Природные соединения элементов первой группы главной подгруппы
Природные соединения элементов первой группы главной подгруппы
1. Глауберова соль
Глауберова соль - Na2SO4·10H2O, десятиводный кристаллогидрат сульфата натрия. Впервые обнаружена химиком И.Р. Глаубером в составе минеральных вод, а впоследствии синтезирована действием серной кислоты на хлорид натрия. Применяется в стекольном и содовом производстве, в медицине. Другие названия: мирабилит, сибирская соль, гуджир, сернокислый натр.
Прозрачный, просвечивающий, непрозрачный. Сингония моноклинная. Цвет - бесцветный, белый, желтовато-белый, зеленовато-белый. Черта белая. Блеск стеклянный. Твердость 1,5 - 2. Спайность совершенная. Плотность - 1,49 г./см³. Представляет собой большие прозрачные кристаллы в форме призм. Очень хрупок. Имеет вяжущий горько-соленый вкус и тает на языке. Не имеет запаха. Хорошо растворима в воде. Не горит, в огне не трещит. При длительном нахождении на воздухе или нагревании выветривается (выпаривается) и теряет массу, в результате чего кристаллическая структура нарушается. При полном выветривании становится безводным сульфатом натрия (тенардитом) - порошком белого цвета. Кроме самой десятиводной глауберовой соли известны ромбические кристаллы семиводного кристаллогидрата Na2SO4·7H2O и одноводная соль Na2SO4·H2O.
Нахождение в природе Природный минерал глауберовой соли называется мирабилит. Его плотность составляет всего 1,49 г./см², что делает его одним из самых легких минералов. Залежи порядка 100 млн. тонн мирабилита обнаружены близ провинции Саскачеван в центральной части Канады. В России в 19 веке мирабилит был обнаружен в 30 км от г. Тбилиси. Эти залежи представляли собой высохшее соленое озеро площадью около 55000 м². Пласт мирабилита толщиной порядка 5 метров был сверху покрыт пластом песчаной глины толщиной от 30 см до 4,5 м. В растворенном виде глауберова соль в значительном количестве присутствует в морской воде и во многих минеральных водах, например, курортов Карловы Вары в Чехии и Мариенбад в Австрии. Карловарская соль, получаемая из минеральных вод Карловых Вар, на 44% состоит из сульфата натрия, на 36% из гидрокарбоната натри, на 18% из хлорида натрия и на 2% из сульфата калия. Также мирабилит встречается в виде налета и корок на залежах гипса и каменной соли. Очень редко в природе встречается безводный сульфат натрия - минерал тенардит, названный в честь французского химика Л.Ж. Тенара. Для его сохранения в безводном виде необходимы засушливые пустынные зоны. Поэтому такие залежи обнаружены в Чили, в Центральной Азии, в штате Аризона (США), а также в Испании в долине реки Эбро.
История открытия Открытие глауберовой соли датировано зимой 1626 года и непосредственно связано с перенесенной в 1625 году Глаубером болезнью - сыпным тифом, в то время именуемого «венгерской лихорадкой».
Спустя много лет, в 1648 году, Глаубер проводил опыты с кислотами, а точнее получал соляную кислоту путем нагревания обычной каменной соли с серной кислотой. При слабом нагревании шла реакция образования гидросульфата натрия: NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl, а при сильном - сульфата натрия: 2NaCl + H2SO4 = Na2SO4 + 2HCl. Каково же было удивление Глаубера, когда он обнаружил, что большие прозрачные кристаллы, выпавшие в осадок, оказались той самой «чудесной солью», с которой он познакомился в молодости. В результате одной реакцией Глаубер открыл и способ получения соляной кислоты, и синтеза сульфата натрия.
- Применение Сульфат натрия применяют при производстве стёкол, при получении целлюлозы, в текстильной, мыловаренной и кожевенной промышленности.
