Содалит: описание и структура минерала

Введение

Синий тектосиликатный минерал

Содалит (SOHdəlyte) — тектосиликатный минерал с формулой , разновидности насыщенного королевского синего цвета широко используются как декоративный камень. Массивные образцы содалита обычно непрозрачны, в то время как кристаллы, как правило, прозрачны или полупрозрачны. Содалит входит в группу содалитов, включающую гауин, нозеан, лазурит и тугтупит. Жители культуры Карал торговали содалитом, который получали из высокогорья Коллао. Впервые обнаруженный европейцами в 1811 году в интрузивном комплексе Илимаусак в Гренландии, содалит не получил широкого распространения как декоративный камень до 1891 года, когда в Онтарио (Канада) были открыты обширные месторождения высококачественного материала.

Структура

Структура содалита была впервые изучена Линусом Полингом в 1930 году. Это кубический минерал пространственной группы P3n (пространственной группы 218), состоящий из сети алюминосиликатных тетраэдров с катионами Na+ и анионами хлорида в междоузлиях. (Возможно наличие небольшого количества других катионов и анионов.) Эта сеть образует структуру цеолитовой клетки. Каждая элементарная ячейка содержит две полости, имеющие структуру, близкую к борной клетке, обнаруженной в борате цинка, бериллосиликатной клетке, а также в аналогичном минерале тугтупите (см. Haüyne#Группа содалита). Вокруг каждого иона хлорида имеется одна полость. Один ион хлорида расположен в углах элементарной ячейки, а другой – в центре. Каждая полость обладает хиральной тетраэдрической симметрией, и полости вокруг этих двух положений хлорида являются зеркальными отражениями друг друга (преобразование скольжением или четырехкратное собственное вращение переводит одну в другую). Вокруг каждого иона хлорида находятся четыре иона натрия (на одном расстоянии и еще четыре – на большем расстоянии), окруженные двенадцатью тетраэдрами и двенадцатью тетраэдрами. Атомы кремния и алюминия расположены в вершинах усеченного октаэдра, внутри которого находятся ион хлорида и четыре атома натрия. Каждый атом кислорода связывает между собой тетраэдр и тетраэдр. Все атомы кислорода эквивалентны, но половина из них находится в окружении, энантиоморфном окружению другой половины. Атомы кремния занимают позиции, эквивалентные по расположению и симметрии, а ионы алюминия – позиции, эквивалентные по расположению и симметрии. Три атома кремния и три атома алюминия, указанные выше и ближайшие к данному углу элементарной ячейки, образуют шестичленное кольцо из тетраэдров, а четыре атома на любой грани элементарной ячейки образуют четырехчленное кольцо из тетраэдров. Шестичленные кольца могут служить каналами для диффузии ионов через кристалл. Структура представляет собой скрученную форму структуры, в которой трехкратные оси каждого тетраэдра лежат в плоскостях, параллельных граням элементарной ячейки, в результате чего половина атомов кислорода оказывается в гранях. При повышении температуры структура содалита расширяется и расправляется, приобретая форму, более близкую к этой структуре. В этой структуре две полости остаются хиральными, поскольку никакая непрямая изометрия, центрированная на полости (т.е. отражение, инверсия или собственное вращение), не может совместить атомы кремния с атомами кремния и атомы алюминия с атомами алюминия, одновременно совмещая атомы натрия с другими атомами натрия. Разрыв в коэффициенте теплового расширения наблюдается при определенной температуре, когда хлорид замещается сульфатом или йодидом, что, предположительно, происходит при полном расширении структуры или при достижении катионом (натрием в природном содалите) координат (и т.д.).

