Силікати природні (від латів.(латинський) silex — кремінь), клас найбільш поширених мінералів; природні хімічні сполуки з комплексним кремнекислородним радикалом. С. складають більше 75% земної кори (а разом з кварцем близько 87%) і більше 95% вивержених гірських порід. С. включають близько 500 мінеральних видів, у тому числі найважливіші породообразующие — польові шпати, піроксени, амфіболи, слюда і ін.
Сучасна класифікація С. заснована на крісталлохимічеських даних, узагальнювальних результати хімічних і рентгенографічних досліджень структур силікатних мінералів (див. Крісталлохимія ).
В основі структур всіх С. лежить кремнекислородний радикал [Sio 4 ] 4- у формі тетраедра. Важливою особливістю С. є здатність до взаємному поєднанню (полімеризації) два або декілька кремнекислородних тетраедрів через загальний атом кисню. Характер цього поєднання враховується при класифікації С. Кроме того, в класифікації С. враховуються склад радикалів (Si, Al, В, Ве, Ti, Zr, U) і склад катіонів (До, Na, Ca, Mg, Fe, Mn, Al), наявність і характер в складі С. води або гідроксильних груп, наявність додаткових аніонних груп.
У випадках, коли в структурі С. інші радикали тетраедрів грають однакову роль з тетраедрами [Sio 4 ] 4- , виділяють алюмосилікати, боросилікати і беріллосилікати, а також гетерогенні каркасні і шаруваті тітано- і цирконосилікати. У номенклатурі С. поряд із структурними позначеннями, пов'язаними з типом поєднань кремнекислородних тетраедрів, інколи використовуються назви, що збереглися від уявлень про них як про солі кремнієвих кислот: ортосилікати — солі ортокремнієвої кислоти, метасилікати — соли метакремнієвой кислоти і ін.
Структура С. По характеру поєднання кремнекислородних тетраедрів виділяється 5 підкласів С.: острівні, кільця, цепочечниє, шаруваті, каркасні.
Острівні С. Сюда відносяться С. з ізольованими тетраедрами [Si 04]^» — ортосилікати, зв'язані за допомогою розташованих між ними октаедричних катіонів ( мал. , 1), або з ізольованими парами тетраедрів [Si 2 O 7 ] 6- — діортосилікати, які виникли в результаті з'єднання два кремнекислородних тетраедрів ( мал. , 2).
До ортосилікатам відносяться групи олівіна (Mgfe) 2 [Sio 4 ], циркону Zr [Sio 4 ], гранатів, фенакита Be 2 [Sio 4 ] і ін. (без води і додаткових аніонів), топазу Al 2 [Sio 4 ] F 2 , андалузиту Al 2 [Sio 4 ] O, титаніту Cati [Sio 4 ] O і ін. (з додатковими аніонами F - , O 2- , Oh - ); до діортосилікатам — групи бертрандиту Be 4 [Si 2 O 7 j (ВІН) 2 , ільваїта Cafe 3 ×[Si 2 O 7 ] O (ВІН) і др.; до ортодіортосилікатам відносяться групи везувіану Ca 19 Mg 3 Al 10 [Si 2 O 7 ] 4 ×[Sio 4 ] 10 O 2 (ВІН) 6 , епідоту Са, Ce, Fe 3+ , Fe 2+ , Al 2 [Si 2 O 7 ]× [Sio 4 ] O×(ВІН) і ін.
Кільця С. характеризуються кільцем структурою, в якої групи [Sio 4 ] 4- не ізольовані, а з'єднуються загальними іонами кисню в кільця ( мал. , 3). При цьому розрізняють кільця двох типів — прості і подвійні («двоповерхові»). До перших відносяться кільця типа [Si 3 O 9 ] 6- — група волластоніту Ca 3 [Si 3 O 9 ], типа [Si 4 O 12 ] 8- — група тарамелліта Ba 2 Fe 2 [Si 4 O 12 ](ВІН) 2 , типа [Si 6 O 18 ] 12- — групи берилу Be 3 Al 2 [Si 6 O 18 ], кордієріта Mg 2 Al 3 [Aisi 5 O 18 ] і др.; типа [Si 8 O 24 ] 12- — група мьюкріта Ba 10 Camnti 2 [Si 8 O 24 ]×(Cl, ВІН, O) 12 ×4H 2 O. До других відносяться кільця типа [Si 8 O 20 ] 12- — група еканіта Ca 2 Th [Si 8 O 20 ], і типа [Si 12 O 30 ] 12- — група міларіта Kca 2 Be 2 AI [Si 12 O 30 ].
Цепочечниє С. Простейшие і найбільш поширені з них представлені безперервними ланцюжками кремнекислородних тетраедрів, сполучених вершинами, типа [Sio 3 ] 2- або здвоєними ланцюжками-стрічками типа [Si 4 O 11 ] 6- ( мал. , 4 і 5). До них належать групи піроксенов, амфіболов, рамзаїта Na 2 [Ti 2 Si 2 O 6 ] O 3 і ін.
