ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2020
Просмотров: 13866
Скачиваний: 112
Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения
181
В одних случаях он генетически связан с высокотемпературными об
разованиями — изредка в пегматитах, чаще в грейзеновокварцевожиль
ных оловянновольфрамовых месторождениях, в ассоциации с такими
минералами, как арсенопирит (FeAsS), висмутин (Bi
2
S
3
), ферберит
(FeWO
4
), молибденит (MoS
2
), касситерит (SnO
2
), топаз, берилл, турма
лин и др. Так, на месторождении
Кара'Оба
в Центральном Казахстане,
висмут с висмутином, пиритом, вольфрамитом и козалитом находится в
виде полиэдрических зерен, выполняющих интерстиции в кварце. Отме
чен и в грейзенах
Шерловой Горы
(Забайкалье).
Отмечен висмут и в своеобразных бериллиеносных метасоматитах
Изумрудных копей
на Ср. Урале, представляющих собой результат грей
зенизации ультраосновных пород. На этом месторождении, в кварцпо
левошпатовых с бериллом и фенакитом гнездах и жилах среди слюдитов,
висмут образует изолированные выделения с висмутином, флюоритом и
молибденитом.
В других случаях самородный висмут бывает тесно связан с мышьяко
вистыми соединениями никеля, кобальта, урановыми минералами, сернис
тыми соединениями серебра, свинца, цинка и др. Таковы, например, ассоциа
ции в многочисленных жильных месторождениях Рудных гор (на границе
Саксонии и Богемии) —
Шнееберг, Аннаберг, Яхимов
и др. В более значи
тельных количествах вместе с висмутином (Bi
2
S
3
) он встречается в кварце
вобаритовых жилах боливийских месторождений —
Таcна, Оруро
и др.
5. Группа серы
Сюда относятся самородные элементы VI группы таблицы Менделе
ева: сера, селен и теллур. Из них сера является типичным металлоидом,
тогда как селен и особенно теллур обладают свойствами полуметаллов.
Для самой серы устанавливаются три полиморфные модификации,
из которых в природных условиях наиболее устойчивой является ром
бическая модификация —
α
сера. При атмосферном давлении и темпера
туре выше 96,5 °С она переходит в
β
серу моноклинной сингонии, а при
охлаждении вновь возвращается в прежнее кристаллическое состояние;
γ
сера также моноклинна, но неустойчива при атмосферном давлении при
низких температурах, при комнатной температуре превращается в
α
серу. Другие три искусственно полученные полиморфные модифика
ции серы в природных условиях не встречаются.
СЕРА
— S. Наиболее устойчивую при комнатной температуре
α
моди
фикацию серы называют обычно ромбической серой, или просто серой.
Химический состав.
В ряде случаев устанавливается химически чис
тая сера, но обычно она бывает загрязнена посторонними механически
ми примесями: глинистым или органическим веществом, капельками
нефти, газами и пр. Известны также редкие разновидности с изоморф
ной примесью Se обычно до 1 %, изредка до 5,2 % —
селенистая
сера,
а также Те, иногда As и в исключительных случаях Тl.
Описательная часть
182
Сингония
ромбическая; ромбодипирамидальный в. с. 3
L
2
3
PC.
Пр. гр.
Fddd
(
D
24
2h
).
а
0
= 10,48;
b
0
=
12,92;
с
0
=
24,55.
Кристаллическая структура.
Согласно рентгенометрическим исследованиям, ромбическая сера обла
дает редкой для неорганических соединений
молекулярной
и притом очень
сложной кристаллической структурой. В структуре каждый атом серы с
двух сторон перекрывается со сферами соседних атомов, причем цепоч
ки, состоящие из 8 атомов, замкнуты в виде зигзагообразно «сморщенно
го» кольца (рис. 77). Отсюда видно, что молекула серы — S
8
. Расстояние
между атомами S—S равно 2,12 A
° . Элементарная ячейка сложена 16 таки
ми электрически нейтральными молекулами (кольцами), очень слабо
связанными друг с другом вандерваальсовской связью.
Облик кристалj
лов.
