1
KRZEMIANY I GLINOKRZEMIANY PRZESTRZENNE
Krzemiany przestrzenne (szkieletowe) charakteryzują się najwyŜszym (trójwymiarowym) stopniem kondensacji
anionów [SiO
4
]
4-
. Z krystalochemicznego punktu widzenia krzemianami przestrzennymi są minerały grupy SiO
2
(kwarc,
trydymit, cristobalit, ...), chociaŜ chemicznie są to tlenki krzemu. W klasie tej, podobnie jak w innych krzemianach silnie
skondensowanych, część tetraedrów [SiO
4
]
4-
moŜe być podstawiona przez [A1O
4
]
5-
. Takimi typowymi glinokrzemianami
przestrzennymi są: skaleń potasowy K[AlSi
3
O
8
], sodowy Na[AlSi
3
O
8
] i wapniowy Ca[Al2Si
2
O
8
].
DuŜe znaczenie krzemianów i glinokrzemianów przestrzennych jako minerałów skałotwórczych oraz surowców
mineralnych, liczebność oraz moŜność wyodrębnienia grup róŜniących się swoistymi cechami skłania do podziału ich na
cztery grupy:
Grupa 1. Minerały grupy SiO2
Grupa 2. Skalenie i minerały pokrewne
Grupa 3. Glinokrzemiany przestrzenne inne poza skaleniami i zeolitami
Grupa 4. Zeolity
Grupa 1 -
MINERAŁY GRUPY SiO
2
Minerały grupy SiO
2
tworzą liczne odmiany polimorficzne, wśród których moŜna wyróŜnić trzy główne: kwarc,
trydymit i cristobalit. Znane są w modyfikacjach wysoko- i niskotemperaturowych.
W skorupie ziemskiej występują: kwarc, trydymit i cristobalit oraz melanoflogit. Na drodze syntetycznej otrzymano
keatyt. Podobnie coesyt i stiszowit, które napotkano równieŜ w przyrodzie. Zaliczono tu takŜe lechatelieryt (rodzime szkło
kwarcowe) i opal SiO
2- ·
nH
2
O, który jest zestarzałym, częściowo przekrystalizowanym Ŝelem krzemionkowym.
Polimorfy i politypy SiO
2
mają duŜe znaczenie praktyczne w przemyśle ceramicznym.
WyróŜniamy następujące minerały i substancje mineralne grupy SiO
2
:
Kwarc-ß - trwały < 573
°C.
Kwarc-α - trwały w interwale 573-870
°C; powyŜej 870cC metastabilny.
Melanoflogit - krystalizuje w niskich temperaturach.
Trydymit-β" - istnieje < 117
°C.
Trydymit-β' - istnieje w interwale temperatur 117-163
°C.
Trydymit-α - istnieje w interwale temperatur 870-1470
°C; powyŜej 1470°C metastabilny;
Cristobalit-ß - istnieje w interwale temperatur 200-275
°C; metastabilny.
Cristobalit-α - stabilny powyŜej 1470
°C.
"Keatyt" - tworzy się w warunkach duŜego ciśnienia w interwale temperatur 380÷585
°C, (synt).
Coesyt - krystalizuje w temperaturze 500÷800
°C przy ciśnieniu > 35000 Ba
Stiszowit - podobnie jak coesyt jest minerałem wysokich ciśnień i temperatur (od 1200
°C).
Lechatelieryt - szkliwo SiO2; powstaje przez szybkie ochłodzenie stopionego SiO2; metastabilne < 1713
°C.
Ryc.1 Diagramy mają charakter orientacyjny. Proszę porównać z wykładami.
2
Kwarc β - (kwarc)
Kwarc (kwarc niskotemperaturowy, kwarc-β) krystalizuje w temperaturach niŜszych od 573
°C, bądź teŜ powstaje jako
pseudomorfoza po kwarcu wysokotemperaturowym (kwarcu-α).
Kwarc-(ß) tworzy kryształy ograniczone licznymi ścianami. Głównymi postaciami najczęściej są: słup heksagonalny,
romboedry oraz trapezoedry, a niekiedy takŜe bipiramidy (ryc. 165). Znane są postacie prawe i lewe (ryc. 165a-b) gdyŜ klasa
trapezoedru trygonalnego dopuszcza tworzenie się postaci enancjomorficznych. Ściany słupa bywają poziomo zbruŜdŜone.
Bezbarwne i dobrze wykształcone kryształy kwarcu są określane nazwą kryształ górski. Niezbliźniaczone kryształy kwarcu
rzadko występują w przyrodzie.
Znane są liczne formy skupień kwarcu: ziarniste, zbite (chalcedon), a takŜe
naskorupienia oraz inkrustacje tkanek roślinnych.
Odmiany zabarwione noszą odrębne tradycyjne nazwy:
fioletowy - ametyst,
róŜowy - kwarc róŜowy,
Ŝółty - cytryn,
ciemnobrunatny - kwarc dymny lub zadymiony,
czarny - morion.
Swoiste zabarwienie kwarcu powodują teŜ wrostki niektórych minerałów, np.
azbestu - kocie oko,
aktynolitu - praz, prazem,
krokidolitu - tygrysie oko,
Ŝółtych lub zielonkawych mik - aventuryn, kwarc aventurynowy
(patrz skaleń aventurynowy),
igiełki rutylu - włosy Venus),
kropelki cieczy - kwarc mleczny i in.
