ТИПЫ ХИМИЧЕСКОЙ СВЯЗИ В МИНЕРАЛАХ

3. Содержание

   1. Типы химических связей в минералах.
   2. Изоморфизм. Виды и типы изоморфизма, условия его проявления.
   3. Кристаллохимическая структура минералов
   4. Структура минералов
   5. Общие сведения о химических связях
   6. Определение ионной связи
   7. Координационное число
   8. Примеры веществ с ионной связью
   9. Характеристики ионной связи
   10. Физические свойства ионной связи
   11. Как определить ионную связь
   12. Вопросы для самопроверки
   13. Типы химических связей в минералах.
   14. Кристаллохимическая структура минералов.

   Типы химических связей в минералах.

Выделяют
4 основных типа химических связей.

Металлическая
связь для элементов первых групп
Периодической системы и интерметаллидов
и осуществляется взаимодействием
свободных электронов и положительно
заряженных ядер. Все атомы металла
отдают свои валентные электроны в общее
пользование, в результате чего образуется
своеобразный «электронный газ». Эта
связь не направленная, что обусловливает
основные свойства металлов: высокую
пластичность, ковкость, высокую
теплопроводность, электропроводность,
малую твердость, невысокие мочки
плавления и кипения.

Ковалентная
(гомеополярная) связь осуществляется
за счет обобществления электронов на
внешних валентных орбиталях двух
соседних атомов таким образом, что оба
они приобретают стабильную конфигурацию
благородно- назового элемента. Кристаллы
с таким типом связи характеризуется
плохой растворимостью, высокой твердостью,
высокими точками плавления и кипения,
хрупкостью, полупроводниковыми
свойствами.

Ионная
(гетерополярная) связь образуется за
счет электростатического (кулоновского)
взаимодействия положительно заряженных
катионов и отрицательно заряженных
анионов. Сила электростатического
притяжения ионов и стабильность таких
молекул зависят от заряда ионов и их
размеров: чем больше заряд, тем меньше
ион и тем прочнее он связан со своими
соседями. Такие кристаллы растворяются
в воде, для них характерны диэлектрические
свойства, хрупкость, низкая тепло- и
электропроводность, средние плотность
и твердость, весьма высокие точки
плавления и кипения.

Ван-дер-ваальсова
(остаточная) связь реализуется между
нейтральными молекулами за счет
мгновенных дипольных моментов
«ядро-электрон», между которыми начинают
действовать силы притяжения.
Ван-дер-ваальсова связь одна из самых
слабых химических связей и, присутствуя
в минералах в качестве добавочной,
определяет хорошую спайность и низкую
твердость (графит).

4. Изоморфизм. Виды и типы изоморфизма, условия его проявления.

Изоморфизм
— изменение химического состава минерала
при сохранении его кристаллической
структуры. Вариации состава являются
в данном случае результатом замещения
в данной структуре одного иона или
ионной группировки на другой ион или
группу ионов.

Существует
несколько видов изоморфизма:

• изовалентный
  — замещающие друг друга атомы имеют
  одинаковую валентность. Пример: замещение
  Mg2+
  на Fe2+
  в оливине, когда существуют все
  промежуточные составы минерала от
  фаялита (Mg2SiO4) до фостерита (Fe2SiO4).

• Гетеровалентный
  изоморфизм более сложен. Одним из
  важнейших условий его появления является
  требование сохранения электронейтральности
  структуры. Это требование может быть
  выполнено в результате парного замещения,
  когда в одном соединении один из ионов
  (например, Ca ²⁺
  )
  замещается на ион с меньшей валентностью
  (такой как Na ¹⁺
  )
  и, в то же время, другой ион (например
  Al ³⁺
  )
  замещается на ион с большей валентностью
  (такой как Si ⁴⁺
  ).
  Суммарный заряд сохраняется при этом
  сохраняется, что можно выразить в виде
  равенства:

Такой
тип замещений известен в ряду плагиоклазов.

Образующиеся
в результате изоморфизма химические
соединения переменного состава принято
называть твердыми растворами. В
зависимости от механизма образования
выделяют твердые растворы замещения,
внедрения и вычитания.

Твердые
растворы замещения
 образуются,
когда один сорт атомов или ионов
замещается на другой незакономерно
(беспорядочно) размещаясь в одной и той
же атомной позиции в кристаллической
структуре. Все рассмотренные выше
примеры являются примерами твердых
растворов замещения. По такому же
механизму происходит замещение Fe2+ на
Zn2+ в структуре железистого сфалерита
—  марматита
 (Zn,Fe)S.

Твердые
растворы внедрения 
образуются
в результате  интерстициальных
замещений
,
когда в структуре минерала имеются
значительные пустоты ( интерстиции
).
В гексагональные
 каналы,
образуемые кольцами Si6O18 в структуре
этого минерала, могут внедряться
значительные количества K, Rb, Cs, H2O,
обнаруживаемые при  химическом
анализе
 образцов.

Твердые
растворы вычитания
 известны
для дефектных структур, в которых
отдельные  структурные
позиции
 заняты
не полностью. Появление вакансий связано
с присутствием ионов переменной
валентности (Fe, Mn). Наиболее известным
примером этого типа замещений
является  пирротин
 (Fe _1-x
S).
Наблюдаемые в этом минерале колебания
состава от Fe ₆
S ₇
 до
Fe ₁₁
S ₁₂
 объясняются
тем, что в его кристаллической структуре,
образуемой  плотнейшей
гексагональной упаковкой
 из
атомов серы, часть атомов железа находится
в форме Fe ³⁺
,
компенсируя недостаток ионов Fe ²⁺
.

