Материал: Betekhtin
Описательная часть
326
ячейке совершенно аналогично таковому в форстерите (Mg
2
[SiO
4
]). Ионы
кислорода расположены фактически по принципу плотнейшей гексаго
нальной упаковки; ионы бериллия, так же как и ионы кремния в форсте
рите (см. рис. 279), окружены четырьмя ионами кислорода, а ионы алю
миния — шестью. Пониженная координация бериллия позволяет считать,
что он играет в соединении более кислотную функцию, чем алюминий.
Облик кристаллов
толстотаблитчатый, иногда коротко или длинноприз
матический. Близкая к гексагональной плотнейшая упаковка ведущих
ионов кислорода обусловливает псевдогексагональное отношение осей
а
и
b,
поэтому кристаллы по своим углам и развитию граней носят нередко
псевдогексагональный облик (рис. 156). Особенно это бросается в глаза
(рис. 157) на характерных для александрита тройниках по (130). На гра
нях (001) часто наблюдается штриховатость параллельно оси
а,
по кото
рой легко узнать тройниковое срастание индивидов (рис. 157). В сплош
ных зернистых массах хризоберилл до сих пор не наблюдался.
Рис. 156.
Псевдогексаго
нальный кристалл
хризоберилла.
с
{001},
o
{111},
m
{110},
b
{010},
n
{121},
s
{021},
r
{031}
Рис. 157.
Тройники прорастания по (130)
со штриховкой на гранях {001}
Цвет
хризоберилла обычно желтый или зеленоватожелтый, спаржевый;
редко бесцветный. Лишь хромсодержащая разность (александрит) обладает
изумруднозеленой окраской, а при электрическом освещении — фиолето
вокрасной.
Блеск
стеклянный, в изломе жирный.
Ng
= 1,753,
Nm =
1,747
и
Np =
1,744.
Твердость
8,5. Хрупок.
Спайность
по {110} ясная, по {001} и {010} не
совершенная. Излом раковистый.
Уд. вес
3,50–3,84.
Диагностические признаки.
Встречается исключительно в кристал
лах, весьма характерных по своей форме, существенно отличной от бе
рилла, по высокой твердости и окраске.
П. п. тр. не плавится. В кислотах не растворяется. Разлагается лишь при
сплавлении порошка с КОН или KHSO
4
. Сплав, смоченный азотнокис
лым кобальтом, при прокаливании дает характерное синее окрашивание.
Происхождение и месторождения.
Этот сравнительно редкий мине
рал обычно распространен в
пегматитах
или в
контактово'метасомати'
ческих
образованиях на границе ультрабазитов или базитов с гранитными
интрузивами. В зоне окисления весьма устойчив. Встречается в россыпях,
Раздел IV. Окислы (оксиды)
327
иногда в виде окатанных галек. Отдельные экземпляры кристаллов алек
сандрита достигают иногда нескольких сантиметров в поперечнике.
Самая замечательная среди когдалибо найденных группа из 22 круп
ных кристаллов и мелких тройниковых сростков александрита хранится в
Минералогическом музее им. А. Е. Ферсмана Академии наук РАН в Моск
ве. Хризоберилл обычно наблюдается в ассоциации с изумрудом, полевыми
шпатами, апатитом и другими минералами слюдяных, хлоритовых и таль
ковых сланцев, обычно в контактовых оторочках гранитных пегматитов.
В России хризоберилл (в том числе и александрит) с середины XIX в.
добывается в
Изумрудных копях
(Ср. Урал) в грейзенезированных серпен
тинитах, превращенных в бериллиеносные слюдиты. В Карелии (близ
г. Кемь) у бывш. хутора
Половина
спаржевозеленый хризоберилл образует
стрелкообразные двойники в кварце среди хлоритизированного амфиболи
та на контакте с гранитным пегматитом. В грейзенизированных диопсид
магнетитовых скарнах
Люппико
(Сев. Приладожье) хризоберилл находится
с хлоритом, даналитом и флюоритом. Отмечен также в пегматитах
Конда'
ковского
месторождении в Енисейском кряже (Красноярский край).
Из иностранных укажем на месторождения в штатах
Минас'Жерайс
и
Байя
(Бразилия), где хризоберилл в ассоциации с топазом, горным хру
сталем, шпинелью, гранатом, турмалином и другими минералами встре
чается в пегматитовых жилах среди гнейсов и слюдяных сланцев, а также
в россыпях на островах
Цейлон
и
Мадагаскар
.
Практическое значение.
Красиво окрашенные прозрачные разности
употребляются как драгоценные камни, вставляемые в украшения.
7. Группа рутила
В эту группу входят соединения типа
АХ
2
,
кристаллизующиеся в тет
рагональной сингонии: двуокиси Ti, Sn, Mn, Ge и Pb. Из них TiO
2
в при
роде известна в трех полиморфных модификациях, носящих особые на
звания, а MnO
2
— по крайней мере в двух модификациях. По некоторым
данным, и соединение SnO
2
является диморфным.
