Экспозиция "Минералогия химических элементов". Минералогический Музей РАН

Среднее содержание F в земной коре высокое. Радиус иона F- (1,33 A) практически точно отвечает радиусу иона О2- (1,32 A) и ОН- (1,33 A), благодаря чему он часто замещает их в минералах. Кроме того, F образует фториды и фторосоли таких элементов, как Ca, Li, Na, Sr, Mg и др. F часто дает достаточно большие концентрации - месторождения при различных геологических процессах

Первичный цикл накопления F в минералах связан с магматическим процессом. При застывании щелочной магмы, обогащенной летучими F, Cl, P и др. накапливается рудный остаточный расплав, образующий апатито-магнетитовые и нефелино-апатитовые месторождения, где F концентрируется в апатите (фторапатит).

В карбонатитах фторсодержащие минералы присутствуют в основном в качестве акцессорных. К ним относятся флюорит, бастнезит, паризит, криолит и др.

В процессе пегматитообразования F играет заметную роль. Кристаллизация пегматитов гранитной магмы сопровождается образованием фторсодержащих слюд (мусковит, лепидолит), турмалина (шерл, эльбаит), топаза, амблигонита, флюорита. В пегматитах щелочных магм он входит в состав астрофиллита, юкспорита, велерита, мозандрита, виллиомита и др.

В процессе грейзенизации значительная масса F вместе с постмагматическими флюидами выносится во вмещающие породы, вызывая глубокое их изменение. F в грейзенах концентрируется в циннвальдите, топазе, флюорите, ассоциирующих с касситеритом, вольфрамитом, молибденитом и др.

В контактово-метасоматическом процессе значение минералов фтора невелико. Известны скарны с фторсодержащими минералами - фторапатитом, флогопитом, флюоборитом, ассоциирующих с диопсидом, тремолитом, сфеном и др.

В главной же своей массе F концентрируется при гидротермальном процессе, отлагаясь в виде флюорита. Последний часто является спутником рудных минералов в месторождениях больших и средних глубин и дает промышленные скопления в месторождениях малых глубин, где его сопровождают галенит, пирит, марказит, кварц, кальцит и др. Гидротермальный генезис могут иметь также такие F-содержащие минералы, как криолит, топаз, триплит, циннвальдит и др.

В процессе гипергенеза флюорит разрушается с выделением F2-, который разлагает алюмосиликаты вмещающих пород с образованием кридита, заварицкита и др. В поверхностных условиях F частично уходит в соленосные растворы, из которых выпадает в виде ратовкита. Кроме того, F входит в состав фосфоритов.

При метаморфизме фториды устойчивы лишь на низких и средних ступенях (минералы семейства гумита, флюорит, тилазит), а затем они вступают в реакцию с другими минералами, в результате чего F рассеивается или переходит во флюиды, с которыми отгоняется в верхние горизонты земной коры.

Главным промышленным минералом является флюорит - "плавиковый шпат", около 70% которого используется в металлургии в качестве плавня. Применяется также в химической, стекольной и в других отраслях промышленности. Прозрачные, бесцветные разности используются в оптике.

ХЛОР - Cl

Атом. вес 35,457. Сред. весовое содержание в земной коре 0,2 %.

Широко распространенный элемент. Встречается в виде аниона Cl- , образуя хлориды и хлоросоли таких элементов, как Na, K, Mg, Ca, Fe2+, Mn2+, Ag , (NH4+) и др. Кроме того Cl- входит в состав минералов других групп в виде добавочного аниона.

Cl в процессах минералообразования играет существенную роль, так как образует с металлами легко летучие соединения и участвует в процессах переноса рудных компонентов. Однако большинство соединений Cl с металлами неустойчиво - Cl- легко вытесняется другими анионами и выносится. Более устойчивыми являются минералы, в которые Cl- входит как добавочный анион.

При магматическом минералообразовании Cl--ион может входить в состав некоторых фельдшпатидов (содалит, скаполит), эвдиалита, амфиболов (Cl-гастингсит). Некоторое количество галита было обнаружено в кимберлитах Якутии.

При контактово-метасоматических процессах Cl- может изоморфно замещать F- в апатите с образованием хлорапатита. Хлорид-ион также входит в состав таких скарновых минералов, как лазурит, скаполит и пр. Известны значительные выделения галита в галит-магнетитовых скарновых рудах.

При вулканическом процессе выделяется значительное количество растворимых и легко летучих хлоридов и хлоросолей (нашатырь, галит, риннеит, котуннит и др.).

Выделения Cl-содержащих минералов в гидротермальных образованиях незначительны. Это мариалит , хлорапатит и некоторые другие.