Ионы
различных элементов могут замещать
друг друга в различных пределах. В
соответствии с этим изоморфные замещения
разделяют по степени, с которой они
могут проявиться, на полные и ограниченные.

Полный
изоморфизм
 наблюдается
в тех случаях, когда известны все
промежуточные составы между конечными
членами изоморфных рядов и серий
твердых растворов. Такими являются ряды
составов  оливина
 и  плагиоклазов
.

Ограниченный
изоморфизм
 распространен
более широко. Он выражается в значительных
колебаниях состава многих минералов,
обусловленных вхождением изоморфных
ионов-примесей в данную кристаллическую
структуру в определенных пределах.
Примером ограниченных замещений является
уже рассмотренный  сфалерит
,
а также ряд более сложных силикатных
минералов, таких как  пироксены
 
и  щелочные
полевые шпаты
.

Кристаллохимическая структура минералов

Структурными единицами
минералов являются атомы, ионы
, реже молекулы.

Электроны, вращающиеся вокруг ядра, их свойства и энергетические состояние, обуславливают способность атомов вступать в соединение, т.е. образовывать минералы.

Каждое состояние электронов в атоме определяется 4-мя квантовыми числами: n, l, m _l
,
m _s
,

n
– имеет значение 1, 2, 4, 4, 5, 6, 7, которые отвечают 7 электронным оболочкам: K, L, M, N, O, P, Q. В каждой оболочке число ē
определяется выражением 2n ²

, где n
— номер оболочки.

L
– при разных – будет иметь значение от 0 до6, т.е. в электронной оболочке может быть да 6 подгрупп электронов (при l
= 0), s- электроны (при l
=1), р-электроны (при l
=2), d- электроны (при l
=0), f-электроны (при l
=3).

m _l

– магнитный момент, возникающий при движении электрона на орбите. Значение может меняться от – l
до + l
.

m _s
,

– магнитное спиновое число (спин), характеризует вращение электрона вокруг своей собственной оси. Имеют два значения: -1/2ħ или +1/2 ħ , где ħ=h/2π , а h — постоянная Планка.

В каждой ячейке может быть либо один (не спаренный) электрон, либо два (спаренных) со спинами разного знака. Обозначение: 1s ²
2s ²
2p (углерод)

↑↓ ↑↓ ↓ ↓

1s ²
2s ²
2p

В минералогии важное значение имеют внешние подгруппы ē
, посредством которых происходит соединения атомов в химическое вещество с определенной структурой кристаллической решетки, т.е. в минералах.

Образуя соединения, атомы изменяют свое электронное строение, обретая при этом валентное состояние.

Электронные оболочки являются энергетическими уровнями атомов. При образовании минералов происходит расщепление отдельных энергетических уровней атомов с образованием различных энергетических зон.

Во внешней зоне, заполненной частично, возможны различные перемещения электронов. Она получила название зоны проводимости.

Орбиты,
по которым движутся ē
, называются стационарными. Если ē
находится на стационарной орбите, то атом не излучает и не поглощает энергии. Это происходит при переходе с одного энергетического уровня на другой. Поглощение – переход ē
на более высокие уровни, излучение- переход ē
на более низкие уровни.

Эффективный радиус
– радиус сферы действия данного структурного компонента на его окружение. Он определяет размер структурных единиц.

Ионный радиус
, его величина зависит от величины и знака заряда: чем больше положительный заряд, тем меньше его радиус; чем больше отрицательный заряд, тем больше его радиус. Ионные радиусы катионов << радиусов анионов. Например: Na=0,98Ǻ, Mg=0,74 Ǻ, Al=0,57Ǻ, Si= 0,39Ǻ.

Последние исследования по проблеме радиусов ионов позволили установить различие R у элементов в различных соединениях. Например: в сульфатах — Fe ³⁺
=0,111Ǻ; в фосфатах — Fe ³⁺
=0,089 Ǻ.

Структура минералов

Все многообразие кристаллических структур минералов можно свести к 5 типам, отличающимся характером расположения атомов.

1. Координационные структуры характеризуются одинаковыми расстояниями между атомами. Некоторые минералы представлены огромными массами почти мономинеральных пород или промышленных скоплений – месторождений полезных ископаемых, такие как магнетит, магнезит, кальцит, гипс, галит ³⁺
и пр. В тоже время известны минералы, которые находятся в количестве, едва достаточном для их диагностики. В природе 3000 видов. Распространенность и число минеральных видов в земной коре определяются в основном распространенностью и химическими свойствами атомов минералообразующих элементов, способность которых концентрироваться с образованием минералов или рассеиваться, т.е. их химическая активность зависит от физико-химических условий среды. Для них характерна плотнейшая упаковка. Примеры: (золото самородное), анионы кислорода в гематите, или катионов кальция во флюорите.

Явление кристаллизации вещества одного и того же состава в виде кристаллов разных сингоний было установлено в прошлом веке и называется полиморфизмом, а переходы из одной кристаллической формы в другую – полиморфными превращениями или переходами. Минералы одного и того же состава, но с разной кристаллической структурой называются полиморфными модификациями. Они могут отличаться координационным числом. Например, у полиморфных модификаций состава Al ₂
SiO ₅
для ионов Al ³⁺
К.4. = 6 (у дистена), 6 и 5 (у андалузита), 6 и 4 (у силлиманита).

