Описательная часть

Классификация минералов

За последние пять-шесть десятилетий почти все главные руководства по минералогии строились по схемам химической классификации минералов. В основе всех вариантов этой классификации (Вернадского, Дана, Грота, Болдырева и др.) в той или иной форме лежит периодический закон химических элементов, открытый Д. И. Менделеевым.

Этим объясняется то, что основное деление всех минералов на классы по типам химических соединений за небольшими изменениями прочно укоренилось в современной систематике минералов. Однако подразделения внутри классов на подклассы и группы минералов в связи с величайшими достижениями в области изучения строения кристаллических веществ, особенно за последние 20-25 лет, претерпели весьма существенные изменения.

Рентгеноструктурные исследования кристаллов, основанные на выводе Е. С. Федоровым 230 правильных систем точек, привели к созданию новой научной отрасли - кристаллохимии, которая приобрела исключительно важное значение для минералогии. Прежде всего эти исследования доказали взаимосвязь между химическим составом и кристаллическим строением вещества, что позволило уточнить химические формулы многих сложных соединений. Этим путем удалось совершенно определенно выяснить, что такие соединения, как минералы группы шпинели, титанаты и ниобо-танталаты, выделявшиеся ранее в виде самостоятельных классов, представляют не что иное, как сложные окислы. Коренным образом изменились наши представления и о химической природе силикатов, в кристаллических структурах которых раскрыты самые различные по форме и строению комплексные анионы.

Не менее существенным для нас следствием этих достижений является установление функциональной зависимости от особенностей кристаллического строения не только внешних форм кристаллов, но также таких свойств, как оптические, электрические, механические (твердость, спайность, упругость) и пр. Оказалось, что все эти свойства минералов обусловлены как пространственным расположением структурных единиц (ионов, атомов или молекул) при определенных соотношениях их размеров, так и природой связи между ними и свойствами самих ионов или атомов, определяемыми положением их в таблице химических элементов Менделеева, а следовательно, и их строением. Многое из того, что раньше являлось непонятным и загадочным, тепеРb находит конкретное объяснение в свете законов точных наук.

Мало того, закономерности сочетания химических элементов при минералообразовании приводят к более глубоким представлениям о генезисе минералов. Становится понятным, почему и в каком порядке происходят "отбор" и сочетание тех или иных ионов при образовании кристаллов, выпадающих из растворов или расплавов, в зависимости от физико-химических факторов равновесия системы (температуры, давления и концентрации химических компонентов). Отсюда нетрудно догадаться, почему в природе происходит направленное распределение химических элементов и типов химических соединений в различных, последовательно возникающих продуктах магматической деятельности (изверженных горных породах, пегматитах, гидротермальных образованиях), или в продуктах экзогенных процессов, приводящих к образованию коры выветривания и химических осадков в водных бассейнах, и т. д.

Все это свидетельствует о том, что в истории современной минералогии открывается новая страница, наступил новый этап ее развития. ТепеРb стало уже немыслимым понимание свойств минералов без увязки с химическим составом и без разбора кристаллических структур. И наоборот, как показал В. С. Соболев, в тех случаях, когда мы еще не знаем кристаллической структуры минерала, мы можем по физическим и химическим свойствам судить о принадлежности его к тому или иному структурному типу соединений, обладающих общими свойствами.

Однако эти, уже совершенно очевидные тепеРb, положения еще далеко не в достаточной степени вошли в сознание минералогов. Наиболее показателен в этом отношении недавно вышедший американский справочник по минералогии Дэна (The System of Mineralogy, vol. 1, 1946). Хотя это издание по сравнению с предыдущими подверглось весьма существенной переработке, особенно в области систематики минералов, однако свойства минералов приводятся в виде обычных эмпирических данных без рассмотрения кристаллических структур.

При разработке классификации минералов, принятой в этом учебнике, были учтены следующие главные положения.

Все природные образования, составляющие предмет минералогии, так же как и все искусственные вещества в химии, необходимо делить прежде всего на две большие самостоятельные группы:

1. неорганические минералы, к которым, кроме редко встречающихся самородных элементов, относятся природные соединения (за исключением органических) всех элементов, и
2. органические минералы, представленные разнообразнейшими соединениями углерода (исключение составляют лишь карбонаты и карбиды, относимые к неорганическим соединениям).

