10. elıadás Filloszilikátok és tektoszilikátok

Átírás

1 10. elıadás Filloszilikátok és tektoszilikátok

2 Fillo- vagy rétegszilikátok Az SiO 4 -tetraéderek három irányban történı összekapcsolódásával végtelen réteg jön létre, melynek gyöke (Si 2 O 5 ) 2. A töltések kiegyenlítésére ehhez a tetraéderes réteghez kationok, illetve ezeken keresztül további rétegek kapcsolódhatnak (rétegkomplexumok kialakulása). tagjainak száma attól függ, hogy mikor történik töltéskiegyenlítıdés. tetraéderes réteg tetraéderes és oktaéderes rétegek egymáshoz kapcsolódása

3 Az oktaéderes rétegben lévı kationok legtöbbször két vagy három vegyértékőek. Ha két vegyértékőek (Fe 2+, Mg), akkor a réteg a brucitéhoz hasonló, melyben minden kationhely betöltött. Egy ilyen réteget, ahol minden O-atomot és (OH)-csoportot 3 kation övez trioktaéderesnek nevezzük. Amikor viszont az oktaéderes rétegben három vegyértékő kationok vannak (Al, Fe 3+ ), minden hármas kationhelynél egy nincs betöltve, mint a gibbsitnél. Ezeknél inden O-atomot és (OH)-csoportot csak két kation övez, ezeket nevezzük dioktaéderesnek. dioktaéderes réteg (gibbsit-típus) trioktaéderes réteg (brucit-típus)

4 A tetraéderes és oktaéderes rétegek egymásutánjából levezethetık a legfontosabb filloszilikát csoportok. Legegyszerőbb a t-o rétegkomplexum. Ha az oktaéderes réteg másik oldalán is megjelenik egy tetraéderes réteg, akkor t-o-t rétegkomplexumot kapunk, és így tovább. t-o szerkezet (dioktaéderes) t-o-t szerkezet (trioktaéderes)

5 A filloszilikátok jellegzetes tulajdonságai: rétegkomplexumokkal párhuzamosan kitőnı hasadás, kis keménység, kis sőrőség. Megjelenésük a szerkezetnek megfelelıen pikkelyes-leveles, kristályaik lemezesek, vékony táblásak, a pikkelyek többnyire rugalmasak, ritkábban merevek. A földkéregben magmás és metamorf kızetek uralkodó kızetalkotói. Jelentıségüket tovább növeli az a tény, hogy ezeknek a kızeteknek a mállása során is nagy tömegben képzıdnek (elsısorban piroxének, amfibolok, földpátok, illetve kızetüveg átalakulásából). Talajok ásványi komponensei között is mindig megtalálhatók. Jelenlétük a növényvilág szempontjából nagy fontosságú (vízháztartás, vitális kationok felvétele stb).

6 Csillám-típusú t-o-t rétegkomplexumok Pirofillit - Al 2 Si 4 O 10 (OH) 2 ; triklin, monoklin Talk - Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2 ; triklin Az oktaéderes réteg talk esetén brucit-típusú, míg a pirofillitnél gibbsit-típusú (trioktaéderes, illetve dioktaéderes szerkezet). Leveles halmazok; kis keménység (1-1,5), zsírszerő tapintás (zsírkı) Színtelen, illetve halványzöld. pirofillit A talk és pirofillit Mg-, illetve Al-gazdag kızetek kisfokú metamorfózisa során képzıdik leginkább. talk

7 Csillámok: t-o-t rétegkomplexumok rétegközi kationokkal Szerkezetükben a rétegkomplexumokat rétegközi kationok kötik össze. Ennek oka, hogy a tetraéderes rétegben a Si 4+ egy részét Al 3+ helyettesíti, így negatív töltéstöbblet jelentkezik a t-o-t rétegkomplexumok felületén. A csillámok általános képlete: IM T 4 O 10 A 2, ahol I = K, Na, Ca, Ba; M = Li, Fe 2+, Fe 3+, Mg, Al, Ti, Cr; = üres hely; T = Al, Fe 3+, Si, Ti, A = F, OH. Valódi csillámok, ha a rétegközi kationoknak több, mint az 50%-a egy vegyértékő (az I pozícióban pl. K és Na van); 2/ Merevcsillámok, ha a rétegközi kationoknak több, mint 50%-a két vegyértékő (az I pozícióban fıleg Ca található); 3/ Rétegközi kationhiányos csillámok, ha a rétegek közötti pozitív töltés 0,85 és 0,6 között van.