Распространены также полиморфные модификации у которых одинаковые координационные группировки атомов при одном и том же располагаются относительно друг друга под разными углами. Примеры: полиморфные модификации состава SiO ₂
: кварц, кристобалит, тридимит и др.

Полиморфные превращения бывают обратимыми (энантотропными) и необратимыми (монотропными). Например, при нагревании до 340 ⁰
арагонит монотропно превращается в кальцит. Обратного превращения при охлаждении не происходит.

Нередко полиморфные превращения происходят с сохранением внешней формы: параморфозы, например, кальцита по арагониту, пирита по маркозину.

Общие сведения о химических связях

Давайте вспомним, как образуются химические связи
. Для этого представим атом: он состоит из ядра с положительным зарядом и набора отрицательно заряженных электронов, которые располагаются на нескольких уровнях. Внешний уровень называется валентным, на нем располагаются валентные электроны. Они могут образовывать пары или быть свободными, т. е. неспаренными.

Во взаимодействии двух атомов участвуют свободные электроны внешней оболочки. Сколько таких электронов имеется у атома — столько химических связей он может образовать.

При этом каждый атом стремится приобрести устойчивую конфигурацию — двух- или восьмиэлектронную внешнюю оболочку, подобную той, что есть у инертного газа. Атом может достичь ее, отдавая или принимая часть электронов, а также образуя общую электронную пару с другим атомом. Если в результате получается два разноименно заряженных иона, говорят об ионном типе связи. Он характерен для взаимодействия атомов металла и неметалла.

Определение ионной связи

Рассмотрим этот тип связи на примере реакции натрия и водорода, в результате которой получается гидрид натрия. У атома натрия Na есть один свободный электрон на внешнем уровне, в то время как атому водорода H не хватает одного электрона, чтобы завершить внешнюю оболочку и принять стабильную форму. Поскольку натрий имеет более низкую электроотрицательность, чем водород, он отдает свой валентный электрон и получает отрицательный заряд. Водород принимает этот электрон и получает положительный заряд. В итоге образуется два иона — катион Na ⁺
и анион H ^—
.

Между положительным ионом Na ⁺
и отрицательным H ^—
возникает электростатическое притяжение, которое и удерживает их вместе. Так образуется ионная связь в гидриде натрия.

Ионная связь
— это тип химической связи, характерный для разноименно заряженных ионов, которые образовались в результате отдачи и присоединения электронов атомами. В нее вступают элементы с большой разностью электроотрицательности. Обычно так взаимодействуют атомы металла и неметалла.

Чаще всего именно так связаны в соединениях щелочные и щелочноземельные металлы с галогенами. Поскольку у щелочных металлов электроотрицательность ниже, их атомы становятся катионами, а атомы галогенов — анионами.

Механизм образования ионной связи похож на донорно-акцепторный механизм ковалентной связи. Первую даже называют крайним выражением второй.

Координационное число

Вернемся к нашему примеру с гидридом натрия и посмотрим на кристаллическую решетку, которую имеет это ионное соединение. Каждый ион Na ⁺
контактирует с шестью ионами H ^—
. Это максимально возможное для данного иона число химических связей, оно называется координационным.

Координационное число
— это количество ближайших соседей иона в ионной кристаллической решетке. По сути это количество связей, которые образует каждый ион в составе сложного вещества.

Примеры веществ с ионной связью

Таким же образом, как в гидриде натрия, ионы образуются и в других подобных ему соединениях. Например, в хлориде натрия NaCl атом натрия имеет один свободный электрон и отдает его атому хлора. В итоге оба завершают свой внешний уровень. Образуется ион натрия с положительным зарядом и отрицательно заряженный ион хлора.

Другой пример ионной химической связи — сульфид натрия Na2S. В данном случае у нас также есть натрий с одним свободным электроном и сера, у которой на внешнем уровне есть 2 свободных электрона из 6. Таким образом, чтобы завершить уровень и обрести стабильную форму, сере нужно 2 электрона. Поэтому в формуле сульфида серы присутствует два атома натрия.

Характеристики ионной связи

Мы узнали, как образуется ионная связь, а теперь поговорим о ее характеристиках. Она существенно отличается от других типов связи между атомами.

• не имеет кратности.

Разберемся в каждом пункте и начнем с направленности
. Ковалентная полярная связь направлена, потому что она подразумевает смещение общей электронной пары к тому атому, который имеет большую электроотрицательность. В случае с ионами все иначе. Согласно закону Кулона притяжение между отрицательным и положительным ионом идет по прямой, соединяющей эти заряженные частицы. В кристаллической решетке все разноименно заряженные ионы взаимодействуют друг с другом и притяжение распределяется равномерно, поэтому говорят, что ионная связь не направлена.

А как насчет насыщаемости
? Эта характеристика указывает на то, что атом может вступить в ограниченное количество химических связей, поскольку имеет ограниченное число неспаренных электронов. Но ионная связь — это не процесс соединения свободных электронов в пары, а взаимное притяжение ионов. Каждый ион может притягивать к себе неограниченное число ближайших соседей, поэтому нет смысла говорить о насыщаемости.

Из вышесказанного понятно, что ионная связь не имеет и кратности
. Эта характеристика означает число общих электронных пар у атома, но в данном случае мы рассматриваем притяжение между ионами.