Кристаллы чаще имеют пирамидальный (рис. 78) или усеченнопи
рамидальный вид (рис. 79), реже ромботетраэдрический (рис. 80). По
следний случай, когда кристалл по внешней морфологии имеет
Рис. 77.
Вид сверху и сбоку
восьмиатомного кольца
(молекулы) серы. Ниже дана
схема расположения центров
атомов
Рис. 78.
Кристалл серы пирамидального облика
Рис. 79.
Кристалл серы усеченнопирамидального
облика
Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения
183
симметрию более низкую, чем установлено
рентгеновским анализом для его структуры,
относится к явлению
гипоморфизма
(от греч.
гипо
— низкий,
морфэ
— форма). Характерные
габитусные формы серы: {001}, {011}, {111},
{113} и др. Двойники редки — с плоскостью
срастания по (111), иногда по (011) и (110).
Агрегаты.
Часто встречается в сплошных,
иногда землистых массах. Изредка наблюдают
ся натечные почковидные формы и налеты (в
районах вулканических извержений).
Цвет.
У
α
серы наблюдаются различные
оттенки желтого цвета: соломенножелтый, ме
довожелтый, желтоватосерый, бурый и чер
ный (от углеродистых примесей).
Черты
по
чти не дает, порошок слабожелтоватый.
Блеск
на гранях алмазный,
в изломе жирный. В кристаллах просвечивает.
Твердость
1–2. Хрупка.
Спайность
несовершенная по {001}, {110}
и {111}.
Уд. вес
2,05–2,08.
Прочие свойства.
Электропроводность и теп
лопроводность очень слабые (хороший изолятор). При трении заряжает
ся отрицательным электричеством. Растрескивается от теплоты руки.
Диагностические признаки.
Характерны цвет, низкая твердость, хруп
кость, жирный блеск в изломе кристаллов и легкоплавкость.
П. п. тр. и от спички легко плавится (при 112,8 °С) и загорается голу
бым пламенем с выделением характерного запаха SO
2
(отличие от похо
жего на серу аурипигмента — As
2
S
3
). Легко растворима в сероуглероде,
скипидаре, керосине, но не разлагается в НСl и H
2
SO
4
. Крепкая HNO
3
и царская водка окисляют серу, переводя ее в H
2
SO
4
.
Таким образом, самородная сера как единственный среди рассматри
ваемых в этом разделе минерал, обладающий
молекулярным
строением
вещества, характеризуется совершенно особыми свойствами. Наличие в
структуре в качестве структурных единиц электрически нейтральных
молекул S
8
легко объясняет такие свойства, как плохая электропровод
ность, низкая теплопроводность, слабая связь между молекулами, что
выражается в низких температурах плавления и возгонки, слабых меха
нических свойствах, низкой твердости, в отсутствии ясно выраженной
спайности, в связи с чем находятся очень неровный излом и жирный блеск,
а кольцевая форма структурных единиц (молекул S
8
), сильно отлича
ющаяся от формы шара, обусловливает резкую оптическую анизотропию
кристаллического вещества, анизотропию теплового расширения и т. д.
Следует добавить, что такие свойства, как небольшой удельный вес
и невысокая температура плавления остроумно используются при добыче
самородной серы из глубоко залегающих сероносных пластов: по трубам
Рис. 80.
Ромботетраэдриче
ский кристалл серы
Описательная часть
184
в буровые скважины нагнетается перегретый водяной пар, и расплавлен
ная сера, освободившись одновременно от посторонних механических
примесей, с восходящей струей поднимается на поверхность, где улавли
вается самыми простыми способами.
Происхождение и месторождения.
Самородная сера встречается ис
ключительно в самой верхней части земной коры и на ее поверхности.
Образуется различными путями.
1. При вулканических извержениях, осаждаясь в виде возгонов на стен
ках кратеров, в трещинах пород, иногда изливаясь в расплавленном виде
с горючими водами сольфатарных источников и застывая в логах и доли
нах в виде потоков в районах современной вулканической деятельности
(Курильские острова, Япония). Часто ассоциирует с другими продукта
ми возгона и сульфатами, образовавшимися при воздействии SO
2
на ок
ружающие породы. Возникает в результате неполного окисления серово
дорода в сольфатарах или как продукт реакции его с сернистым газом:
2H
2
S + 2O = 2H
2
O + 2S;
H
2
S + SO
2
= H
2
O + O + 2S.
