Кристаллическое строение слюды

Кристаллы слюды являются наиболее уникальными представителями мира кристаллических тел. Для них характерно резко выраженное изменение физических свойств с направлением. Это обусловлено своеобразием кристаллической структуры: большой энергией связи частиц в пакете и значительно меньшей между пакетами по плоскости совершенной спайности. Следствием этой анизотропии сил межатомных связей является замечательная способность кристаллов слюды расщепляться на тонкие плоскопараллельные пластинки значительной площади, т.е. исключительно выраженная анизотропия механических свойств. Последняя приводит к сильной зависимости от направления в кристалле модулей упругости, прочности при различных видах деформации, твердости и других механических характеристик.

Слоистое распределение частиц в структуре приводит к высокой теплопроводности вдоль слоев.

Наличие своеобразных извилистых пустот и каналов в межпакетных зонах кристалла и уплотненных барьеров из атомов между ними создает резко отличные условия для движения ионов вдоль спайности и перпендикулярно к ней. Это обусловливает различие электрических свойств слюд в двух основных направлениях на несколько порядков.

Таким образом, для физических свойств слюд характерна необычайно большая анизотропия, которая широко используется при разнообразных применениях кристаллов на практике. При этом необходимо постоянно учитывать, что рядом с высокими значениями тех или иных характеристик в кристалле существуют и низкие: для этого достаточно лишь изменить ориентацию на девяносто градусов.

Основу кристаллической структуры слюд составляет плоский двойной кремнекислородный пакет, в котором имеет место последовательность слоев, представленная на рисунке.

Толщина элементарного пакета, изображенного на рисунке, около 10 ангстрем (1А=10-8см). С наружных сторон пакеты ограничены основаниями кремнекислородных тетраэдров, и в соответствии с четвертной координацией атомов кремния атомы кислорода образуют непрерывные шестиугольные плоские сетки.

Два тетраэдрических слоя своими внутренними валентно не скомпенсированными кислородами обращены к атомам алюминия (или магния в флогопитах) октаэдрического (с шестикратной координацией) слоя и через него сцепляются между собой. Образуется прочный плоский пакет атомов, связанных химическими валентными силами.

В октаэдрическом слое для уравновешивания положительных валентностей алюминия (или магния) находятся еще гидроксильные группы ОН.

Между соседними пакетами в центрах гексагональных кислородных лунок находятся ионы калия (К+), заряд которых компенсируется зарядом иона кислорода или гидроксильной группы (ОН-) внутри пакета.

Эти два иона образуют жесткие пакетные диполи, взаимодействия между которыми и обеспечивают силы притяжения между пакетами кристалла.

Межпакетные связи в кристалле наиболее слабые, что и проявляется в весьма совершенной спайности, т.е. сравнительно легкой расщепляемости кристалла по межпакетным плоскостям. Эти плоскости совпадают с плоскостью элементарной ячейки кристалла.

Концентрация атомов в межпакетных зонах примерно в три раза меньше, чем в других направлениях в кристалле. Поэтому силы взаимодействия между пакетами на один порядок меньше величины внитрипакетных сил. Это обстоятельство является основной причиной резкого различия физических свойств слюд в двух направлениях: параллельно и перпендикулярно плоскости спайности.