Wyst. Jeden z głównych, obok skaleni, szeroko rozpowszechniony minerał skałotwórczy. W duŜych ilościach występuje w
odmianach skał magmowych przesyconych krzemionką, np. w granitach, ryolitach. W skałach wylewnych częste bywają
pseudomorfozy po kwarcu wysokotemperaturowym. Pospolity składnik pegmatytów, utworów pneumatolitycznych i
hydrotermalnych, czasem samodzielnie tworzy Ŝyły (kwarc Ŝyłowy), eksploatowany na potrzeby ceramiki, hutnictwa i in.
Składnik wielu skał osadowych w postaci ziarn dostarczonych z produktów wietrzenia starszych skał (piaski, piaskowce,
arkozy itp.) lub jako składnik skrystalizowany na miejscu powstania skały, tworzący niekiedy obwódki regeneracyjne wokół
ziarn okruchowych kwarcu allogenicznego. Rozpowszechniony takŜe w skałach metamorficznych. Znane są niemal
jednomineralne skały kwarcowe - kwarcyty, których powstanie wiąŜe się na ogół z metamorfizmem piasków kwarcowych.
W Polsce ładnie wykształcone kryształy kwarcu - kryształu górskiego, występują m.in. w Jegłowej koło Strzelina;
ametysty są znane z okolic Złotoryi, koło Kłodzka oraz z Rudna, Regulic i Poręby koło Krzeszowic.
Piezokwarc jest odmianą kwarcu (kryształu górskiego), która wykazuje własności piezoelektryczne w stopniu
kwalifikującym do budowy urządzeń do generowania ultradźwięków.
Zastosowanie: Kryształ górski jest stosowany do wyrobu części aparatury pomiarowej, wykorzystującej takŜe zjawiska piro- i
piezoelektryczności. Jest surowcem uŜywanym do hodowli syntetycznego kwarcu pokrywającego powaŜną część
zapotrzebowania na kryształ górski.
Kwarc Ŝyłowy, takŜe pegmatytowy, stanowi surowiec ceramiki szlachetnej (porcelana itp.) i przemysłu Ŝelazostopów.
Skały zbudowane z kwarcu (kwarcyty) to podstawowy surowiec przemysłu krzemionkowych materiałów ogniotrwałych.
Łupki kwarcytowe są naturalnym materiałem ogniotrwałym.
Piaski kwarcowe ubogie w domieszki stanowią podstawowy surowiec przemysłu szklarskiego, takŜe odlewnictwa, a
zasobniejsze w domieszki są wykorzystywane do wyrobu wapienno-piaskowych materiałów budowlanych: betonu, zapraw i
wypraw budowlanych.
Chalcedon
Chalcedon jest skrytokrystaliczną odmianą kwarcu. Jego skupienia zawierają submikroskopowe wrostki wypełnione cieczą.
Tworzy skupienia zbite, naciekowe oraz konkrecje, odznaczające się rozmaitością budowy oraz zabarwienia. Stanowią
kamienie ozdobne.
Odmiany chalcedonu są określane odrębnymi nazwami, np.
zielony - chryzopraz,
ciemnozielony z czerwonymi plamkami - heliotrop,
oliwkowozielona - plazma,
Ŝółty, brunatny lub czerwonobrunatny - karneol (krwawnik),
róŜnobarwny z wstęgami róŜnych odcieni (pierścienie Lieseganga) - agat.
Wyst. Pojawia się w skałach magmowych jako produkt hydrotermalny niskich temperatur; powstaje teŜ w wyniku
przekrystalizowania opalu. Rozpowszechniony składnik skał osadowych, powstający wskutek przekrystalizowania koloidalnej
lub biogenicznej krzemionki. Znane są procesy sylifikacji osadów powodujące nagromadzenia się chalcedonu. W skałach tych
Ryc.2 Kryształy kwarcu:
a i b — ze Strzegomia (G. Rose 1844),
c — z Wałbrzycha (M. Websky 1874),
d—ze Złotego Stoku (G. Rose 1844)
3
tworzy równieŜ konkrecje (krzemienie, czerty) oraz warstwy stanowiące skały określane jako rogowce lub chalcedonity.
Niekiedy stanowi spoiwo skał okruchowych.
W Polsce chalcedon jest rozpowszechniony. Chryzoprazy eksploatowano w Szklarach i Koźmicach koło Ząbkowic Śląskich w
celu przeróbki na kamienie szlachetne, a takŜe jako kamień okładzinowy ścian (kaplica w katedrze na Hradczanach w Pradze
oraz kaplica w zamku Karlśtajn w Czechach). Agaty tworzą m.in. geody w melafirach dolnośląskich, np. w okolicy Złotoryi i
Lwówka. Chalcedon jest składnikiem skał krzemionkowych występujących koło Luboczy i Gapina nad Pilicą. Chalcedonity
występują w Górach Świętokrzyskich, a takŜe znane są z Karpat i innych części Polski. Ładnie zabarwioną odmianę karneolu
(krwawnik) wydobywano w okolicy Wałbrzycha. Czerwone jaspisy znane są z okolic Ząbkowic Śląskich.
Kwarc-α (kwarc wysokotemperaturowy) róŜni się od kwarcu niskotemperaturowego heksagonalną strukturą utworzoną z
pierścieniowo ugrupowanych tetraedrów [SiO
4
]
4-
, które w kierunku c są ułoŜone według linii śrubowej prawo i lewoskrętnej.