8 Valódi csillámok, Dioktaéderes sorozat (monoklin) Muszkovit - KAl 2 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 Kis keménységő, kis sőrőségő. pikkelyes-leveles aggregátumok, kristályai álhexagonális táblák. pikkelyei rugalmasak. Elterjedt kızetalkotó ásvány: elsısorban metamorf, kisebb mértékben magmás kızetek, és törmelékes üledékek elegyrésze. Hidrotermás mállás során gyakran keletkezik (szericit változat).

9 Valódi csillámok. Trioktaéderes sorozat (monoklin) Annit (biotit) - KFe 3 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 Flogopit - KMg 3 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 Kis keménységőek, kis sőrőségőek. Pikkelyes-leveles aggregátumok, kristályaik álhexagonális táblák. Elterjedt kızetalkotó ásványok: a biotit-sor metamorf és magmás kızetekben, míg a flogopit alkáli magmás kızetekben elterjedt. A biotit törmelékes üledékek gyakori elegyrésze. Mállásukból agyagásványok keletkeznek. flogopit annit (biotit)

10 Rétegközi kationhiányos csillámok Glaukonit (K,Na)(Mg,Fe 2+ ) 0,33 (Fe 3+,Al) 1,67 [(Si,Al) 4 O 10 ](OH) 2 Illit [K,(H 3 O + )]Al 2 [Si 3 AlO 10 ](OH) 2 Rétegközi pozíciókban kationokat tartalmaznak. Mivel kevesebb alkálifémkationt tartalmaznak, mint a valódi csillámok, gyengébb a rétegek közötti összetartás. Jellemzı a kálium jelenléte rétegközi helyzetben. Földes vagy agyagszerő megjelenésőek. Kristályaik nagysága nem nagyobb mint 2 4 µm. Üledékes kızetek (agyagok, homokkövek), nagyon kisfokú metamorfitok és talajok komponensei. Az illit a kerámiaipar fontos ásványa. illit glaukonit

11 Szmektit-csoport (monoklin) Montmorillonit (Na,Ca 0,5 ) 0,33 (Al,Mg) 2 Si 4 O 10 (OH) 2. nh 2 O Nontronit (Na,Ca 0,5 ) 0,33 (Fe 3+,Al) 2 (Si,Al) 4 O 10 (OH) 2. nh 2 O Rétegközi helyzetben kationokat és vizet tartalmaznak. Jellemzıjük a reverzibilis duzzadóképesség, a szerves és szervetlen anyagok adszorptív megkötésére való hajlam és az ioncserélı-képesség. Földes vagy agyagszerő megjelenésőek, táblás kristályaik roppant kicsik: 1 4 µmesek.

12 Klorit-csoport (monoklin) Klinoklor - Mg 3 (Mg 2 Al)[Si 3 AlO 10 ](OH) 8 T-o-t rétegkomplexumok között brucittípusú oktaéderes réteg helyezkedik el. Az oktaéderes rétegek és a t-o-t rétegkomplexumok hidrogénkötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A legtöbb kloritban Mg vagy Fe 2+ a jellegzetes kationok az oktaéderes rétegben. Metamorf kızetek, illetve üledékek jellegzetes elegyrésze. Magmás kızetek színes elegyrészeinek elbontódása során gyakran képzıdik és azok zöld színét okozhatja.

13 Kaolinit-típusú t-o rétegkomplexumok, Kaolinit - Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ; triklin Halloysit - Al 2 Si 2 O 2 (OH) 4. H 2 O; monoklin, triklin T-o rétegkomplexum (gibbsit-típusú réteggel). Egy-egy rétegkomplexum hidrogénkötéssel kapcsolódik egy másikhoz. A halloysitnál emellett a rétegkomplexumok között rétegközi víz is megjelenik. Földpátok és csillámok mállásából nagy mennyiségben keletkeznek. A legfontosabb kerámiaipari nyersanyagok. kaolinit halloysit

14 Szerpentin-alcsoport Antigorit Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ; monoklin Krizotil Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ; monoklin, rombos T-o rétegkomplexum (brucit-típusú réteggel). A tetraéderes és oktaéderes rétegek között nincs jó illeszkedés. Emiatt a rétegek nem sík felületőek, hanem redızöttséget, görbületet, illetve hengerszerő alakzatokat formáznak. Vaskos-tömeges, illetve szálas-rostos (azbeszt-megjelenés). A szerpentinásványok Mg-gazdag, bázisos-ultrabázisos kızetek kisfokú metamorfózisa során képzıdnek. krizotil antigorit

