Материалы галогениды

Галогениды.

С химической точки зрения, относящиеся сюда минералы, представлены солями кислот: HF, HCl, НВr и HJ; соответственно этому среди этих минералов различают фториды, хлориды, бромиды и иодиды. Кроме того, существуют водные соли и более сложные соединения, содержащие добавочные кислородсодержащие анионы: [ОН]1-, 02-, изредка [SO4]2-и [JO3]1-. Это так называемые оксигалоидные соединения, переходные к типичным кислородным соединениям.

Элементы, для которых характерны соединения с галоидами (набраны жирным шрифтом).

По характеру связи элемент-галоген простые галогениды подразделяют на ионные и ковалентные. В действительности связи имеют смешанный характер с преобладанием вклада той или иной составляющей. Галогениды щелочных и щел.-зем. металлов, а также многие моно- и дигалогениды др. металлов-типичные соли, в к-рых преобладает ионный характер связи. Большинство из них относительно тугоплавки и малолетучи, хорошо растворимы в воде; в водных р-рах почти полностью диссоциируют на ионы. Св-вами солей обладают также тригалогениды Р3Э. Р-римость в воде ионных галогенидов, как правило, уменьшается от иодидов к фторидам. Хлориды, бромиды и иодиды Ag+ , Сu+, Hg+ и Pb+ плохо растворимы в воде.

Галогениды широко используют в технике как исходные в-ва для получения галогенов, щелочных и щел.-зем. металлов, как компоненты стекол и др. неорг. материалов; они являются промежут. продуктами в произ-ве редких и нек-рых цветных металлов, U, Si, Ge и др.

В природе галогениды образуют отдельные классы минералов, в к-рых представлены фториды (напр., минералы флюорит, криолит) и хлориды (сильвин, карналлит).Бром и иод входят в состав нек-рых минералов в виде изоморфных примесей. Значительные кол-ва галогенидов содержатся в воде морей и океанов, в соляных и подземных рассолах. Некоторые галогениды, напр. NaCl, К.С1, СаС12, входят в состав живых организмов.

Галит. Физические свойства. Блеск стеклянный. Твердость средняя. Бесцветный, белый, сероватый, розовый, красный, бурый, голубой, синий. Нередко наблюдается различная окраска в одном образце. Черта белая. У кристаллического галита наблюдается совершенная спайность в трех направлениях по граням куба. Сплошной зернистый, плотный, листоватый, волокнистый, натечный (сталактиты и другие формы); также друзы, кристаллы и налеты. Сингония кубическая. Кристаллы наросшие и вросшие, обычно имеют кубическую форму.

Кристаллическая решетка у галита ионная. В узлах решетки, имеющей кубическую форму, находятся положительные ионы натрия и отрицательные ионы хлора. Этим обусловлено наличие у кристаллического галита совершенной спайности в трех направлениях по граням куба.

Отличительные признаки. Для галита характерны неметаллический блеск, средняя твердость, соленый вкус, совершенная спайность в трех направлениях по граням куба, наблюдаемая у кристаллических разностей. Каменная соль похожа на сильвин. Отличается по вкусу (у сильвина горький) и по цвету (у сильвина молочно-белый).

Химические свойства. Вкус соленый. Легко растворяется   в  воде.

Флюорит (плавиковый шпат)  -  CaF2

Физические свойства. Кристаллизуется в кубической сингонии, кристаллы имеют форму куба, реже октаэдра. Блеск стеклянный, жирноватый. Цвет фиолетовый, зеленый, желтый, розовый, реже бесцветный. Черта белая, реже бледно-фиолетовая. Спайность совершенная в четырех направлениях. Твердость 4 (входит в шкалу Мооса). Плотность 3-3,2. Хрупок, раздавливается легко.

Отличительные признаки. Узнается довольно легко по формам кристаллов, октаэдрической спайности, слабому слегка тусклому стеклянному блеску и твердости.

Сульфиды. К рассматриваемому классу относятся сернистые, селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов и полуметаллов. Наибольшее число минералов представлено сернистыми соединениями - сульфидами и сульфосолями. Около 40 химических элементов образуют в природе более 300 минералов, принадлежащих этому классу. Сульфиды представляют особый интерес как руды цветных металлов и часто как носители золота. Большинство сульфидов образуется из горячих водных (гидротермальных) растворов. Некоторые сульфиды могут кристаллизоваться из магмы, другие имеют осадочное происхождение. В земной коре наиболее широко распространены сульфиды железа (пирит - FeS2), меди (халькопирит - CuFeS2), свинца (галенит - PbS), цинка (сфалерит - ZnS) и некоторые другие.

