Фосфаты, арсенаты и ванадаты

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

Свойства

Трехвалентные анионы [PO₄]^3-, [AsO₄]^3- и [VO₄]^3- обладают сравнительно крупными размерами, поэтому наиболее устойчивые безводные соединения типа АХО₄ можно ожидать в сочетании с трехвалентными 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 (Са, Sr и отчасти РЬ), а для арсенатов и ванадатов характерны соединения с РЬ, причем добавочным анионом служит Cl, и, наконец, двойные соединения РЬ 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 сопро¬вождаться 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 относя¬щиеся сюда минералы делятся на две большие группы:

1. безводные фосфаты, арсенаты и ванадаты;
2. водные фосфаты, арсенаты и ванадаты.

Некоторые минералы

1. 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
2. Минералы-арсенаты: Эритрин Co₃(AsO₄)₂*8H₂O, Аннабергит Ni(AsO₄)₂*8H₂O, Скородит FeAsO₄*2H₂O и другие.
3. Минералы-ванадаты:Туранит Cu₅^II(VO₄)₂(OH)₄, Тюямунит Сa(UO₂)₂(VO₄)₂^.8H₂O
   ,Карнотит2KUO₂)(VO₄) ^. 3H₂O {Ra}.

Литература

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