О природе минералов 1 Введение

Таблица 1.4
Предельные значения отношений радиу-
сов для различных координации
Коорди-
национное
число
2
3
4
4
6
8
12
Пространственное
расположение
анионов
Напротив
друг друга
Вершины
равностороннего
треугольника
Вершины тетраэдра
Вершины тетраэдра
Вершины октаэдра
Вершины куба
Плотнейшая
упаковка
равных шаров
Отношение радиусов
при изменении
координационного
числа
0,155-(/3/3-l)
0,225-(/1,5-l)
0,414-(/2-1)
0,732-(/12/2-1)
1,00
действующих с катионами анионов определяется
отношением их радиусов. Пространственное рас-
положение, когда анионы не способны контакти-
ровать с катионом из-за их столкновений друг с
другом, является неустойчивым. Чтобы преодо-
леть силы притяжения между противоположно за-
ряженными ионами, требуется совершить рабо-
ту, в результате которой потенциальная энергия
системы будет возрастать. Иными словами, катио-
ны должны почти полностью заполнить простран-
ство между анионами, иначе вся схема простран-
ственного расположения ионов трансформирует-
ся до такого состояния, при котором только очень
небольшое количество анионов сгруппируется во-
круг катиона. Число анионов, сгруппированных
вокруг катиона, называется его
 координационным
числом.
Предельные значения отношений радиу-
сов
 R
K
 /R
A
для разных координационных чисел
приведены в табл. 1.4.
В составе очень многих минералов важным
анионом является О
2 -
, и на рис. 2.2 показаны но-
минальные ионные радиусы некоторых катионов,
наиболее часто связанных с ним, а также соот-
ветствующие этой связи координационные числа.
На основе рядов ионных радиусов, первоначально
предложенных Гольдшмидтом и Полингом, было
показано, что по отношению радиусов можно до-
статочно надежно предсказывать координацион-

---

ные числа катионов. Однако при использовании
более новых и точных табличных данных оказа-
лось, что предельные значения стандартных отно-
шений радиусов только приблизительно соблюда-
ются в кристаллических структурах, даже когда
О
2-
является
 единственным анионом,
но они все
еще остаются пригодными для предсказания при-
роды катионных замещений в породообразующих
минералах. За исключением этой очень важной
группы минералов стандартные отношения ради-
усов и само понятие об ионном радиусе следует
применять с большой осторожностью. Экспери-
ментальные данные свидетельствуют о том, что
в кристаллах катионы в действительности имеют
радиусы на 0,01-0,02 нм
 большие,
а анионы — на
0,01-0,02 HM меньшие, чем их номинальные зна-
чения. Таким образом, отношения радиусов, о ко-
торых говорилось выше, в реальности никогда не
наблюдаются. Детальное рассмотрение несоответ-
ствий ионной модели находится за рамками этой
книги; дополнительная информация имеется в не-
которых книгах, перечисленных в библиографиче-
ском списке в конце главы.
Понятие о ионах, связанных в координаци-
онные многогранники — полиэдры, типы которых
приведены в табл. 1.4, значительно упрощает опи-
сание структур минералов. Полиэдры соединяют-
ся между собой различными способами: через про-
межуточные ионы металлов, путем обобществле-
ния вершин или ребер (см. разд. 1.8.2).
Баланс ионных зарядов
Правила Полита.
Схему действия электростати-
ческих сил, связывающих ионы в ионные кристал-
лы, в обобщенном виде описывают следующие эм-
пирические правила, сформулированные амери-
канским химиком Лайнусом Полингом.
1. Если общий заряд катиона разделить на чис-
ло непосредственно окружающих его анионов
(т. е. на его координационное число), то получа-
ется величина заряда, которую вносит катион
для компенсации заряда каждого отдельного
аниона.
2. Доля заряда, полученная анионом от соседних
катионов, должна равняться (или приблизи-
тельно равняться) его валентности, т. е. заряды
каждого иона в структуре должны быть урав-
новешены зарядами их непосредственных сосе-
дей или по крайней мере находящихся от него
на близком расстоянии.
3. Наличие общих ребер (и особенно общих гра-
ней) между координационными полиэдрами
уменьшает устойчивость структуры. Это про-
исходит потому, что такое пространственное
расположение полиэдров сближает их цен-
тральные катионы и тем самым приводит к
возрастанию сил электрического отталкива-
ния.
4. В кристаллах, содержащих различные кати-
оны, имеющие к тому же высокую валент-
ность при низком координационном числе, не
проявляется тенденция к обобществлению эле-
ментов полиэдров, так как силы отталкивания
между такими энергоемкими ионами очень ве-
лики.
5. Число существенно различающихся компонен-
тов, составляющих кристаллическую структу-
ру, стремится быть небольшим (принцип Пар-
симони).
1.5.3 Ковалентная связь
Ковалентная связь образуется в тех случаях, ког-
да у двух атомов, которые могут принадлежать
и различным элементам, обобществляется пара
электронов, причем каждый атом предоставляет в
эту пару по одному электрону. Например, в моле-
кулах HCl и Cl
2
такая связь может быть выражена
следующим образом:
Число образуемых атомом ковалентных связей
зависит от числа электронов, которое требуется
привнести на его внешнюю оболочку, чтобы по-
лучить устойчивую конфигурацию следующего за
ним в периодической системе инертного газа. Это
число составляет 8 —