Krystalizujący z magmy kwarc-alfa jest heksagonalny. Przy oziębianiu magmy kwarc-alfa przeobraŜa się w temperaturze
573°C w kwarc niskotemperaturowy o symetrii trygonalnej, zachowując swoją pierwotną formę zewnętrzną.
Trydymit (trydymit-ß, trydymit niskotemperaturowy). Występuje w pustkach skał magmowych.
Cristobalit (cristobalit niskotemperaturowy, cristobalit-ß). Występuje w pustkach skał wylewnych.
Stiszowit Dotychczas znane ich występowania związane są z miejscami upadku meteorytów na Ziemię oraz z meteorytami.
Przypuszcza się, Ŝe występują w najniŜszej części skorupy ziemskiej oraz w płaszczu Ziemi.
Lechatelieryt. Szkliwo krzemionkowe. Zawiera nieuporządkowany szkielet zbudowany z tetraedrów [SiO
4
]
4-
. Powstaje
wskutek stopienia piasków kwarcowych w wyniku wyładowań atmosferycznych (fulguryty, piorunowce). Znaleziony w
kraterach meteorytowych.
Opal
Koloidalna krzemionka (SiO
2
·nH
2
O, bezpostaciowa) zawierająca zmienną ilość wody (1-21% H
2
O), oddawanej w sposób
ciągły przy suszeniu. Połączone to jest ze wzrostem gęstości 2,01-2,17 oraz współczynnika załamania światła. ObniŜanie
zawartości H
2
O poniŜej 2% powoduje wzrost podanych wartości. Opal zawiera nieuporządkowany szkielet utworzony z
tetraedrów [SiO
4
]
4-
, w którego pustych przestrzeniach znajdują się drobiny H
2
O. Znane są odmiany opalu, zawierające
elementy wykształcone jako cristobalit (opal cristobalitowy) lub trydymit (opal trydymitowy). Przekrystalizowuje w
chalcedon. Tworzy skupienia naciekowe, naskorupienia, wypełnienia pustek wśród skał, a takŜe spoiwo piaskowców. Niektóre
organizmy (np. okrzemki, promienice) tworzą szkielety z opalu. Znany jako składnik pseudomorfoz i inkrustacji.
Bezbarwny (hialit) lub róŜne zabarwienie, np.
intensywnie czerwony - opal krwisty,
biały - opal mleczny, hydrofan, opal porcelanowy,
zielony - prazopal,
zielony - chryzopraz (częściowo)
niebieskawoszara lub biała okazująca grę barw - opal szlachetny
Wyst. MoŜe tworzyć się w warunkach niskich temperatur jako osad gejzerów i cieplic. Produkt wietrzenia (moŜe
nagromadzać się jako produkt rozkładu krzemianów (niekiedy tworząc pseudomorfozy po nich) lub metasomatozy
skał krzemianowych. Rozpowszechniony składnik skał osadowych, w których największe jego ilości nagromadzają
się w szkieletach okrzemek, promienie lub gąbek. Tworzy konkrecje, a takŜe szkielety przestrzenne (opoki).
Znaczenie. Poza odmianami opalu nadającymi się do szlifowania na kamienie ozdobne i na galanterię kamienną
praktyczne znaczenie mają: ziemia okrzemkowa, produkt jej diagenezy - diatomit, a takŜe opoka lekka, która jest skałą
rezydualną powstałą wskutek wyługowania kalcytu z opoki.
Grupa 2 - SKALENIE I MINERAŁY POKREWNE
Skalenie t
worzą kryształy mieszane.
W strukturze skaleni szczególną rolę odgrywają czteroczłonowe zespoły tetraedrów [SiO
4
]
4-
i [A1O
4
]
5-
, które są powiązane w
szkielet trójwymiarowy. W ich pustych, wnękowatych przestrzeniach obecne są kationy Na
+
, K
+
, Ca
2+
lub Ba
2+
, które
równowaŜą zmiany ładunku wynikające z podstawienia części pozycji Si
4+
przez Al
3+
. RóŜnice między skaleniami są
wynikiem nie tylko pojawienia się odmiennych kationów jedno- czy dwuwartościowych, ale równieŜ odmiennego stopnia
uporządkowania przestrzennego rozmieszczenia Si
4+
i Al
3+
w odmianach wysoko- i niskotemperaturowych. Pierwsze z nich
krystalizują jednoskośnie, a drugie trójskośnie. Podobieństwo strukturalne powoduje, Ŝe kryształy skaleni niewiele róŜnią się
pod względem morfologicznym. Pokrój skaleni w znacznej mierze zaleŜy od warunków krystalizacji. Łupliwość skaleni jest
doskonała i bardzo dobra. W jednoskoskośnych skaleniach potasowych te dwa kierunki łupliwości przecinają się pod kątem
90°, w trójskośnych skaleniach potasowych - pod kątem róŜniącym się o minuty od 90°, a w plagioklazach pod kątem
róŜniącym się o 1-4° od prostego. Stąd nazwy skaleni; ortoklaz - prosto łupiący się i plagioklaz - skośnie łupiący się.
4
Skalenie potasowe.
Skalenie potasowe są składnikami skał magmowych zasobnych w
SiO
2
, np. granitów, ryolitów itp., oraz metamorficznych, np.
gnejsów. Słabiej rozpowszechnione od plagioklazów. Znane są teŜ
ze skał okruchowych.
