Xem mẫu
- Chương 6. Hóa học tinh thể của một số
khoáng vật tạo đá
Trịnh Hân
Ngụy Tuyết Nhung
Cơ sở hóa học tinh thể
NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2006.
Tr 189 – 290.
Từ khoá: Khoáng vật tạo đá, OLIVIN, GRANAT, silicat, nhôm, BIOPYRIBOL,
PYROXEN, MICA, YROPHYLLIT-TALC, khoáng vật set.
Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục
đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục
vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả.
Mục lục
Chương 6 HÓA HỌC TINH THỂ CỦA MỘT SỐ KHOÁNG VẬT TẠO ĐÁ .......3
6.1. OLIVIN.......................................................................................................3
6.1.1 Cấu trúc tinh thể ......................................................................................3
6.1.2 Đặc điểm hoá học....................................................................................5
6.2. GRANAT ....................................................................................................8
6.2.1. Cấu trúc tinh thể ......................................................................................8
6.2.2. Đặc điểm hoá học....................................................................................9
6.3. NHÓM SILICAT NHÔM Al2SiO5 ...........................................................14
6.3.1. Silimanit AlIVAlVISiO4O ....................................................................15
6.3.2. Andalusit AlVAlVISiO4O .......................................................................15
6.3.3. Disten AlVIAlVISiO4O ...........................................................................16
6.4. SILICAT ĐẢO VÒNG..............................................................................17
6.4.1. Beryl Al2Be3Si6O18 ...............................................................................17
- 210
6.4.2. Cordierit (Mg,Fe)2Al4Si5O18.nH2O ........................................................19
6.4.3. Tourmalin
(Na,Ca)(Mg,Fe,Mn,Li,Al)3(Al,Mg,Fe3+)6[Si6O18](BO3)(O,OH)3(OH,F).................20
6.5. BIOPYRIBOL...........................................................................................22
6.5.1. Tương quan hóa học tinh thể mica–pyroxen–amphibol..........................22
6.5.2. Một số khoáng vật biopyribol................................................................25
6.6. PYROXEN................................................................................................25
6.6.1. Cấu trúc tinh thể ....................................................................................26
6.6.2. Đặc điểm hoá học..................................................................................30
6.7. AMPHIBOL..............................................................................................34
6.7.1. Cấu trúc tinh thể ....................................................................................35
6.7.2. Đặc điểm hoá học..................................................................................35
6.8. MICA X2Y4–6Z8O20(OH,F)4.................................................................42
6.8.1. Cấu trúc tinh thể ....................................................................................42
6.8.2. Muscovit ...............................................................................................47
6.8.3. Phlogopit - biotit ...................................................................................49
6.9. PYROPHYLLIT-TALC ............................................................................52
6.9.1. Pyrophyllit ............................................................................................53
6.9.2. Talc.......................................................................................................53
6.10. KHOÁNG VẬT SÉT.................................................................................55
6.10.1. Kaolinit ............................................................................................58
6.10.2. Illit ...................................................................................................60
6.10.3. Smectit .............................................................................................63
6.10.4. Vermiculit ........................................................................................66
6.11. FELDSPAT ...............................................................................................71
6.11.1. Đặc điểm cấu trúc.............................................................................71
6.11.2. Đặc điểm hoá học .............................................................................76
6.11.3. Song tinh của feldspat.......................................................................79
6.12. THẠCH ANH, TRIDYMIT VÀ CRISTOBALIT (SiO2)...........................82
6.12.1. Cấu trúc tinh thể ...............................................................................83
6.12.2. Đặc điểm hoá học .............................................................................84
6.13. MỘT SỐ KHOÁNG VẬT TẠO ĐÁ KHÁC..............................................85
6.13.1. Calcit................................................................................................85
6.13.2. Aragonit ...........................................................................................86
6.13.3. Barit .................................................................................................87
6.13.4. Apatit ...............................................................................................88
- Corindon α-Al2O3 ...........................................................................89
6.13.5.
6.13.6. Spinel ...............................................................................................92
- 3
Chương 6
HÓA HỌC TINH THỂ CỦA MỘT SỐ KHOÁNG
VẬT TẠO ĐÁ
6.1. OLIVIN
(+) (−)
Hệ trực thoi (Mg,Fe)SiO4
forsterit Mg2SiO4 fayalit Fe2SiO4
ễ mạng a = 4,75Å; b = 10,20Å a = 4,82Å; b = 10,48Å; c = 6,09Å
c = 5,98Å
Z=4 Z=4
Nhúm kh. gian Pbnm Pbnm
Định hướng Np = y; Nm = z; Ng = x Np = y; Nm = z; Ng = x
Mặt trục quang (001) (001)
dhkl chớnh, Å 4,29 (10); 2,41 (8); 1,498 (7) 2,24 (7); 1,734 (8);
Olivin (Mg,Fe)2SiO4 là nhúm nesosilicat
phổ biến, nhất là trong đá magma nhiệt độ cao.
Nguyên tử oxy trong nesosilicat xếp chặt theo
luật sáu phương …ABABAB… theo hướng
[100]; khiến cho olivin có tỉ trọng và độ cứng
tương đối cao, và có cát khai (010) và (100).
Mặc dầu trong silicat nói chung, việc ion nhôm
thay thế ion silic xảy ra phổ biến và dễ dàng,
lượng thay thế này trong nesosilicat là thấp.
(Mg,Fe)–olivin cú dung dịch cứng hoàn
toàn giữa Mg2SiO4 (forsterit) và Fe2SiO4
(fayalit). Đại lượng d130 có thể dùng để xác định
thành phần trong loạt đồng hỡnh này (hỡnh 6.4).
Một dóy đồng hỡnh liờn tục tương tự cũng quan
sát được trong (Fe,Mn)– olivin. Thành phần của
hầu hết các olivin (hỡnh 6.1) biểu diễn trờn hệ
CaO–MgO–FeO–H2O. Loạt dung dịch cứng phổ
biến nhất của hệ này là Fo–Fa. Tương đối hiếm là olivin thuộc cỏc loạt monticelit–kirschteinit
và fayalit–tephroit Mn2SiO4.
6.1.1 Cấu trúc tinh thể
Cơ sở của cấu trúc là luật xếp cầu sáu phương của anion oxy thành lớp theo (100). Các tứ
diện SiO4 không trùng hợp nhau, cấu trúc cho thấy chúng hướng đỉnh về hai phía đối nhau dọc
theo [010] và nối với nhau bằng cation trung gian phối trí bát diện. Cấu trúc của olivin chủ yếu
phụ thuộc vào kích thước và hoá trị của cation trung gian này (hình 6.2). Để so sánh có thể
xem cấu trúc spinel (trang 104 và 105).