2. Тенардит
Тенардит - осадочный минерал класса сульфатов, Na2SO4. Минерал получил своё название в честь французского химика Луи Тенара. Тенардит содержит в небольших количествах воду, бром, калий, магний, хлор, сульфат кальция. Тенардит гигроскопичен, является сырьём для производства стекла, соды. Тенардит легко растворяется в воде, обладает горько-солёным вкусом. Тенардит - хемогенный минерал, образуется в усыхающих соленосных озёрах вместе с мирабилитом, эпсомитом, гипсом или при дегидратации мирабилита. Из пересыщенных растворов выпадает в осадок при температуре выше 32,4°C. В присутствии хлорида натрия может кристаллизоваться при температуре до 13,5°C.
Тенардит известен как продукт фумарольной деятельности.
Твёрдость по минералогической шкале 2,5 - 3, плотность 2,7 г/см³. Цвет - Белый, сероватый, желтоватый, красноватый, коричневатый. Черта белая. Жирный блеск. Тенардит кристаллизуется в ромбической системе, а его высокотемпературная фаза - в гексагональной. Структура минерала островная, представлена каркасом из полиэдров натрия, соединённых между собой SO4-тетраэдрами. Бесцветные прозрачные кристаллы имеют дипирамидальный или таблитчатый вид. Характерны крестообразные двойниковые срастания, совершенная спайность. Наиболее распространены молочно-белые зернистые агрегаты.
Химические свойства
8Na + 4H2SO4 = Na2S + 3Na2SO4 + 4H2O
При температуре
Na2SO4 + 4C + CaCO3 = 4СO + Na2CO3 + CaS
Сульфат натрия применяют при производстве стёкол, при получении целлюлозы, в текстильной, мыловаренной и кожевенной промышленности.
3. Астраханит
Астраханит - Na2Mg(SO4)2·4 (H2O) - соль тёмного цвета, добываемая из астраханских солёных озёр хлорид-сульфатного типа и залива Кара-Богаз-Гол.
Прозрачность - прозрачный - просвечивающий. Сингония моноклинная. Цвет - бесцветный, красноватый, синевато-зелёный, жёлтый. Твердость - 2,5 - 3. Плотность - 2,23 г./см³. Астраханит состоит из глауберовой соли (сульфат натрия) Na2SO4 и горькой соли (сульфат магния) MgSO4. Растёт очень медленно из рапы при понижении температуры в водоёмах.
4. Дорфманит
Дорфманит [Na2(PO3OH)·2 (H2O)] - минерал, растворимый водный фосфат натрия. Впервые был описан в Хибинах М.Д. Дорфманом и К.К. Абрашевым в 1963 году. Встречается в виде белых тонких порошковатых налётов на свежей поверхности и в пустотах пегматитов гор Кукисвумчорр, Юкспор, Карнасурт, Аллуайв, Коашва. Стенки пустот образованы друзами кристаллов игольчатого эгирина, анортоклаза, ломоносовита и покрыты сплошной массой дорфманита.
Цвет белый, черта белая. Твердость - 1 - 1,5. Плотность - 2 г/см³.
5. Нефелин
Нефелин - породообразующий минерал, алюмосиликат калия и натрия ортокремниевой кислоты Na(AlSiO4) (точнее Na3K(AlSiO4)4). Обычно присутствует калий. Устанавливаются также примеси CaO, иногда Fe2O3.
- Характеристика Цвет - серый, с буроватым, желтоватым или зеленоватым оттенком. Черты не дает. Блеск на изломе жирный, откуда старое название минерала - элеолит. Твердость - 5 - 6. Спайность не выражена. Излом раковистый. Плотность - 2,55 - 2,65 г./см³. Сингония гексагональная. Кристаллы нефелина обычно короткопризматические, «срезанные» маленькими гранями гексагональной пирамиды и завершающиеся базальным пинакоидом. Габитус, кроме того, может быть таблитчатым. Нефелин может встречаться также в виде прозрачных стекловидных зерен и массивных плотных агрегатов. Хрупкий. Легко разлагается кислотами с образованием желатинообразного остатка кремнезема. Растворяется в НСl. Плавится легко.