Шаруваті С. характеризуються безперервними в двох напрямах шарами кремнекислородних тетраедрів, створюючими безконечні двомірні радикали, які залежно від просторового положення кремнекислородних тетраедрів в шарі мають різну формулу; для шару, що складається з шестерних кілець, характерний радикал типа [Si 4 O 10 ] 4- ( мал. , 6); при цьому в шестерному кільці тетраедрів шаруючи кожен з шести атомів кремнію належить трьом таким кільцям, тобто по два кремній на кожне кільце. До цього підкласу відносяться слюда групи мусковіту і біотіта K (Mg, Fe 2- 3 )[Alsi 3 O 10 ]×(ВІН, F) 2 , групи пірофілліта Al 2 [Si 4 O 10 ](ВІН) 2 і тальку Mg 3 [Si 4 O 10 ]×(ВІН) 2 , каолініту Al 4 [Si 4 O 10 ](ВІН) 8 і серпентину Mg 6 [Si 4 O 10 ](ВІН) 8 , галуазиту Al 4 (H 2 O) 4 [Si 4 O 10 ](ВІН) 8 , хлоритів ; до шаруватих відноситься гадолініт Fey 2 ×[Be 2 Si 2 O 10 ]; до тітаносилікатам — астрофілліт (До, Na) 3 (Mn, Fe) 7 [Ti 2 (Si 4 O 12 ) 2 ×O 2 (ВІН) 5 ; до ураносилікатам — ськлодовськит (H 3 O) 2 Mg [Uo 2 (Sio 4 )] 2 ×3H 2 O і ін.
Каркасні С. характеризуються тривимірним безконечним каркасом кремнекислородних тетраедрів типа [Sio 4 ] 4- , сполучених всіма чотирма вершинами один з одним так, що кожен атом кисню одночасно належить лише двом таким тетраедрам; загальна формула [Al m Si n-m O 2n ] m- . До них відносяться мінерали групи польових шпатів Na [Aisi 3 O 8 ] — K [Aisi 3 O 8 ] — Ca [Al 2 Si 2 O 8 ], нефеліну Kna 3 [Aisio 4 ], петаліта Li [Aisi 4 O 10 ], данбуриту Ca [B 2 Si 2 O 8 l, цеолітов, содаліта Na 4 [Aisio 4 ] 3 Cl, гельвіна Mn 4 [Besio 4 ] 3 S (див. Содаліта група ) і ін.
В структурах С. встановлено значне число різних типів ланцюжків, стрічок, сіток і каркасів з тетраедрів.
По складу радикалів тетраедрів розрізняються прості С. з кремнекислородним радикалом [Sio 4 ] 4- і складні С., в яких разом з [Sio 4 ] 4- присутні групи тетраедрів алюмінію (алюмосилікати ), берилія (беріллосилікати), бору (боросилікати), титану (тітаносилікати), цирконію (цирконосилікати), урану (ураносилікати). Поряд з цим виділяються силікати Al, Ве, Ti, Zr, в яких ці елементи грають роль таких же катіонів, як Mg, Fe і ін., з'єднуючись з кремнекислороднимі тетраедрами не вершинами, а ребрами або через вершини, поділені між двома тетраедрами.
Катіони, що входять в склад С., розділяються перш за все на 2 групи: малі катіони — Mg 2+ , Al 3+ , Fe 2+ , Mn 2+ і ін., частково Ca 2+ , що мають зазвичай октаедричну координацію (з'єднання, що містять їх, складають першу главу крісталлохимії С., по Н. Ст Белову, 1961), і крупні катіони — К + , Na + , Ca 2+ , Ba 2+ , Sr 2+ , рідкоземельних елементів, створюючі відповідно крупніші координаційні поліедри: 8-, 9-, 12-вершинникі, ребра яких соїзмеріми вже з розмірами не одіночних [Sio 4 ] 4- тетраедрів, а груп [Si 2 O 7 ] 6- (з цими з'єднаннями пов'язана друга глава крісталлохимії С.).
Для С. характерний ізоморфізм, що виявляється особливо широко серед катіонів; внаслідок цього в С. поширені ряди твердих розчинів (безперервні або із значними межами заміщень), а також ізоморфні домішки. Тому навіть розгорнуті формули С., що враховують основні ізоморфні заміщення, все ж є неповними унаслідок великої складнощі складу реальних С. Распределеніє ізоморфних катіонів в структурі С. залежить від температури і встановлюється рентгенографічно або по месбауерівських і інфрачервоних спектрах. Ця властивість дозволяє використовувати С. як геотермометра.