- 4
(Mg,Fe)–olivin có dung dịch cứng hoàn toàn giữa Mg2SiO4 (forsterit) và Fe2SiO4
(fayalit). Một dãy đồng hình liên tục tương tự cũng quan sát được trong (Fe,Mn)– olivin. Thành
phần của hầu hết các olivin biểu diễn (hình 6.1) trên hệ CaO–MgO–FeO–H2O. Loạt dung
dịch cứng phổ biến nhất của hệ này là Fo–Fa. Tương đố i hiếm là olivin thuộc các loạt
monticelit–kirschteinit và fayalit–tephroit Mn2SiO4.
Sự phân bố của Fe2+ và Mg2+ trong vị trí M1 và M2 tuân theo một độ trật tự biến đổ i, với
một nghịch lí là cation sắt lớn nằm nhiều hơn tại bát diện M1 nhỏ. Các bát diện này gắn vớ i
nhau qua cạnh, khiến khoảng cách caion – cation co rút; xuất hiện lực đẩy giữa chúng. Đố i
ứng, cạnh chung của các bát diện này trở nên ngắn lại, nơi đây thu hút thêm điện tích âm, gây
biến dạng các đa diện (theo Papike J.J. và Cameron M., 1976, xem quy tắc Pauling, 4.2.1).
Trong olivin calci, tức là monticelit CaMgSiO4, calci chiếm vị trí M2 và magnesi chiếm M1.
Hình 6.2
Cấu trúc tinh thể của olivin
Tại vùng áp suất tăng cao, olivin tiếp nhận cấu trúc chặt hơn của spinel. Nhiệt độ 1000°C
và áp suất khoảng 140 kbar, ứng với độ sâu 300 đến 400 km, xảy ra biến đổi của Mg2SiO4
sang cấu trúc loại spinel β. Từ pha β sang pha γ là biến đổ i xảy ra ở khoảng 170 kbar và ở
cùng nhiệt độ như trên. Trong khoảng độ sâu từ ∼250 đến 670km, các silicat tiếp nhận cấu trúc
với phố i trí bát diện của một phần silic. Các phản ứng xảy ra trong đới chuyển tiếp của manti
có thể như sau:٭
MgVI SiIV O3 → MgVI 2 SiIV O4 + SiVI O2
enstatit olivin stishovit
MgVI2 SiIV O4 (olivin) → MgVI Si2O4 (spinel)
Năm 1969 người ta đã thấy olivin (ringwoodit) có cấu trúc loại spinel trên mảnh thiên
thạch. Trước đó phòng thí nghiệm của A.E. Ringwood, Trường ĐHQG Australia, Canberra,
đã tổng hợp thành công olivin ấy với thành phần (Fe0,7Mg0,3)2SiO4. Biến đổ i pha từ α sang β
giới hạn ở phạm vi thành phần với t ỉ lệ Mg/(Mg+Fe) > 0,85. Tác dụng của áp suất cao đố i
với các dung dịch cứng olivin giàu sắt hơn thể hiện trên hình 6.3.
٭
Chữ số La Mã chỉ số phối trí của ion đứng trước. Stishovit có cấu trúc loại rutil,
xem 4.3.2. Về spinel xem 6.13.6.
- 5
6.1.2 Đặc điểm hoá học
Hình 6.3 Hình 6.4
Sơ đồ chuyển pha olivin–spinel Tương quan của khoảng cách mặt mạng d130 và
trong hệ Mg2SiO4 – Fe2SiO4 ở nhiệt thành phần trong dãy đồng hình forsterit–fayalit
o o
độ 800 C và 1200 C (theo Akimoto,
S. et al, 1971)
Thành phần của olivin biến đổ i từ Mg2SiO4 (forsterit) sang Fe2SiO4 (fayalit) có sự trao
đổi liên tục giữa Mg2+ và Fe2+ (bảng 6.1 và hình 6.1) trong cấu trúc. Tên các khoáng vật
fayalit và forsterit lần lượt ứng với thành phần Fo0−10 và Fo90−100. Trung gian là các
khoáng vật ferohortonolit Fo10−30, hortonolit Fo30−50, hialosiderit Fo50−70, chrysolit
Fo70−90. Riêng olivin lấy từ lamproit Lai Châu (bảng 6.2), thì tên chrysolit của nó đã xác
định bằng thành phần hoá học, hoàn toàn phù hợp các biến thể cùng loại của một số lamproit
điển hình (West Kimberley, Leucit–Hills, Murcia–Almeria) chọn để đố i sánh. Trong một số
mẫu, olivin chiếm đến 25% thành phần khoáng vật (gồm olivin, diopsit, phlogopit và sanidin
là thành tố chính).
Bảng 6.1
Số liệu phân tích hoá của olivin
Cấu tử 1 2 3 4 5 6
SiO2 41,85 32,47 30,09 31,50 29,27 36,63
TiO2 0,07 0,34 - 0,00 - 0,00
Al2O3 0,00 0.02 0,00 0,04 - 0,07
Fe2O3 - 0,18 - - -
FeO 2,05 53,14 69,42 40,33 1,20 8,59
MnO 0,21 0,73 0,28 26,009 65,23 0,44
MgO 56,17 13,22 0,91 1,59 1,98 19,69
CaO 0,00 0,00 0,08 0,05 2,32 34,17
Tổng 100,35 100,10 100,78 99,66 100,00 99,61
Số ion tính trên 4 oxy
Si 0,988 0,977 1,003 1,038 0,974 0,997
Al 0,000 0,001 0,000 0,001 - 0,002
- 6
Ti 0,001 0,007 - 0,000 - 0,000
3+
Fe - 0.004 - - - -
Mg 1,976 0,602 0,046 0,078 0,098 0,815
Fe2+ 0,040 1,363 1,937 1,112 0,033 0,196
Mn 0,004 0,018 0,008 0,728 1,838 0,010
Ca 0,000 0,000 0,003 0,001 0,083 0,997
∑ (trừ Si) 2,02 2,00 1,99 1,92 2,05 2,02
Thành phần nguyên tố chính ngoài silic
Mg 98,0 30,3 2,3 4,0 5,0 74,9
Fe 2,0 68,7 97,3 58,0 1,7 19,2
Mn 0,0 1,0 0,4 38,0 93,3 0,9
1. Forsterite, serpentine. Douglas Creek. South Irland. New zealand (Cooper, A.F.,1976,
J. Geol. Geophis. New Zealand, 19, 603-23).
2. Hortonolite, ferrodiorite, upper zone a Skaergaard intrusion. East Greenland (Vincent,
E.A.,1964, Amst. Min.,49.805-6).
