Большинство СИЛИКАТОВ, образующихся при застывании магмы и являющихся основными породообразующими минералами магматических, метаморфических и многих осадочных пород.

Основным структурным элементом является кремнекислородный тетраэдр (S; О₄)^4-. На его основе образуются цепочки, ленты, сетки. Преобладают связи ковалентного типа – прочные. Отсюда высокая прочность и слабая растворимость силикатов. Отдельные кремнекислородные тетраэдры соединены между собой с помощью катионов в основном Na¹, K⁺, Ca⁺, Mg⁺⁺. Очень важна роль крупных катионов, играющих роль цемента. Сюда относятся:

КВАРЦ – SiO₂ Структура – каркасная. Все кремнекислородные тетраэдры соединены через вершины. Валентно-нейтральная, связь ковалентная преимущественно. Поэтому обладает высокой механической прочностью, небольшой сжимаемостью, несовершенной спайностью, низкой растворимостью, слабой выветриваемостью.

ПОЛЕВЫЕ ШПАТЫ – по своему химическому составу П.Ш. разделяются на калиево-натриевые (К, Na) [Al Si₃ O₈] – (ортоклаз, микроклин) и кальциево-натриевые (плагиоклазы) представляющих собой непрерывную серию от альбита Na [Al Si₃ O₈] до анортита Са [Al Si₃ O₈]. Структура каркасная.

В решетке часть атомов Si⁴⁺ замещена атомами Al³⁺. Каркас из силикатного стал алюмосиликатным, а недостаток заряда (вместо 4+ у Si, у Al только 3+) компенсируется ионами К⁺, Na⁺ или Са²⁺. Этими атомами привносится и наряду с ковалентной ионная связь.

Полевые шпаты – вследствие изоморфных замещений обладают различными физическими свойствами, сравнительно прочны, практически нерастворимы в воде, легко выветриваются с образованием чаще всего вторичного минерала – КАОЛИНА, а в условиях медленного выноса из них щелочных элементов – гидрослюд.

ПИРОКСЕНЫ и АМФИБОЛЫ – структура цепочная и ленточная – что находит отражение в вытянутых металлах. В пределах цепочек и лент связь ковалентная, между цепочками и лентами – ионная, за счет катионов.

В связи с этим прочность их средняя, слабая растворимость в воде,

Из-за присутствия 3-х валентного (Fе³⁺) обуславливается легкая выветриваемость, в результате которой образуются слоистые силикаты: монтмориллонит, нонтронит реже гидрослюды.

ОЛИВИН - тоже силикат с островным строением. Тетраэдры разъединены и соединяются лишь посредством катионов Ма²⁺ и Fе²⁺, следовательно тип связи ионно-ковалентный.

Характерны: высокая прочность, низкая растворимость, быстрое выветривание, как результат присутствия в решетке закисного железа Fе²⁺, которое в зоне выветривания сразу переходит в окисное Fе³⁺. Это вызывает ослабление связи иона в структуре кристаллической решетки оливина и быстрое его разрушение.

Свойства силикатов.

Плотность от 3,57-3,00г/см3 для оливина, амфиболов, пироксенов, содержащих тяжелые атомы Fе и имеющих плотную упаковку до 2.65-2.50г/см3 для кварца и полевого шпата, имеющих легкие атомы и каркасную структуру.

Большинство силикатов обладают анизотропией свойств, в связи с различием сил связи между атомами в различном направлении. В частности анизотропию и тепловое расширение. Так для кварца при нагревании его от 20 до 60°С внутри кристаллической решетки возникают напряжения, как следствие анизотропии, которые достигают 545 кг/см3.

Твердость растет с увеличением силы связей и плотности упаковки.

Роглвая обманка – 5,5, ортоклаз 6-6,5, оливин 6,5-7, кварц - 7.

Сжимаемость - у оливина плотная, упаковка меньше, чем у рыхлоструктурных (каркасных) кварца и полевого шпата.

Выветриваемость - наиболее активным агентом химического выветривания является водородный ион. Пользуясь дырками в решетке и недостатком положительных зарядов в ней, он проникает в решетки, имеющие крупные ионы Nа⁺, К⁺, Са²⁺ и разрывает связи, извлекая эти ионы. Кроме этого, он образует устойчивую группу ОН, разрывая связь Si₄+ - О - А1³⁺. Появляется свободный кремнезем.

Опыты по химическому выветриванию силикатов показали, что минералы, не содержащие крупных катионов, например кварц, больше устойчивы к выветриванию, чем минералы с крупными катионами. К⁺, Nа⁺, Са²⁺. Наиболее легко среди последних выветриваются полевой шпат затем амфиболы и пироксены (при отсутствии Fе²⁺), затем слоистые силикаты - хлориты, слюды.

Простые соли.

Сюда относятся:

Галоиды: галит (NаС1), сильвин (КСl) карналлит МgС1₂ КС1 6Н₂О

Сульфаты: гипс СаSО₄ 2Н₂О, ангидрит СаSО₄

Карбонаты: кальцит СаСО₃, доломит СаМg(СО₃)₂ сидерит FеСОз

Характеризуются преобладанием связей ионного типа, слабой устойчивостъю_в воде, поэтому присутствие простых солей в грунтах сильно изменяет их механические свойства (особенно при выщелачивании солей), водонепроницаемость, солевой состав порового раствора и т.д. Кроме этого, с развитием простых солей связано карстообразование. Наиболее простое строение имеет галит.

