Соли кислородных кислот. В этот класс минералов входят соли различных кислородных кислот, главными из которых являются угольная (карбонаты), серная (сульфаты), фосфорная (фосфаты) и кремневая (силикаты), выделяемые в виде отдельных подклассов. Карбонаты и силикаты имеют особенно большое значение как породообразующие минералы. Учитывая сложность и важность рассматриваемого класса минералов целесообразно привести краткое описание каждого из отдельных подклассов.
| Кальцит |
| Малахит |
Карбонаты.Из неорганических соединений углерода в природе известно около ста минералов, большая часть из которых относится к солям угольной кислоты (H2CO3) и получила название карбонатов. Эти минералы очень широко распространены в верхней части литосферы и среднее их содержание в земной коре составляет 1,5 мас.%. В структуре карбонатов анионные группы [CO3]2- в форме плоских треугольников изолированы друг от друга катионами или дополнительными анионами. Обычно карбонаты подразделяются на безводные и водные. К безводным карбонатам относятся такие породообразующие минералы как кальцит - CaCO3, магнезит - MgCO3, доломит - CaMg(CO3)2, сидерит - FeCO3, основные карбонаты меди: малахит - Cu2(CO3)(OH)2 и азурит - Cu3(CO3)2(OH)2 , в которых вхождение гидроксил-иона (ОН)- компенсирует избыточный заряд катионов; к водным - сода - Na2[CO3].10H2O. Цвет карбонатов, как и большинства других минералов, зависит от вхождения в структуру ионов-хромофоров. Медные карбонаты зеленые или синие; урановые - желтые; карбонаты, содержащие железо или редкоземельные элементы, окрашены в коричневатые цвета, но большинство карбонатов белые или бесцветные. Твердость карбонатов обычно составляет 3-5. Удельный вес
| Азурит |
меняется в широких пределах в зависимости от химического состава минералов. Самый легкий из карбонатов - сода; наибольшим удельным весом обладают карбонаты висмута и свинца. Большинство карбонатов относительно хорошо растворяются в воде богатой свободной углекислотой по схеме СаСО3 + СО2 + Н2О Са(НСО3)2; некоторые из них интенсивно вскипают в разбавленной (10 %) соляной кислоте, выделяя при этом пузырьки СО2. Условия протекания реакции с кислотой (кусочки или порошок исходного минерала, интенсивность разложение при нагревании и без него) являются одним из основных диагностических свойств при идентификации широко распространенных карбонатов кальция, магния и железа. Из оптических свойств для карбонатов характерно весьма высокое двулучепреломление - следствие наличия в структуре этих минералов плоских групп [CO3]2-. В большинстве случаев карбонаты образуются в гипергенных процессах (хотя известны и магматические карбонаты). Происхождение некоторых карбонатов, например, кальцита в известняках, связано с жизнедеятельностью организмов. Гидротермальные карбонаты распространены в жилах, контактово-метасоматических зонах, в отложениях минеральных источников, в миндалинах вулканических пород. Многие карбонаты имеют практическое значение как руды на железо, цинк, свинец и медь. Плотные массивные карбонатные породы - известняки, мраморы, доломиты - используются в качестве строительного материала.
| Гипс | барит | целестин | англезит |
Сульфаты, хроматы, молибдаты и вольфраматы.Сульфаты - минералы, представляющие собой соли серной кислоты (H2SO4), могут образовываться в природе лишь в условиях повышенной концентрации кислорода, необходимой для перевода серы в высшую степень окисления (S6+) и при относительно низких температурах. Такие условия в земной коре создаются вблизи поверхности, где и встречается основная масса сульфатов. В природе известно около 300 минералов, относящихся к этому классу соединений, но по массе они составляют менее 0,1 % веса земной коры. В структурном отношении комплексный анион [SO4]2- характеризуется крупным размером. Поэтому образование устойчивых кристаллических структур возможно лишь при сочетании этого аниона с крупными двухвалентными катионами (Ba2+, Sr2+, Pb2+). Структуры сульфатов, катионы которых имеют небольшие радиусы, могут образовываться практически только при наличии молекул воды, которые располагаются в свободном пространстве. Одновалентные катионы щелочных металлов образуют слабые кристаллические структуры и, подобно сульфатам двухвалентных малых катионов, легко растворяются в воде. Сульфаты трехвалентных металлов встречаются только в виде водных соединений. Среди сульфатов широкое распространение получили двойные и более сложные соли одно-, двух- и трехвалентных металлов. Часто встречаются сульфаты с добавочными анионами (OH-, Cl-, CO32-, PO43- и др.). Характерной особенностью всех сульфатов является их небольшая твердость (меньше 3,5). Наиболее часто в природе встречаются следующие сульфаты: гипс - CaSO4.2H2O, ангидрит - CaSO4, барит - BaSO4, целестин - SrSO4, англезит - PbSO4, тенардит - Na2SO4, мирабилит - Na2SO4.10H2O, алунит - KAl3(SO4)2(OH)6 и ярозит - KFe3(SO4)2(OH)6.
