9. előadás Fillo (réteg-) szilikátok és tekto- (térhálós) szilikátok

9. előadás Fillo (réteg-) szilikátok és tekto- (térhálós) szilikátok

Fillo- vagy rétegszilikátok Az SiO 4 -tetraéderek három irányban történő 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 töltéskiegyenlítődés. tetraéderes réteg tetraéderes és oktaéderes rétegek egymáshoz kapcsolódása

Az oktaéderes rétegben lévő kationok legtöbbször két vagy három vegyértékűek. Ha két vegyértékűek (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 vegyértékű kationok vannak (Al, Fe 3+ ), minden hármas kationhelynél egy nincs betöltve, mint a gibbsitnél. Ezeknél minden O-atomot és (OH)-csoportot csak két kation övez, ezeket nevezzük dioktaéderesnek. dioktaéderes réteg (gibbsit-típus) trioktaéderes réteg (brucit-típus)

A tetraéderes és oktaéderes rétegek egymásutánjából levezethetők a legfontosabb filloszilikát csoportok. Legegyszerűbb 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)

A filloszilikátok jellegzetes tulajdonságai: rétegkomplexumokkal párhuzamosan kitűnő hasadás, kis keménység, kis sűrűség. Megjelenésük a szerkezetnek megfelelően pikkelyes-leveles, kristályaik lemezesek, vékony táblásak, a pikkelyek többnyire rugalmasak, ritkábban merevek. A földkéregben magmás és metamorf kőzetek uralkodó kőzetalkotói. Jelentőségüket tovább növeli az a tény, hogy ezeknek a kőzeteknek a mállása során is nagy tömegben képződnek (elsősorban piroxének, amfibolok, földpátok, illetve kőzetüveg átalakulásából). Talajok ásványi komponensei között is mindig megtalálhatók. Jelenlétük a növényvilág szempontjából nagy fontosságú (vízháztartás, vitális kationok felvétele stb).

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), zsírszerű tapintás (zsírkő) Színtelen, illetve halványzöld. pirofillit A talk és pirofillit Mg-, illetve Al-gazdag kőzetek kisfokú metamorfózisa során képződik leginkább. talk

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 2-3 1-0 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 vegyértékű (az I pozícióban K és Na van); 2/ Merevcsillámok, ha a rétegközi kationoknak több, mint 50%-a két vegyértékű (az I pozícióban Ca található); 3/ Rétegközi kationhiányos csillámok, ha a rétegek közötti pozitív töltés értéke 0,85 és 0,6 között van.

Valódi csillámok, Dioktaéderes sorozat (monoklin) Muszkovit - KAl 2 [AlSi 3 O 10 ](OH) 2 Kis keménységű, kis sűrűségű. pikkelyes-leveles aggregátumok, kristályaik álhexagonális táblák. Elterjedt kőzetalkotó: elsősorban metamorf, kisebb mértékben magmás kőzetek, és törmelékes üledékek elegyrésze. Hidrotermás mállás során gyakran keletkezik (szericit változat).

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

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. Jellemző a kálium jelenléte rétegközi helyzetben. Földes vagy agyagszerű megjelenésűek. Kristályaik nagysága nem nagyobb mint 2 4 m. Üledékes kőzetek (agyagok, homokkövek), nagyon kisfokú metamorfitok és talajok komponensei. Az illit a kerámiaipar fontos ásványa. illit glaukonit

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. Jellemzőjük: reverzibilis duzzadóképesség, szerves és szervetlen anyagok adszorptív megkötése, ioncserélő-képesség. Üledékes kőzetek, talajok komponensei, ipari mennyiségű szmektitet a bentonit tartalmaz.

Szmektitek megjelenései Földes megjelenés, táblás kristályaik roppant aprók, 1 4 m-esek.

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 kőzetek, illetve üledékek jellegzetes elegyrésze. Magmás kőzetek színes elegyrészeinek elbontódása során gyakran képződik és azok zöld színét okozhatja.