Органические соединения, как известно, весьма существенно отличаются от неорганических соединений не только по химическим свойствам, но и по кристаллическому строению и природе связей между структурными единицами. Степень изученности этих групп минералов крайне не одинакова. В то время как наши знания по неорганическим минералам в настоящее время далеко продвинулись вперед, минералогия органических соединений находится еще в самой начальной стадии развития.

Если 15 лет тому назад такие природные вещества, как торф, бурые каменные угли, смолы и нефти рассматривались еще как самостоятельные минералы (см. Курс минералогии ленинградского коллектива авторов, 1936), то тепеРb, в результате исследований, в частности, твердых органических веществ с применением новейших методик исследования стало совершенно ясным, что они представляют собой далеко не однородные по составу массы, состоящие из различных органических минералов, истинную природу которых начали изучать в самое последнее время.

Классификация неорганических минералов построена на следующих принципах. Так как минералы в основном являются кристаллическими продуктами химических реакций, то для наших целей наиболее рациональной должна быть систематика их по химическому составу и кристаллической структуре. Именно с этими признаками связаны те важнейшие химические и физические свойства, по которым мы распознаем минералы.

Все минералы неорганической природы с химической точки зрения разбивают прежде всего на большие группы, отличающиеся друг от друга по типу химического соединения.

Особое положение при этом занимают самородные элементы, представленные главным образом металлами с характерной для них металлической связью между атомами. К ним же должны быть отнесены и солеобразные интерметаллические соединения.

Самостоятельный раздел составляют сернистые и им подобные соединения, по ряду свойств занимающие промежуточное положение между типичными металлами и соединениями с ионной связью. К этому же разделу условно присоединим так называемые сульфосоли, пока еще слабо изученные в структурном отношении.

Характерный тип химических соединений с типичной ионной связью представляют галоидные соли, т. е. соединения металлов с фтором, хлором, бромом и иодом.

К следующему разделу должны быть отнесены окислы и гидроокислы (простые и сложные соединения металлов с кислородом или гидроксилом).

Наконец, чрезвычайно многочисленную группу минералов составляют соли кислородных кислот, т. е. соединения катионов металлов с различными комплексными анионами, содержащими кислород.

В ряде указанных разделов является необходимым проводить дальнейшее подразделение минералов по типам анионов на классы и подклассы. Внутри последних в определенном порядке выделяются группы минералов по признакам сходства кристаллических структур и химических особенностей минералов, обусловливаемых главным образом катионами, входящими в их состав.

Таким образом, общая классификация неорганических минералов в схеме может быть представлена в следующем виде (без деления на группы):

• Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения
• Раздел II. Карбиды, нитриды и фосфиды*.
• Раздел III. Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения.
  • 1 класс. Простые и двойные сернистые и им подобные соединения.
  • 2 класс. Сульфосоли.
• Раздел IV. Галоидные соединения (галогениды).
  • 1 класс. Фториды.
  • 2 класс. Хлориды, бромиды и иодиды.
• Раздел V. Окислы.
  • 1 класс. Простые и сложные окислы.
  • 2 класс. Гидроокислы.
• Раздел VI. Кислородные соли.
  • 1 класс. Иодаты*.
  • 2 класс. Нитраты.
  • 3 класс. Карбонаты.
  • 4 класс. Сульфаты и селенаты.
  • 5 класс. Хроматы.
  • 6 класс. Молибдаты и вольфраматы.
  • 7 класс. Фосфаты, арсенаты и ванадаты.
  • 8 класс. Арсениты*.
  • 9 класс. Бораты.
  • 10 класс. Силикаты.
    • A. Силикаты с изолированными тетраэдрами аниона SiO₄.
    • Б. Силикаты с изолированными группами тетраэдров SiO₄.
    • B. Силикаты с непрерывными цепочками тетраэдров SiO₄.
    • Г. Силикаты с непрерывными слоями тетраэдров SiO₄.
    • Д. Силикаты с непрерывными трехмерными каркасами тетраэдров SiO₄ и АlО₄.

^*(Эти соединения в данном курсе не рассматриваются)