WyróŜnia się trzy odmiany skaleni potasowych:
1) Sanidyn
K[AISi
3
O
8
]
Wysokotemperaturowa odmiana skalenia-K. Minerał młodych,
niezmienionych skał wulkanicznych (trachitów, ryolitów itp.), w
których tworzy prakryształy i wchodzi w skład ciasta skalnego.
Znany z tufów. Tworzy się teŜ w strefach objętych metamorfizmem
kontaktowym wysokich temperatur (sanidynity). Składnik porwaków skał zatopionych w wulkanitach.
(patrz → kamień księŜycowy)
2) Ortoklaz
K[AISi
3
O
8
]
Jednoskośne kryształy ortoklazu są zbudowane z submikroskopowych elementów (domen) trój- i jednoskośnych, które są
mozaikowo zbliźniaczone podobnie jak kryształy mikroklinu. Granica między ortoklazem i sanidynem jest zwykle ustalona na
podstawie pomiaru stopnia trójskośności lub według kąta osi optycznych. Podobnie teŜ umowna jest granica między
ortoklazem a mikroklinem.
Ortoklazy występują w skałach magmowych, głównie plutonicznych. Często towarzyszą mikroklinowi i albitowi.
Rozpowszechnione.
* Adular jest to odmiana hydrotermalna ortoklazu, którą od innych skaleni-K róŜni głównie pokrój kryształów. Wykazują
swoistą budowę sektorową i pasową złoŜoną z elementów jedno- i trójskośnych. Kryształy jednoskośne wykazują cechy
optyczne ortoklazu lub mikroklinu. Występuje w druzach pegmatytowych granitów strzegomskich.
3) Mikroklin K[AISi
3
O
8
]
Charakterystyczną cechą wyróŜniającą mikroklin jest swoiste zbliźniaczenie siatkowe łatwo dostrzegalne pod mikroskopem.
Mikroklin oraz pertyty mikroklinowe są minerałami skał głębinowych zasobnych w SiO
2
, zwłaszcza syenitów, granitów,
granodiorytów, a takŜe pegmatytów. Często współwystępuje z ortoklazem.
* Amazonit (zielono zabarwiona odmiana mikroklinu) występuje w druzach pegmatytowych granitów strzegomskich i
strzelińskich.
Anortoklaz Na,K[AlSi
3
O
8
] Częściowo jest mieszaniną subtelnych indywiduów skaleni-Na i -K. Zwykle zawiera teŜ nieco
skalenia-Ca. W jego budowie udział biorą domeny analbitu i sanidynu tworząc swoiście wykształcone kryptopertyty. Stąd teŜ
wynika duŜa zmienność jego cech optycznych. Minerał wulkanitów zasobnych w alkalia, np. trachitów i fonolitów.
* Kamień księŜycowy jest odmianą sanidynu lub plagioklazów zasobnych w człon albitowy. Swoista biaława barwa jest
wynikiem odmieszania się drugiej fazy skaleniowej. Eksploatowany na Cejlonie jako kamień ozdobny.
Skalenie-K są najodporniejsze na wietrzenie ze wszystkich skaleni. Występują w skałach osadowych np. w arkozach, w
których stanowią 20-30% wag. masy.
Skalenie i minerały pokrewne
Skalenie potasowe:
Sanidyn
Ortoklaz
Mikroklin
K[AlSi
3
O
s
]
K[A1SI
3
O
8
]
K[AlSi
3
O
8
]
Skalenie sodowo-wapniowe (plagioklazy):
Albit (Ab)
Na[AlSi
3
O
8
]
Oligoklaz
Andezyn
Labrador
Bytownit
Anortyt (An)
Ca[Al
2
Si
2
O
8
]
Ab
100-90
An
0-10
Ab
90-70
An
10-30
Ab
70-50
An
30-50
Ab
50-30
An
50-70
Ab
30-10
An
70-90
Ab
10-0
An
90-100
Skalenie barowe:
Celsjan (Cn)
Hyalofan
Paracelsjan
Ba[Al
2
Si
2
O
8
]
(K,Ba)[Al(Al,Si)Si
2
O
8
]
Ba[Al
2
Si
2
O
g
]
Tab.1 klasyfikacja i skład chemiczny skaleni
Ryc.3 Skład chemiczny skaleni
Ryc.4 Nazewnictwo skaleni-K i plagioklazów
5
Plagioklazy (skalenie sodowo-wapniowe) (patrz Tab.1) są kryształami mieszanymi utworzonymi przez albit Na[AlSi
3
O
8
] i
anortyt Ca[Al
2
Si
2
O
8
]. Zwykle zawierają niewielką domieszkę skalenia potasowego K[AlSi
3
O
8
] i nieco skalenia barowego
Ba[Al
2
Si
2
O
8
]. W wyŜszych temperaturach szereg izomorficzny Na[AlSi
3
O
8
] - Ca[Al
2
Si
2
O
8
] jest ciągły. Jego przedstawiciele
zawierający 100-10% cząsteczki Ab mają strukturę taką jak albit wysokotemperaturowy. W niskiej temperaturze szereg ten nie
jest ciągły. Ogólnie przyjęty podział plagioklazów na sześć członów nie jest zgodny z wynikami badań ich struktury. Powstał
w tym okresie gdy uznawano, Ŝe plagioklazy stanowią ciągły szereg izomorficzny Na[AlSi3O8] - Ca[Al2Si2O8].