3. Fayalite, Gunflint Iron Formation. Minnesola- Ontario. USA
(Floran,.R.J. & Papike, J.J., 1978. J. Petr., 19. 215-88).
4. Knebelite, metasomatized limestone. Blue Bell Mine. British Columbia.Canada
(Mossman, D.J. & Pawson, D.J., 1976. Can. Min., 14.479-86).
5. Tephroite, Benallt Mine. Caernarvonshire. Wales. UK (Smith, W.C. etal., 1944.
Min.Mag., 27. 33-46).
6. Monticellite, alnoite. Talnakh. USSR (Nikishov, K.N. et al,. 1978, Abstracts IMA XI
Meeting, Novosibirsk. 56-7).
Một số các tinh thể tự nhiên, nhất là olivin giàu sắt, có phần nhỏ sắt và magnesi bị
mangan và calci thay thế. Nickel và chrom thường có mặt trong olivin giàu magnesi, riêng
chrom thì có trong các phiến mỏng chromit phân rã từ dung dịch cứng. Tương tự, một số Fe3+
cũng thường có mặt trong những hạt nhỏ magnetit mọc xen (xem lại 5.2.4) hoặc liên quan đến
sản phẩm biến đổ i do olivin bị oxy hoá. Một lượng nhỏ calci có trong phần lớn olivin (bình
thường từ 0,0 đến 1,0% CaO). Phosphor gặp trong olivin dưới dạng nguyên tố vết (có thể đạt
400ppm), làm xuất hiện ô trống trong khoang tứ diện bằng thay thế sau: P + ⇔ Si.
Trong chrysolit Lai Châu sự có mặt của hai nguyên tố vết calci và nickel cùng sự biến
thiên của chúng liên quan đến hàm lượng các nguyên tố tạo đá chính, nhất là magnesi, là yếu
tố đặc trưng cho olivin của lamproit (Scott, 1979; Jaques et al., Michell, 1986). Khảo sát vi
thám trên một số hạt olivin phân đới (Trần Trọng Hoà và nnk, 1991) cho thấy từ trung tâm ra
rìa hạt MgO giảm độ chứa của nó thì NiO giảm theo, trong khi đó CaO lại tăng hàm lượng. So
sánh giá trị bán kính ion thì thấy nickel là nguyên tố tương thích, dễ dàng đi vào mạng tinh
thể của olivin.
Bảng 6.2
Số liệu hoá phân tích của olivin lấy trong đá lamproit Lai Châu [12]
Cấu tử Nậm Hon Nậm Hon Cốc Pìa Simang Sin Cao Pìn Hồ
- 7
khang
SiO2 41,26 40,68 40,17 40,86 41,54 40,12
FeO 9,10 9,94 13,13 7,93 7,53 13,58
MgO 48,62 48,91 46,55 50,92 50,33 45,68
CaO 0,09 0,08 0,08 0,09 0,06 0,12
NiO 0,28 0,29 0,26 0,32 0,48 0,25
Σ 99,35 99,90 100,19 100,12 99,94 99,75
Số ion tính trên 4 oxy
(do tác giả sách này tính thêm)
Si 1,01 0,99 0,99 0,99 1,00 1,00
Fe 0,18 0,20 0,27 0,16 0,15 0,28
Mg 1,78 1,97 1,72 1,84 I,82 1,70
Ca 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Ni 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Thành phần (%) các cation chính
(do tác giả sách này tính thêm)
fe # 15,77 16,89 12,00 13,47 13,01 22,92
mg # 84,23 83,11 78,00 86,53 86,99 77,08
# fe : FeO / (FeO + MgO + MnO)
mg: MgO / (FeO + MgO + MnO)
(Mg,Fe)–olivin tạo dãy dung dịch cứng liên tục. Việc một ion bán kính lớn thay thế liên
tục cho một ion bán kính nhỏ có tác dụng làm giảm nhiệt độ nóng chảy. Cation sắt có cùng
hoá trị như magnesi, nhưng kích thước lớn hơn, nên nó có liên kết yếu hơn với oxy. Cùng vớ i
việc nó tham gia ngày càng nhiều vào cấu trúc, dung dịch trung gian lần lượt từ Fo sang Fa có
nhiệt độ nóng chảy ngày càng thấp. Như vậy, hạt olivin đầu tiên tách khỏ i thể lỏ ng (với thành
phần cho trước) giàu Mg hơn so với hạt kết tinh muộn. Ion sắt ngày càng nhiều trong thể lỏ ng
còn lại. Nhiệt hoà tan của forsterit và fayalit là hàm tuyến tính của thành phần đương lượng
gam; điều này cho thấy nhiệt thay thế đồng hình bằng không và sự cân bằng nhiệt hoàn hảo
được duy trì trong quá trình sắt thế chân magnesi.
Olivin rất mẫn cảm với biến đổ i nhiệt dịch, với tác dụng phong hoá và biến chất sơ khai.
Sản phẩm của quá trình khá đa dạng, bao gồm serpentin và hỗn hợp của idingsit, bowlingit và
chlorophacid. Idingsit nâu đỏ gồm smectit, chlorit và goethit/hematit. Cơ chế biến đổ i có sự
khuếch tán ion hydro vào cấu trúc olivin. Tại đó, chúng gắn kết nhất thời với ion oxy, khiến
cho Mg, Fe2+ và Si tách khỏ i vị trí của chúng, mở đường cho Fe3+, Al và Ca vào thay thế.
Bowlingit là sản phẩm xanh lục gồm smectit–chlorit cùng với serpentin và một ít talc, mica và
thạch anh. Tương quan giữa idingsit và bowlingit phụ thuộc chủ yếu vào trạng thái oxy hoá
của sắt (sản phẩm xanh lục biến thành sản phẩm nâu đỏ khi bị đốt trong không khí ở 600°C).
Chlorophacid không khác idingsit mấy, nhiều màu hơn, chứa ít Fe3+ và nhiều Fe2+ hơn. Thành
phần của nó có chlorit, smectit, goethit và calcit.
