1

KRZEMIANY, GLINOKRZEMIANY itp. (część 1)

Wiadomości wstępne:

Krzemiany tworzą ok. 95% skorupy ziemskiej. Mogą wykazywać skomplikowany skład chemiczny oraz strukturę
wewnętrzną. Ze względu na dość powszechne tworzenie kryształów mieszanych, klasyfikację krzemianów oparto na strukturze
wewnętrznej.

Podstawowym elementem budującym krzemiany jest kompleksowy anion krzemotlenowy -

[SiO

4

]

4-

tzw. tetraedr.

(rys.1.)

Wiązania Si

-

O noszą nazwę „mostków tlenowych”.

Kondensacja ( rys.2) – jest to zjawisko polegające na
łączeniu się dwóch lub więcej jednakowych jonów
kompleksowych (tetraedrów) w struktury bardziej
złożone. W wyniku kondensacji tetraedrów wydziela się
H

2

O lub O

2

.

[SiO

4

]

4-

+ [SiO

4

]

4-

= [Si

2

O

7

]

6-

+ O

Stopień kondensacji krzemianów zależy od stężenia tlenu
w stopie krzemianowym.

Krzemiany glinu (berylu, boru, itp) a
gliono-, berylo-, boranokrzemiany

•

Krzemiany (np. Al, B, Be) – Kationy Al, B, Be nie wchodzą w skład anionów kompleksowych, tylko spełniają rolę
głównego kationu, łączącego się z anionem krzemotlenowym za pośrednictwem tlenu (mostek tlenowy).

•

Al-, Be-, B-krzemiany – kationy te mogą tworzyć własne aniony kompleksowe zastępując krzem. W przypadku
Glinokrzemianów kationy

Al

3+

zastępują część kationów

Si

4+

tworząc jony kompleksowe

[AlO

4

]

5-

(zamiast

[SiO

4

]

4-

).

Różnica ładunków jest rekompensowana wchodzeniem do struktury dodatkowych kationów ( np.: w skaleniach są to Ca,
Na, K, Mg, itp. np.: Ortoklaz K[AlSi

3

O

8

] )

Przykładem krzemianu glinu jest

kaolinit -

Al

4

[(OH

8

|Si

4

O

10

]

Przykładem glinokrzemianu jest

kordieryt -

Mg

2

Al

3

[

Al

Si

5

O

18

]

Podstawy klasyfikacji:

W wyniku kondensacji (łączenia się) anionów krzemotlenowych tworzą się grupy, pierścienie,

łańcuchy, wstęgi, warstwy oraz struktury przestrzenne. Stopień kondensacji anionu

[SiO

4

]

4-

stał się podstawą klasyfikacji

wszystkich krzemianów, glinokrzemianów i pokrewnych. Podział krzemianów wraz z odpowiadającymi anionami
kompleksowymi oraz przykłady minerałów przedstawiony jest w tabeli poniżej.

Klasa

Typ

anionu

Przykłady minerałów

wyspowe

samodzielne i nie
powiązane

ze sobą aniony

kompleksowe [SiO

4

]

4-

oliwiny, granaty, cyrkon, subst Al

2

O

3

, topaz, staurolit, tytanit

grupowe

[Si

2

O

7

]

6-

zoizyt - klinozoizyt – epidot - allanit, wezuwian,
turmaliny – elbait, drawit, schörl, uwit, buergeryt)
Tworzą szeregi izomorficzne (najczęściej - schörl z
elbaitem i drawitem)

Krzemiany boru i
boranokrzemiany

(Bawenit) i BERYL Al

2

Be

3

[Si

6

O

18

]

Niektóre krzemiany
berylu, berylokrzemiany,
Be- i Al-krzemiany

1

pierścieniowe

[Si

3

O

9

]

6-

[Si

4

O

12

]

8-

[Si

6

O

18

]

12-

[Si

8

O

20

]

8-

[Si

12

O

30

]

12-

dioptaz, kordieryt

krzemiany i
glinokrzemiany

łańcuchowe

[Si

2

O

6

]

4-

Pirokseny, Fenakit (krzemian berylu)

2

wstęgowe

[Si

4

O

11

]

6

amfibole

3

warstwowe

[Si

4

O

10

]

4-

łyszczki, min. ilaste

4

przestrzenne

[SiO

2

]

kwarc, skalenie

rys.1.

rys.2.

