Fylosilikáty

silikáty s plošnou vazbou tetraedrů, vrstevní silikáty. Fýllon ř. list

Struktura fylosilikátů

Tetraedry [SiO₄]^4– ve strukturách fylosilikátů jsou uspořádány do “nekonečných” vrstev tak, že každý tetraedr se váže třemi vrcholy (kyslíkovými atomy) na své sousedy. Tím vzniká (obvykle) hexagonální tetraedrová síť složení [Si₂O₅]^2–. Charakteristickou skupinou ve vzorci běžných fylosilikátů je proto skupina [Si₄O₁₀]^4–. Je-li část tetraedrů [SiO₄]^4– nahrazena tetraedry [AlO₄]^5–, vznikají fyloalumosilikáty se skupinou [Si_4–pAl_pO₁₀]^(4+p)– ve vzorci.

Tetraedrová síť s hexagonální symetrií.

Tetraedrové sítě jsou ve struktuře uloženy navzájem rovnoběžně. Až na výjimky jsou volné vrcholy tetraedrů (tzv. volné či aktivní kyslíky) orientovány na stejnou stranu vrstvy. Tyto aktivní kyslíky jsou zároveň součástí oktaedrové sítě, která tak bezprostředně souvisí s tetraedrovou sítí a je tvořena koordinačními oktaedry spojenými sdílenými hranami. V centru oktaedrů jsou nejčastěji Fe²⁺, Mg²⁺, Fe³⁺, Al³⁺, méně často Li⁺, Ti³⁺, V³⁺, Cr³⁺, Mn²⁺, Ni²⁺ a další. V hraniční rovině mezi tetraedrovou a oktaedrovou vrstvou jsou (vedle sdílených aktivních kyslíků) dále uloženy nesdílené skupiny OH^–, u některých fylosilikátů zastoupené F^–, Cl^–, O^2–. U některých fylosilikátů jsou středy všech oktaedrů obsazeny (převážně dvojmocnými) ionty – hovoříme o trioktaedrické síti a trioktaedrických fylosilikátech. U dioktaedrických fylosilikátů jsou (převážně trojmocnými) ionty obsazeny dvě třetiny oktaedrických pozic v pravidelném uspořádání – vzniká dioktaedrická síť.

Dioktadrická a trioktaedrická oktaedrová síť.

Dvojvrstva, tvořená jednou tetraedrovou a jednou oktaedrovou sití, se označuje jako vrstva typu 1:1 (též dvojvrstva, dvojvrstevní komplex, t-o vrstva). Silikáty s tímto typem struktury se označují jako dvojvrstevné silikáty. V hraniční rovině mezi oktaedrovou a tetraedrovou sítí dvojvrstvy jsou uloženy výhradně OH^– skupiny.

U trojvrstevných fylosilikátů se k oktaedrové straně dvojvrstvy přikládá ještě další tetraedrová vrstva s aktivními kyslíky obrácenými na druhou stranu (tj. k oktaedrové síti). Tak vzniká vrstva typu 2:1 (trojvrstva, trojvrstevní komplex, t-o-t vrstva). V hraničních rovinách mezi oktaedrovou a tetraedrickými sítěmi mohou být uloženy jak hydroxylové skupiny OH^–, tak nesdílené ionty O^2–. Nejsou-li v důsledku zastupování iontů v tetraedrových a oktaedrových vrstvách vrstevní komplexy navenek elektricky neutrální a valenčně nasycené, je jejich přebývající náboj kompenzován vstupem kationtů mezi vrstevní komplexy (tzv. mezivrstevní kationty, nejčastěji K⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺).

Vrstevní komplex typu 1:1 a 2:1.

Nejdůležitější skupiny fylosilikátů:

(x je náboj vrstevního komplexu přepočtený na jednu základní buňku struktury, d₀₀₁ je základní vzdálenost strukturních rovin 001 (= tloušťka vrstevního komplexu + mezivrstevního prostoru)

Schematicky lze struktury těchto skupin fylosilikátů znázornit takto:

Schematické znázornění některých fylosilikátových struktur.

Polytypie fylosilikátů a smíšené struktury

Jednotlivé vrstevní komplexy jsou ve struktuře uloženy víceméně vzájemně nezávisle a jsou spojeny pouze van der Waalsovými nebo vodíkovými vazbami. Tím je umožněn vznik celé škály dalších strukturních jevů, např. široce rozšířené polytypie fylosilikátů. Polytypy vznikají v důsledku ukládání jednotlivých komplexů nad sebou v různé vzájemné poloze (posunuté nebo otočené). Takové vzájemné uspořádání vrstevních komplexů se může pravidelně opakovat (např. muskovit 1M, 2M₁, 2M₂, 3T), nebo mohou vznikat neuspořádané polytypy bez pravidelného uspořádání vrstevních komplexů (muskovit 1M_d). Přechodné struktury mezi uspořádanými a neupořádnými polytypy se označují jako O-D (ordered-disordered) struktury. Jednotlivé polytypy mohou mít značně odlišné technologické vlastnosti (např. u kaolinitu).

V přírodě dále existují i smíšené (interstratifikované) struktury, v nichž se pravidelně nebo nepravidelně střídají dvojvrstvy i trojvrstvy. V prvním případě tak vznikají smíšené struktury se stálými charakteristickými znaky, které jsou považovány za samostatné minerální druhy (např. rectorit a několik dalších vzácných minerálů). Častější je nepravidelné střídání strukturních jednotek, přičemž jejich procentuální zastoupení může být velmi různé. V přírodě byly nalezeny zejména smíšené struktury illit–montmorillonitové (tzv. smíšené IM-struktury) a chlorit–vermikulitové (ChV), méně hojné jsou illit–kaolinitové (IK), nontronit–kaolinitové (NK) a další smíšené struktury.

Makroskopické vlastnosti a identifikace

Základem struktury fylosilikátů jsou vzájemně rovnoběžné vrstevní komplexy svázané slabšími vazebnými interakcemi. Důsledkem tohoto uspořádání je velmi dokonalá štěpnost krystalů rovnoběžná s vrstevními rovinami. Tvoří-li fylosilikáty makroskopicky patrné krystaly, jsou nečastěji tabulkovité až lupenité, často uspořádané do lupenitých, šupinatých až celistvých agregátů. Ostatní makroskopické vlastnosti viz u jednotlivých minerálů. Řada fylosilikátů se však v přírodě vyskytuje téměř výhradně ve formě extrémně jemnozrnných zemitých až celistvých agregátů, za sucha měkkých až rozsýpavých, za vlhka plastických, nejčastěji bílé, světle šedé nebo jiné světlé barvy (tzv. jílové minerály). Přesnější makroskopické určení takových vzorků je prakticky nemožné. K identifikaci jílových minerálů se používají nejčastěji práškové metody rtg difrakce a metody termální analýzy, případně jiné instrumentální metody (infračervená spektroskopie, elektronová difrakce atp.). Pro identifikaci rtg difrakčními metodami má zásadní význam vzdálenost strukturních rovin (001) d₀₀₁, která u běžných fylosilikátů dosahuje velikosti od cca 7 do cca 21 Å.

Přehled významnějších fylosilikátů

Jílové minerály - definice, vlastnosti, použití

zpět na třídy » »