Występowanie plagioklazów strukturalnie nieuporządkowanych moŜliwe jest w młodych skałach wulkanicznych,
wśród których tworzą prakryształy oraz składniki ciasta skalnego. Plagioklazy wykazują zaleŜność składu chemicznego od
przebiegu dyferencjacji magmy. Im magma jest bogatsza w SiO
2
, tym plagioklaz zasobniejszy jest w człon albitowy.
Plagioklazy przewaŜnie występują w postaci nieforemnych ziarn w skałach magmowych i metamorficznych oraz w
produktach działalności hydrotermalnej. Są głównymi składnikami niektórych skał magmowych, np. anortozytów lub
labradorytów, a takŜe rozpowszechnionymi składnikami skał metamorficznych, np. gnejsów, łupków krystalicznych.
Odporniejsze na wietrzenie plagioklazy zasobne w cząsteczkę albitową występują w skałach osadowych. W niektórych z nich
krystalizują in situ.
Pertyty, antypertyty występują w granitach, monzonitach i gabrach, a takŜe w granulitach i charnockitach. Jako produkty
metasomatozy znane są takŜe z pegmatytów granitowych, gdzie odpowiadają składem chemicznym plagioklazom
zasobniejszym w Ab.
Albit jest częstym składnikiem pegmatytów i innych utworów hydrotermalnych, takŜe skał metamorficznych zwłaszcza facji
zieleńcowej. Jest jednym z głównych składników spilitów, tj. hydrotermalnie przeobraŜonych bazaltów. Kryształy albitu
występują w druzach pegmatytowych granitów strzegomskich i strzelińskich, okolic Jeleniej i w pegmatytach Gór Sowich.
Oligoklaz jest głównym skaleniem przewaŜającej części gnejsów Gór Sowich. Niekiedy pojawia się w postaci prawidłowo
wykształconych kryształów. Jest składnikiem wielu naszych granitów, np. karkonoskich.
Labrador odznaczają się błękitną migotliwością. Występuje w gabrze w Woliborzu i BoŜkowie koło Nowej Rudy na Dolnym
Śląsku.
Anortyt zawierający więcej niŜ 95% An pojawia się w niektórych odmianach gabr oraz skał wapienno-kontaktowych. Bywa
obecny w anortozytach. DuŜe kryształy anortytu napotkano w szczelinach przecinających gabro w Woliborzu koło Nowej
Rudy, a jego blaszkowe osobniki w bazaltach w Jałowcu koło Lubania. Kryształy i skupienia szczotkowe były wielokrotnie
opisywane z dolnośląskich masywów granitowych i niektórych skał metamorficznych. Zdobią wiele muzeów
mineralogicznych na całym świecie. Dotyczy to zwłaszcza okazów z druz pegmatytowych masywu granitowego Strzegomia i
okolic.
* Aventuryn, skaleń aventurynowy i kamień słoneczny, to plagioklazy wyróŜniające się domieszką łuseczek mik i
hematytu, które po oszlifowaniu nadają im piękną i efektowną złotawomiedzianą błyskotliwość.
Nie naleŜy go utoŜsamiać z awenturynem kwarcowym wykazującym metaliczną błyskotliwość i twardszym od
skaleniowego.
Skalenie barowe
Słabo w przyrodzie rozpowszechniony skaleń barowy Ba[Al
2
Si
2
O
8
] tworzy kryształy mieszane z K[AlSi
3
O
8
]. Człony
zawierające więcej niŜ 90% Ba[Al
2
Si
2
O
8
] są określane nazwą celsjan. Czystego celsjanu dotychczas nie napotkano w
przyrodzie. Bardziej rozpowszechnione są hyalofany, tj. kryształy mieszane szeregu Ba[Al
2
Si
2
O
8
]-K[AlSi
3
O
8
], w których
zawartość Cn na ogół nie przekracza 30% mol. Zwykle zawierają domieszkę Ab. Napotkano takŜe plagioklazy zawierające 10-
20% Cn, gdy jego zawartość przewaŜa nad Ab + An wówczas bywają określane nazwą calciocelsjanu. Kryształy skaleni-Ba są
podobne do osobników sanidynu, adularu czy ortoklazu.
Skalenie barowe znajdowane są w kontaktowo-metamorficznych i polimetamorficznych złoŜach rud manganu, np. w
Jakobsberg (Szwecja), a takŜe w skałach wulkanicznych oraz w druzach wśród dolomitów
Granit pismowy (granit napisowy, kamień hebrajski) to swoiste zorientowane zrosty kwarcu i skalenia. Nazwa pochodzi od
kształtu przekrojów osobników kwarcu widocznych na płaszczyznach łupliwości większych ziarn skalenia. Występują w
jasnych granitach zasobnych w K
2
O, zwłaszcza w pegmatytach, w których ich osobniki osiągają wielkość kilkudziesięciu
centymetrów. Powstają w wyniku wypierania skalenia przez kwarc. Ukształtowanie ich jest takŜe moŜliwe jako wynik
eutektycznej krystalizacji magmy. Skaleniem uczestniczącym w budowie tych zrostów najczęściej jest mikropertyt
mikroklinowy. Znany z pegmatytów dolnośląskich.