2

Własności fizyczne krzemianów i glinokrzemianów:

łupliwość – jest pochodną budowy wewnętrznej:

•

łańcuchowe i wstęgowe – zwykle 2- kierunkowa (pirokseny i amfibole)

•

przestrzenne – zwykle 3- kierunkowa np.: skalenie, (ale kwarc już nie!)

•

warstwowe – 1-kierunkowa (muskowit, biotyt)

Twardość – wysoka (6,5

÷

8)

Wł. optyczne – wszystkie są przeświecające

Połysk – gł. szklisty. W min. ciężkich często diamentowy. Brak matowego i metalicznego.

Powstawanie krzemianów:

Krzemiany powstają praktycznie w każdym środowisku. Najliczniej występują w skałach magmowych – powstają w każdym
etapie krystalizacji magmy włącznie z etapem pneumatolitycznym i hydrotermalnym. Jednym z pierwszych minerałów
krystalizujących ze stopu jest oliwin. Krzemiany powszechnie występują w skałach metamorficznych. wiele z nich służy jako
wskaźniki ciśnienia (barometry geologiczne - minerały stresowe i antystresowe) oraz temperatury ( termometry geologiczne).
Także w warunkach powierzchniowych tworzą się krzemiany. W wyniku wietrzenia skaleni i łyszczków w klimacie gorącym
i wilgotnym powstaje kaolinit. W środowisku morskim szelfowym może tworzyć się glaukonit.

Przeobrażenia krzemianów – minerały ciężkie, odporność na wietrzenie:

Warunki powstawania

Przykłady minerałów

uwagi

wczesny

oliwiny

Perydotyty, dunity, bazalty

właściwy

....................

...........................

Etap magmowy

późny

....................

...........................

Etap pneumatolityczny

....................

...........................

Etap hydrotermalny

....................

...........................

wysokich ciśnień

Dysten (Cyanit)

(

stresowe):Omfacyt, Pirop, Glaukofan, Jadeit,

Opx, (łyszczki)
(antystresowe):

.............................

metamorfizm

wysokich temperatur

Syllimanit

...........................

Kaolinit i inne ilaste

Wietrzenie w klimacie ciepłym i wilgotnym

Opal→chalcedon→kwarc

Rekrystalizacja krzemionki biogenicznej lub
wytrąconej z roztworu

Warunki hipergeniczne

glaukonit,

halmyroliza

PRZEOBRAśENIA

minerał pierwotny

minerał wtórny

proces

augit

chloryty

wietrzenie

hornblenda

chloryty

wietrzenie

pH<5 (śr. kwaśne)

K-skalenie
plagioklazy

kaolin
phillipsyt

Wietrzenie

………..

oliwin (fst – faj) (mało Al

2

O

3

)

OPx (zawiera więcej Al

2

O

3

niż oliwiny)

serpentynity (hryzotyl)
serpentynity (antygoryt)

Serpentynizacja - wietrzenie /
hydrotermalny (T<400°C)

plagioklaz (An)

zoizyt

hydrotermalny

Px
Amfibole
plagioklaz (An)

klinozoizyt - epidot

hydrotermalny

Granat
Px
Plagioklazy

Epidot

met. regionalny i kontaktowy

szkliwa krzemianowe (ziemskie – występuje
grupa [OH]

-

)

montmorillonit, zeolity

wietrzenie pH>8

muskowit

kaolin

wietrzenie pH<5 (kwaśne)

krzemiany zasobne w Mg – Ol, Px, czasem biotyt

chryzotyl

hydrotermalny

skalenie

serycyt

serycytyzacja

biotyt

chloryt, epidot
odbarwienie (bauerytyzacja) –
hydrobiotyt – nim. ilaste

wietrzenie

Minerały odporne na wietrzenie – przechodzą do osadów

uzupełnić

uzupełnić

3

Krzemiany wyspowe:

Struktura: samodzielne i nie powiązane ze sobą aniony kompleksowe [SiO

4

]

4-

Do najważniejszych krzemianów wyspowych należą oliwiny i granaty.
Poza tym: cyrkon, syllimanit-andaluzyt-dysten, topaz, staurolit, tytanit.

