6. elıadás A FÖLDKÉREG LEGFONTOSABB KİZETALKOTÓ ÁSVÁNYAI: A SZILIKÁTOK

Átírás

1 6. elıadás A FÖLDKÉREG LEGFONTOSABB KİZETALKOTÓ ÁSVÁNYAI: A SZILIKÁTOK

2 IX. osztály. SZILIKÁTOK A leggyakoribb magmás és metamorf kızetalkotó ásványok A földkéreg felépítésében a szilikátoknak messzemenıen uralkodó szerepük van (a földkéreg mintegy 75%-át alkotják). Másrészrıl az ásványok kb. 1/3-a a szilikátok osztályából kerül ki. A szilikátok felépítésének váza alapvetıen SiO 4 -tetraéderek hálózatából áll. Az SiO 4 -tetraéderekre jellemzı, hogy egymás között közvetlen kapcsolatot képezhetnek, polimerizálódhatnak. Ez a szilikátszerkezetek felépítésének sajátossága és osztályozásuk az alapja. Fontos az Al kettıs szerepe a szilikátszerkezetekben: helyettesítheti a Si-t a szilikát-tetraéderben (ilyenkor tetraéderes koordinációjú), illetve más kationokkal együtt a rács semlegesítésében vesz részt (ilyenkor hatos koordinációjú). Gyakori az izomorf elemhelyettesítés, mely az ionrádiuszon kívül a koordinációs képességtıl függ nagy mértékben. A kationok közül leggyakrabban az Al, Fe, Mg, Na, Ca jelenik meg a szilikátszerkezetekben. Sokszor a fölös pozitív vegyértékeket további anion, (a pótanion) egyenlíti ki. Ezek legtöbbször a F, Cl, O, OH.

3 IX. A. alosztály. Nezoszilikátok Szerkezetükben az SiO 4 -tetraéderek önállóan, szigetszerően helyezkednek el (szigetszilikátok). Egymással közvetlenül nem, csak kationokon keresztül kapcsolódnak össze ionos kötéssel. Jellemzı az atomcsoportok szoros illeszkedése, melynek eredménye az ide tartozó ásványok viszonylag nagy sőrősége és keménysége. Olivin-csoport (rombos) Fayalit Fe 2 (SiO 4 ) Forsterit Mg 2 (SiO 4 ) MAGMÁS KİZETALKOTÓK

4 Gránát-csoport (köbös) Pirop Mg 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Almandin Fe 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Grosszulár Ca 3 Al 2 (SiO 4 ) 3 Andradit Ca 3 Fe 2 (SiO 4 ) 3 Az elméleti végtagoknak megfelelı kémiai összetétel a természetben ritka, sokkal gyakoribbak az izomorf elegykristályok. Korlátlan elegyedés azonban nem lehetséges az összes tag esetén. grosszulár andradit almandin METAMORF ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

5 Andaluzit-csoport Sillimanit - Al 2 O(SiO 4 ); rombos Andaluzit - Al 2 O(SiO 4 ); rombos Kianit - Al 2 O(SiO 4 ); triklin A kianitnál figyelemre méltó a keménység irányok szerinti változása (anizotópiája). Metamorf kızetek gyakori kızetalkotó ásványai. Tekintettel arra, hogy ezek a polimorf ásványok a hımérséklet és nyomás függvényében más és más tartományokban stabilisak, alkalmassá teszi ıket arra, hogy megállapítsuk azt, hogy a metamorf kızet milyen hımérséklet nyomás tartományban keletkezett. andaluzit kianit METAMORF KİZETALKOTÓK

6 IX. B. alosztály. Szoroszilikátok Az SiO 4 -tetraéderek közvetlen kapcsolódással 2-, 3-, 4-, 6-os, (ritkábban még több tagból álló) csoportokká főzıdnek össze (csoportszilikátok). A két SiO 4 - tetraéder összekapcsolódásával létrejövı (Si 2 O 7 ) 6- csoportok a szoroszilikátokra jellemzık. Epidot-csoport (monoklin) Klinozoisit Ca 2 (Al,Fe 3+ )Al 2 (SiO 4 )(Si 2 O 7 )(O,OH) Epidot Ca 2 (Fe 3+,Al) 3 (SiO 4 )(Si 2 O 7 )(O,OH) Zoisit Ca 2 Al 3 (SiO 4 )(Si 2 O 7 )(O,OH) (rombos) Kristályaik jellemzı termetét a nyúlt prizmák határozzák meg. Metamorf és magmás kızetek gyakori kızetalkotó ásványai. zoisit epidot METAMORF ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