6
Cechy skaleni
Twardość skaleni mieści się w granicach 6,0-6,5. Na działanie czynników klimatycznych najbardziej odporne są skalenie
alkaliczne, natomiast plagioklazy rozkładają się coraz łatwiej ze wzrostem An. Najpospolitszym produktem wietrzenia skaleni
są minerały ilaste, a zwłaszcza kaolinit (kaolinityzacja). Wśród produktów takiego wietrzenia plagioklazów zasobnych w An
pojawia się teŜ kalcyt. W warunkach klimatu tropikalnego ze skaleni moŜe powstawać gibbsyt (laterytyzacja). Częstym
produktem oddziaływania roztworów hydrotermalnych na skalenie jest serycyt a takŜe inne minerały ilaste, zwłaszcza kaolinit,
moŜe teŜ dojść do powstania wtórnych zeolitów lub analcymu. W wyniku metasomatozy plagioklazów, pod wpływem
oddziaływania roztworów zasobnych w Na
2
O, następuje ich przebudowa w albit (albityzacja). Znana teŜ jest feldspatyzacja, tj.
przebudowa plagioklazów w skaleń-K. W wyniku przebudowy chemicznej skaleni w warunkach metamorfizmu i
metasomatozy mogą z nich powstać epidoty, zoisyt lub klinozoisyt, a w wyniku oddziaływania czynników
pneumatolitycznych - topaz, miki litowe, turmaliny itp.
Zbliźniaczenia:
Dla skaleni znamienna jest
powszechność zrostów
bliźniaczych według rozmaitych
praw (Ryc.5). Niektóre z nich są
pospolite, występowanie innych
jest ograniczone, a pewne z nich
pojawiają się tylko w skaleniach
trójskośnych.
W plagioklazach i innych
skaleniach trójskośnych) często
występują wielokrotne (polisyntetyczne) bliźniaki albitowe lub peryklinowe. Kryształ taki moŜe składać się z duŜej ilości
cienkich osobników na przemian układających się w taki sposób, Ŝe co drugi z nich ma taką samą orientację optyczną
Występowanie: skalenie stanowią przeszło 50% składników skorupy ziemskiej, a w skałach magmowych przeciętnie
występują w ilości około 60% wag. DuŜe ich ilości występują w pegmatytach, aplitach i skałach Ŝyłowych. Są waŜnymi
składnikami wielu skał metamorficznych. Znaczne ich ilości napotyka się w skałach osadowych, np. arkozy zawierają 20-30%
skaleni.
Skalenie potasowe, a takŜe skały skaleniowo-kwarcowe, są podstawowymi surowcami do produkcji ceramiki szlachetnej
(porcelana, porcelana elektrotechniczna itp.). Niedostatek ich złóŜ powoduje, Ŝe wykorzystywane są równieŜ koncentraty
skaleniowe powstające przy flotacji niektórych rud. Obecnie zaznacza się tendencja do wykorzystywania skaleni alkalicznych
zasobnych w Ab. Skalenie są teŜ wykorzystywane przez przemysł szklarski jako substytut sody.
Grupa 3 -
GLINOKRZEMIANY PRZESTRZENNE INNE POZA SKALENIAMI I ZEOLITAMI
Nefelin
Minerał magmowych skał alkalicznych niedosyconych krzemionką, np. fojaitów (syenitów nefelinowych) i innych, w których
często współwystępuje ze skaleniami potasowymi. W Polsce znany jest z dolnośląskich bazaltów, w których część stanowią
nefelinity, tj. skały, w których dominującym jasnym minerałem jest nefelin.
Szereg sodalitu
Minerały szeregu sodalitu są to glinokrzemiany przestrzenne Na i Ca zawierające anion [AlSiO
4
]
-
oraz dodatkowe Cl
-
, [SO
4
]
2-
lub S
2-
. Struktura ich jest złoŜona z tetraedrów [SiO
4
]
4-
i [A1O
4
]
5-
powiązanych naroŜami w ten sposób, Ŝe w większych
wolnych przestrzeniach mogą mieścić się duŜe aniony, np. Cl
-
(promień 0,187 nm), [SO
4
]
2-
i S
2-
(0,185 nm), a w mniejszych
Na
+
(0,097 nm) lub Ca
2+
(0,099 nm). W ich strukturach stwierdzono obecność pustych kanalików, podobnie jak w zeolitach
ale o małym prześwicie. Sodalit jest minerałem magmowych skał alkalicznych (np. fojaitów) oraz ich pegmatytów, a takŜe
skał wylewnych (np. fonolitów). Znany jako składnik metasomatycznie zmienionych wapieni i innych skał osadowych.
Nosean związany jest z alkalicznymi skałami wylewnymi, np. z fonolitami, gdzie tworzy prakryształy. Występuje np. w
fonolitach Czech.
Lazuryt tworzy skupienia ziarniste i intensywnie niebieskiej, niemal granatowej barwie, rzadziej z odcieniem fioletowym.
Powstaje na kontaktach skał węglanowych, głównie wapieni, z intruzjami magmowymi. Charakterystyczna jest jego
parageneza z pirytem, którego drobne ziarna są rozsiane wśród skupień lazurytu. Od najdawniejszych czasów jest
eksploatowany w Badaszchan (Afganistan) jako kamień ozdobny i ultramaryna rodzima.
Leucyt - Minerał skał wulkanicznych szybko ochładzanych. W przypadku powolniejszego oziębiania jest zastępowany przez
pseudoleucyt, tj. mieszaninę skalenia potasowego i nefelinu. Znane są lawy leucytowe i leucytyty rozpowszechnione w
okolicach Wezuwiusza (Włochy), Laacher See (Niemcy).