В зонах окисления рудных месторождений при воздействии содержащих хлориды грунтовых вод возникает целый комплекс фосфато-, арсенато-, ванадато- и др. хлоридов, таких как пироморфит, миметезит, ванадинит и др. Для этого же комплекса характерно образование хлоридов халькофильных элементов - атакамита, каломели, перциллита, болеита, лаурионита и др.

Основное же количество хлора выносится водами, частично по пути миграции растворов поглощается почвами и, накапливаясь в замкнутых бассейнах в результате процессов осадкообразования, образует мощные залежи солей, таких как галит, сильвин, карналлит, бишофит, реже боратохлоридов (борацит, хильгардит и др.) в ассоциации с разнообразными карбонатами и сульфатами.

Среди минералов, образующихся при подземном горении залежей каменного угля, нередки находки хорошо образованных скелетных кристаллов нашатыря.

Главным минералом, из которого добывается хлор, является галит. Он и другие хлориды представляют собой важное сырье для пищевой и химической промышленности, используются как удобрение. Кристаллы галита и сильвина, выращенные из расплава, используются в оптическом приборостроении и электронике.

БРОМ - Br

Атом. вес 79,904. Сред. весовое содержание в земной коре 0,00016 %

ИОД - I

Атом. вес 126,904. Сред. весовое содержание в земной коре 0,00004 %.

В свойствах соединений хлора, брома и иода много общего, однако распространенность в природе двух последних существенно ниже, поэтому бром- и иод-содержащие минералы встречаются весьма редко.

Незначительные выделения таких минералов, как иодаргирит, салезит, бромирит, эмболит, I-содержащий хлораргирит и некоторые другие, можно встретить в зонах окисления рудных месторождений.

Минералы, формирующиеся в результате процессов осадкообразования, как правило, содержат некоторое количество ионов Br- или I- , находящихся в рассеянном состоянии (карналлит, галит и пр.).

Иод в земной коре тесно связан с живым веществом и биогенной миграцией.

СЕРА - S

Атом. вес 32,066. Сред. весовое содержание в земной коре 0,09 %

Широко распространенный элемент. Встречается как в виде самородной серы S08, так и в виде большого количества минералов - сульфидов и сульфосолей, представляющих собой соединения серы S2- c катионами металлов, а также As, Sb, Bi и др. В окислительных условиях сера образует анион [SO4]2-, дающий большую группу сульфатов.

При вулканическом процессе образуется самородная сера, оседая на стенках кратеров и по трещинам вмещающих пород, а также изливается в виде расплава.

Выделение сульфидов начинается при магматическом процессе. При кристаллизации основной магмы, обогащенной серой, происходит разделение (ликвация) однородного расплава на силикатный и сульфидный с образованием значительных скоплений сульфидов Fe, Cu и Ni (пентландит, халькопирит, пирротин и т.д.).

Для пегматитового процесса минералы серы мало характерны. Известна только редкая вкрапленность сульфидов Fe, Pb, Zn, Mo, лишь в исключительных случаях достигающая заметной концентрации (молибденит, пирит, галенит, сфалерит и др.). Интересно вхождение серы в состав дополнительных анионов в каркасных силикатах (гельвин, даналит, канкринит и др.).

При процессах грейзенизации роль серы несколько увеличивается - образуется в заметном количестве арсенопирит, молибденит, станнин и некоторые другие минералы.

Контактово-метасоматические процессы обычно сопровождаются образованием сульфидов Pb, Zn, Co, Cu, Mo, Fe и др. (кобальтин, молибденит, кубанит, халькопирит и др.), в основном выделяющиеся в гидротермальную фазу процесса и образующих в ряде случаев значительные концентрации.

При гидротермальных процессах образуется наибольшее количество минералов серы, начиная с высокотемпературных сульфидов Fe, Cu, Pb, Zn и др. (арсенопирит, пирит, галенит), и сульфосолей Ag, Pb, Cu (буланжерит, прустит и др.) и кончая низкотемпературными сульфидами Sb, As и Hg (киноварь, антимонит, аурипигмент и пр.).

Сульфидные минералы при гипергенных процессах окисляются; сера сульфидов S2- переходит в анион [SO4]2- с образованием сульфатов, большинство которых обладает хорошей растворимостью и выносится водами или взаимодействует с первичными минералами серы, образуя вторичные сульфиды Cu, Ag и пр. Устойчивые сульфаты остаются и входят в состав зоны окисления (англезит, ярозит, брошантит и пр.). Сульфат-ион [SO4]2- вступает в реакцию с минералами вмещающих пород, образуя сульфаты Mg, Na, Ca, Sr и других элементов (гипс, тенардит, мирабилит и т.д.). Эти минералы накапливаются в процессе осадкообразования в замкнутых морских или озерных бассейнах. При осаждении их образуются месторождения солей. При определенных условиях может происходить разложение сульфатов в растворах и гипсоносных толщах, вызванное бактериями и углеводородами с отложением самородной серы.