15 Tekto- vagy térhálós szilikátok A tektoszilikátok szerkezetében az SiO 4 -tetraéderek a tér mindhárom irányában végtelen hálózattá kapcsolódnak össze (térhálós szerkezetek). A Si 4+ -t gyakran Al 3+ helyettesíti, emiatt a rács semlegesítéséhez további kationok belépése szükséges. Attól függıen, hogy hány Si 4+ -t helyettesít Al 3+, milyen kationnal történik a semlegesítıdés, illetve az SiO 4 - és AlO 4 -tetraédereknek a térben milyen elrendezıdése van, számos szerkezeti típus létrejöhet. A tektoszilikátok csoportosításának alapja (az ún. zeolitos) víz jelenléte vagy hiánya. A zeolitos víz nélküli tektoszilikátokat a pótanion megléte vagy hiánya, illetve a Si : Al arány alapján osztályozzuk. A tektoszilikátok közé sok gyakori ásvány tartozik. Közöttük vannak a földpátok, melyek az összes ásványok között a legnagyobb mennyiségben jelennek meg a földkéregben, annak mintegy 55%-át alkotják! A földpátok mellett a zeolitok is nagy elterjedésőek és gazdasági szempontból jelentıs ásványok.

16 Földpátpótlók Nefelin - (Na,K)(AlSiO 4 ); hexagonális Leucit - K(AlSi 2 O 6 ); tetragonális, köbös Akkor keletkeznek a magma-olvadékból, amikor az SiO 2 mennyisége kevés a földpátok képzıdéséhez. Elsısorban bázisos vagy alkáli magmás kızetekben jönnek létre. leucit leucitkristályok vulkáni kızetben nefelin

17 Földpát-csoport Általános képletük az alábbi két típussal írható le: R + (AlSi 3 ) és R 2+ (Al 2 Si 2 ), ahol R + = Na, K (ritkán Rb, NH 4 ) R 2+ = Ca (ritkán Ba, Sr). A földpátok nagy többsége a NaAlSi 3 (albit) KAlSi 3 (ortoklász) CaAl 2 Si 2 (anortit) háromkomponenső rendszerbe tartozik. A NaAlSi 3 KAlSi 3 sorozat tagjai az alkáliföldpátok, míg a NaAlSi 3 (albit) CaAl 2 Si 2 (anortit) sorozat tagjai a plagioklász földpátok.

18 Az albit és ortoklász közötti tagok esetén magas hımérsékleten teljes elegyedés lehetséges, de kisebb hımérsékleten, illetve lassú lehőlésnél ezeknél szételegyedés következik be. A földpátok szimmetriája monoklin vagy triklin. Termetük zömök prizmás vagy táblás. Kivétel az adulár (ortoklász hidrotermás eredető változata). Laza szerkezet: az (Al,Si) 4 térhálóban nagy hézagok vannak, ide épülhetnek be a töltéskiegyenlítı kationok. Ha egy Si 4+ -ot egy Al 3+ helyettesít, akkor a kationhiányt egy vegyértékő K + vagy Na + ion egyenlíti ki. Ha viszont 2Si 4+ 2Al 3+ helyettesítés történik, akkor két vegyértékő kation (Ca 2+ vagy Ba 2+ ) épül be a szerkezetbe.

19 Alkáliföldpátok Szanidin - (K,Na)AlSi 3 ; monoklin Kitőnı hasadás, Zömök prizmás termet. Üvegfény, átlátszó-áttetszı. Savanyú vulkáni kızetek jellegzetes földpátja. szanidin riolitban

20 Mikroklin - KAlSi 3 ; triklin Ortoklász - KAlSi 3 ; monoklin Zömök prizmás termet (adulár álrombos) Kitőnı hasadás, színtelen, fehér, húsvörös színek. Mélységi magmás kızetek és metamorfitok jellegzetes földpátjai. Pegmatitokban óriási kristályok. Kerámiaipar fontos nyersanyagai. Díszítıkı felhasználás. ortoklász (adulár) mikroklin (amazonit) ortoklász gránitban

21 Plagioklász földpátok Albit - NaAlSi 3 ; triklin Oligoklász (An 10 - An 30 ) Andezin (An 30 - An 50 ) Labradorit (An 50 - An 70 ) Bytownit (An 70 - An 90 ) Anortit - CaAl 2 Si 2 ; triklin Az albit anortit izomorf elegysor tagjai. tartoznak. A kristályrácsot (Si,Al)O 4 tetraédereknek az alkáliföldpátokhoz hasonló kapcsolódása hozza létre. A plagioklászoknál, képzıdésük alapján, két sorozatot különböztetünk meg: 1/ nagy hımérsékleten keletkezettek, itt folyamatos az elegyedés (a felsı-albiton belül); 2/ kis hımérsékleten keletkezettek (alsó-albit), ezek nem mutatnak folyamatos elegyedést. A plagioklászokban mikroszkopikus mérető szételegyedések gyakoriak (holdkıeffektus, labradorizálás stb).