Ryc. 5
7
Grupa 4 - ZEOLITY – (Analcym, Heulandyt, Natrolit, Mesolit, Phillipsyt, Stilbit)
Zeolity to krystaliczne, uwodnione glinokrzemiany metali grup I i II układu okresowego (Na, K, Mg, Ca, Sr, Ba), których
cechą szczególną jest występowanie drobnych „kanałów”. Rozmiar wspomnianych kanałów waha się w granicach 0,3-1 nm i
zaleŜy od rodzaju struktury zeolitu.
Charakterystyczną właściwością zeolitów jest ujawniająca się w trakcie ogrzewania ich do temperatury 400
°C zdolność
oddawania wody w sposób ciągły bez zmiany kształtu kryształu lub ziarna i przyjmowania jej z powrotem podczas
ochładzania w środowisku wilgotnym (woda zeolitowa). Jest to następstwem obecności pustych kanalików w ich strukturach,
w które mogą wnikać drobiny wody, odpowiedniej wielkości drobiny substancji organicznych itp. MoŜna teŜ wprowadzać w
nie atomy pierwiastków i nadawać im w ten sposób cechy nośników katalizatorów, a takŜe wykorzystywać je jako sita
molekularne do selekcjonowania róŜnego rodzaju substancji.
Puste kanalikowate przestrzenie istnieją równieŜ w innych minerałach, np. znane są u przedstawicieli minerałów grupy
sodalitu, ale mają zbyt mały prześwit.
Zeolitami są równieŜ berylokrzemiany i glinofosforokrzemiany o strukturach wykazujących obecność kanalików większych od
2,5 Å (1 Angstrem = 10
-10
m) .
Zeolity powstają w strefie objętej procesami hydrotermalnymi i w strefie hipergenicznej. Na obszarach ich masowego
występowania, np. w Japonii czy Nowej Zelandii, moŜna dostrzec strefowy rozwój zeolityzacji starszych skał zróŜnicowany w
zaleŜności od temperatury w jakiej przebiegał ten proces. Niekiedy tworzą paragenezy z epidotem, prehnitem i pumpellyitem.
Zeolity są surowcami mineralnymi wykorzystywanymi w szerokim zakresie nowoczesnych technologii, np. jako środek
odwadniający freon, do oczyszczania wody, nośnik detergentów i katalizatorów, w przemyśle papierniczym, jako sita
molekularne, w gazyfikacji węgla i w przemyśle chemicznym, takŜe przy pozyskiwaniu metali sposobami biochemicznymi, w
gospodarce energią słoneczną i in. W skali przemysłowej jest wytwarzany szeroki asortyment zeolitów syntetycznych
określanych symbolami i nazwami prawnie zastrzeŜonymi.
Zastosowanie zeolitów
Sita molekularne ze względu na swoje interesujące właściwości znalazły olbrzymie zastosowanie w róŜnych
gałęziach przemysłu chemicznego jak równieŜ wykorzystywane są w innych dziedzinach takich jak:
mikroelektronika, optyka, medycyna i rolnictwo. Spośród właściwości fizyko-chemicznych sit molekularnych,
które warunkują szeroki zakres zastosowań naleŜy wymienić ich wysoką pojemność adsorpcyjną, zdolność
molekularno-sitową, znaczną selektywność i pojemność jonowymienną oraz odporność na działanie kwasów i
podwyŜszonej temperatury. Rozwinięta powierzchnia wewnętrzna posiada wiele rodzajów miejsc aktywnych o
róŜnej mocy w zaleŜności od modyfikacji. Materiały o tak duŜych moŜliwościach modyfikacji powierzchni jak i
właściwości fizyko-chemicznych są bardzo atrakcyjne w katalizie.
Sita molekularne stosowane są głównie jako:
•
Adsorbenty
Właściwości adsorpcyjne sit są szeroko wykorzystywane w przemyśle do dokładnego osuszania i oczyszczania
gazów i cieczy technologicznych w celu polepszenia jakości surowca i produktów finalnych (np. krzemionka,
tlenek glinu, zeolity). Stosuje się je do rozdziału węglowodorów o łańcuchach prostych i rozgałęzionych, a takŜe
do rozdziału gazów.
•
Wymieniacze jonowe
Intensywne stosowanie zeolitów w róŜnych dziedzinach nauki i w praktyce w duŜym stopniu wynika z ich
właściwości jonowymiennych (zawarte w strukturze jony sodu, a niekiedy potasu i wapnia) są zdolne do łatwej
wymiany. Określenie pojemności jonowymiennej i selektywności jest waŜnym zadaniem przy rozwiązywaniu
technologicznych problemów wyodrębniania, rozdzielania i zatęŜania jonów. Dlatego teŜ materiały te mają
zastosowanie jako doskonałe wymieniacze jonowe. Wykorzystywane są jako dodatek do środków piorących jako
czynniki zmiękczające wodę (usuwają z niej kationy Ca2+, Mg2+ odpowiedzialne za twardość wody) i są
nieszkodliwe dla środowiska w przeciwieństwie do stosowanych dotychczas fosforanów. Właśnie w tym celu
wykorzystywana jest największa ilość produkowanych zeolitów (ok. 67%). Zeolity mogą być równieŜ stosowane
do oczyszczania ścieków zawierających metale cięŜkie jak i do usuwania promieniotwórczych izotopów.