Физические свойства ионной связи

Между ионами в молекуле всегда образуется достаточно сильное притяжение, поэтому вещества с ионной связью в обычных условиях твердые и нелетучие. Такие соединения сложно разрушить при помощи тепловой энергии, что обуславливает высокую температуру кипения и плавления. При этом ионы имеют небольшой радиус взаимодействия — это придает веществам хрупкость.

Свойства ионных соединений:

• растворимость в воде,

Типичным веществом с ионными связями можно считать хлорид натрия NaCl или поваренную соль. Ее кристаллы в точности соответствуют всем характеристикам.

Как определить ионную связь

Чтобы быстро понять, является ли нужное нам соединение ионным, выполните следующие действия:

• Посмотрите, какие элементы входят в состав соединения. Формула вещества с ионной связью должна включать металл и неметалл. Если это щелочной металл (I группа таблицы Менделеева) и галоген (VII группа), то связь между ними точно ионная.

• По шкале Полинга определите электроотрицательности обоих элементов соединения. Если разница между ними больше 1,7 — связь ионная. Это объясняется тем, что такой тип связи характерен для веществ, у которых сильно отличаются показатели электроотрицательности.

Дополнительным способом убедиться в правильности результата может стать оценка физических свойств вещества. Если оно имеет высокую температуру кипения или плавления и проводит электроток — связь скорее всего ионная.

Вопросы для самопроверки

1. Опишите, как образуется ионная связь. Какие условия для этого необходимы?

2. Что такое координационное число элемента в ионном соединении?

3. Каковы основные физические свойства ионных соединений?

4. В чем разница между характеристиками ионной и ковалентной связей?

5. Как можно определить ионную связь, зная электроотрицательность элементов в соединении?

Типы химических связей в минералах.

Типы химических связей и химические формулы минералов

Химическая связь является результатом движения электронов внешних (валентных) оболочек в пространстве между ядрами взаимодействующих атомов.

Главнейшими типами связей, присутствующими в минералах является: ионная, ковалентная, металлическая, молекулярная, донорно — акцепторная.

Ионная связь не имеет пространственной направленности, благодаря чему ион стремится окружить себя максимальным количеством противоположно заряженных ионов. Данный тип химической связи один из самых слабых. К минералам, с существенно ионной связью, относятся: тип галлоидов и кислородных соединений.

2) Ковалентная связь
возникает при образовании пар элекронов, которые движутся в поле ядер двух взаимодействующих атомов, причем в состав каждой пары входит по одному электрону от каждого атома. Связь эта возникает, когда взаимодействующие атомы имеют не спаренные электроны с противоположно ориентированными спинами.

Причиной ковалентной связи является стремление атомов к созданию устойчивой 8-ми электронной внешней оболочки, путем заполнения до полного числа s и p – электронов на внешних орбитах. Ковалентный тип связи характерен для гомоатомных минералов, но распространен и среди гетероотомных.

Количество ковалентных связей равняется количеству неспаренных электронов атома в свободном или в возбужденном состоянии. Имеется в виду, что атомы при взаимодействии могут возбуждать друг друга и производить распаривание, т.е. переводить один из спаренных электронов в свободную ячейку на незанятый энергетический уровень. Например: углерод (алмаз).

Ковалентные связи характеризуются определённой направленность в пространстве. Данный тип химической связи один из самых сильных. Ковалентный тип связи встречается у минералов типа сульфидов и частично у простых веществ.

3) Металлическая связь
в наиболее чистом виде наблюдается между атомами одного и того же элемента – металла рассматриваемого как совокупность положительно заряженных ионов – «атомных остовов» между которыми свободно перемещаются электроны в виде «электронного газа».

Притяжение между положительно заряженными ионами и электронным газом не имеет направленности и количественного ограничения связей, поэтому каждый ион стремится окружить себя мах числом соседей.

В минералах с металлической связью для электронов имеются широкие энергетические зоны образованные расщеплением электронных уровней соединившихся атомов. Многочисленность уровней и близость их к друг к другу обуславливает подвижность электронов.

При металлической связи ионы каждого из элементов отдавая по одному электрону, получают взамен устойчивую 18-электронную оболочку.

Например: кристаллы самородной меди, золота, серебра. Металлическая связь характерна для минералов типа простые вещества.

4) Молекулярная связь
(остаточная, ван-дер-ваальсовская) проявляется в результате взаимодействия между собой нейтральных молекул, внутри которых характер связи уже другой. Она определяется тремя эффектами, которые свойственны молекулам: 1) дисперсионным; 2) ориентационным; 3) наведённым (индукционным).

Дисперсионный эффект – результат движения электронов, которое создает мгновенные диполи, вызывающие притяжение между молекулами. Ориентационный эффект является результатом полярности молекул, которые могут иметь различный собственный дипольный момент.

Наведенный эффект связан с поляризующим действием электронных полей соседних молекул. Молекулярная связь наиболее характерна для органических соединений (янтарь), но наблюдается также в некоторых самородных элементах (сера, теллур) и окислах (лед, брусит, слоистые силикаты).

5) Донорно-акцепторная связь
– возникает в результате того, что два спаренных электрона одного атома используются в свободной ячейке другого атома, становясь общими для того и другого. Атом, дающий пару электронов, называется донором, принимающий – акцептором.

В отличие от ионной связи в этом типе передача совершается на время, в результате чего часть времени пара электронов находится в оболочке одного из соединяющихся атомов, а часть времени – в оболочке другого, осуществляя связь между атомами. Донорно-акцепторная связь особенно характерна для некоторых сульфидов и их аналогов. Например: пирит (FeS ₂
).