Serpentin hoá là dạng biến đổi rộng rãi nhất của olivin và là quá trình biến chất phổ biến
nhất của các đá giàu olivin (dunit và peridotit). Sản phẩm biến đổi chính, nói riêng của olivin
- 8
giàu Mg, là ba biến thể đa hình của serpentin (lizardit, chrisotil và antigorit), cùng với brucit,
talc và carbonat. Quá trình serpentin hoá có thể biểu diễn bằng các phản ứng:
2Mg2SiO4 + 3H2O → Mg3Si2O5(OH)4 + Mg(OH)2
forsterit serpentin brucit
3Mg2SiO4 + 4H2O + SiO2 → 2Mg3Si2O5(OH)4
Phản ứng ngược đã tiến hành bằng thực nghiệm ở điều kiện nhiệt độ và áp suất lần lượt là
375 và 425°, 2 và 6kbar. Nếu CO2 tham gia phản ứng thì talc và magnesit có thể hình thành:
2Mg3Si2O5(OH)4 + 3CO2 → Mg3Si4O10(OH)2 + 3MgCO3 + 3H2O
và xa hơn, phản ứng serpentin hoá có thể như sau:
6Mg2SiO4 + Mg3Si4O10(OH)2 + 9H2O → 5Mg3Si2O5(OH)4
6.2. GRANAT
Hệ lập phương. Nhóm không gian Ia3d. Z = 8.
dhkl chính của pyrop : 2,89 (8); 2,58 (9); 1,598 (9); 1,542 (10); 1,070 (8).
Khó tan trong HF, trừ hydrogrosular.
Khoáng vật nhóm granat rất đặc trưng cho đá biến chất, nhưng cũng bắt gặp trong một số
đá magma và trong vụn trầm tích.
6.2.1. Cấu trúc tinh thể
Ô mạng cơ sở của granat chứa tám đơn vị công thức X3 Y2 Z3 O12.
Công thức hóa học a(Å)
Pyrop Mg3Al2Si3O12 11,459
Almandin Fe3Al2Si3O12 11,526
Spesartin Mn3Al2Si3O12 11,621
Grosular Ca3Al2Si3O12 11,851
Andradit Ca3 Fe2Si3O12 11,996
Uvarovit Ca3Cr2Si3O12 11,996
11,85 ÷ 12,16
Hydrogrosular Ca3Al2 Si2O8(SiO4)1–m(OH)4m
Cấu trúc tinh thể gồm các tứ diện ZO4 và các bát diện YO6 xen kẽ, nố i với nhau qua đỉnh
tạo nên khung đẳng thước (hình 6.5). Bên trong có các hình phố i trí dạng lập phương XO8.
Hình này có thể mô tả là gồ m 12 mặt tam giác. Độ dài a của cạnh ô mạng là một trong đặc số
giúp xác định tên của khoáng vật granat:
a(Å) = 9,04 + 1,61r(X) + 1,89r(Y)
trong đó r(Y) và r(Y) là bán kính trung bình của cation X và Y.
- 9
Granat bộc lộ năng lực kết tinh
mạnh. Dạng quen thường gặp nhất
là khố i mười hai mặt thoi (hình 6.6,
phía trên). Phía phải là hình ghép
giữa nó và hình tám mặt ba tứ giác
(bên trái). Hình cho thấy quan hệ
giữa hình thái tinh thể granat và
thành phần của chúng. Phần lớn
các granat sinh ra từ quá trình biến
chất đều là dung dịch cứng của bốn
khoáng vật almandin, pyrop,
grosular và spesartin (hình 6.7). Tất
cả các trao đổi này đều xảy ra trong
vị trí X phố i trí 8. Những thay thế
trong granat đều tương đối hoàn
hảo, trừ những trao đổi liên quan tới
Ca: CaFe−1, CaMg−1, CaMn−1. Các
dung dịch cứng almandin –
spesartin với lượng nhỏ pyrop và
grosular thường bắt gặp trong đá
phiến biến chất cấp thấp và trung Hình 6.5. Cấu trúc tinh thể granat chiếu trên mặt (001)
bình. Pyrop thường có trong sản
phẩm biến chất áp suất cao, nhất là trong tướng eclogit. Grosular và andradit phổ biến trong
silicat calci (trong môi trường giàu calci).
6.2.2. Đặc điểm hoá học
Vị trí X trong công thức tổng quát do cation hoá trị hai lớn hơn chiếm giữ, vị trí Y dành
cho các cation hóa trị ba nhỏ hơn. Từ sự phân dị trong vị trí X, granat phân làm hai nhóm:
– pyralspit là granat vắng calci, thay vào đó là các cation hóa trị hai là magnesi, sắt,
mangan.
– ugrandit là granat chứa calci.
Pyralspit Ugrandit
Pyrop Mg3Al2Si3O12 Uvarovit Ca3Cr2Si3O12
Almandin Fe3Al2Si3O12 Grosular Ca3Al2Si3O12
Spesartin Mn3Al2Si3O12 Andradit Ca3Fe2Si3O12
- 10
Nếu chỉ nhìn nhận đơn thuần lí thuyết thì nhóm granat có thể có tới 16 khoáng vật. Bởi
vì, một trong bốn kim loại hoá trị hai Ca, Mg, Fe và Mn kết hợp với bố n kim loại hoá trị ba
Al, Fe, Mn và Cr (mỗ i cặp cation ấy lại kết hợp với Si phố i trí tứ diện). Một số tổ hợp đã đề
cập ở trên; một số khác ít gặp trong tự nhiên. Knoringit Mg3Cr2Si3O12 hiện được công nhận là
thành phần quan trọng của một số granat trong kimberlit. Sự thay thế đồng hình xảy ra rộng
rãi trong nhóm pyralspit cũng như trong ugrandit, nhưng giữa hai nhóm chỉ có dung dịch
cứng ở mức hạn chế. Trong số cation hoá trị ba, nhôm có mặt trong granat nhiều nhất, thế
chân nó là sắt và crom. Đây cũng là căn cứ để phân nhóm granat theo cách khác:
Granat nhôm Granat sắt Granat crom
Pyrop Almandin Andradit Uvarovit
Spesartin Grosular
Bảng 6.3
Số liệu hoá phân tích của granat
1 2 3 4 5 6
SiO2 41,33 36,7 36,34 38,96 36,48 36,77
TiO2 0,28 0,75 0,10 0,71 0,50 -
Al2O3 21,83 21,4 20,25 19,93 6,80 8,36
Cr2O3 1,73 - - - 13,72
Fe2O3 1,44 - 0,92 3,43 21,94 5,85
FeO 9,00 29,9 7,30 3,25 3,33 -
MnO 0,44 1,14 34,51 0,03 0,56 0,22
MgO 19,60 0,90 1,31 0,00 0,27
CaO 4,40 9,02 0,44 32,52 30,22 34,56
Tổng 100,05 99,81 99,86 100,14 99,94 99,75
- 11
Số ion tính trên 24 oxy
∑
Ion 1 2 3 4 5 6
Si 5,919 5,882 5,981 5,918 5,986 5,923
∑≈6
Al 0,081 0,118 0,019 0,082 0,014 0,077
Al 3,604 3,925 3,909 3,486 1,311 1,510
Cr 0,196 - - - - 1,747
Fe3+ 0,155 - 0,114 0,392 2,709 0,709
∑≈4
Ti 0,030 0,090 0,012 0,081 0,062 -
Mg 4,184 0,215 - 0,297 - 0,065
Fe2+ 1,078 4,008 1,005 0,413 0,457 -
Mn 0,053 0,155 4,811 0,004 0,078 0,030
∑≈6
Ca 0,675 1,549 0,078 5,293 5,313 5,965
Thành phần (% mol) các khoáng vật chính
1 2 3 4 5 6
Almandin 17,4 67,4 17,1 5,8 7,8 -
Andradit 3,4 - 1,3 9,5 69,5 18,0
Grosular 2,5 26,3 - 79,2 21,4 36,2
Pyrop 70,4 3,7 - 5,0 - 1,1
Schorlomit 0,5 - - 0,4 - -
Spesartin 0,9 2,6 81,6 0,1 1,3 0,5
Uvarovit 4,9 - - - - 44,2
Pyrope, garnet-peridotite xenolith in kimberlite pipe. Matsoku. Lesotho, southern Africa
(Carswell, D.A. & Dawson, J.B., 1970, Contr. Min. Petr., 25. 163-84).