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

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 felületűek, hanem redőzöttséget, görbületet, illetve hengerszerű alakzatokat formáznak. Vaskos-tömeges, illetve szálas-rostos (azbeszt-megjelenés). A szerpentinásványok Mg-gazdag, bázisos-ultrabázisos kőzetek kisfokú metamorfózisa során képződnek. antigorit krizotil

A rétegek hengerré görbülnek krizotil szálas azbeszt megjelenés

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 függően, hogy hány Si 4+ -t helyettesít Al 3+, milyen kationnal történik a semlegesítődés, illetve az SiO 4 - és AlO 4 -tetraédereknek a térben milyen elrendeződése 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 elterjedésűek és gazdasági szempontból jelentős ásványok.

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 képződéséhez. Elsősorban bázisos vagy alkáli magmás kőzetekben jönnek létre. leucit leucitkristályok vulkáni kőzetben nefelin

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) háromkomponensű 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.

Az albit és ortoklász közötti tagok esetén magas hőmérsékleten teljes elegyedés lehetséges, de alacsonyabb hőmérsékleten, illetve lassú lehűlésnél ezeknél szételegyedés következik be. Utóbbi jelenség neve: pertitesedés. ortoklász albit

A földpátok szimmetriája monoklin vagy triklin. Termetük zömök prizmás vagy táblás. Kivétel az adulár (ortoklász hidrotermás eredetű változata). Laza szerkezet: az (Al,Si) 4 térhálóban nagy hézagok vannak, ide épülhetnek be a töltéskiegyenlítő kationok. Ha egy Si 4+ -ot egy Al 3+ helyettesít, akkor a kationhiányt egy vegyértékű K + vagy Na + ion egyenlíti ki. Ha viszont 2Si 4+ 2Al 3+ helyettesítés történik, akkor két vegyértékű kation (Ca 2+ vagy Ba 2+ ) épül be a szerkezetbe.

Alkáliföldpátok Szanidin - (K,Na)AlSi 3 ; monoklin Kitűnő hasadás, Zömök prizmás termet. Üvegfény, átlátszó-áttetsző. Savanyú vulkáni kőzetek jellegzetes földpátja. szanidin riolitban üveges földpát

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

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, képződésük alapján, két sorozatot különböztetünk meg: 1/ nagy hőmérsékleten keletkezettek, itt folyamatos az elegyedés (a felső-albiton belül); 2/ kis hőmérsékleten keletkezettek (alsó-albit), ezek nem mutatnak folyamatos elegyedést. A plagioklászokban mikroszkopikus méretű szételegyedések gyakoriak (holdkőeffektus, labradorizálás stb). albit

Földpátok szín- és fényjátéka (szételegyedés és zárványok miatt) labradorizálás holdkő napkő

A plagioklász földpátok a legelterjedtebb kőzetalkotó ásványok. A kőzettanban savanyú plagioklászoknak nevezzük a magas albit-tartalmú tagokat, ezzel szemben a bázisos plagioklászoknak magas az anortit-tartalma. A kiömlési magmás kőzetek 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 elsősorban zeolitok képződnek. Felszíni körülmények között viszont legtöbbször rétegszilikátok, pl. agyagásványok (kaolinit, montmorillonit, illit, halloysit stb.) keletkeznek belőlük. zónás plagioklász plagioklász fenokristályok vulkáni kőzetben

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 jellemző csatornák a különböző kationok, anionok, illetve kisméretű molekulák széleskörű cseréjét teszik lehetővé. Az üreges rácsukban lévő, 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 lévő inaktív kationok eltávolíthatók és az eltávozó kationok más fémionnal kicserélhetők. A zeolitok gazdasági jelentősége szelektív adszorpciós képességükben rejlik, így molekula- vagy ionszűrőként használhatók.

Láncszerkezetű zeolitok (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.

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 kőzetek hólyagüregeiben fordulnak elő leginkább. phillipsit analcim

Rétegszerkezetű zeolitok (leveles zeolitok) A tetraéderek összekapcsolódása rétegszerű szerkezetet eredményez. Ez a szerkezeti típus alapvetően 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

Kalitkaszerkezetű zeolitok (kockás zeolitok) A kristályrácsban kalitkaszerű egységek vannak. Ezek egymáshoz kapcsolódásától függően különböző átmérőjű csatornahálózat alakul ki. Ezekben a csatornákban jelennek meg a Si Al vázon kívüli kationok, melyek más kationokkal, vagy molekulákkal lecserélhetők (ioncserélőképesség). Kabazit (Ca 0,5,Na,K,Mg) 4 [Al 4 Si 8 O 24 ]. 12H 2 O; trigonális