Все относящиеся сюда главные минералы не связаны друг с другом па
рагенетически и образуются в различных условиях. Двуокись олова отчас
ти встречается в условиях, аналогичных условиям, при которых образует
ся TiO
2
, но в основном при геологических процессах ведет себя все же
обособленно. MnO
2
и PbO
2
образуются в совершенно других условиях,
почти исключительно при экзогенных процессах минералообразования.
Замечательной особенностью химического состава рутила (а также
брукита и анатаза) является то, что в них в виде изоморфных примесей
могут присутствовать Nb
5+
и Та
5+
, но совместно с Fe
2+
.
Химическая формула для таких разновидностей выражается в следу
ющем виде: Ti
33
X
Nb
2
X
Fe
2+
X
O
6
.
Из этой формулы видно, что два иона Nb
5+
и
один Fe
2+
могут заменять три иона Ti
4+
с сохранением общего заряда
Описательная часть
328
заменяемых ионов: Fe
2+
2Nb
5+
> 3Ti
4+
. Так как размеры ионных радиусов
всех этих ионов примерно одного порядка (см. рис. 142), то кристалли
ческая структура минерала будет оставаться однотипной. Лишь размеры
ячейки будут несколько возрастать соответственно размерам ионных ра
диусов Nb
5+
, Та
5+
и Fe
2+
(или Mn
2+
). Таким образом, богатые танталом раз
новидности рутила представляют изоморфные ряды TiO
2
, вернее Ti
3
O
6
,
идущие в направлении тетрагональных (FeTa
2
)О
6
или (MnTa
2
)О
6
(т. е.
минералов, называемых
ферротапиолитом
и
мангантапиолитом
), крис
таллизующихся в структуре так называемого «трирутилового» типа (упо
рядочение металлов приводит к утроению параметра
с
по сравнению
с ячейкой рутила).
Следует указать, что соединение FeTa
2
O
6
диморфно и кристаллизуют
ся как в тетрагональной (
ферротапиолит
), так и в ромбической (
ферро'
танталит
) сингониях. Кристаллическая структура ромбической модифи
кации соединений такого состава (колумбитов и танталитов) является
производной от структуры ромбической модификации TiO
2
(брукита).
Есть и другой предполагаемый механизм вхождения Nb и Ta в структуру
рутила, с компенсацией зарядов трехвалентным железом: Fe
3+
(Nb
5+
,Ta
5+
)
→
→
2Ti
4+
. В этом случае конечными членами изоморфных рядов для рути
лов с Nb, Ta и Fe будут Fe
3+
NbO
4
и Fe
3+
TaO
4
.
РУТИЛ
— TiO
2
. Название происходит от лат.
rutilus
— красноватый.
Он является наиболее устойчивой модификацией TiO
2
как при высоких,
так и при низких температурах.
Химический состав.
Ti — 60 %. Химические анализы показывают, что
в нем часто присутствуют примеси других элементов: Fe в виде закиси
или окиси, иногда Sn
4+
(до 1,5 %), изредка Cr
3+
, V
3+
и некоторые другие.
Богатая FeTiO
3
(в виде твердого раствора) разность называется нигри
ном. Минеральные виды, сохраняющие неупорядоченный структурный
тип рутила и содержащие Nb
5+
или Та
5+
одновременно с Fe
2+
(или Fe
3+
) в
количестве, превосходящем Ti, называются
ильменорутилом
и
стрюве'
ритом
соответственно.
Сингония
тетрагональная; дитетрагональнодипирамидальный в. с.
L
4
4
L
2
5
PC.
Пр. гр.
P
4
2
/
mnm
(
D
14
4
h
).
a
0
= 4,58;
с
0
= 2,95.
Кристаллическая струкj
тура
рутила, как типичная, изображена на рис. 158. Она отличается неко
торыми особенностями от ранее разобранных плотноупакованных струк
тур оксидов, таких как корунд. Если в кристаллической структуре типа
корунда листы плотнейшей упаковки ионов кислорода располагаются пер
пендикулярно тройной оси, а в структуре типа шпинели — параллельно
граням октаэдра (т. е. также перпендикулярно тройным осям), то в крис
таллической структуре типа рутила, как показал Н. В. Белов, направления
плотнейшей упаковки в виде колонок параллельны главной (четверной)
оси кристаллов рутила. Каждый ион Ti окружается шестью ионами кисло
рода, располагающимися по углам почти правильного октаэдра.