Кристаллохимическая структура минералов.

Структурными единицами минералов являются атомы, ионы, молекулы.

Электроны вращающиеся вокруг ядра, их свойства и энергетические состояние, обуславливают способность атомов вступать в соединение, т.е. образовывать минералы.

1. каждое состояние электронов в атоме определяется 4 мя квантовыми числами:. – имеет значение 1, 2, 4, 4, 5, 6, 7, которые отвечают 7 электронным оболочкам:; в каждой оболочке число определяется выражением 2, где — номер оболочки.

— при разных – будет иметь значение от 0 до6, т.е. в электронной оболочке может быть да 6 подгрупп (при =1), — электроны (при =0), р-электроны (при =1), — электроны (при =0), р-электроны (при =1), — электроны (при = 2), — электроны (при =3).

— магнитный момент, возникающий при движении электрона на орбите. Значение может меняться от — до.

— магнитное спиновое число (спин), характеризует вращение электрона вокруг своей собственной оси. Имеют два значения: — или, где, а — постоянная Плана.

В каждой ячейке может быть либо один (неспаренный) электрон, либо два (спаренных) со спинами разного знака. Обозначение: (углерод).

В минералогии важное значение имеют внешние подгруппы, постедством которых происходит соединения атомов в химическое вещество с определенной структурой кристаллической решетки, т.е. в минералах.

Образуя соединения, атомы изменяют свое электронное строение, обретая при этом валентное состояние.

Электронные оболочки являются энергетическими уровнями атомов. При образовании минералов происходит расщепление отдельных энергетических уровней атомов с образованием различных энергетических зон.

Во внешней зоне, заполненной частично, возможны различные перемешения электронов. Она получила название зоны проводимости.

2. орбиты по которым движутся,называется стационарными. Если находится на стационарной орбите, то атом не излучает и не поглощает энергии. Это происходит при переходе с одного энергетического уровня на другой. Поглощение – переход на более высокие уровни, излучение- переход на более низкие уровни.

3. эффективный радиус – радиус сферы действия данного структурного компонента на его окружение. Он определяет размер структурных единиц. Ионный радиус, его величина зависит от величины и знака заряда: чем больше положительный заряд, тем меньше его радиус; чем больше отрицательный заряд тем больше его радиус. Ионные радиусы катионов радиусов анионов. Например:

последние исследования по проблеме радиусов ионов позволили установить различие у элементов в различных соединениях.

Типы химических связей в минералах
.

Химическая связь является результатом движения электронов внешних (валентных) оболочек в пространстве между ядрами взаимодействия атомов.

Главнейшими типами связей, присутствующими в минералах является: ионная, ковалентная, металлическая, молекульрная, донорно- акцепторная.

1. ионная связь возникает в результате того, что при взаимодействии атомов один из них протягивает в сферу своего ядра один или несколько и становится отрицательно зараженным ионом- анионом, а другой – отдавая — становится катионом.

Между разнозарядными ионами появляется электростатическое взаимидействие. Атомы стремятся приобрести наиболее устойчивою оболочку с полным числом во внешнем слое. Например: галит —

Ионная связь наблюдается в тех минералах, которые представляют собой соединение атомов имеющих внешние со спинами разного знака.

При ионной связи атомы стремятся приобрести наиболее устойчивую оболочку с полным числом во внешнем слое.

Ионная связь не имеет пространство направленности, благодоря чему ион стремится окружить себя максимальным количеством противоположно заряженных ионов.

2. ковалентная связь возникает при образовании пар которые движутся в ядер двух взаимодействущих анионов, причем в состав каждой пары входит по одному электрону от каждого атома.

Связь эта возникает когда взаимодействующими атомы имеют неспаренные с противоположными ориентированными спинами, происходит спаривание.

Причиной ковалентной связи является стремление атомов к устойчивости 8 ми электронной оболочки, путем заполнения до полного числа и — электронов не внешних орбитах.

Ковалентный тип связи характерен для гомоатомных минералов, но распространен и среди гетероотомных. Количество ковалентных связей равняется количеству неспаренных электронов атома в свободном или в возбужденном состоянии.

Имеется в виду, что атомы при взаимодействии могут возбуждать друг друга и призводить распаривание, т.е. переведить один из спаренных в свободную ячейку на незанятый энергетический уровень.

Например углерод (алмаз)

Все 4 сместились со своих орбит и находятся на смешанных или гибридных орбитах – являние гибридизации S и P- электронов.

3. металлическая связь в наиболее чистом виде наблюдается между атомами одного и того же элемента- металла (), рассматриваемого как совокупность положительно заряженных ионов – атомных остовов между которыми свободно перемещаются в виде электронного газа.

Притяжение между положительно заряженными ионами и электронным газом не имеет направленности и количественного огриничения связей, поэтому каждый ион стремится окружить себя мах числом соседей.

В минералах с металлической связью для имеются широкие энергетические зоны образованные расширением электродных уровней соединившихся атомов. Многочисленность уровней и близость их к друг к другу обуславливабт подвижность электронов. Ионы каждые из электронов отдавая на получают 18 электронную оболочку.

4. молекулярная (остаточная, Ван-дер-ваальсовская) связь проявляется в результате взаимодействия между собой нейтральных молекул, внутри которых характер связи уже другой. Она определяется тремя эффектами, которой свойственны молекулам: 1) дисперсионным; 2) отиентационных и 3) наведенным (индукционным).