7 IX. C. alosztály. Cikloszilikátok A cikloszilikátok SiO 4 -tetraéderek győrő alakú összekapcsolódásából álló csoportokat tartalmaznak, melyekben a Si : O arány 1 : 3 (győrőszilikátok). A leggyakoribb cikloszilikátok hatos győrőket tartalmaznak. Berill - Be 3 Al 2 Si 6 O 18 ; hexagonális Szerkezetében a hatos Si 6 O 18 győrők rétegszerően helyezkednek el a (0001) síkkal párhuzamosan. Legfontosabb elıfordulásai pegmatitokhoz kapcsolódnak. Értékesek drágakıváltozatai: smaragd, akvamarin, heliodor. smaragd akvamarin

8 Turmalin-csoport (trigonális) Elbait Na(Li 0,5 Al 0,5 ) 3 Al 6 (BO 3 ) 3 Si 6 O 18 (OH) 3 F Drávit NaMg 3 Al 6 (BO 3 ) 3 Si 6 O 18 (OH) 3 (OH) Sörl NaFe 2+ 3 Al 6 (BO 3 ) 3 Si 6 O 18 (OH) 3 (OH) A berillhez hasonlóan Si 6 O 18 győrők vannak a szerkezetében. A győrők között rétegszerően elhelyezkedı BO 3 planáris csoportok találhatók. A turmalinok kemizmusa eléggé összetett. A turmalin-csoport tagjai gránitok, gránitpegmatitok, illetve magas hımérsékleten képzıdött hidrotermás telérek elterjedt ásványai. Gyakran megjelennek metamorf képzıdményekben, és törmelékes üledékekben. elbait színzónásság sörl METAMORF ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

9 IX. D. alosztály. Inoszilikátok Szerkezetükben az SiO 4 -tetraéderek közös oxigénekkel, egyirányú kapcsolódással lánccá főzıdnek (láncszilikátok). A láncokat kationok kötik össze. A láncszerkezető kristályok nyúlt-oszlopos, vagy tős kifejlıdésőek. A láncok hosszirányban jól hasadnak. Leggyakrabban kétféle típusú lánckapcsolódás jön létre: a 2-es periodicitású egyes lánc, melyben a gyök (Si 2 O 6 ) 4, illetve a 2-es periodicitású kettıs lánc (vagy szalag), melyben a gyök (Si 4 O 11 ) 6. Ritkábban többszörös (hármas, négyes, hatos) láncok is létesülhetnek, melyek átmenetet képviselnek a filloszilikátok felé. A kızetalkotó ásványok két fontos csoportja tartozik ide: az egyes láncú piroxének, és a kettıs láncú amfibolok. Magmás és metamorf kızetek roppant gyakori kızetalkotói. piroxén-szerkezet amfibol-szerkezet

10 Piroxén-csoport A piroxének általános képlete: M1M2T 2 O 6, ahol az M1 (oktaéderes koordinációjú kationokat (általában Mn 2+, Al, Mg, Fe 2+, Fe 3+ ), az M2 6-os, 7-es vagy 8-as koordinációjú kationokat (Na, Ca, Li, Mn 2+, Mg, Fe 2+, Al, Cr, Ti), míg T tetraéderes koordinációjú kationokat (Si, Al) jelöl. A piroxének csoportosítása kristálykémiai alapon történik. A kristályszerkezettel magyarázható a piroxének jellegzetes {110} szerinti jó hasadása (a hasadási síkok által bezárt szög 87 ). Amfibol-csoport Az amfibolok általános képlete: AB 2 C 5 T 8 O 22 (OH) 2, ahol elsısorban a következı ionok foglalják el a pozíciókat: A = (üres hely), Na, K, B = Na, Ca, Mg, Fe 2+, Mn 2+, Li, C = Mg, Li, Fe 2+, Mn 2+, Al, Fe 3+, Mn 3+, Ti 4+ T = Si, Al, OH = OH, O, F, Cl Az amfibolok csoportosítása a B pozíció elemi minısége szerint történik. A kristályszerkezettel magyarázható az amfibolok jellegzetes {110} szerinti jó hasadása (a hasadási síkok által bezárt szög 124 ). MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