Раздел IV. Окислы (оксиды)
329
Такие октаэдры в кристаллической структуре рутила вытянуты вдоль
оси
с
в виде прямолинейных колонок (рис. 158
б
), чем и обусловливается
игольчатый или шестоватый облик кристаллов с направлениями плос
костей спайности параллельно вытянутости индивидов. Характерно, что
в структуре рутила, в отличие от других модификаций TiO
2
, каждый ок
таэдр TiO
6
имеет по два ребра, общих с соседними октаэдрами (рис. 158
б
).
Поскольку колонки плотно упакованных ионов кислорода, вытянутых
вдоль четверной оси рутила, в сущности отвечают одному из трех воз
можных направлений в плоскости гексагональной плотнейшей упаков
ки, то не случайно, что для минералов группы рутила мы имеем коленча
той формы двойники и тройники срастания (рис. 160) с углом,
образуемым отдельными индивидами, близким к 120° (т. е. соответственно
направлениям гексагональной сетки). Таким путем могут возникнуть даже
кольцеобразные шестерники. Это же обстоятельство лежит в основе за
кономерных (под углом 120°) нарастаний тончайших иголочек или при
зматических кристалликов рутила на базальном пинакоиде {0001} гема
тита (см. рис. 148), ильменита, слюд и других минералов, грани которых
представлены плоскостями плотнейшей упаковки ионов кислорода.
Облик кристаллов
рутила чрезвычайно характерен: призматический,
столбчатый до игольчатого. Обычные формы: {100}, {1100}, {101}, {111},
изредка {001}. Часто наблюдается штриховатость вдоль главной оси
с.
Типичные формы кристаллов изображены на рис. 159. Очень часты двой
ники коленчатой формы (рис. 160) с плоскостью срастания (011). Плос
кие сетчатые (под 60°) сростки двойников игольчатого рутила называ
ют сагенитом. Как было указано, распространены закономерные
срастания кристалликов рутила с кристаллами гематита, причем чет
верная ось рутила совпадает с одной из горизонтальных двойных осей
Рис. 158.
Кристаллическая структура рутила:
а
— в изображении центров ионов (черные кружки — титан, полые — кислород);
по вертикали расположены три элементарные ячейки рутила;
б
— в изображении
октаэдров TiO
6
(центральная колонка) ионы титана располагаются внутри октаэдров;
в
— общий вид структуры в установке с вертикальной четверной осью (по Н. В. Белову)
а
б
в
Описательная часть
330
гематита. Игольчатые волосовидные крис
таллы рутила иногда наблюдаются в виде
пучков, заключенных в прозрачных крис
таллах кварца («кварцволосатик»).
Цвет
рутила обычно темножелтый, се
рый, бурый, оранжевый, красный и черный
(нигрин). Бесцветные или бледноокрашен
ные разности исключительно редки.
Черта
желтая, светлобурая.
Блеск
алмазный до
металловидного (для непрозрачных черных
разностей).
Ng
= 2,903 и
Nm
= 2,616.
Твердость
6. Хрупок.
Спайность
по {110}
совершенная, по {100} средняя.
Уд. вес
4,2–
4,3.
Диагностические признаки.
Весьма харак
терны тетрагональные призматического обли
ка кристаллы и коленчатые двойники. Смешать
можно с минералами, похожими по облику кри
сталлов: с цирконом (Zr[SiO
4
]), обладающим бо
лее высокой твердостью (7–8), и касситеритом (SnO
2
), для которого характерен
высокий удельный вес. Волосовидные кристаллы рутила можно принять иног
да за турмалин, отличающийся по оптическим константам.
П. п. тр. не плавится и не изменяется. В кислотах не растворяется.
С фосфорной солью реагирует на титан (стекло в восстановительном пла
мени становится фиолетовым).
Происхождение и месторождения.
Рутил в природе образуется в раз
личных условиях. Изредка он наблюдается как составная акцессорная часть
изверженных пород
(сиенитов, реже гранитов). В небольших количествах
он встречается в
пегматитах
и некоторых
гидротермальных
месторожде
ниях в ассоциации с кварцем, минералами титана и железа (ильменитом,
гематитом, магнетитом), иногда с корундом, силикатами и с другими ми
нералами. Известны редкие находки его в виде новообразований в экзо
генных продуктах разложения титановых минералов, изредка в осадочных
породах, а также месторождениях боксита. Однако гораздо чаще он обра
зуется при метаморфических процессах в результате преобразования ти
тансодержащих минералов, выделяясь в виде самостоятельных зерен в гней
сах, слюдяных сланцах, амфиболитах, наждаках и других породах; для
эклогитов рутил является индикаторным минералом.
Весьма эффектны его игольчатые и волосовидные кристаллы в жилах
альпийского типа
, нередко заключенные в кристаллы горного хрусталя
и гематита; часто он наблюдается в сопровождении брукита и анатаза.
В зоне окисления химически устойчив и нередко встречается в рос
сыпях в виде окатанных зерен и галек.
Рис. 159.
Кристаллы рутила
Рис. 160.
Двойники рутила