The structure of sodalite was first studied by Linus Pauling in 1930. It is a cubic mineral of space group P3n (space group 218) which consists of an aluminosilicate cage network with Na+ cations and chloride anions in the interframework. (There may be small amounts of other cations and anions instead.) This framework forms a zeolite cage structure. Each unit cell has two cavities, which have almost the same structure as the borate cage found in the zinc borate , the beryllosilicate cage , and as in the similar mineral tugtupite (see Haüyne#Sodalite group). There is one cavity around each chloride ion. One chloride is located at the corners of the unit cell, and the other at the centre. Each cavity has chiral tetrahedral symmetry, and the cavities around these two chloride locations are mirror images one of the other (a glide plane or a four fold improper rotation takes one into the other). There are four sodium ions around each chloride ion (at one distance, and four more at a greater distance), surrounded by twelve tetrahedra and twelve tetrahedra. The silicon and aluminum atoms are located at the corners of a truncated octahedron with the chloride and four sodium atoms inside.) Each oxygen atom links between an tetrahedron and an tetrahedron. All the oxygen atoms are equivalent, but one half are in environments that are enantiomorphic to the environments of the other half. The silicon atoms are at the location and symmetry equivalent positions, and the aluminum ions at the location and symmetry equivalent positions. The three silicon atoms and the three aluminum atoms listed above closest to a given corner of the unit cell form a six membered ring of tetrahedra, and the four in any face of the unit cell form a four membered ring of tetrahedra. The six membered rings can serve as channels in which ions can diffuse through the crystal. The structure is a crumpled form of a structure in which the three fold axes of each tetrahedron lie in planes parallel to the faces of the unit cell, thus putting half the oxygen atoms in the faces. As the temperature is raised the sodalite structure expands and uncrumples, becoming more like this structure. In this structure the two cavities are still chiral, because no indirect isometry centred on the cavity (i. e. a reflexion, inversion, or improper rotation) can superimpose the silicon atoms onto silicon atoms and the aluminum atoms onto aluminum atoms, while also superimposing the sodium atoms on other sodium atoms. A discontinuity of the thermal expansion coefficient occurs at a certain temperature when chloride is replaced by sulfate or iodide, and this is thought to happen when the framework becomes fully expanded or when the cation (sodium in natural sodalite) reaches the coordinates (et cetera).

Свойства

Содалит – лёгкий, относительно твёрдый, но хрупкий минерал, названный по содержанию натрия; в минералогии он может классифицироваться как фельдспатоид. Хорошо известный своим синим цветом, содалит также может быть серым, жёлтым, зелёным или розовым и часто имеет пеструю окраску с белыми прожилками или пятнами. Более однородный синий материал используется в ювелирном деле, где из него делают кабошоны и бусины. Менее качественный материал чаще встречается в качестве облицовки или инкрустации в различных областях применения. Хотя содалит несколько похож на лазурит и лазурь, он редко содержит пирит (распространённое включение в лазури), а его синий цвет ближе к традиционному королевскому синему, чем к ультрамарину. Он также отличается от подобных минералов белой (а не синей) чертой. Шесть направлений несовершенного спайности содалита можно увидеть как начинающиеся трещины, проходящие сквозь камень. Большинство образцов содалита флуоресцируют оранжевым цветом под ультрафиолетовым светом, а хакманит проявляет тенёбресценцию.

Хакманит

Хакманит – разновидность содалита, проявляющая тенeбресценцию. Свежедобытый хакманит из Мон-Сен-Илер (Квебек) или Илимаусака (Гренландия) обычно имеет бледно-фиолетовый или насыщенный фиолетовый цвет, но быстро выцветает до серого или зеленовато-белого. В отличие от него, хакманит из Афганистана и Республики Мьянма (Бирма) начинается с кремово-белого цвета, но под воздействием солнечного света приобретает фиолетовый или розово-красный оттенок. Если оставить его в темноте на некоторое время, фиолетовый цвет снова исчезнет. Тенeбресценция ускоряется при использовании длинноволнового или, особенно, коротковолнового ультрафиолетового излучения.

Возникновение

Содалит был впервые описан в 1811 году по образцам из типового местонахождения в комплексе Илимаусак, Нарсак, Западная Гренландия. Более мелкие месторождения встречаются в Южной Америке (Бразилия и Боливия), Португалии, Румынии, Мьянме и России. Хакманит в основном встречается в Мон-Сен-Иларе и Гренландии. Хорошо сформированные, прозрачные кристаллы обнаружены в северной Намибии и в лавах Везувия (Италия). Содалитит – это тип изверженных магматических пород, богатых содалитом. Его интрузивным аналогом является содалитолит.

Синтез

Мезопористая клеточная структура содалита делает его полезным в качестве материала-контейнера для многих анионов. Среди анионов, которые, как известно, включались в материалы на основе структуры содалита, – нитрат, йодид, йодат, перманганат, перхлорат и перренат.