11 Hasonlóságok és különbségek a piroxének és az amfibolok között A legtöbb piroxén és amfibol monoklin rendszerben kristályosodik, de mindkét csoportban vannak rombos szimmetriájú ásványok is. Mindkét csoportban hasonló kationok jelennek meg. Amíg azonban az amfibolok pótanionként tartalmaznak (OH)-csoportot, addig ez a piroxénekbıl hiányzik. A kristályok termete a piroxéneknél inkább zömök prizmás, míg az amfiboloknál nyúlt prizmás, sıt gyakran tős vagy finom szálas (azbeszt megjelenéső). A két csoportnál a hasadásban tapasztalható jellegzetes különbség szerkezeti okokra vezethetı vissza. A piroxének magasabb hımérsékleten, bázisosabb magmából kristályosodnak. Az amfibolok inkább a könnyenillókban gazdag, intermedier vagy savanyú magmákból válnak ki. Emellett Fe- és Mggazdag metamorf kızetekben is otthonosak. Ha víz is van jelen a magmás olvadékban vagy a metamorf fluidumokban, akkor a korábbi képzıdéső piroxének a fluidumokkal reagálva igen könnyen amfibolokká alakulhatnak át. MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

12 A leggyakoribb piroxének Kalcium-magnézium-vas piroxének (monoklin) Diopszid CaMg[Si 2 O 6 ] Hedenbergit CaFe 2+ [Si 2 O 6 ] Augit (Ca,Mg,Fe 2+,Fe 3+,Al,Ti) 2 [(Al,Si) 2 O 6 ] Magnézium-vas piroxének (rombos) Ensztatit Mg 2 [Si 2 O 6 ] Ferroszilit Fe 2 [Si 2 O 6 ] diopszid ensztatit hipersztén augit MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

13 A leggyakoribb amfibolok Kalcium-amfibolok (monoklin) Tremolit - Ca 2 Mg 5 [Si 8 O 22 ](OH) Aktinolit - Ca 2 (Mg,Fe 2+ ) 5 [Si 8 O 22 ](OH) Hornblende-félék Magneziohornblende - Ca 2 (Mg,Fe 2+ ) 4 Al[AlSi 7 O 22 ](OH) 2 Ferrohornblende - Ca 2 (Fe 2+,Mg) 4 Al[AlSi 7 O 22 ](OH) 2 aktinolit magneziohornblende tremolit MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

14 IX. E. alosztály. Filloszilikátok Az SiO 4 -tetraéderek két irányban történı összekapcsolódásával végtelen réteg jön létre (rétegszilikátok), melynek gyöke (Si 2 O 5 ) 2. A töltések kiegyenlítésére ehhez a tetraéderes réteghez oktaéderes koordinációjú kationok, illetve ezeken keresztül további rétegek kapcsolódhatnak. A rétegek váltakozásával kialakuló leggyakoribb rétegkomplexumok a következık: legegyszerőbb a t-o rétegkomplexum. Ha az oktaéderes réteg másik oldalán is megjelenik egy tetraéderes réteg, akkor t-o-t rétegkomplexumot kapunk. Végül a t-o-t rétegkomplexumok között rétegközi kationok, vagy pl. vízmolekulák is megjelenhetnek (csillám-szerkezet). A filloszilikátok jellemzı tulajdonságai: rétegkomplexumokkal párhuzamosan kitőnı hasadás, kis keménység, kis sőrőség. Kristályaik lemezesek, vékony táblásak, a pikkelyek többnyire rugalmasak, ritkábban merevek.

15 A legfontosabb filloszilikátok Csillám-csoport Szerkezetükben két tetraéderes réteg között egy oktaéderes réteg található (t-o-t rétegkomplexum). Ezeket rétegközi kationok kötik össze. Ennek oka, hogy a tetraéderes rétegben a Si egy részét Al helyettesíti, így negatív töltéstöbblet jelentkezik a t-o-t rétegkomplexumok felületén. Elterjedt kızetalkotó ásványok: elsısorban metamorf, kisebb mértékben magmás kızetek, és törmelékes üledékek elegyrészei. Muszkovit - KAl 2 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 Biotit-sor Flogopit - KMg 3 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 Annit - KFe 3 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 annit muszkovit MAGMÁS, METAMORF ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK

16 A legfontosabb filloszilikátok Glaukonit-sor (K,Na)(Mg,Fe 2+ ) 0,33 (Fe 3+,Al) 1,67 [(Si,Al) 4 O 10 ](OH) 2 Illit-sor - [K,(H 3 O + )]Al 2 [Si 3 AlO 10 ](OH) 2 Rétegközi pozíciókban számos kationt (jellemzıen K-ot) tartalmaznak. Makroszkóposan földes vagy agyagszerő megjelenésőek. Kristályaik nagysága nem nagyobb mint 2 6 µm. Az agyagásványok közé tartoznak. Üledékes glaukonit kızetek, egyes metamorfitok és talajok fontos komponensei. 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. A lazán kötött vízmolekulák sokféle kationnal kicserélhetık, a víz mennyisége jelentısen megnövekedhet a szerkezet összeomlása nélkül. Makroszkóposan földes vagy agyagszerő megjelenésőek, kristályaik roppant kis méretőek, 1 4 µm-esek. Üledékes kızetek és talajok gyakori kızetalkotó ásványai. montmorillonit ÜLEDÉKES ÉS MAGMÁS KİZETALKOTÓK

17 A legfontosabb filloszilikátok Kaolinit - Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 ; triklin Halloysit - Al 2 Si 2 O 2 (OH) 4. H 2 O; monoklin, triklin Szerkezetük alapja a t-o rétegkomplexum. Vízvagy (OH)-tartalmukat 500 C-tól kezdıdıen vesztik el (kerámiaipar). Magmás és üledékes kızetek, illetve talajok jellemzı kızetalkotói. Földpátok és csillámok mállásából nagy mennyiségben keletkeznek. MAGMÁS ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK Szerpentin-csoport Antigorit Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ; monoklin Lizardit Mg 3 (Si,Al) 2 O 5 (OH) 4 ; rombos kaolinit Krizotil Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4 ; monoklin, rombos Szerkezetük alapja a t-o rétegkomplexum, de a tetraéderes és oktaéderes rétegek között nincs jó illeszkedés krizotil (azbeszt) METAMORF KİZETALKOTÓK

18 IX. F. alosztály. Tektoszilikátok Szerkezetükben az SiO 4 -tetraéderek minden oxigénje szomszédos SiO 4 - tetraéderekhez kapcsolódik, így a tér mindhárom irányába végtelen háromdimenziós hálózat jön létre (térhálós szilikátok). A szilikáttetraéderekben a Si-ot gyakran Al helyettesíti, melynek eredményeként a rács semlegesítéséhez további kationok belépése szükséges. Így attól függıen hogy hány Si-t helyettesít Al, vagy milyen kationnal történik a semlegesítıdés, vagy az SiO 4 - és AlO 4 -tetraédereknek a térben milyen elrendezıdése van számos szerkezeti típus jön létre. A tektoszilikátok közé sok igen gyakori ásvány tartozik. Közöttük vannak a földpátok, melyek az összes ásványok között a legnagyobb mennyiségben jelennek meg a földkéregben, annak mintegy 60%-át alkotják! A földpátok mellett a zeolitok is nagy elterjedésőek és gazdasági szempontból igen jelentıs ásványok. A tektoszilikátok csoportosításának alapja a zeolitos víz jelenléte vagy hiánya. A zeolitos víz nélküli tektoszilikátokat a pótanion megléte vagy hiánya, illetve a Si : Al arány alapján osztályozzuk. A zeolitos vizet tartalmazó tektoszilikátokat alapvetıen a kristályszerkezet alapján soroljuk csoportokba.

19 A legfontosabb tektoszilikátok A földpátpótlók Nefelin - (Na,K)(AlSiO 4 ); hexagonális Leucit - K(AlSi 2 O 6 ); tetragonális, köbös A földpátpótlók akkor keletkeznek a magmaolvadékból, amikor nem elég az SiO 2 mennyisége a földpátok keletkezéséhez. Elsısorban alkáliákban gazdag kızetek jellemzı kızetalkotó ásványai. nefelin MAGMÁS KİZETALKOTÓK leucit

20 A legfontosabb tektoszilikátok A földpátok 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 plagioklászok. A földpátok sokszor alkotnak ikreket. Legfontosabb ikrek: karlsbadi iker, az ikertengely a [001] zónatengely, összenövési sík a (010); bavenoi és manebachi iker. Az albit- és perikliniker csak triklin földpátoknál ismert. Az albit típusú ikreknél gyakoriak a poliszintetikus ikrek, melynél sok egyén kerül ikerhelyzetbe. A földpátok a magmás és metamorf kızetek messze legfontosabb kızetalkotói. MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