 

Сульфиды составляют 0,25% массы земной коры. Большинство сульфидов обладает металлическим блеском. Сульфиды в большинстве случаев нетвердые—• не  оставляют царапины на стекле.

Все сульфиды, за исключением некоторых разностей цинковой обманки, непрозрачны и имеют темную или окрашенную черту. Цвет у большинства сульфидов постоянный, характерный для каждого из них. Сульфиды с металлическим блеском в большинстве случаев тяжелые, с неметаллическим блеском — легкие.

Наиболее типичное происхождение сульфидов — гидротермальное. В поверхностных условиях сульфиды большей частью представляют соединения неустойчивые — они более или менее легко выветриваются и образуют сернокислые, углекислые, кислородные, водные соединения и покрываются коркой. Сульфиды служат рудой для извлечения различных химических элементов и имеют большое промышленное значение.

Многие сульфиды природные обладают спайностью в нескольких направлениях (галенит, сфалерит и др.), для сульфидов со слоистой структурой типична спайность по одной плоскости (молибденит, аурипигмент). Твердость сульфидов природных колеблется от 1 у молибденита до 6-6,5 у марказита и пирита. Плотность меняется от средней (сульфиды Pb, Hg) до высокой (сульфиды Pt). 

Большинство сульфидов — полупроводники или те, которые обладают металлической проводимостью (сульфиды с кластерами металл — металл в структуре). Некоторые сульфиды природные отличаются магнитностью (клинопирротин), ковкостью (халькозин, акантит). 

Сульфиды природные — важные рудные минералы, сырьё для получения цветных, тяжёлых, многих редких и рассеянных металлов, их сплавов и соединений. Электрофизические, в т.ч. электрооптические и полупроводниковые, свойства сульфидов определяют их использование при изготовлении чувствительных элементов ИК-детекторов, различных полупроводниковых и электрооптических устройств.

Пирит. Физические свойства. Блеск металлический. Твердый. Цвет светлый латунно-желтый. Черта черная. Спайность отсутствует. Сплошные зернистые и плотные массы; также вкрапления, отдельные кристаллы (кубы, пентагональные додекаэдры), друзы, псевдоморфозы по другим минералам, иногда рыхлый (черного цвета). Сингония кубическая. На гранях кристалла часто наблюдается взаимно перпендикулярная штриховка. Хрупкий.

Отличительные признаки. Пирит можно отличить от других минералов по постоянному металлическому блеску, по большой твердости, по светлому латунно-желтому цвету и по черной черте. Напоминает медный колчедан, с которым нередко вместе встречается. Отличается более светлым цветом (у медного колчедана густой латунно-желтый) и большей твердостью (медный колчедан не царапает стекло).

Галенит (свинцовый блеск) — PbS.

Физические свойства. Блеск металлический. Твердость средняя. Цвет свинцово-серый. Черта свинцово-серая. Тяжелый. Спайность совершенная в трех направлениях по граням куба. При ударе распадается на мелкие кубики и образует ступенчатые уступы. Сплошной зернистый (таблитчатый), вкрапления; также кристаллы (кубы, октаэдры и пентагональные додекаэдры). Сингония кубическая.

Отличительные признаки. Галенит узнается по постоянному металлическому блеску, по средней твердости, по свинцово-серому цвету, по хорошо выраженной спайности в трех направлениях по граням куба, по тому, что при ударе галенит распадается на мелкие кубики и образует ступенчатые уступы, и по большой плотности. От похожих на него минералов — молибденового блеска и сурьмяного блеска — отличается по твердости — не пишет на бумаге. От самородной платины отличается наличием спайности. Постоянный спутник — цинковая обманка (бурого цвета, блеск алмазный).

Карбонаты составляют до 1,7% веса земной коры. Блеск у них неметаллический. Все минералы, относящиеся к этому классу, имеют среднюю твердость, землистые разности являются мягкими. Исключительно характерным признаком для всего класса карбонатов является реакция с разбавленной соляной кислотой (10%-ный раствор), при этом выделяется СО2. Некоторые представители этого класса реагируют с соляной кислотой на холоде, другие же реагируют только с нагретой соляной кислотой. Наиболее характерная форма для кристаллов карбонатов — ромбоэдр    (тригональная сингония). Минералы, относящиеся к этому классу, легкие. Все карбонаты дают черту. Плотность у них небольшая.