Растворимость простых солей зависит:

а) с одной стороны от энергии связи ее кристаллической решетки. Ионный кристалл будет растворен, если притяжение ионов молекулами воды будет больше энергии связи. Величина кулоновского взаимодействия зависит от радиуса и заряда ионов.

б) от условия растворения: температура, давление, химический состава воды,  содержание в ней углекислоты Н2СОз.

Твердость простых солей в целом низкая по шкале Мооса от 2 до 4, минимальна у сильвина – 2, максимальная у доломита - 4 - 3,5 .

Глинистые минералы - это высокодисперсные и относительно стабильные минеральные соединения группы водных силикатов слоистого или сложно-ленточного строения, преимущественно образовавшиеся в процессе химического выветривания горных пород.

Основу структуры глинистых минералов составляют два типа структурных элементов - тетраэдрические и октаэдрические кремнекислородные сетки, неограниченно развитые в плоскости перпендикулярной оси С. Центр в тетраэдре занимает, как правило, Si⁴⁺, углы О^{2 -}, иногда Si⁴⁺ замещает А1³⁺ или Fе³⁺. Центры октаэдров занимают изоморфно замещаемые А1³⁺, Fе³⁺, Сг³⁺, Мg²⁺, Zi²⁺, Li²⁺ и др. В свободных вершинах октаэдров находится ОН.

Связь между слоями у глинистых минералов может быть различной в зависимости от особенностей строения слоя и величины его заряда. У ряда минералов она имеет ионный характер и обеспечивает прочное положение разноименно заряженных слоев, у других - слабая, обусловленная молекулярными или водородными силами.

Общий анализ распространения различных глинистых минералов, выполненный в МГУ под руководством Е.М. Сергеева (более 2000 образцов), показал большую неравномерность. Так, во фракции меньше 0,001 мм в отложениях различного возраста содержится от 42.3 до 65.4% гидрослюд, от 8 до 47,9% каолинита, от 0 до 14,5% монтмориллонита, остальные до 2%.

Группа гидрослюд.

В основе исследований лежат представления о структуре обычных слюд: мусковита и биотита. Строение - две тетраэдрические сетки, между которыми лежит октаэдрическая сетка. В тетраэдрической сетке каждый четвертый атом Si⁴⁺ изоморфно заменен на А1³⁺ , а недостаток компенсирован крупными катионами К⁺, которые прочно связывают отрицательно заряженные слои, придавая им жесткость. Полярные молекулы воды не могут проникать между ними и вызывать расширение слоев. Активными в этом случае являются только разорванные связи краевых частей кристаллов и внешние грани.

Однако, эти внешние грани, несущие нескомпенсированный заряд, активно взаимодействуют с дисперсной средой. Этим объясняется все-таки значительная активность гидрослюд в обменных и адсорбционных реакциях, их гидрофильность.

Группа монтмориллонита - представлена монтмориллонитом и нонтронитом. Существует несколько моделей их строений. Согласно наиболее распространенной монтмориллонит состоит из двух тетраэдрических сеток, между которыми располагается октаэдрическая сетка. Вершины тетраэдров обращены внутрь слоя.

Таким образом, на поверхностях слоев находятся одноименные атомы О, вследствие чего связь между слоями слабая. Молекулы воды легко проникают между ними, ослабляя и без того слабые молекулярные связи (с 9,6 А° до 140 А°). Теоретическая формула монтмориллонита:

(ОН)₄Si₈Аl₄0₂₀ х nН₂0 однако из-за изоморфных замещений действительный состав всегда отличается от теоретического.

Из-за отсутствия прочных связей поверхности слоев монтмориллонита оказываются доступными для дисперсной фазы и принимают участие в процессах сорбции, обмена и т.д. Таким образом, активными являются не только грани кристаллов, но и внутренние поверхности, что обуславливает огромную величину, суммарной поверхностной активности монтмориллонита.

Группа каолинита. Наиболее распространенными минералами этой группы являются каолинит и галлуазит. Состав примерно следующий Аl₂О₃ 2Si0₂ 2Н₂0. Кристаллическая структура каолинита состоит из одной кремнекислородной тетраэдрической сетки и одной алюмо-кислородно-гидроксильной, сочлененных таким образом, что вершины тетраэдров соединены с вершинами октаэдров. Для каолина не характерны изоморфные замещения катионов. Между слоями имеется жесткая связь за счет водородных сил, возникающих между поверхностными ОН (гидроксилами) и О другого слоя. В связи с этим внутренние поверхности не участвуют в обменных реакциях. А так как и изоморфные замещения не характерны, то и поверхности слоев тоже не активны. Более активными являются лишь краевые участки кристаллов.

Смешаннослойные минералы (СС). Так как строение и размеры структурных слоев глинистых минералов близки, образуются смешаннослойные минералы, представляющие комбинацию слоев типа 1:1, 2:1, 2:1:1. Возможны трехкомпонентные сочетания.

Образование таких слоев идет как в ходе выветривания, так и в результате преобразования глинистых минералов. Существует 2 типа переслаивания слоев: упорядоченное и неупорядоченное.

По своим свойствам СС минералы занимают промежуточное положение между теми минералами, из которых они образуются.