•
Katalizatory
Na całym świecie szeroko stosuje się zeolity jako katalizatory w przemyśle petrochemicznym przy prowadzeniu
reakcji krakingu, hydrokrakingu, izomeryzacji. Zeolity są katalizatorami produkowanymi w największej ilości.
Katalizatory te wykazują bardzo wysoką aktywność, dobrą selektywność, trwałość i zdolność do wielokrotnej
regeneracji. MoŜna je wykorzystać w wielu procesach o potencjalnym znaczeniu praktycznym np. proces MTG
8
(Methanol To Gasoline). Innym zastosowaniem jest równieŜ proces alkilowania benzenu do etylobenzenu oraz
reakcja dysproporcjonowania toluenu. Poza stosowanymi procesami petrochemicznymi liczne badania wskazują
na wszechstronne moŜliwości zastosowania katalizatorów w wielu innych reakcjach.
Inne zastosowania sit molekularnych:
przemysł gumowy: stabilizator aktywności wulkanizacji i wypełniacze
wzbogacanie powietrza w tlen w samolotach
uzdatnianie wody
efektywne wykorzystanie energii słonecznej w instalacjach chłodniczych i grzewczych, a w szczególności do
ogrzewania lub klimatyzacji powietrza w zamkniętych pomieszczeniach
dodatki do pasz
dodatki do nawozów jako czynniki o dobrych zdolnościach jonowymiennych, zatrzymujacych i odpornych na
działanie kwasów, pozwalających na dłuŜsze zatrzymanie wody i składników mineralnych w glebie
deodoryzacja
ochrona środowiska (pochłanianie tetraetyloołowiu)
Analcym
Kryształy analcymu mają postać 24-ścianów deltoidowych lub ich kombinacji z sześcianem. W skałach magmowych
występuje zwykle w postaci nieforemnych ziarn wypełniających wolne przestrzenie między innymi minerałami.
Barwa - bezbarwny, białawy, róŜowawy lub zielonkawy. Połysk tłustawy. Łupliwość niewyraźna. Zbliźniaczenia lamelkowe.
Występowanie: minerał utworów hydrotermalnych niskich temperatur oraz skał utworzonych w późnym stadium krystalizacji
magmy zasobnej w H2O. Jest głównym składnikiem cieszynitów i skał pokrewnych. Powstaje w nich równieŜ jako minerał
wtórny w wyniku przeobraŜenia skaleni (analcymizacja).
Często występuje w skałach magmowych niedosyconych krzemionką. Niekiedy niemal samodzielnie tworzy skały
(analcymity). Jego kryształy i szczotki krystaliczne występują w próŜniach law bazaltowych i pokrewnych, gdzie towarzyszy
zeolitom, prehnitowi, kalcytowi.
Heulandyt (!)
Kryształy spłaszczone według, często okazują pokrój rombowy. Barwa – czerwonawy, róŜowawy, bezbarwny, biały, Ŝółtawy
lub w innych odcieniach. Połysk perłowy, szklisty. Łupliwość dobra. Skupienia zbite. Występuje w pustkach w bazaltach i
andezytach, najczęściej w towarzystwie innych zeolitów. Produkt hydrotermalnego przeobraŜenia szkliwa magmowego.
Autigeniczny heulandyt znaleziono równieŜ w piaskowcach mioceńskich Kalifornii. Znany z druz w skarnach, gdzie
współwystępuje wraz z granatami, a takŜe z gnejsów mikowych. W Polsce znany z pustek w bazaltach dolnośląskich.
Natrolit
Tworzy kryształy i skupienia słupkowe, igiełkowe lub włókniste. Od ich charakterystycznego wyglądu wyprowadzono nazwę
zeolity włókniste. Poprzeczne przekroje zbliŜone do kwadratów. Barwa - bezbarwny, szarawy, Ŝółtawy. Połysk szklisty,
jedwabisty. Doskonała łupliwość. W Polsce natrolit występuje w bazaltach Śląska Opolskiego (Góra Św. Anny, Walidrogi) i
Dolnego Śląska (Strzegom, Złotoryja i in.).
Mesolit
Kryształy o pokroju pręcikowym lub włóknistym wydłuŜone według osi Y. Skupienia pręcikowe i włókniste niekiedy
zawierające inne zeolity włókniste. Barwa - bezbarwny, biały, szary, Ŝółtawy. łupliwość dokładna. Często występuje w
pustkach w bazaltach.
Phillipsyt
Kryształy wydłuŜone według osi Z. Skupienia sferolitowe i włókniste. Charakterystyczne krzyŜowe bliźniaki. Nieodporny na
działanie kwasów (!). Występuje w pustych przestrzeniach bazaltów i innych skał wylewnych, zwykle w paragenezie z innymi
zeolitami. Produkt działalności hydrotermalnej. Składnik iłów czerwonych oraz innych głębokomorskich osadów oceanów.
Prawdopodobnie jako produkt podmorskiego przeobraŜenia szkliwa magmowego. Występuje w bazaltach
na Śląsku Opolskim (Góra Św. Anny i in.) i na Dolnym Śląsku.
Stilbit
Kryształy blaszkowe spłaszczone. Skupienia snopkowe i sferolitowe, a takŜe blaszkowe. Barwa – biały, Ŝółtawy, bezbarwny.
połysk szklisty, perłowy, jedwabisty. Łupliwość dokładna i niewyraźna. Zbliźniaczenia pospolite.
Na podstawie "mineralogia szczegółowa" A.Bolewski, A.Manecki, wyd. PAE 1993