Дисперсионный эффект – результат движения электронов, которое создает мгновенные диполи, вызывающие притежение между молекулами. Ориентационный момент является результатом полярности молекул, которые могут иметь различный собственный дипольный момент. Наведенный эффект связан с поляризующим действием электронных полей соседних молекул.

Молекулярная связь наиболее характерна для органических соединений, но наблюдается также в некоторых самотодных элементах (сера, теллур), окислах (лед, бруснит, слюдистых силикатах).

Донорно – акцепторная связь — возникает в результате того, что два спаренных электрона одного атома используются в свободной ячейке другого атома, становясь общими для того и другого. Атом дающий пару — донар, принимающий свободную ячейку – акцептором.

В отличие от ионной связи в этом типе передача совершается на время, в результате чего часть времени находятся в оболочке одного из соединяющихся атомов, а часть времени – в оболочке другого, осушествляя связь между атомами. донорно-акцепторная связь особенно характерна для некоторых сульфидов и их аналогов. Например: пирит.

Среди минералов нет химически чистых веществ. В их структуру входят различные химические примеси. В одних минералах количество таких примесей незначительлно, (доли %) – это минералы постоянного состава ().

В других – большое количество химическое примесей () – также минерылы называются минералы с переменным составом. Главная причина – явление изоморфизма. Изоморфизм – явление взаимного замещения атомов и ионов в узлах кристаллической решетки минерала без нарушения ее строения.

Термин изоморфизм ввел в литературу немецкий химик Э. Митчерлих в 1919 г. Минералы с перемешанным химическим составом называется как твердыми растворами. Формула минералов с изоморфными замещениями пишится так.

А. Е. Ферман объяснял образование изоморфных смесей с током зрения общего закона энтропии (при высоких Т), а именно, такие соединения энарготически выгодны при кристаллизоции магмитических расплавов и растворов.

При изоморфизме должны соблюдаться следующие условия:

1.близость радиусов участвующих в этом явлении атомов (разность не превышает 15% от размера).

2. сохдство химических свойств замещающих друг друга элементов.

3. сохранение электроцентральности кристаллической структуры минерала.

1. по степени совершерства: а) неограниченный (совершенный) – когда возможна полная замена одних атомов другими (могут существовать два крайних и все промежуточные по составу минералы. Например: форстерит, фаалит. б) ограниченный (несовершенный) – когда количество изоморфный примеси не может привышать какого – либо предела и могут образовываться совершенно новые минералы., соденжание в корунде не сожер превышать 1,5 – 2,0%; в) направленный изоморфизм — входит в состав 20%, а соденжание изоморфных примесей в не более 2-3% (Ф

2. по характеру компкнсации валентности: а) изовалентностью и проходит обязательная компенсация зарядов – т.е. сохранения электронейтральность кристаллической структуры минерала: ряд плагоклазов — полевая — альбит — анортит, изоморфим проходит по схеме-

3) по числу атомов: а) двухатомный – рубин б) многоатомный – в плагиоклазах

генетический факторы изоморфизма.

1) химический состав минералообразования среды: от концентрации элементов в среде зависит содержание его в минерал. Например: ряд оливина — в нем может присутствовать до 0,6 % — это обусловлено

Под процессом минералообразования понимается способ и условия образования минералов в природе. Среди них различают следующие типы:

Деление основано на видах энергии под в действием, которых происходят процессы минералообразования.

«Эндос» – внутренний.

При застывании её образуются магматические горные породы с определенным набором минералов.

Процесс кристаллизации магматического расплава зависит от вариаций двух основных факторов:

— условия кристаллизации (внешний фактор);

— химический состав магмы (внутренний фактор).

Воспользуйтесь поиском по сайту:

Планета Земля состоит из минералов и горных пород. Они яв­ляются основой почв и определяют многие их свойства. Поэтому для почвоведения чрезвычайно важны знания о распространении, образовании минералов и горных пород, их свойствах и изменени­ях во времени. В данной главе рассмотрены в основном минералы и горные породы, образовавшиеся в земной коре и гидросфере. Наиболее распространенные минералы и горные породы, состав­ляющие твердую фазу почв.

Минералогия
— наука о минералах. Она изучает состав, свойства, структуры, и условиях образования минералов.

Минерал
— это природное химическое соединение, реже —са­мородный элемент. Минералы могут быть твердыми, жидкими и газообразными. Наибольшее распространение получили минералы, содержа­щие кислород, кремний и алюминий.

В настоящее время известно более 3 тысяч минералов, однако большинство из них встречается крайне редко. Широкое распространение имеет всего несколько сотен минералов.

Минералы бывают аморфные
и кристаллические
. В аморфных минералах элементарные частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены беспорядочно, а в кристаллических они соединены закономерно в кристаллическую решетку.(Опал — аморфная разновидность кварца)

Иногда при одинаковом химическом составе минерала кристаллическая решетка может быть разной, при этом физические свойства минерала могут существенно меняться. Эта способность твердых веществ образовывать при одинаковом химическом составе иметь различные по строению кристаллические решетки называется полиморфизмом
. Примером такого явления являются алмаз и графит, имеющие идентичный химический состав (чистый углерод), но различные по кристаллическому строению.

Горные породы
– образования, состоящие из бесконечного числа зерен одного или нескольких минералов (мономинеральные из одного минерала: кварцит из кварца; полиминеральные из нескольких: гранит из кварца, полевого шпата, слюды.). Из горной породы отдельные минералы можно извлечь механическим путем.