Almandine, chlorit-phengite-biotit-garnet-albit-quartz schist. Dora-Maira massif, western
Italian Alps (Chatterjec, N.D., 1971, Neues Jahrb. Min., 114. 181-215).
Spessartine, single crystal in green mica, Benson no 4 Pegmatit, north Mtoko region.
Zimbabwe (Hornung, G. & Knorring, O. von, 1962. Trans. Geol. Soc. South Africa. 65. 153-
80).
Reddish yellow grossular, crystalline limestone, Liconi, Val d′ Aosta. Itali (Sanero. E.,
1935. Periodico Min. Roma, 6,213-20).
Andradite, hedenbergite-garnet-epidote-plagioclas skarn. Hallinmọki borchole,
Virtasalmiarea, eastern Finland (Hivọrinen, L., 1969, Bull. Comm. Gộol. Finlande. 240. 82
pp. Includes Na2O 0,03, K2O0,02, H2O 0,06).
Uvarovite, quartz- albite- prehnite- uvarovite- pyrrotite, contact zone with nordmakite,
Kalkoven, Grua, north of Oslo, Norway (Prestvik, T., 1974, Norsk. Geol. Tidsskr., 54. 177-
82).
- 12
Nhóm tứ diện (OH)4 cũng có thể thay thế cho tứ diện SiO4 (có thể coi như 4H+ thay
thế cho Si4+) trong hydrogranat như hydrogrosular Ca3Al2 Si2O8(SiO4)1–m(OH)4m
với m nằm trong khoảng từ 0 đến 1. Khoáng vật chứa tới 8,5% H2O.
Cation Ti4+ có thể nằ m
vào vị trí Y, kèm theo đó là
sự thay thế của Na cho Ca
trong vị trí X, cho melanit
màu đen. Trong granat có
thể có những thay thế đồng
hình như P thay Si, Ti thay Hình 6.7. Thành phần của granat biến đổi theo các vectơ trao đổi
Al hay Fe3+. Trong chính
hydrogranat, nhóm SiO4 có
thể do 4(OH) thay thế vớ i
vị trí Si bỏ trống. Số liệu
hoá phân tích của 6 granat
điển hình trình bày trên
bảng 6.3. Granat pyrop điể n
hình chứa trong đá biế n
chất cao chỉ có 40 ÷ 70%,
ít khi chứa hơn 80% công
thức này. Chúng thường
chứa cả almandin và
grosular. Pyrop với 3 ÷ 8%
Cr2O3 là biến thể mang tên
chrom–pyrop, màu tím phớt
lục hay màu tía đặc trưng,
cộng sinh phổ biến của chúng là với kimberlit chứa kim cương.
Almandin là dạng phổ biến nhất trong nhóm granat. Nó thường chứa một lượng đáng kể
cả pyrop lẫn spesartin, có thể có không ít grosular. Đá phiến granat mica thuộc biến chất khu
vực chứa granat thành phần tiêu biểu, có thể là Alm66Gro25Py5Sp4. Thoạt nhìn, nhiều hạt
almandin đồng nhất về màu sắc, nhưng chúng lại phân đới về hoá học: almandin sản phẩ m
của biến chất khu vực có thể cho thấy phần nhân giàu mangan, phần rìa giàu sắt. Trong những
trường hợp khác, phần nhân giàu calci và mangan, ở riềm thì giàu sắt và magnesi hơn. Chlorit
là sản phẩm biến đổ i phổ biến của almandin.
Spesartin có một khoảng biến thiên rộng về thành phần từ khoảng 97% công thức
spesartin trở xuống. Almandin là thành phần thay thế chính, nhưng một lượng đáng kể
grosular cũng gặp ở đó. Trong điều kiện áp suất trung bình hai thành phần này thay thế liên
tục cho nhau. Về mặt địa hoá, ytri và mangan là hai nguyên tố song hành, cho nên spesartin
có thể chứa tới hơn 2% Y2O3. Quá trình biến đổ i và oxy hóa bề mặt làm xuất hiện hỗn hợp
màu đen của các oxit và hydroxit mangan.
Grosular có thể gặp ở dạng thành phần thuần nhất; mặc dầu vậy, andradit có ở đây và tạo
thành loạt đồng hình liên tục. Nhiều granat xanh lục do chrom được gọi là uvarovit, trong
thực tế hàm lượng chrom tương đố i nhỏ và chúng được gọ i là Cr-grosular. Mặc dầu giữa
grosular và hydrogrosular tồn tại loạt đồng hình, không thể khẳng định rằng grosular, sản
phẩm của biến chất nhiệt, có chứa lượng nước đáng kể. Andradit khá phổ biến với độ tinh
- 13
khiết tới 90%. Tuy vậy, andradit và grosular tạo hàng loạt dung dịch cứng: nhiều andradit
trong skarn bộc lộ tính phân đới về thành phần (và về màu sắc), có sự xen kẽ nhau giữa các
đới andradit gần sạch và And50Gro50. Giữa andradit và spesartin tồn tại granat trung gian.
Andradit nguyên sinh trong đá magma kiềm có thể chứa không ít titan. Titan chủ yếu thay thế
Fe3+ trong vị trí bát diện, một phần thế chân Si4+ trong khoang tứ diện.
