10. elıadás

Filloszilikátok és tektoszilikátok

Fillo- vagy rétegszilikátok

Az SiO4-tetraéderek három irányban történıösszekapcsolódásával végtelen réteg jön létre, melynek gyöke (Si

2O

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

Az oktaéderes rétegben lévı kationok legtöbbször két vagy három vegyértékőek. Ha két vegyértékőek (Fe2+, 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, Fe3+), 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)

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)

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 uralkodókızetalkotói. 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).

Csillám-típusú t-o-t rétegkomplexumok

Pirofillit - Al2Si4O10(OH)2; triklin, monoklin

Talk - Mg3Si4O10(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.

A talk és pirofillit Mg-, illetve Al-gazdagkızetek kisfokú metamorfózisa során képzıdik leginkább.

talk

pirofillit

Csillámok: t-o-t rétegkomplexumok rétegközi kationokkal

Szerkezetükben a rétegkomplexumokat rétegközi kationok kötik össze. Ennek oka, hogy a tetraéderes rétegben a Si4+ egy részét Al3+ helyettesíti, így negatív töltéstöbblet jelentkezik a t-o-t rétegkomplexumok felületén.

A csillámok általános képlete: IM2-3�1-0T4O10A2,

ahol I = K, Na, Ca, Ba; M = Li, Fe2+, Fe3+, 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.

Valódi csillámok, Dioktaéderes sorozat (monoklin)

Muszkovit - KAl2�[AlSi3O10](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).

Valódi csillámok. Trioktaéderes sorozat (monoklin)

Annit (biotit) - KFe3[AlSi3O10](OH)2

Flogopit - KMg3[AlSi3O10](OH)2

annit (biotit)

flogopit

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.

Rétegközi kationhiányos csillámok

Glaukonit (K,Na)(Mg,Fe2+)0,33(Fe3+,Al)1,67[(Si,Al)4O10](OH)2

Illit [K,(H3O+)]Al2[Si3AlO10](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.

glaukonitillit

Szmektit-csoport (monoklin)

Montmorillonit (Na,Ca0,5)0,33(Al,Mg)2Si4O10(OH)2 . nH2O

Nontronit (Na,Ca0,5)0,33(Fe3+,Al)2(Si,Al)4O10(OH)2 . nH2O

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 µm-esek.

Klorit-csoport (monoklin)

Klinoklor - Mg3(Mg2Al)[Si3AlO10](OH)8

T-o-t rétegkomplexumok között brucit-típusú oktaéderes réteg helyezkedik el. Az oktaéderes rétegek és a t-o-t rétegkomplexumok hidrogénkötéssel kapcsolódnak egymáshoz. A legtöbb kloritban Mg vagy Fe2+ 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.

Kaolinit-típusú t-o rétegkomplexumok,

Kaolinit - Al2Si2O5(OH)4; triklin

Halloysit - Al2Si2O2(OH)4 . H2O;

monoklin, triklin

T-o rétegkomplexum (gibbsit-típusúréteggel). Egy-egy rétegkomplexum hidrogénkötéssel kapcsolódik egy másikhoz. A halloysitnálemellett a rétegkomplexumok között rétegközi víz is megjelenik.Földpátok és csillámok mállásából nagy mennyiségben keletkeznek. A legfontosabb kerámiaipari nyersanyagok.

halloysit

kaolinit

Szerpentin-alcsoport

Antigorit Mg3Si2O5(OH)4; monoklin

Krizotil Mg3Si2O5(OH)4; monoklin, rombos

T-o rétegkomplexum (brucit-típusúréteggel). 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 kisfokúmetamorfózisa során képzıdnek.

krizotil

antigorit

Tekto- vagy térhálós szilikátok

A tektoszilikátok szerkezetében az SiO4-tetraéderek a tér mindhárom irányában végtelen hálózattá kapcsolódnak össze (térhálós szerkezetek). A Si4+-t gyakran Al3+ helyettesíti, emiatt a rács semlegesítéséhez további kationok belépése szükséges. Attól függıen, hogy hány Si4+ -t helyettesít Al3+, milyen kationnal történik a semlegesítıdés, illetve az SiO4- és AlO4-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 pótanionmegléte 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.

