Фосфаты, арсенаты и ванадаты (минералы)

К этому классу относится сравнительно большое число разнообразных по составу минеральных видов. Общее весовое количество их в земной коре, однако, относительно невелико.

Свойства

Трёхвалентные анионы [PO₄]³⁻, [AsO₄]³⁻ и [VO₄]³⁻ обладают сравнительно крупными размерами, поэтому наиболее устойчивые безводные соединения типа АХО₄ можно ожидать в сочетании с трёхвалентными крупными катионами. Такими катионами являются ионы редких земель и Bi. Соединения с малыми катионами, как общее правило для всех типичных кислородных солей, гораздо шире представлены водными нормальными солями (с гидратированными катионами).

Из фосфатов двухвалентных металлов, но с дополнительными анионами (ОН, Р, О, отчасти Cl) или в виде кислых соединений, наиболее устойчивыми являются соединения также с относительно крупными катионами (Ca, Sr и отчасти Pb), а для арсенатов и ванадатов характерны соединения с Pb, причем добавочным анионом служит Cl, и, наконец, двойные соединения Pb или Са с Cu, Zn, Мg и отчасти с Mn. Для кальция, кроме того, известны водные кислые соли.

Что касается фосфатов и арсенатов двухвалентных малых катионов (Мg, Fe, Ni, Со, Сu, Zn), то для них, как и следовало ожидать, весьма характерны водные нормальные соли с восемью, четырьмя и тремя молекулами H₂О. Одновалентные металлы (Na, Li), как правило, образуют двойные соединения с Al³⁺, а также ряд редких сложных водных солей.

Особое положение по составу среди водных солей занимают так называемые урановые слюдки (водные основные фосфаты, арсенаты и ванадаты) и сложные ванадаты.

Исключительный интерес представляют явления гетеровалентного изоморфизма, нередко устанавливаемые в данном классе соединений, в частности среди фосфатов. Особенно показательные примеры мы находим по изоморфному замещению анионных радикалов. Так, трехвалентный анион [PO₄]³⁻ может быть замещен одинаково построенными и равновеликими анионами: двухвалентными [SO₄]²⁻ и четырехвалентным [SiO₄]⁴⁻. При этом могут иметь место разные случаи:

1. Изоморфное замещение в анионной части соединения происходит при сохранении состава и заряда в катионной части. В этом случае величина общего заряда анионов не должна меняться. Это достигается тем, что при замене трехвалентного аниона [PO₄]³⁻ четырехвалентным анионом [SiO₄]⁴⁻ одновременно в состав минерала входит двухвалентный анион [SiO₄]²⁻ Только при этом условии общий заряд аниона может быть сохранен. В этих случаях кристаллическая структура и физические свойства минеральных видов, естественно, сохраняются. К этому можно добавить, что и среди катионов возможна одновременная замена ионов Са ²⁺ равновеликими ионами Nа, Y и Тh (при сохранении состава и заряда в анионной части).
2. Изоморфное замещение в анионной части соединения может сопровождаться одновременной заменой ионов в катионной части катионами иной валентности. Так, в монаците, имеющем состав CePO₄, уже давно было замечено, что иногда в существенных количествах присутствует SiO₂, то есть анион [SiO₄]⁴⁻ и одновременно с этим к Се ³⁺ изоморфно примешивается в соответственном количестве катион Th⁴⁺, иногда U⁴⁺ и Zr⁴⁺. В некоторых монацитах изоморфная примесь Ca ²⁺ сопровождается вхождением в состав анионной части двухвалентного аниона [SO₄]²⁻. Таким образом, общая химическая формула этих разновидностей монацита должна быть написана в следующем виде: (Се,Тh,Са)[PO₄,SiO₄,SO₄].

Надо указать, что при гетеровалентном изоморфизме не обязательно строгое совпадение количественных соотношений ионов в катионной и анионной частях разных соединений. Важно, чтобы:

1. суммарные положительные и отрицательные заряды были равны;
2. размеры заменяющих ионов были одинаковыми или близкими и
3. общее число катионов и анионов сохранялось при замещении (за исключением, быть может, тех случаев, когда в число катионов входит протон H¹⁺).

Генезис

Что касается условий образования относящихся к этому классу многочисленных минералов, то следует сказать, что подавляющее большинство их, особенно водных соединений, связано с экзогенными процессами минералообразования. К числу эндогенных минералов относятся почти исключительно фосфаты, причем большинство образуется в конечных стадиях магматических процессов.

Поскольку среди солей данного класса широко представлены как безводные, так и водные соединения, то, в отличие от сульфатов, все относящиеся сюда минералы делятся на две большие группы:

• безводные фосфаты, арсенаты и ванадаты;
• водные фосфаты, арсенаты и ванадаты.

Некоторые минералы

• Минералы-фосфаты: монацит (Ce, La, Y)PO₄ {He, Ln, Si, Th, U, Zr}, ксенотим YPO₄ {Ln, Sc, Si, Sn, Th, U, Zr}, апатит Ca₃(PO₄)₃(Cl, OH, F) {Sr} и другие.
• Минералы-арсенаты: эритрин Co₃(AsO₄)₂·8H₂O, аннабергит Ni(AsO₄)₂·8H₂O, скородит FeAsO₄·2H₂O и другие.
• Минералы-ванадаты: туранит Cu₅^II(VO₄)₂(OH)₄, тюямунит Сa(UO₂)₂(VO₄)₂·8H₂O, карнотит K₂(UO₂)₂(VO₄)₂·3H₂O {Ra}.

Литература

• А.Г. Бетехтин., Курс минералогии,. — М.: Государственное издательство геологической литературы, 1951. — С. 319-320.