Минералы, наиболее часто встречаю­щиеся и образующие основу многих горных пород, называют поро­дообразующими
.

Минералы, образовавшиеся из компонентов магмы, называют первичными

. В результате тектонических движений земной коры отдельные ее области в течение геологического времени поднима­ются и происходит горообразование. Первичные минералы, ока­завшись на дневной поверхности (в геологии усл. обозн. поверхности совр. Рельефа, поверхность земли.), подвергаются воздействию воды, кислорода, диоксида углерода, живых организмов. Совер­шающиеся сложные химические процессы приводят к образова­нию новых минералов, называемых вторичным

и.

Выделяют три группы процессов образования минералов и гор­ных пород.

1. Эндогенные.

(внутренние). Они связаны с магматическими очагами, в основном приуроченными к внутренним слоям земной коры. Здесь господствуют высокие температуры и давление. Все эти процессы протекают при остывании магмы внутри Земли – без участия кислорода

2. Экзогенные

. (внешние) Для зоны экзогенных процессов характерны низкие температуры и низкое давление. В этой зоне различают несколько групп процессов образова­ния минералов, среди них необходимо выделить выветривание. Под выветриванием
понимают процессы изменения физи­ческого состояния и химического состава минералов и горных по­род под влиянием Н ₂
0, 0 ₂
, С0 ₂
, температурных колебаний, живых организмов (растительных и животных), талых и дождевых вод, разрушительной деятельности моря, рек, ветра, ледников и ледниковых вод. Различают виды выветривания: химическое, биологическое и физическое (механическое), кото­рые часто совершаются одновременно. В разных природных зонах и в разных экологических условиях те или иные виды выветрива­ния преобладают.

· Процессы химического выветрива­ния
приводят к образованию вторичных минералов в экзогенной зоне под влиянием абиотических (не живых) факторов: воды, ди­оксида углерода и кислорода воздуха. Наиболее распространенные реакции при химическом выветривании: растворение, окисление (химический процесс, при к-ром происходит соединение какого-н. тела с кислородом), гидролиз (химическая реакция разложения вещества водой), гидратация (присоединение молекул воды к молекулам или ионам), оглинивание (образование глинных минералов).

При химическом выветривании первичных минералов из каж­дого минерала часто образуется несколько вторичных

В процессе химичес­кого выветривания изменяется первоначальная окраска минера­лов. Необходимо отметить, что кварц наиболее стоек к химическо­му выветриванию, поэтому широко распространен в осадочных обломочных породах и в почвах. Пример, оподзоливание.

· биологического выветривания
, — механическое разрушение и химическое изменение горных пород и минералов под действием живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Корни растений, лишайники, микроорга­низмы выделяют диоксид углерода и органические кислоты, раз­рушающие минералы и высвобождающие минеральные элементы питания. Под воздействием этих кис­лот на труднорастворимые минералы образуются легкораствори­мые в воде соединения, катионы или анионы которых легко усваи­ваются растениями и микроорганизмами.

· Физическое
(механическое) выветривание протекает под влиянием колебаний температуры, вследствие чего минералы, слагающие породы, испытывают попеременно то сжатие, то расширение. Это приводит к образованию трещин и в конечном итоге к разрушению пород.

3. Метаморфические

. В результате тектонических движений земной коры минералы (и горные породы), образовавшиеся в экзогенной и эндогенной зонах, могут оказаться в зоне метаморфизма и находиться под воз­действием новых физических условий давления, температуры, а также новых химических условий, при которых они становятся не­устойчивыми и превращаются в другие минералы. В зоне метамор­физма совершаются реакции образования минералов, обратные тем, которые происходят в верхних частях земной коры, например дегидратация.

Мы рассмотрели процессы происхождения первичных и вто­ричных минералов в породах и почвах и обращаю ваше внимание на то, что один и тот же минерал может иметь разное происхождение, например кварц — магматическое, в результате химического выветривания и т. д.

Образование горных пород происходит в тех же зонах земной коры, в которых образуются минералы, так как горные породы со­стоят из минералов. Поэтому рассмотрение отдельно процессов образования горных пород от процессов образования минералов условно. В основу классификации горных пород положено их про­исхождение. В зависимости от зоны образования различают три генетичес­ких типа горных пород: магматические, осадочные и метаморфи­ческие.

I. Магматические (Изверженные) —первичные
.
Магматические образуются из остывающей магмы.

Магма (греч.— месиво, густая мазь) представляет собой природный, чаще всего силикатный, огненно-жидкий расплав, воз­никающий в коре или в верхней мантии и при остывании дающий магматические горные породы:

· Глубинные (интрузивные
) —Образовавшие­ся при медленном остывании магмы в эндогенной зоне (граниты, сиениты). характерно яснокристаллическое строение

· Излившиеся (эффузивные
) (effusion – излияние лат.) — образовались при быст­рым охлаждением магмы на поверхности Земли при извержении вулканов. строение сктрытнокристаллическое (базальт), стекловидное. (обсидиант), пористое (пемза) и др.

Магматические породы различаются также по химическому составу. Химическая классифиация магматических пород основывается на содержании в них SiO ₂
. Породы различают:

· ультракислые
, содержание оксида кремния >75% (пегматит)

· кислые
, содержание оксида кремния 65-75% (гранит –липарит)

· средние,
содержание оксида кремния 52-65% (сиенит, порфирит)

· основные
породы содержат оксида кремния 45-52% (габбро, базальт, лабрадорит)

· ультраосновные
, содержат оксида кремния < 45% (Дунит, перидотит, пироксенит)

I. Осадочные — вторичные

возникают из осадков, образующихся при выветривании. Осадки накапливаются в понижениях рельефа Земли (морские впадины, речные и межгорные долины, овраги, болота, озера.