Карбонаты делятся на безводные и водные. Цвет у безводных карбонатов непостоянный, черта — постоянная. Цвет и черта у водных карбонатов постоянные, присущие только определенному минералу.

Карбонаты — компоненты многих минеральных ассоциаций, образующихся в поверхностной части земной коры. Карбонаты осаждаются на дне морей, озер, лагун, образуются при выветривании сульфидов и силикатов, выделяются из горячих и холодных подземных вод, входят в состав раковин многих беспозвоночных животных.

Карбонаты преимущественно нерудные и частично рудные полезные ископаемые. Из карбонатов состоят распространенные горные породы — известняк, доломит, мрамор.

Из неорганических соединений углерода в природе известно около ста минералов, большая часть из которых относится к солям угольной кислоты (H2CO3) и получила название карбонатов. Эти минералы очень широко распространены в верхней части литосферы и среднее их содержание в земной коре составляет 1,5 мас.%. В структуре карбонатов анионные группы [CO3]2- в форме плоских треугольников изолированы друг от друга катионами или дополнительными анионами. Обычно карбонаты подразделяются на безводные и водные. К безводным карбонатам относятся такие породообразующие минералы как кальцит - CaCO3, магнезит - MgCO3, доломит - CaMg(CO3)2, сидерит - FeCO3, основные карбонаты меди: малахит - Cu2(CO3)(OH)2и азурит - Cu3(CO3)2(OH)2 , в которых вхождение гидроксил-иона (ОН)- компенсирует избыточный заряд катионов; к водным - сода - Na2[CO3].10H2O. Цвет карбонатов, как и большинства других минералов, зависит от вхождения в структуру ионов-хромофоров. Медные карбонаты зеленые или синие; урановые - желтые; карбонаты, содержащие железо или редкоземельные элементы, окрашены в коричневатые цвета, но большинство карбонатов белые или бесцветные. Твердость карбонатов обычно составляет 3-5.

Карбонаты кальция, магния, бария и др. применяют в строительном деле, в химической промышленности, оптике и др. В технике, промышленности и быту широко применяется сода (Na2CO3 и NaHCO3): при производстве стекла, мыла, бумаги, как моющее средство, при заправке огнетушителей, в кондитерском деле. Кислые карбонаты выполняют важную физиологическую роль, являясь буферными веществами, регулирующими постоянство реакции крови.

Сидерит (железный шпат) — FeC03. (безводный карбонат).

Физические свойства. Блеск стеклянный, или сидерит матовый. Твердость средняя. Цвет желтовато-серый, желтовато-бурый, бурый. Черта белая, иногда буроватая. У кристаллических разностей наблюдается совершенная спайность в трех направлениях по граням ромбоэдра. Сплошной зернистый, мраморовидный, плотный, натёчный, землистый, шаровидный, радиально-лучистого строения внутри (сферосидериты), также кристаллы в виде ромбоэдров или друзы. Сингония тригональная.

Отличительные признаки. Для сидерита характерны неметаллический блеск, средняя твердость, желтый, бурый цвет, белая черта и вскипание при действии нагретой соляной кислоты. Сидерит похож на крупнозернистый желтоватый или коричневатый мрамор.

Химические свойства. Вскипает при действии нагретой соляной кислоты. Капля соляной кислоты, помещенная на поверхности сидерита, благодаря образованию FeCl3 желтеет.

Малахит — Cu2[C03] (ОН)2.

Физические свойства. Блеск стеклянный, шелковистый или малахит матовый. Твердость средняя, землистые разности мягкие. Цвет ярко-зеленый, травяно-зеленый. Малахиту придает красоту ярко-зеленый цвет, затейливый рисунок, нередко создающий загадочные картины, причудливые узоры, концентрическое, полосчатое и радиально-лучистое строение. Черта бледно-зеленая. Натечный, радиально-лучистый, концентрически-скорлуповатый, плотный землистый; редко кристаллы игольчатой формы. Сингония моноклинная.

Отличительные признаки. Постоянными признаками для малахита являются зеленый цвет и вскипание при действии разбавленной соляной кислоты. Спутник — азурит (синий, вскипает при действии соляной кислоты).

Химические свойства. Вскипает при действии разбавленной соляной кислоты.

Разновидность. Медная зелень — землистый, мягкий малахит.

Происхождение. Образуется малахит в результате химического выветривания  медьсодержащих минералов (халькопирита, меди самородной и др.) под действием углекислоты, воды и кислорода. Медьсодержащие сульфиды превращаются в сульфаты, а затем под действием углекислых растворов в малахит.