Сера имеет большое промышленное значение как сырье для производства серной кислоты, применяется в медицине, химической промышленности, резиновом производстве и пр.

СЕЛЕН - Sе

Атом. вес 78,96. Сред. весовое содержание в земной коре 0,00006 %.

Среднее содержание Se в земной коре весьма низкое. Он находится обычно в рассеянном состоянии и редко образует небольшие концентрации. Для ионов Se характерно сродство к сере, что обусловлено близостью их радиусов (S2- = 1,81 A, Se2- = 1,95 A), и что является причиной наличия изоморфной примеси Se в сульфидах. В отдельных случаях Se образует самостоятельные соединения с металлами - селениды; весьма редко он выделяется в виде простого (элементарного) вещества.

В магматическом процессе Se сопровождает серу в медно-никелевой формации, входя в состав таких сульфидов, как халькопирит, пирротин, пентландит.

Основное же количество Se образуется в результате гидротермального процесса, входя в состав минералов медноколчеданных руд и других формаций в виде изоморфной примеси. Крайне редко Se образует самостоятельные минералы: эвкайрит, клаусталит, берцелианит, науманнит, тиманнит и др.

В гипергенных условиях большинство сульфидов и селенидов неустойчиво. При их разложении происходит окисление Se c образованием таких редких минералов, как селенолит, керстенит, а также самородный селен. В "железных шляпах" колчеданных месторождений Se может входить в состав ярозита (селеноярозит).

Se применяется в стекольном производстве, в радиотехнике, при изготовлении фотоэлементов и пр

ФОСФОР - Р

Атом. вес 30,98. Сред. весовое содержание в земной коре 0,08 %.

Значительно распространенный элемент. Встречается только в виде комплексного аниона (РО4)3-, в основном образуя соединения с трехвалентными (TR, Y, Fe, Al, Mn) и двухвалентными (Fe, Ca, Mn, Cu) катионами, а также комплексными ионами, например (UO)22+. Наиболее распространенный Са-фосфат - апатит - является полигенным минералом.

В магматическом процессе фосфор в основном концентрируется в остаточном расплаве. Его повышенное содержание характерно для основной и щелочной магм. При кристаллизации основной магмы фосфор обособляется вместе с железом и выделяется в виде апатита вместе с магнетитом; при кристаллизации щелочной магмы образуются апатито-нефелиновые породы. При кристаллизации кислой магмы фосфор частично соединяется с редкими землями с образованием монацита и ксенотима.

Фосфор в существенных количествах участвует в процессе пегматитообразования. Число образующихся при этом минералов значительно, но они встречаются в виде небольших выделений и имеют исключительно минералогическое значение, за исключением фосфата Li - амблигонита и фосфатов редких земель.

В результате контактово-метасоматического процесса при внедрении пегматитового расплава в магнезиально-карбонатные породы формируются своеобразные флогопитовые скарны, содержащие значительное количество апатита.

При гидротермальном процессе фосфор обычно не концентрируется. В небольшом количестве наблюдаются выделения апатита в альпийских жилах, выделения триплита в кварцево-вольфрамовых жилах и т.д.

В результате процесса гипергенеза образуется значительное количество фосфатов. Первичные фосфаты Fe2+ и Mn2+ , оказываясь во внешних зонах земной коры, изменяются за счет окисления катионов. При этом образуются вторичные фосфаты Fe3+ и Mn3+ (пурпурит, крыжановскит), особенно в пегматитах, где эти фосфаты формируют своеобразную зону окисления. Специфический комплекс вторичных фосфатов образуется по минералам щелочных пегматитов (ломоносовит, дорфманит и пр.). В зоне окисления рудных месторождений, под воздействием вод, содержащих фосфор, образуются, в зависимости от первичного состава руд, фосфаты Pb, Cu, U - такие, как пироморфит, псевдомалахит, торбернит, отенит и др.

В результате процесса осадкообразования в осадочных месторождениях железа при участии живых организмов образуются фосфаты Fe2+. При окислительных условиях Fe2+ постепенно переходит в Fe3+ (керченит - оксикерченит, вивианит, анапаит и т.д.).

Фосфор также накапливается в замкнутых бассейнах и, при активном участии живых организмов, осаждается в виде землистых скоплений, конкреций тонкодисперсного апатита, иногда загрязненного глинистыми, карбонатными, кремнистыми частицами, образуя месторождения фосфорита.

В россыпях могут накапливаться фосфаты редких земель и Y - монацит и ксенотим. Рудой для получения фосфора и фосфорных удобрений являются апатит и фосфорит. Фосфор широко применяется в сельском хозяйстве, а также в химической промышленности.

1	F	План витрины	4	S, Se
2	F		5	S
3	Cl, Br, I		6	P