Будучи чрезвычайно распространенным минералом, нефелин встречается как в интрузивных, так и в эффузивных породах; особенно значительные скопления он может образовывать в нефелиновых сиенитах. В основном, встречается в темных и излившихся породах к их пегматитах; редко в виде мелких кристаллов, наросших на поры вулканических бомб, например, в Италии (Везувий), Германии (горы Эйфель), Норвегии и Швеции. Разрабатываются месторождения на Кольском полуострове (Россия) и в Норвегии. Его легко можно спутать с кварцем, но нефелин и кварц - минералы антагонисты, т.е. где есть один, другого быть не может. Это объясняют схемой:
Na(AlSiO4) + 2SiO2 = Na(AlSi3O8)
В лавах области Лацио этот минерал образует красивые кристаллы; он также обнаружен в вулканических продуктах Монте-Сомма в провинции Неаполь. Его кристаллы встречены в вулканической зоне массива Эйфель в Германии; нефелин широко распространен в северной Норвегии, на Урале и Кольском полуострове (Россия), в Гренландии и Канаде.
Химические свойства
Na2O · Ai2O3 · 2SiO2 + 2CaCO3 1200 2CaSiO3 + 2NaAlO2 + 2CO2
В случае больших залежей нефелин может использоваться в промышленности для производства стекла и керамики. Используют в производстве алюминия, соды, в стекольной, кожевенной промышленности. В больших количествах получается в качестве отхода при добыче апатита.
6. Натролит
Натролит [Na2Al2Si3O10·2 (H2O)], мезотип, - минерал, текстосиликат из группы цеолитов. Мартин Генрих Клапрот дал это имя минералу в 1803 году.
Натролит, как и другие цеолиты, образуется в магматических породах в результате осаждения водного раствора в пустотах и трещинах. Чаще всего встречается в виде столбчатых кристаллов и игольчатых агрегатов.
Характеристика минерал белого, бесцветного, красного, желтоватого или красноватого цвета. Черта белая, блеск стеклянный. Твердость 5,5 - 6. Сигония ромбическая. Излом раковистый. Плотность 2,25 г./см³.
Некоторые разновидности натролита имеют собственные имена:
·фаргит - натролит красного цвета из Пертшира (Шотландия);
·бергманит - натролит с примесями из южной Норвегии.
. Лазурит
Лазурит (ляпис-лазурь) - Na6Ca2(AlSiO4)6(SO4, S, Cl). По составу алюмосиликат с присутствием серы (пирита). - Характеристика непрозрачный блестящий минерал натурального насыщенного тёмно-голубого цвета. Иногда на нём встречаются небольшие искристые крапинки серебристого или золотистого цвета (пиритовые включения). Твёрдость по шкале Мооса составляет 5,5. Спайность несовершенная. Сингония кубическая. Плотность 2,38 - 2,42 г./см³. Растворяется в НСl с выделением H2S.
Лазурит используют в ювелирном деле как недорогой, но красивый поделочный камень. Из лазурита изготовляют декоративные вазы, шкатулки, статуэтки. В виде тонких пластин применяют для инкрустации в художественных мозаичных работах, а также для облицовки колонн, каминов и др. Один из наиболее ценных и наиболее древних минеральных пигментов.
8. Рамзаит
Рамзаи́т (лоренценит) - минерал из подкласса цепочечных силикатов класса силикатов с формулой Na2Ti2(Si2O6) O3. Расчетный состав: Na2O -18,13, ТiO2 - 46,74, SiO2 - 35,13.