Melanit là Ti-andradit với Fe3+ > Ti trong vị trí bát diện. Còn schorlomit (chứa khoảng
15% TiO2) là Ti-andradit với Fe3+ < T i trong vị trí này. Uvarovit là thành phần của loạt
ugrandit, nhưng hiếm gặp dưới dạng sạch; grosular cùng một lượng nhỏ andradit tham gia
dung dịch cứng với uvarovit (xem bảng 6.3).
Hydrogrosular Ca3Al2Si2O8(SiO4)1–m(OH)4m là khoáng vật thuộc loạt đồng hình
3CaO.Al2O3.3SiO2 – 3CaO.Al2O3.6H2O
với thành phần nằm giữa grosular và hibschit 3CaO.Al2O3.2SiO2.2H2O.
Bảng 6.4
Số liệu hoá phân tích của granat lấy từ granulit Kan Nak (Kontum) [15]
# 414-S4 414-S4 VN415 VN415 VN415 VN803 VN803
Nhân Rìa/Bi Nhân Rìa/Crd2 Rìa/Crd2 Nhân Rìa/Ilm
SiO2 37,470 37,350 37,990 37,620 37,300 37,77 37,41
TiO2 0,020 0,010 0,040 0,000 0,030 0,06 0,29
Al2O3 21,560 21.460 21,790 21,780 21,940 22,19 21,83
Cr2O3 0,000 0,010 0,010 0,000 0,020 0,04 0,02
Fe2O3 1,720 1,750 1,840 1,750 0,270 1,42 1,92
MgO 6,430 5,500 6,530 5,320 2,460 7,79 6,78
FeO 30,840 32,190 30,210 31,740 35,470 29,99 30,60
MnO 1,540 1,640 1,900 2,090 2,980 0,58 0,62
ZnO 0,000 0,000 0,000 0,030 0,010 0,04 0,02
CaO 0,720 0,710 1,320 1,260 1,340 0,89 1,28
Na2O 0,000 0,001 0,000 0,000 0,000 0,01 0,01
K2O 0,010 0,001 0,000 0,000 0,000 0,00 0,00
Tổng 100,310 100,660 101,630 101,590 101,830 101,18 100,78
Số lượng ion tính trên 12 oxy và thành phần khoáng vật của granat
Si 2,949 2,950 2,947 2,944 2,963 2,945 2,921
Ti 0,001 0,001 0,002 0,000 0,001 0,004 0,017
Al 2,000 1,998 1,992 2,009 2,054 2,019 2,010
Cr 0,000 0,000 0,001 0,000 0,001 0,002 0,001
3+
Fe 0,102 0,104 0,107 0,103 0,016 0,083 0,113
Mg 0,754 0,648 0,755 0,621 0,292 0,896 0,789
Fe2+ 2,030 2,126 1,960 2,077 2,356 1,936 1,998
Mn 0,103 0,110 0,125 0,138 0,200 0,038 0,041
Zn 0,000 0,000 0,000 0,001 0,001 0,002 0,001
Ca 0,061 0,060 0,110 0,106 0,114 0,073 0,107
Na 0,000 0,002 0,000 0,000 0,001 0,001 0,001
K 0,001 0,001 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000
Tổng 8,000 8,000 8,000 8,000 8,000 8,000 8,000
- 14
XFe 0,729 0,766 0,722 0,770 0,890 0,677 0,717
Xalm 0,690 0,722 0,660 0,710 0,800 0,64 0,68
Xpyr 0,256 0,220 0,260 0,210 0,100 0,31 0,27
Xgro 0,021 0,028 0,040 0,040 0,040 0,04 0,04
Xspe 0,035 0,052 0,040 0,050 0,070 0,01 0,01
# Alm: almandin, Pyr: pyrop, Gro: grosular, Sp: spesartin.Bi: biotit, Crd: cordierit, Ilm:
ilmenit; Rìa/Bi(Crd, Ilm): điểm tiếp xúc của granat với các khoáng vật này;
XFe = Fe2+: (Mg2+ + Fe2+).
Xalm = Fe2+ : (Mg2+ + Fe2+ + Mn2+ + Ca2+);
Xpyr = Mg2+ : (Mg2+ + Fe2+ + Mn2+ + Ca2+)
Xgro = Ca2+ : (Mg2+ + Fe2+ + Mn2+ + Ca2+)
Xspe = Mn2+ : (Mg2+ + Fe2+ + Mn2+ + Ca2+)
Các khoáng vật trong khoảng biến thiên thành phần này cũng gọi là hydrogranat, nhưng
chúng phải được gọ i là granatoit mới phù hợp đầy đủ với công thức tổng quát sau:
X3Y2(XO4)3–m(OH)4m. Trong tự nhiên, chưa từng gặp khoảng biến thiên thành phần giữa
hibschit và dạng thiếu silica 3CaO.Al2O3.6H2O. Hydrogrosular không bền vững về hoá học
như grosular; nó hoà tan chậm trong acid chlorhidric và acid nitric.
Mọi granat granulit Kan Nak (Kontum) nói chung đều là almandin-pyrop, nghèo grosular
và spesartin và tương đố i nghèo andradit, dù cho chúng cân bằng pha với silimanit hay đã
từng phản ứng với nó. Mặc dù thành phần hoá của đá granulit biến đổ i ra sao, chúng đều nằ m
hết thảy trong miền áp suất từ thấp đến trung bình. Tuy nhiên, đây là các granat phức tạp. Khi
phản ứng với biotit hay spinel, trao đổi Fe2+ và Mg với chúng, thì sự phân đới của granat khá
rõ nét (bảng 6.4). Tại chỗ tiếp xúc này, granat tăng hàm lượng Fe và do đó cả almandin, còn
Mg thì giảm theo.
Trong khi đó, Mn hình như không tham gia vào sự trao đổi, mặc dù tại chỗ tiếp giáp vớ i
biotit Mn tăng nhẹ. Khác với granat, phía biotit tiếp giáp không có sự phân đới; biotit không
giống granat về hệ số khuếch tán Fe và Mg. Khi granat tiếp xúc với plagioclas, hay với K-
feldspat ở mức độ thấp hơn, nó trao đổi Ca và Al với chúng, tạo nên sự phân đới nhẹ, do ở
riềm grosular giảm đôi chút. Tại vùng granat tiếp xúc với cordierit (rìa/crd, VN415) Fe2+ và
Mg phân đới với biên độ lớn hơn. Độ chứa Alm tăng từ nhân ra rìa của hạt và của pyrop giả m
theo.
Dãy liên tục từ grosular và 3CaO3.Al2O3.6H2O có thể tổng hợp bằng phương pháp nhiệt
dịch, từ thể thuỷ tinh với thành phần tương ứng, ở điều kiện dưới 500°C và 2kbar.