22 A plagioklász földpátok a legelterjedtebb kızetalkotó ásványok. A kızettanban savanyú plagioklászoknak nevezzük a magas albit-tartalmú tagokat, ezzel szemben a bázisos plagioklászoknak magas az anortit-tartalma. A kiömlési magmás kızetek plagioklászai gyakran zónásak, a kristályok belseje anortitban, míg szegélye albitban gazdag. Amíg a savanyú plagioklászok savanyú és intermedier magmatitokban (gránit, diorit, andezit, riolit), addig a bázisos plagioklászok bázisos-ultrabázisos magmatitokban elterjedtek (gabbró, bazalt). A földpátokból hidrotermás hatásra elsısorban zeolitok képzıdnek. Felszíni körülmények között viszont legtöbbször rétegszilikátok, pl. agyagásványok (kaolinit, montmorillonit, illit, halloysit stb.) keletkeznek belılük. zónás plagioklász plagioklászok vulkáni kızetben

23 Tektoszilikátok zeolitos vízzel; zeolit-csoport A tektoszilikátok sajátos csoportja, melyekben az SiO 4 - és AlO 4 -tetraéderek oly módon kapcsolódnak össze széles variációkban, hogy a rácsban csatorna és kalitka alakú, nyitott üregek találhatók. A rácsra jellemzı csatornák a különbözı kationok, anionok, illetve kismérető molekulák széleskörő cseréjét teszik lehetıvé. Az üreges rácsukban lévı, lazán adszorpciósan kötött zeolitos víz már enyhe hevítéssel eltávolítható anélkül, hogy a rács összeomlana. A dehidratált ásvány, vízben vagy páradús közegben az elvesztett vizet újra felveheti. A rács hézagaiban lévı inaktív kationok eltávolíthatók és az eltávozó kationok más fémionnal kicserélhetık. A zeolitok gazdasági jelentısége szelektív adszorpciós képességükben rejlik, így molekula- vagy ionszőrıként használhatók.

24 Láncszerkezető zeolitok (vagy rostos zeolitok) Szerkezetükben az SiO 4 és AlO 4 tetraéderek összekapcsolódása láncokat eredményez. A láncok közötti térben inaktív kationok és vízmolekulák helyezkednek el. Nátrolit - Na 2 [Al 2 Si 3 ]. 2H 2 O; rombos rostos-szálas; fehér. Bázisos vulkanitok hólyagüregeiben. Földpátokból keletkezik hidrotermás úton.

25 Analcim - Na[AlSi 2 O 6 ]. H 2 O; köbös Phillipsit - (Na,K,Ca 0,5,Ba 0,5 ) x [Al x Si 16-x O 32 ]. 12H 2 O; monoklin Vulkáni kızetek hólyagüregeiben fordulnak elı leginkább. analcim phillipsit

26 Rétegszerkezető zeolitok (vagy leveles zeolitok) A tetraéderek összekapcsolódása rétegszerő szerkezetet eredményez. Ez a szerkezeti típus alapvetıen lemezes vagy táblás habitust eredményez. Heulandit (Ca 0,5,Sr 0,5,Ba 0,5,Mg 0,5,Na,K)[Al 9 Si 27 O 72 ]. 24H 2 O; monoklin Sztilbit (Ca 0,5,Na,K) 9 [Al 9 Si 27 O 72 ]. 28H 2 O; monoklin sztilbit heulandit

27 Kalitkaszerkezető zeolitok (vagy kockás zeolitok) A kristályrácsban kalitkaszerő egységek vannak. Ezek egymáshoz kapcsolódásától függıen különbözı átmérıjő csatornahálózat alakul ki. Ezekben a csatornákban jelennek meg a Si Al vázon kívüli kationok, melyek más kationokkal, vagy molekulákkal lecserélhetık (ioncserélıképesség). Kabazit (Ca 0,5,Na,K) 4 [Al 4 Si 8 O 24 ]. 12H 2 O; trigonális