Встречается редко, в виде отдельных кристаллов (до 5 см.) и их сростков. Кристаллы призматические до тонкоигольчатых по оси (с), иногда таблитчатые по (100). На гранях вертикальных призм и дипирамид наблюдается штриховка, на гранях призм параллельная оси (с). Рамзаит из Гренландии обнаружен в параллельном срастании с эгирином: (100) эгирина совпадает с (100) рамзаита. Разлагается плавиковой кислотой, другими кислотами разлагается лишь после сплавления с углекислыми щелочами.
Цвет от темно-бурого, почти черного, до светло-коричневого и светло-жёлтого. Также красноватый, серовато-коричневый до серого. Цвет черты - светло-коричневый. Блеск на плоскостях спайности сильный, полуметаллический или стеклянный, на гранях - сильный, металлический до алмазного, на изломе - жирный. Тёмноокрашенные разности непрозрачны, в тонких сколах просвечивают красновато-коричневым и желтовато-коричневым цветом; светлые разности прозрачны. Спайность совершенная по (100) и средняя по (210). Излом раковистый или неровный, хрупок. Твёрдость 6 - 6,5. Плеохроизм у окрашенных разностей отчетливый: по Ng - светло-желтый, по Np и Nm - светло-оранжевый, желто-бурый. Излом раковистый, нервный. Плотность - 3,4 г/см³. Электропроводен. Разлагается плавиковой кислотой, другими кислотами разлагается лишь после сплавления с углекислыми щелочами.
Встречается в щелочных магматических комплексах. Впервые найден на Кольском полуострове в породах Хибинского массива в 1923 году Е.Е. Костылевой и назван в честь первого исследователя Хибинских и Ловозёрских тундр финского геолога Вильгельма Рамзая. Наиболее крупные кристаллы встречаются в пегматитах нефелиновых сиенитов в Хибинском массиве.
По причине редкости находок практического промышленного значения не имеет. Ценится как редкий коллекционный материал.
9. Эвдиалит
Эвдиалит - Na4(CaCeFeMn)2ZrSi6O17(OHCl)2 (от греч. eu - хорошо и греч. dialytos - растворимый), устар. син.: альмандиновый шпат - минерал, кольцевой силикат натрия, кальция, циркония. Впервые обнаружен и описан Уильямом Рамзаем.
Сингония тригональная. Цвет - красный, желтый, желто-коричневый, фиолетовый. Черта белая. Блеск стеклянный. Твердость 5 - 5,5. Спайность несовершенная. Излом неровный, раковистый. Плотность 2,8-3 г/см³. Возможны примеси Sr, Nb, Ti, K. Просвечивает в краях или полупрозрачен в тонких сколах. Хорошо растворим в кислотах. Иногда слабо радиоактивен. Хрупкий.
На данный момент обнаружены месторождения эвдиалита на территории Канады, Гренландии, Норвегии, России (Кольский полуостров), США (Арканзас).
Обычно встречается вместе с нефелином, натролитом, эгирином, апатитом в виде зернистых масс, прожилков и вкраплённости. Ясно образованные кристаллы редки и плохо выражены. Образуется в сиенитах и пегматитах.
Эвдиалит ограниченно используется как второстепенный компонент в составе комплексных циркониевых руд, иногда в качестве руды редкоземельных элементов. Используется в ювелирном деле как поделочный камень для изготовления кабошонов, мелких поделок и «магических» шаров. Но его применение ограничено тем, что минерал встречается сравнительно редко и как правило не образует больших скоплений.
10. Полевые шпаты
Альбит
Химический состав - Na[AlSi3O8]. Сингония триклинная. Цвет белый, серый. Черта белая. Блеск стеклянный. Твердость 6-7. Спайность совершенная. Плотность 2,61 - 2,63 г./см³.
Под воздействием воды, углекислого газа, микроорганизмов, температурных перепадов, первичные полевые шпаты гранитов подвергаются процессам деструкции, в частности следующим реакциям:
2NaAlSi3O8 + H2O + CO