6.3. NHÓM SILICAT NHÔM Al2SiO5
Nhóm có 3 biến thể là silimannit, andalusit và disten. Chúng là các alumosilicat thuộc
phụ lớp nesosilicat phổ biến trong đá biến chất cao và trung bình. Cả ba khoáng vật đều là các
biến thể đa hình của Al2SiO5 giàu nhôm, mà công thức hoá tinh thể AlIV-VIAlVISiO4O thể hiện
tính đa dạng trong phố i trí của cation nhôm. Nét đặc trưng của cả ba cấu trúc là các bát diện
của nhôm liên kết với nhau qua cạnh chung, tạo nên chuỗ i kéo dài dọc trục c. Cả 3 khoáng vật
đều khá dễ nhận biết trên mẫu cục hạt thô và trung bình, dùng làm khoáng vật chỉ thị của các
- 15
đới biến chất. Silimannit có thể dùng cho đới với nhiệt độ khoảng 500°C và cao hơn. Thông
thường tên của chúng dùng đặt cho các đới biến chất. Disten thành tạo trong đới áp suất khá
cao có tỉ trọng 3,55 đến 3,66 so với 3,23 của silimannit. Andalusit, khoáng vật bền vững ở
điều kiện áp suất thấp nhất, có tỉ trọng từ 3,15 đến 3,20.
6.3.1. Silimanit AlIVAlVISiO4O
Hệ trực thoi (+)
Định hướng: Np = x Nm = y Ng = z
Mặt trục quang: (010)
Cát khai: (010)
Ô cơ sở, Å: a = 7,48 b = 7,67 c = 5,77
Z=4
Nhóm không gian: Pbnm
d hkl chính, Å: 3,32(10) 2,49(7) 2,16(8) 1,579(7) 1,677(7)
Chuỗ i bát diện AlO6 song song với trục c và liên kết với các tứ diện SiO4 và AlO4; các tứ
diện này xen kẽ nhau dọc hướng c (hình 6.8,a). Như vậy, trong silimannit ion nhôm có một
nửa nằm trong đa diện phối trí bát diện với khoảng cách Al–O 1,91Å và nửa kia trong tứ diện
với Al–O 1,77Å.
Thành phần khoáng vật khá ổn định đến tinh khiết. Ion thường xuyên vào thay thế trong
cấu trúc là Fe3+, một số khác có mặt dưới dạng tạp chất. Nước bị hấp phụ một lượng nhỏ
trong biến thể dạng sợi fibrolit. Từ các oxit hợp phần có thể tổng hợp silimannit ở nhiệt độ và
áp suất cao. Khi nung trên 1000°C nó không bền vững và biến đổ i thành mulit + thạch anh.
Khi bị phong hoá nó cho muscovit và sericit, pyrophyllit, kaolinit và montmorillonit.
6.3.2. Andalusit AlVAlVISiO4O
Một nửa lượng nhôm của andalusit nằm trong phối trí 5 với các hình phố i trí gắn gián tiếp
với nhau bằng tứ diện SiO4 (hình 6.8,b). Một nửa nhôm còn lại có phố i trí bát diện không đều
đặn. Chúng gắn với nhau qua cạnh chung tạo thành chuỗ i chạy dọc truc z. Các chuỗ i song
song này gián tiếp gắn với nhau qua nhóm SiO4 và AlO5. Khoáng vật có tỉ khố i (17,1Å3/ion
oxy) lớn nhất trong 3 biến thể và như vậy bền vững ở điều kiện áp suất thấp.
Hệ trực thoi (–)
Định hướng: Np = z Nm = y Np = x MTQ:(010)
{110}
Cát khai: (110): (1 0) = 89°
Ô cơ sở, Å: a = 7,79 b = 7,90 c = 5,55
Z=4 N.K.H: Pbnm
dhkl chính, Å: 4,53(10) 3,96(8) 2,76(9) 2,17(10) 1,46(10)
Khoáng vật có thành phần tương đố i tinh khiết. Chỉ hai ion hoá trị ba là sắt và mangan có
mặt với hàm lượng đáng kể. Thông thường, Fe3+ thay cho Al nhiều nhất cũng chưa đạt 2%.
Viridin (đá phiến chlorit-mica, theo Kramm U., 1973) là biến thể giàu mangan (16,75%
Mn2O3) cũng chứa đến 0,82% Fe2O3. Người ta đã mô tả pha viridin với 4,8% Fe3O3 và 19,6%
Mn2O3. Khoáng vật với công thức (Mn3+,Al)AlSiO5 chứa 32,2% Mn2O3 cũng được biết tới và
kanonait là tên gán cho pha đầu cuối với công thức lí tưởng Mn3+AlSiO5.
- 16
Có thể tổng hợp andalusit từ kaolinit hay từ Al2O3 + SiO2 ở 450 ÷ 650°C và áp suất hơi
nước giữa 0,6 và 2,0kbar. Biểu đồ trạng thái của Al2SiO5 (theo Bohlen S.R., Montana A. và
Kerrick D.M.,1991) cho thấy điểm kép ba giữa silimannit, andalusit và disten nằm ở 530 ±
20°C và 4,2 ± 0,3kbar. Andalusit dễ dàng biến đổi thành sericit. Chiastolit (biến thể của
andalusit thường chứa bao thể than; trên mặt cắt ngang tinh thể có thể thấy hình chữ thập đều
đặn, tối màu; nơi đây tập trung bao thể) rất dễ bị biến đổi kiểu này dọc theo các tuyến bao thể
than. Khi tăng nhiệt độ và áp suất andalusit biến thành silimannit và disten.
Andalusit thường bắt gặp cùng cordierit trong đá chứa sét thuộc đới tiếp xúc quanh thể
magma xâm nhập. Khi kiểu biến chất này còn ở giai đoạn đầu, andalusit không có dạng đa
diện. Về sau, nó sớm có dạng thỏ i với mặt cắt ngang có hình chữ thập màu đậm, nơi chứa các
bao thể than; đó là chiastolit. Ở mức độ cao hơn andalusit trở nên thoát khỏi bao thể.
6.3.3. Disten AlVIAlVISiO4O
Hệ ba nghiêng (–)
Ng: z trên(100) = 27 ÷ 32°, trên (010) = 5-8°
Định hướng:
Np:x trên (001) = 0 ÷ 3°; Phân giác nhọn ∼⊥ (100)
{100} hoàn toàn
Cát khai:
(100), trục ST ⊥ (100) hay //y hay z, (001) đa hợp
Song tinh:
a = 7,12Å; b = 7,85Å; c = 5,57Å; α 89,98°; β 101,12°; γ 106,01°
Ô cơ sở:
Z = 4; Nhóm không gian P 1
dhkl, Å: 3,18(10); 2,52(4); 2,35(4);1,94(5); 1,37(8)
Trong disten nguyên tử oxy phân bố theo luật xếp cầu lập phương biến dạng nhẹ. Cũng
như trong silimannit và andalusit, ở đây có các chuỗi bát diện AlO6 và các chuỗ i (chiếm một
nửa số nhôm) này liên kết với nhau bằng ion Si, Al, O còn lại. Silic phố i trí tứ diện với 4 oxy,
nhôm phố i trí bát diện với 6 oxy (hình 6.8,c).
