Сульфаты

Сульфаты природные (лат. sulphur - сера) - класс минералов. С химической точки зрения - соли серной кислоты H₂S0₄. Основная структурная единица - анионный радикал [S0₄]^2- - тетраэдр (см. рис. 2.14, г), в центре которого S⁶⁺, в вершинах - четыре иона О^2-. Тетраэдры [S0₄]² отделены друг от друга катионами и анионами, причем последние радикал изоморфно не замещают. Поэтому преобладающий структурный мотив - островной. Катионы в соединениях представлены широко - Na¹⁺, К¹⁺, NH₄¹⁺, Са²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Ва²⁺, Sr²⁺, Fe²⁺, (Co,Ni)²⁺, U0₂²⁺, Cu²⁺, Zn²⁺, Pb²⁺, Fe³⁺, Al³⁺. Наиболее распространены минералы, являющиеся простыми (один катион) и двойными (два) солями с конституционной и кристаллизационной (кристаллогидраты) водой и/или дополнительными анионами. Это чаще всего [ОН]^1-, иногда С1^1-, [С0₃]^2-, [Р0₄]³ и др. Не редки средние соли.

Конституционная вода присутствует в минералах в форме гидроксильной группы [ОН]^1-, занимающей определенную позицию в кристаллической структуре.

Кристаллизационная вода входит в состав минералов в виде молекул Н₂0 в постоянном для каждого минерала количестве (в химии - кристаллогидраты).

Наиболее часто встречаемые в природе минералы класса (самый распространенный - гипс) приведены в табл. 2.19. Из нее видно, что соединения анионного радикала [S0₄]^2- представлены:

• средними безводными солями для катионов с крупными ионными радиусами (Ва²⁺, Sr²⁺, Pb²⁺, прил. 3) - группа барита;

• • модификациями с кристаллизационной водой и без нее для Са²⁺ с меньшим радиусом, чем у указанных выше катионов - группа гипса;
• • преимущественно кристаллогидратами для катионов щелочных металлов (одноименная группа), а также Mg²⁺ и Си²⁺ - группа халькантита;
• • минералами с конституционной водой при вхождении в их состав трехвалентных катионов Fe³⁺, А1³⁺ - группа алунита.

Указанное в перечислении не закон, а общая тенденция. Пример ее несоблюдения - группа квасцов, где при наличии А1³⁺ вода в минералах не конституционная, а кристаллизационная.

Таблица 2.19

Наиболее часто встречаемые в природе минералы класса «Сульфаты»

Сульфаты природные кристаллизуются в низшей категории симметрии (ромбическая, моноклинная, реже триклинная сингония). Собственный цвет - бесцветные, прозрачные. Часто встречающиеся окраски обусловлены примесями-хронофорами. Твердость более 3,5 не встречена. Спайность варьирует. Плотность возрастает в соответствии с увеличением порядкового номера катиона в периодической таблице Д.И. Менделеева. Безводные минералы (группа барита) обычно имеют изометричные кристаллы. Габитус кристаллогидратов - игольчатые, волокнистые, натечные, гроздевидные, почковидные агрегаты. При дегидратации гипса таблитчатый (рис. 2.80), реже столбчатый облик его кристаллов изменяется на ромбический, характерный для ангидрита (рис. 2.81). Сульфаты хорошо растворяются в воде, особенно содержащие в составе катионы Na¹⁺, К¹⁺, NH₄¹⁺.

Минералы класса образуются в окислительных условиях, которые характерны для поверхности и близповерхностных частей земной коры. Эндогенные сульфаты типичны для средне- и низкотемпературных гидротермальных жил (барит, целестин, реже ангидрит), отмечены как продукты контактового метасоматоза (ангидрит, целестин). Встречаются в областях активного вулканизма, часто в ассоциации с сульфидами. Но гораздо чаще - это образования экзогенных процессов - кора выветривания (гипс, ангидрит и др. - «гипсовая шляпа»), верхняя часть зоны окисления сульфидных месторождений (например гипс, халькантит, англезит), где сульфаты неустойчивы и переходят преимущественно в окислы, гидроокислы, карбонаты, либо выносятся за пределы зоны. Обычные минералы эвапоритов - хе- могенные отложения бессточных континентальных и морских (лагуны) водоемов в аридном климате - гипс, ангидрит, мирабилит, полигалит эп- сомит и т. д.

Рис. 2.80. Гипс [67]

Рис. 2.81. Ангидрит [75]

Пактическое применение сульфатов природных разнообразно. Примеры: гипс и ангидрит - вяжущие вещества (цемент, обездвиживающие повязки в медицине), специальные сорта бумаги; барит - глинистые растворы при бурении скважин в рыхлых породах; целестин - получение солей стронция; полигалит - калийные удобрения; мирабилит - стекольное производство и многое другое.