21 A legfontosabb tektoszilikátok Alkáliföldpátok Szanidin - (K,Na)AlSi 3 ; monoklin Mikroklin - KAlSi 3 ; triklin Ortoklász - KAlSi 3 ; monoklin Az albit és szanidin részben elegyedhetnek egymással, a két fázis szubmikroszkópos méretekben azonban elkülönül egymástól, ezt kriptopertit struktúrának mondjuk. Az albit ortoklász és az albit mikroklin elegyedése még korlátozottabb. Ennek a szételegyedési folyamatnak az eredménye a mikropertit. Ha szabad szemmel is látható a szételegyedés, akkor makropertitrıl, vagy pertitrıl beszélünk. ortoklász (adulár) kriptopertit-struktúra szanidin mikroklin (amazonit) MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

22 A legfontosabb tektoszilikátok Plagioklász földpátok Albit - NaAlSi 3 ; triklin Oligoklász., Andezin,, Labradorit, Bytownit Anortit - CaAl 2 Si 2 ; triklin A plagioklász földpátokhoz az albit anortit izomorf elegysor tagjai tartoznak. Képzıdésük alapján, két sorozatot különböztetünk meg: 1/ magas hımérsékleten keletkezettek, itt folyamatos az elegyedés; 2/ alacsony hımérsékleten keletkezettek, melyek viszont nem mutatnak folyamatos elegyedést. Az optikai és fizikai sajátságok jól mérhetıen változnak az Ab An tartalom függvényében. albit MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

23 Plagioklász földpátok A plagioklászoknál a szételegyedéseknek többféle típusát ismerjük: Periszterittípusú szételegyedés az An 2 An 15 tartományban. Ezek a sőrőn, párhuzamosan elhelyezkedı lamellák okozzák az ún. holdkı-effektust; 2/ Bøggild-típusú szételegyedés An 47 An 58 közötti tartományban jön létre. Ennek jelenléte okozza az ún. labradorizálást. Kiömlési magmás kızetek plagioklászai gyakran zónásak, a kristályok belseje anortitban, míg szegélye albitban gazdag. A földpátokból hidrotermás hatásra elsısorban zeolitok képzıdnek. Felszíni körülmények között viszont legtöbbször agyagásványok (kaolinit, montmorillonit, illit, halloysit) keletkeznek belılük. labradorit holdkı zónás plagioklász MAGMÁS ÉS METAMORF KİZETALKOTÓK

24 A legfontosabb tektoszilikátok A zeolitok A tektoszilikátok sajátos csoportja, melyekben az SiO 4 - és AlO 4 -tetraéderek oly módon kapcsolódnak össze széles variációkban, hogy a rácsban csatorna vagy kalitka alakú, üregrendszerek találhatók. Üreges rácsukban lévı, adszorpciósan kötött, ún. zeolitos víz, már enyhe hevítéssel eltávolítható anélkül, hogy a rács összeomlana. Üregeikben meghatározott mérető molekulákat, ionokat adszorbeálhatnak, így molekula- vagy ionszőrıként használhatók (szelektív adszorpció). A rácsváz hézagaiban lévı inaktív kationok onnan eltávolíthatók, és más fémionnal kicserélhetık. Csoportosításuk a szilikátváz elrendezıdése alapján történik: így vannak lánc-, réteg- és kalitka-szerkezető zeolitok. MAGMÁS ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK

25 A legfontosabb zeolitok Láncszerkezető zeolitok Nátrolit - Na 2 [Al 2 Si 3 ]. 2H 2 O; rombos Analcim - Na[AlSi 2 O 6 ]. H 2 O; köbös Phillipsit-Na - (Na,K,Ca 0,5,Ba 0,5 ) x [Al x Si 16-x O 32 ]. 12H 2 O; monoklin Rétegszerkezető zeolitok Heulandit-Ca - (Ca 0,5,Sr 0,5,Ba 0,5,Mg 0,5,Na,K)[Al 9 Si 27 O 72 ]. 24H 2 O; monoklin Klinoptilolit-K - (K,Na,Ca 0,5,Sr 0,5,Ba 0,5,Mg 0,5 ) 6 [Al 6 Si 30 O 72 ]. 20H 2 O; monoklin Sztilbit-Ca - (Ca 0,5,Na,K) 9 [Al 9 Si 27 O 72 ]. 28H 2 O; monoklin Kalitkaszerkezető zeolitok Kabazit-Ca - (Ca 0,5,Na,K) 4 [Al 4 Si 8 O 24 ]. 12H 2 O; áltrigonális nátrolit heulandit kabazit MAGMÁS ÉS ÜLEDÉKES KİZETALKOTÓK