Хроматы - представители солей ортохромовой кислоты (H2CrO4) - очень редки. Они встречаются в зонах окисления некоторых полиметаллических месторождений, классическим из которых является Березовское на Среднем Урале. Именно в хромате из этого месторождения - крокоите - PbCrO4 в 1797 г. был открыт химический элемент хром.
| Вульфенит |
Большинство молибдатов - солей молибденовой кислоты (H2MoO4) - являются гипергенными минералами, образующихся в зонах железных шляп рудных месторождений в результате окисления молибденита (MoS2). Наиболее распространенные молибдаты (вульфенит - PbMoO4, ферримолибдит - Fe23+[MoO4]3.7H2O) имеют большое поисковое значение.
| фольфрамит | шеелит |
Вольфраматы - соли вольфрамовой кислоты (H2WO4) в природе немногочислены. Однако в рассматриваемый подкласс входят два промышленно важных рудных минерала - вольфрамит - (Fe,Mn)WO4 и шеелит - CaWO4, имеющих глубинное происхождение.
| Апатит |
Фосфаты, арсенаты и ванадаты.В природе установлено более 450 минеральных видов, принадлежащих солям ортофосфорной (H3PO4), мышьяковой (H3AsO3) и ванадиевой (H3VO3) кислот. Распространенность этих минералов в земной коре относительно невелика и составляет около 0,7 % по массе. Все фосфаты, арсенаты и ванадаты подразделяются на безводные и водные. Сравнительно крупные размеры трехвалентных анионов [PO4]3-, [AsO4]3- и [VO4]3- обусловили устойчивость в природе безводных соединений типа R3+[XO4], где X = P, As или V, а R3+ - крупные трехвалентные ионы, например, редкоземельных элементов: церия в монаците - Ce[PO4] или иттрия в ксенотиме - Y[PO4]. Наиболее устойчивыми в земной коре фосфатами двухвалентных металлов также являются соединения с относительно крупными катионами (Ca2+, Sr2+), но с уже дополнительными анионами (OH-, F-, Cl- и др.); примером может служить апатит - Ca5[PO4]3(F,Cl,OH). Для арсенатов и ванадатов характерны соединения со свинцом, причем добавочным анионом служит Cl-, как, например, в миметезите - Pb5[AsO4]3Cl или в ванадините - Pb5[VO4]3Cl. Элементы с относительно маленькими ионными радиусами образуют, как правило, соединения, содержащие существенное количество молекул H2O. Особое положение по составу среди водных фосфатов, арсенатов и ванадатов занимают, так называемые, урановые слюдки - двойные соли уранил-иона (UO2)2+ и двухвалентных металлов (главным образом, Cu2+ и Са2+): торбернит - Cu(UO2)2[PO4]2.12H2O, отунит - Ca(UO2)2[PO4]2.10H2O, тюямунит - Ca(UO2)2[VO4]2.8H2O и другие. Многие водные соединения или соли основного типа, относящиеся к фосфатам и их аналогам, являются редкими или очень редкими минералами. Представители группы имеют в большинстве случаев гипергенное происхождение - образуются в близповерхностных условиях в результате разложения органических остатков (фосфаты), окисления мышьяковых соединений (арсенаты) и за счет рассеянного в осадочных породах ванадия (ванадаты). Некоторые фосфаты образуются магматическим путем. Наибольшее распространение и значение получили фосфаты, а среди последних - апатит. Он встречается во многих типах магматических и метаморфических пород и используется как сырье для производства фосфорных удобрений.