форма выделения — кристаллы ромбоэдрические, редко призматические.
Встречается в виде кристаллических зернистых агрегатов и скрытокристаллических фарфоровидных масс.
- Цвет — белый.
- Черта — белая, бесцветная.
- Блеск — стеклянный.
- Прозрачность — прозрачный по тонкому краю, непрозрачный минерал.
- Спайность — совершенная в трех направлениях по ромбоэдру.
- Излом — по спайности ступенчатый. У фарфоровидных выделений излом раковистый, неровный.
- Твердость — 4 — 4,5.
- У фарфоровидного до 7 за счет примеси опала.
- Плотность — 3 г/см3.
Особые свойства — в соляной кислоте разлагается только в порошке и при нагревании.
Происхождение — эндогенное, гидротермальное, гидротермально-матасоматическое и экзогенное, при изменении богатых магнием ультраосновных пород.
Крупнейшие в России месторождения — Саткинское вблизи города Златоуст на Урале и Савинское в Иркутской области.
Применение — для производства различных огнеупоров, магнезиального цемента; в металлургии, химической и фармацевтической промышленности, а также при производстве керамики и бумаги.
Сидерит FеСО3, железный шпат.
Название произошло от греческого sideros — железо. Часто содержит примеси Мn, Мg, Са.
Форма выделения — кристаллы в виде уплощенных ромбоэдров. Грани кристаллов часто линзовидно изогнуты. Реже встречаются таблитчатые и призматические кристаллы.
Агрегаты зернистые, землистые, плотные, иногда слагают шаровидные конкреции (сферосидерит).
- Цвет — от светло-желтого до бурого, коричневого и черного.
- Черта — бесцветная. У измененных (лимонитизированных) выделений — бурая, ржаво-бурая.
- Блеск — сильный стеклянный, иногда с буроватой побежалостью.
- Прозрачность — от просвечивающего по краю до непрозрачного.
- Спайность — совершенная по ромбоэдру.
- Излом — ступенчатый по спайности, зернистый.
- Твердость — 4 — 4,5.
- Плотность — 3,7 — 3,9 г/см3.
Особые свойства — растворяется в подогретой соляной кислоте, кислота при этом желтеет.
Происхождение.
- 1. Гидротермальное, в жилах и линзах вместе с сульфидами полиметаллов; гидротермально-метасоматическое при замещении известняков и доломитов (Байкальское месторождение на Южном Урале).
- 2. Осадочным путем, слои и линзы, конкреционные и оолитовые выделения.
- 3. Метаморфическое — при метаморфизме месторождений магнетитовых и силикатных железных руд.
Применение — как важная руда на железо для производства мягких сортов стали.