Nazwą oliwiny określa się ciągły szereg izomorficzny ze skrajnymi członami: forsteryt – fajalit oraz tefroit i jego roztwory
stałe z fajalitem (knebelit i ferroknebelit)

Klasyfikacja oliwinów

[%] Mg

2

[SiO

4

]

[%] Fe

2

[SiO

4

]

Forsteryt

100-90

10 - 0

Chryzolit (oliwin właściwy)

Hialosyderyt

Hortonolit

ferrohortonolit

Fajalit

10 - 0

100-90

ferroknebelit

(Fe, Mn)

2

[SiO

4

]

knebelit

(Mn,Fe)

2

[SiO

4

]

tefroit

Mn

2

[SiO

4

]

Liebenbergit

(Ni,Mg)

2

[SiO

4

]

Oliwiny powstają w początkowym etapie krystalizacji stopu krzemianowego. Pojawiają się często w paragenezie z chromitem
i platynowcami rodzimymi.
Mogą tworzyć skały monomineralne (perydotyty i dunity). Spotykane są również w wielu skałach magmowych (plutonicznych
i wylewnych) – bazalty, gabra, diabazy. Znane są z meteorytów.
W skałach metamorficznych, w przekrystalizowanych wapienie i dolomitach występuje forsteryt. Fajalit może pojawić się w
zmetamorfizowanych osadach żelazistych i metamorficznych rudach żelaza.
Oliwiny są odporne na wysokie temperatury więc są wykorzystywane do produkcji materiałów ogniotrwałych. Łatwo ulegają
działaniu czynników atmosferycznych (nie są odporne) i rzadko przechodzą do osadów.

Granaty. Wzór ogólny: A

3

2+

B

2

3+

[SiO

4

]

3

, gdzie: A = Fe

2+

, Mg, Mn, Ca; B = Fe

3+

, Cr, V, Ti, Zr

wyróżnia się 4 serie granatów:

pirop, almandyn – krystalizują w warunkach wysokiego cisnienia i temperatury. Są składnikami skał występujących w

płaszczu i i najniższych części skorupy (kimberlity, ekloglity, granulity). Często występują w skałach metamorficznych
np.: gnejsy, łupki łyszczykowe itp.

grossular, andradyt, uwarowit – tworzą się na kontaktach intruzji magmowych ze skałami wapiennymi (skarny).

Granaty są odporne na działanie czynników atmosferycznych i przechodzą do osadów. Często tworzą nagromadzenia razem z
innymi minerałami ciężkimi (np. na plażach bałtyckich - almandyn).

Cyrkon: Zr[SiO

4

]

Pospolity

minerał

akcesoryczny

skał

magmowych

i

metamorficznych zwłaszcza wśród granitów i pokrewnych. W
pegmatytach tworzy durze kryształy. Jest odporny na wietrzenie –
gromadzi się w osadach jako jeden z minerałów ciężkich. Jest
wykorzystywany w geologii do datowania skał metodami
izotopów promieniotwórczych.

syllimanit-andaluzyt-dysten

Al

2

O

3

•SiO

2

Są to trzy odmiany polimorficzne substancji Al

2

O

3

•SiO

2

syllimanit – minerał skał metamorficznych związanych z

działaniem wysokich temperatur. produkt przeobrażenia skał
ilastych w strefach kontaktowych (hornfelsy)

andaluzyt - składnik skał metamorficznych (hornfelsy).

Współwystępuje z biotytem i cordierytem oraz syllimanitem i dystenem.