Földpátpótlók

Nefelin - (Na,K)(AlSiO4); hexagonális

Leucit - K(AlSi2O6); tetragonális, köbös

Akkor keletkeznek a magma-olvadékból, amikor az SiO2

mennyisége kevés a földpátok képzıdéséhez. Elsısorbanbázisos vagy alkáli magmás kızetekben jönnek létre.

leucitkristályok vulkáni kızetben

leucit

nefelin

Földpát-csoport

Általános képletük az alábbi két típussal írható le:

R+(AlSi3O8) és R2+(Al2Si2O8), ahol

R+ = Na, K (ritkán Rb, NH4)

R2+ = Ca (ritkán Ba, Sr).

A földpátok nagy többsége a NaAlSi3O8

(albit) – KAlSi3O8 (ortoklász) –CaAl2Si2O8 (anortit) háromkomponenső rendszerbe tartozik. A NaAlSi3O8 – KAlSi3O8

sorozat tagjai az alkáliföldpátok, míg a NaAlSi3O8 (albit) – CaAl2Si2O8

(anortit) sorozat tagjai a plagioklász

földpátok.

Az albit és ortoklász közötti tagok eseténmagas 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)4O8 térhálóban nagy hézagok vannak, ide épülhetnek be a töltéskiegyenlítı kationok. Ha egy Si4+-otegy Al3+ helyettesít, akkor a kationhiánytegy vegyértékő K+ vagy Na+ ion egyenlíti ki. Ha viszont 2Si4+ → 2Al3+ helyettesítés történik, akkor két vegyértékő kation (Ca2+ vagy Ba2+) épül be a szerkezetbe.

Alkáliföldpátok

Szanidin - (K,Na)AlSi3O8; monoklin

Kitőnı hasadás, Zömök prizmás termet. Üvegfény, átlátszó-áttetszı.Savanyú vulkáni kızetek jellegzetes

földpátja.

szanidin riolitban

Mikroklin - KAlSi3O8; triklin

Ortoklász - KAlSi3O8; 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.

mikroklin (amazonit) ortoklász gránitban

ortoklász (adulár)

Plagioklász földpátokAlbit - NaAlSi3O8; triklinOligoklász (An

10- An

30)

Andezin (An30

- An50

)Labradorit (An

50- An

70)

Bytownit (An70

- An90

)

Anortit - CaAl2Si2O8; triklin

Az albit–anortit izomorf elegysor tagjai. tartoznak. A kristályrácsot (Si,Al)O4 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 méretőszételegyedések gyakoriak (holdkı-effektus, labradorizálás stb).

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 plagioklászaigyakran 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

Tektoszilikátok zeolitos vízzel; zeolit-csoport

A tektoszilikátok sajátos csoportja, melyekben az SiO4- és AlO4-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 kisméretőmolekulák 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.

Láncszerkezető zeolitok (vagy rostos zeolitok)

Szerkezetükben az SiO4 és AlO4 tetraéderek összekapcsolódása láncokat eredményez. A láncok közötti térben inaktív kationok és vízmolekulák helyezkednek el.

Nátrolit - Na2[Al2Si3O8] . 2H2O; rombos

rostos-szálas; fehér.

Bázisos vulkanitok hólyagüregeiben.

Földpátokból keletkezik hidrotermás

úton.

Analcim - Na[AlSi2O6] . H2O; köbös

Phillipsit - (Na,K,Ca0,5,Ba0,5)x[AlxSi16-xO32] . 12H2O; monoklin

Vulkáni kızetek hólyagüregeiben

fordulnak elı leginkább.

analcim

phillipsit

Rétegszerkezető zeolitok (vagy leveles zeolitok)

A tetraéderek összekapcsolódása rétegszerő szerkezetet eredményez. Ez a szerkezeti típus alapvetıen lemezes vagy táblás habitust eredményez.

Heulandit (Ca0,5,Sr0,5,Ba0,5,Mg0,5,Na,K)[Al9Si27O72] . ≈24H2O; monoklin

Sztilbit (Ca0,5,Na,K)9[Al9Si27O72] . 28H2O; monoklin

sztilbit

heulandit

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 (Ca0,5,Na,K)4[Al4Si8O24] . 12H2O; trigonális