Thể tích ô mạng cơ sở V1 và thể tích mol V2 của 3 biến thể đa hình Al2SiO5 (ở 25°C)
như sau:
Andalusit Silimannit Disten
V1, Å3: 342 331 293
V2, cm 3/mol: 51,5 49,9 44,1
Rõ ràng, disten có thể t ích riêng nhỏ nhất và vì vậy nó là biến thể đa hình bển vững ở
điều kiện áp suất cao nhất trong ba biến thể.
Disten rất giống những biến thể kia ở chỗ nguyên tử khác lạ như Fe3+ thâm nhập vào cấu
trúc chỉ với số lượng rất hạn chế. Đôi khi Cr có mặt ở một lượng vừa phải. Một lượng nhỏ T i
có trong bao thể thường bắt gặp dưới dạng rutil. Những nghiên cứu gần đây cho thấy hàm
lượng kim loại kiềm trong disten không vượt quá 0,06%. Disten nhân tạo hình thành ở 900°C
và 10 ÷ 40kbar. Khi nung, nó biến thành mulit và một pha thuỷ tinh. Disten bị phong hoá thì
cho pyrophyllit, muscovit và sericit. Điều kiện nhiệt độ và áp suất thay đổ i biến nó thành
silimannit hay là andalusit. Chẳng hạn, trong biến chất khu vực nó cho andalusit trong đới tiếp
xúc với grannit muộn. Cùng với hai khoáng vật kia, bị nung disten trở thành vật liệu chịu lửa
và cả ba khoáng vật là những alumosilicat quan trọng nhất về phương diện này. Chúng cũng
thường gặp trong những mỏ khoáng tương đối lớn.
- 17
6.4. SILICAT ĐẢO VÒNG
Silicat đảo vòng hay cyclosilicat chứa các vòng tứ diện SiO4, có tỉ lệ Si : O = 1 : 3. Hình
6.9,a giới thiệu một trong ba cấu hình vòng kín này. Đơn giản nhất là vòng ba với ví dụ duy
nhất là titan–silicat benitoit BaTiSi3O9. Vòng bốn có trong vài khoáng vật rất hiếm, ví dụ
papagoit Ca2Cu2Al2Si4O12(OH)6. Nhưng vòng sáu là cấu hình cơ bản trong cấu trúc của các
khoáng vật phổ biến và quan trọng. Ví dụ beryl Be3Al2Si6O18.
6.4.1. Beryl Al2Be3Si6O18
Hệ sáu phương (–)
{0001} không hoàn toàn
Cát khai:
Song tinh: {31 4 1} {11 2 0} và {40 4 1}
a = 9,200 ÷ 9,220; c = 9,187 ÷ 9,249
Ô cơ sở, Å:
Z = 2; Nhóm không gian P6/mcc
dhkl, Å: 7,98(9); 4,60(5); 3,99(5); 3,25(10); 2,87(10)
Cấu trúc tinh thể
- 18
Cấu trúc beryl (hình 6.9) gồm các
vòng sáu tứ diện (Si6O18) xếp chồng
lên nhau thành các lớp song song vớ i
{ 0001} . Các lá của ion beryli và nhôm
nằm xen kẽ giữa các lớp của vòng sáu.
Beryli phố i trí tứ diện nằm giữa hai
vòng, nhôm phối trí bát diện nằm giữa
ba vòng. Vòng Si–O sắp đặt theo một
trật tự riêng, sao cho mỗ i tứ diện có
một cạnh thẳng đứng và có thể dựng
mặt gương ngang cắt qua các ion silic
của vòng sáu (hình 6.9,b). Chúng sắp
đặt vòng nọ đối diện vòng kia, khiế n
cho tâm điểm (bán kính của vòng là
2,55Å) của chúng đều nằm trên trục
chính bậc sáu.
Bằng cách ấy chúng đã tạo nên
cho cấu trúc những kênh rộng kéo dài
theo trục chính. Những kênh này có
thể chứa đựng nhiều ion, nguyên tử và
phân tử. OH−, H2O, F−, He, các ion Hình 6.9. Cấu trúc tinh thể beryl chiếu trên (0001) (a)
Rb+, Cs+, Ca2+ và K+ đều nằm trong và trên mặt chứa trục c (b)
beryl theo cách ấy. Với các ion kim
loại kiềm hoá trị một trong kênh như
Na+, điện tích tổng của cấu trúc sẽ
trung hoà bằng cơ chế thay thế:
2 kiềm1+ Be2+ 3 kiềm1+ + 1Al3+ 3Be2+.
hay
Nước trong kênh beryl có 2 loại: phân tử nước loại I định hướng trục đối xứng của nó
vuông góc với trục z, trong khi phân tử nước loại II xoay 90° do ion kim loại kiềm kề cận tác
động lên đầu âm của phân tử nước lưỡng cực.
Mặc dầu beryl là thành viên của silicat vòng sáu, nếu nhìn nhận vai trò của tứ diện BeO4
và tứ diện SiO4 ngang bằng nhau trong cấu trúc, thì về toàn cục có thể nhận thấy cấu trúc như
một khung ba chiều. Vì lí do ấy, beryl cũng có thể xếp loại vào phụ lớp silicat khung
(tectosilicat).
Đặc điểm hoá học
Tổng hàm lượng kim loại kiềm trong beryl có thể lên tới khoảng 5 ÷ 7%. Cùng với natri
và liti, các ion kiềm cỡ lớn cũng góp mặt như kali và cesi, nhưng rubidi thì ít gặp hơn. Số liệu
phân tích hoá cho thấy (theo W. A. Deer, R.A. Howie & J. Zussman, 1992), beryl có thể xếp
hạng theo hàm lượng kiềm như sau:
– Beryl không kiềm: tổng hàm lượng kiềm nhỏ hơn 0,1% trọng lượng.
Beryl kali nghèo kiềm và beryl kali natri: K trội hơn, 0,5 ÷ 1,0% trọng lượng.
–
Beryl natri: natri trội hơn, 0,5 ÷ 1,0% trọng lượng.
–
nguon tai.lieu . vn