GRANATY – 4 serie, główne kationy

Seria schorlomitu

schorlomit Ca, Ti

Seria piralspitu
pirop

Mg, Al

almandyn

Fe, Al

spessartyn

Mn, Al

Seria grandytu
grossular Ca, Al
andradyt Ca, Fe
uwarowit Ca, Cr

Hydrogranaty

hydrogrossular

Ca, Al + grupa OH

4

dysten (cyjanit) - minerał skał metamorficznych utworzonych w warunkach wysokiego ciśnienia (łupki łyszczykowe,

paragnejsy). często występuje ze staurolitem i almandynem. Składnik granulitów i ekloglitów. Odporny na wietrzenie –
przechodzi do osadów.

Topaz: Al

2

[(F,OH)

2

|SiO

4

]

Typowy minerał pneumatolityczny kwaśnych skał magmowych, głównie granitów i ich pegmatytów. Występuje w strefach
przeobrażonych pneumatolitycznie. Współwystępuje z kasyterytem, turmalinem i mikami litowymi. Odporny na wietrzenie.

Staurolit
Jest to m minerał łupków krystalicznych powstałych z przeobrażenia skał osadowych. Współwystępuje z dystenem (cyjanitem)
i granatami.

Tytanit (sfen) – CaTi [O|SiO

4

]

Często jest spotykany w skałach plutonicznych i metamorficznych (łupki krystaliczne). W większych ilościach występuje w
amfibolitach, zmetamorfizowanych wapieniach i skał wapienno-krzemionkowych.

Krzemiany grupowe:

zoizyt, klinozoizyt, epidot, allanit, wezuwian

Struktura: dwa połączone (kondensacja) aniony kompleksowe [Si

2

O

7

]

6-

Grupa zoizytu – epidotu:

Zoizyt

Klinozoizyt

Epidot

Piemontyt

Allanit

Zoizyt: minerał skał metamorficznych niskich temperatur i wysokiego ciśnienia oraz produkt hydrotermalnego przeobrażenia
plagioklazów zasobnych w anortyt.

Wezuwian:
Minerał skał węglanowych zmienionych kontaktowo (metamorfizm kontaktowy /termiczny/). Współwystępuje z grossularem,
diopsydem, wollastonitem.

Krzemiany pierścieniowe:

dioptaz, kordieryt, beryl, turmaliny

struktura: tetraedry połączone w pierścienie 3, 4, 6, 8, 12 członowe.

Beryl: Al

2

Be

3

[Si

6

O

18

] (krzemian berylu)

Odmiany fizyczne (jubilerskie) berylu:

akwamaryna – barwa wody morskiej
heliodor – żółty, zielonawożółty (domieszka tlenku uranu)

szmaragd – zielony (domieszka chromu)
morganit – różowoczerwony do fioletowego

Beryl krystalizuje ze stopów resztkowych i roztworów pomagmowych (np.: pegmatyty granitowe).
Znaczenie: jest najważniejszą rudą berylu. Kamienie ozdobne.

Turmaliny: (krzemiany boru)

Elbait

-

Na

, Li

Drawit

-

Na

, Mg

Schörl

-

Na

, Fe

2+

Uwit

-

Ca

, Mg

Buergeryt

-

Na

, Fe

3+

, F

Jest to minerał typowy dla pegmatytów i utworów pneumatolitycznych. Występuje również wśród skał zmienionych
kontaktowo (schörl). Elbait -w pegmatytach granitowych często wraz z lepidolitem.


Cechy charakterystyczne:

Często występują krzyształy mieszane.

5

► trójkątny kształt przekroju poprzecznego
► brak łupliwości
► pionowe prążkowanie (wzdłuż ścian słupa)
► Silny pleochroizm

Uwaga: turmalin może wydawać się podobny do piroksenów lub amfiboli.

O podobieństwach i różnicach będzie na kolejnych zajęciach

Inne o niewyjaśnionej strukturze –

- datolit (krzemian boru) – często towarzyszy zeolitom, prehnitowi i kalcytowi. Najczęściej powstaje na etapie

pneumatolitycznym.

Opracowano na podstawie "mineralogia szczegółowa" A.Bolewski, A.Manecki, wyd. PAE 1993.