2. При разложении сернистых соединений металлов, главным образом
пирита, в нижних частях зоны окисления рудных месторождений. Обыч
но бывает сильно загрязнена различными механическими примесями.
3. При разложении гипсоносных осадочных толщ. Часто наблюдается
парагенезис самородной серы с гипсом, на разъеденных участках которо
го она образуется в виде кристаллических и порошковатых масс. Многое
в этом процессе образования еще неясно.
4. Осадочным (биохимическим) путем в нормальных осадочных по
родах, представленных обычно пластами, содержащими гипс, твердые и
жидкие битумы (асфальт, нефть) и др. Этот тип месторождений широко
распространен на земном шаре и имеет большое промышленное значе
ние. При этом основная масса самородной серы образовалась, очевидно,
сингенетически, т. е. одновременно с другими осадками. Однако нередко
наблюдаются и эпигенетические образования серы во вмещающих поро
дах, происшедшие, повидимому, при позднейшей миграции ее под влия
нием тектонических процессов, переноса нефтями, растворами и т. п.
Происхождение серы биохимическим путем связывают с жизнедея
тельностью анаэробных бактерий, перерабатывающих сульфаты, в резуль
тате чего образуется сероводород, неполное окисление которого приво
дит к выпадению серы.
В России и ближнем зарубежье залежи серы широко распростране
ны. В районе Самары в Поволжье известны крупные осадочные место
рождения, например
Алексеевское
и
Водинское
, где сера встречается в виде
кристаллов до 15 см с кальцитом, гипсом и целестином. Заслуживают
Раздел I. Самородные элементы и интерметаллические соединения
185
упоминания ячеистые массы гипергенной самородной серы, сохраняющие
отпечатки кристаллов пирита, замещенных серой при выветривании в
зоне окисления
Березовского
месторождения (Средний Урал). На терри
тории Средней Азии следует отметить: 1) месторождение
Гаурдак
(Турк
менистан); 2)
Шор'Су
(Узбекистан) — в трещинах и пустотах различных
осадочных пород в парагенезисе с нефтью, озокеритом, гипсом, целести
ном, кальцитом, арагонитом и др. В числе зарубежных месторождений
большой известностью пользуются крупные месторождения
Сицилии
,
очень мощные месторождения в штатах
Техас
и
Луизиана
(США), свя
занные с соляными куполами. Представляет интерес огромная залежь
серы, образовавшаяся в кратерном озере в районе
Хоробетсу
(Япония),
аналогичные скопления имеются и на Курильских островах.
Практическое значение.
Главное применение сера имеет в производ
стве серной кислоты, используемой во многих отраслях промышленнос
ти, затем в сельском хозяйстве (для борьбы с вредителями), в резиновом
производстве (процесс вулканизации резины), при изготовлении спичек,
фейерверков, красок и пр.
6. Группа углерода
Относящиеся сюда минералы также занимают особое положение сре
ди самородных элементов. Эта группа представлена двумя резко различ
ными по физическим свойствам полиморфными модификациями угле
рода: алмазом и графитом.
Кристаллическая структура
алмаза
(рис. 81) характеризуется решет
кой гранецентрированного куба, но атомы углерода располагаются не
только в вершинах и на гранях куба, но также в центрах половинного
числа малых кубов (октантов), чередующихся с пустыми малыми кубами.
Более наглядно эта структура показана на рис. 81
б
в виде комбинации
тетраэдров, в которых, кроме четырех атомов по вершинам, в центре рас
полагается пятый атом (рис. 82
в
).
Каждая вершина тетраэдра является
общей для четырех смежных тетраэдров.
Рис. 81.
Кристаллическая структура алмаза.
а
— изображение центров атомов;
б
— та же структура в виде тетраэдров, вершины
и центры которых являются центрами атомов углерода
а
б