Осадки представлены илами различного состава, останками животных и растений, обломками горных пород и минералов различной формы и величины. После накопления осадочного материала в отрицательных формах рельефа они уплотняются, обезвоживаются, цементируются и превращаются в горные породы, такие как глины, песчаники, яшмы, известняки, доломиты, мергели и др.

Их самыми характерными внешними признаками является наличие слоистой текстуры, остатков вымерших беспозвоночных животных и растений и сравнительно невысокая твердость.

По условиям образования (генезису) все осадочные породы разделяются на:

· хемогенны
е, возникшие в результате различных химических реакций(карбонатные – известняки, доломиты: кремнистые – кремнистый туф; железистые – бурый железняк; фосфатные – фосфорит, а также марганцевые, галоидные, сернокислые).; глины и гипсы

· обломочные
— в результате физического выветривания (грубообломочные – глыбы. Щебень, дресва, валуны, галька, гравий, брекчия, конгломераты; песчаные породы; пылеватые – лессы, лессовидные суглинки, глинистые)

· биогенные
— в результате жизнедеятельности растений и животных (яшмы, известняки — ракушняки, уголь и нефть).

Осадочные породы имеют для почвоведения особое значение. Так как на них образовались почвы они называются почвообразующими или материнскими.
Большинство почвообразующих пород образовалось в последнее геологическое время – четвертичный период, и поэтому называются четвертичными

. Более древние породы, залегающие под четвертичными, в почвоведении относят к коренным

породам, но при выходе их на поверхность они и продукты их разрушения тоже становятся почвообразующими.

В зависимости от геологических агентов (вода, ветер, лед.), в результате деятельности которых и формируется отложения, четвертичные отложения подразделяются на генетические типы, которые объединены в ряды

Классификация генетических типов четвертичных отложений.

Рассмотрим более подробно каждый ряд.

1. Элювиальный ряд (коры выветривания)

.

Элювий
— Элювий (элювиальные отложения) (лат. eluo — «вымываю») — рыхлые геологические отложения, формируемые в результате выветривания поверхностных горных пород на месте первоначального залегания или в результате выветривания и последующей аккумуляции его продуктов под действием силы тяжести
. Элювиальные отложения формируются на горизонтальных или слабонаклонных поверхностях.

Процесс выноса вещества из геологического или почвенного горизонта называется элювиацией. Существует разница в использовании этого термина в геологии и почвоведении. В почвоведении под элювиацией понимается вызываемый прохождением водных осадков через горизонты почвы перенос разрушенных веществ из верхних слоев почвы в нижние. Накопление этих веществ (иллювиальных отложений) в нижних слоях называется иллювиацией.

В геологии, элювиалные отложения — это то, что осталось на месте в результате выветривания горных порд и минералов, а унесенный материал рассматривается как часть другого процесса. Элювий формирует кору выветривания.

2. Фитогенный ряд (торфяники).

Входит один генетический тип торфяники. Они образуются в условиях заболачивания различного типа водоемов из остатков растительности на месте ее произрастания. В торфяниках выделяются два типа — низинные (или низовые) и верховые
. Верховые – переувлажнение за счет атмосферных осадков, низинные – за счет грунтовых вод, вод в понижениях.

3. Коллювиальный (склоновый) ряд

.

Коллювий
, обломочный материал, накопившийся на склонах гор или у их подножий путем перемещения с расположенных выше участков под влиянием силы тяжести (осыпи, обвалы, оползни) и движения оттаивающих, насыщенных водой продуктов выветривания в областях распространения многолетнемёрзлых горных пород.

Выделяются следующие генетические типы.

1. Обвальный тип, характерен
2. Осыпной тип.
3. Оползневой тип.
4. Солифлюкционный тип. Образуются в процессе солифлюкции

Солифлю́кция
— стекание грунта, перенасыщенного водой, по мёрзлой поверхности сцементированного льдом основания склонов
.

Солифлюкция наблюдается в разных природных зонах. Явление широко распространено в зонах с многолетнемёрзлыми или глубоко и длительно промерзающими грунтами (тундра, лесотундра, Средняя и Восточная Сибирь, Канада, высокогорья). Мелкоземистый почвогрунтовой покров насыщается влагой от тающего снега или дождей, утяжеляется, становится вязкопластичным и начинает двигаться уже при уклонах в 2-3° по еще не оттаявшей скользкой поверхности мерзлого подстилающего слоя, убыстряясь при увеличении уклонов от нескольких сантиметров до метра в год. При этом на склонах возникают фестончатые наплывы, невысокие гряды и целые солифлюкционные террасы даже на склонах с древостоем, образующим пьяный лес.

1. Делювиальный тип. Делювий
   (от лат. deluo — смываю), делювиальные отложения, наносы, образующиеся у подножия и на нижних частях склонов возвышенностей в результате смывания разрушенных горных пород с верхних частей этих склонов дождевыми потоками и талыми снеговыми водами отложения в нижней части склонов, смытые дождевыми и талыми водами
2. Смешанные типы отложений (солифлюкционные-осыпные, солифлюкционно-делювиальные отложения, гравитационно-делювиальные).