В складі С. наголошується різноманітність форм входження в їх структуру водню — у вигляді гідроксильних груп, кристалізаційної і цеоліту води, міжшарової адсорбованої води і ін., що вивчаються з допомогою ядерного магнітного резонансу (ЯМР), термічного аналізу, інфрачервоної спектроскопії. У всіх підкласах С. виділяються групи з додатковими аніонами (O 2- , F - , Ci - , Oh - , S 2- ) і радикалами (So 4 2- , Co 3 2- і ін.).
Подальші ускладнення в будові С. пов'язані з явищами впорядкування (особливо Al — Si в алюмосилікатах і Mg — Fe в олівінах, піроксенах, амфіболах), політіпії і смешаннослойних проростань (у шаруватих С.), поліморфних перетворень (наприклад, андалузит — дістен — силіманіт), розпаду твердих розчинів, утворення електронно-діркових центрів (див. Дефекти в кристалах ).
Більшість С. у зв'язку з їх складною будовою має низьку симетрію: близько 45% кристалізується в моноклінній 20% мають ромбічну симетрію, 9% — тріклінную, 7% — тетрагон, 10% — трігональную і гексагональну і 9% — кубічну.
Вельми характерний двійникування (двійники зростання, механічних і фазових перетворень).
Властивості С. визначаються перш за все типом кремнекислородного тетраедра: спайність (недосконала в острівних і кільцях С., досконала і залежна від орієнтування кремнекислородних угрупувань в цепочечних, шаруватих, каркасних З.); твердість зазвичай 5,5—7, окрім шаруватих С., в яких вона знижується до 2—1; щільність близько 2500—3500 кг/м 3 . Колір більшості С. визначається іонами заліза (Fe 2+ — зелений, Fe 3+ — бурий, червоний, жовтий, Fe 2+ і Fe 3+ — синій і ін.), в окремих групах — іонами Ti 3+ , V 4+ , Cr 3+ , Mn 2+ , Co 2+ , Ni 2+ , Cu 2+ і їх поєднаннями з іонами заліза і др.; у деяких мінералах — електронно-дірковими центрами. У ряді випадків забарвлення пов'язане з мікровключеннями забарвлених мінералів.
Велике значення для точної діагностики С. мають їх оптичні властивості — заломлення, оптичне орієнтування і ін., вимірювані за допомогою Федорова столика, іммерсійного методу і ін.
Походження С. вельми всіляко: вони виникають при кристалізації магми, метаморфічних і метасоматічеських процесах; рідше С. утворюються в гидротермальних жилах. Крупні кристали С. виникають в пегматітах.
Физико-хімічні особливості освіти С. в природних умовах визначаються за допомогою парагенетічеського аналізу мінеральних асоціацій (див. Парагенезіс мінералів ) з врахуванням даних детально вивчених діаграм стані силікатних систем. При вивітрюванні відбувається руйнування більшості С. з утворенням осадових гірських порід, з вилуговуванням основних з'єднань, звільненням кремнезему, виникненням за рахунок алюмосилікатов водних силікатів алюмінію, утворенням глинистих мінералів, нонтроніту, гарнієриту і ін., а також оксидів заліза, карбонатів і ін.
С. (плагиоклази, олівін, піроксени і ін.) є також головними мінералами місячних порід, входять до складу метеоритів . Вважають, що олівін і щільна модифікація з шпінелі складають майже повністю мантію Землі.
Вживання С. визначається тим, що багато хто з них є найважливішим серед корисних копалини. Істотне значення мають силікатні мінерали, що становлять літієві, берилієві руди, руди розсіяних елементів, силікатні нікелеві руди. Родовища нефеліну поставляють комплексну сировину для здобуття алюмінію, поташу, соди. Велику частку складають С. в нерудних корисних копалини (польові шпати, слюда, азбест, тальк, цеоліти, гранати, бентонітовиє і вогнетривкі глини), в коштовних і виробах каменях (смарагд, аквамарин, топаз, хризоліт, турмалін і ін.).
Дослідження С. як найголовніших мінералів Землі і Луни що містять багато коштовних елементів як основні компоненти або домішки, складає важливий напрям сучасної мінералогії, тісно пов'язаний з геохімією, літологією, геофізикою і дослідженням речового складу родовищ корисних копалини.
Літ.: Собольов B. С., Введення в мінералогію силікатів, Львів, 1949; Белов Н. Ст, Крісталлохимія силікатів з крупними катіонами, М., 1961; Ейтель Ст, Фізична хімія силікатів пер.(переведення) з англ.(англійський), М., 1962; Дір В.-А., Хауї Р.-А., 3усман Дж., Породообразующие мінерали, пер.(переведення) з англ.(англійський), т. 1—4, М., 1965 — 66; Куховарських А. С., Крісталлохимічеськая класифікація мінеральних видів, До., 1966; Мінерали. Довідник, т. 3, ст 1, М., 1972; Коржінський Д. С., Теоретичні основи аналізу парагенезісов мінералів, М., 1973; Марфунін А. С., Введення у фізику мінералів, М., 1974.