ИНТЕРЕСНЫЕ ФАКТЫ О СЛЮДЕ

За точку отсчета слюдяного промысла в Мамско­-Чуйском районе принято считать август 1689 года, когда Якутский воевода Зиновьев выдал казаку Афанасию Пущину  «Наказную память», которой он обязывался «...сыскать и промыслить по Витиму реке слюды...»
Слюда является одним из наиболее распространенных минералов земной коры. В обычных горных породах она встречается в виде мельчайших чешуек. Промышленные же месторождения, где кристаллы достигают крупных размеров, чрезвычайно редки.
Впервые синтетическая слюда, фторфлогопит, была получена российским ученым К.Д. Хрущевым в 1887 году. Искусственная слюда почти прозрачна и по ряду характеристик превосходит природную.
В XVIII веке на ежегодных Иркутских ярмарках слюда занимала важное место наравне с традиционными сибирскими товарами — пушниной, кожей, серебром. Здесь она закупалась российскими купцами и вывозилась в Москву.
Мусковит — стратегическое сырье, применяется в 22 направлениях, «от косметики до космоса». 
В соответствии со спектральной классификацией астероидов выделяют довольно редкий тип углеродных астероидов класса G. Считается, что эти астероиды в основном сложены из низкотемпературных гидратированных силикатов, таких как слюда и глина с примесью углерода или органических соединений.
Если в бетон добавить слюду, это резко повысит его прочность, при этом снизится тепло­- и звукопроводность.
Название разновидности слюды «вермикулит» произошло от латинского слова «червячок», т. к. при нагревании он образует длинные червеобразные столбики и жгуты.
Слюда, обладая высокими диэлектрическими свойствами, значительной термостойкостью, способностью расщепляться на тончайшие листы, является непревзойденным электроизоляционным материалом, широко применяемым в радиотехнике.
Выход готовых изделий из листовой слюды от добытого сырья составляет в среднем 8,25%. Это обуславливает достаточно высокую цену на изделия и их дефицит.
Термостойкость мусковита, т. е. температура, при которой он сохраняет свои свойства, достигает 700 градусов Цельсия. Для сравнения, температура плавления алюминия составляет 660 градусов, свинца — 327, серебра — 962.
Пластины слюды широко используются и как материал для дизайна. Так, слюда используется для каминных экранов, создавая декоративный эффект и одновременно защищая от воздействия высоких температур.
Один из крупнейших в истории кристаллов мусковита был найден в Канаде. Его размер составил 1,95х2,85х0,6 м и весил он около 7 тонн.
Слюда относится к электроизоляционным материалам высшего класса нагревостойкости: при нагреве до нескольких сот градусов она сохраняет свои электрические свойства.
Химический состав состав слюды доходит до 40 элементов. При этом резкие колебания в химическом составе наблюдаются даже в слюдах одного месторождения и, нередко, одного кристалла.
В России начала XXI века сложилась парадоксальная ситуация: держава, обладающая огромными ресурсами слюды, вынуждена покупать ее за границей, т. к. собственная добыча практически не ведется. История циклична: абсолютно идентичная ситуация наблюдалась в начале прошлого столетия.
В древнем индейском городе Теотиуакан в Мексике обнаружено странное сооружение, названное «Слюдяной храм». Подобных сооружений не обнаружено больше нигде в мире. Его уникальность заключается в том, что строение сверху прикрывает двойной слой слюды­ мусковита, назначение которого до сих пор неизвестно.
В годы Великой Отечественной войны потребность в высококачественной слюде, используемой в оборонной промышленности, резко увеличилась. Слюда была в остром дефиците: Карельские месторождения были захвачены врагом, Бирюсинское истощилось. Вся добыча мусковита велась только на Мамско­-Чуйском месторождении.
Слюда мусковит обладает высокой химической стойкостью. Соляная кислота его не разлагает при нагревании до 300 градусов Цельсия. Он также не восприимчив к щелочам.
Слюда мусковит прозрачна, имеет стеклянный блеск. Флогопит, как правило, темная слюда, просвечивающая лишь в тонких листах.
Слово «слюда» («слуда») ­ исконно русское. Смысл выражения «слудиться» издревле означал ­«слоиться». Впервые слово «слуда» упоминается в «Остромировом евангелии» (1057 г.)
Ни древние греки, ни римляне не были знакомы со слюдой. В ученых трактатах Западной Европы стали называть слюду «Витрум Московитикум», т. е. стекло Московии. Позднее название упростилось, стало короче ­ «московит» и, наконец, в минералогии укрепилось как «мусковит»
Во времена Петра I существовал большой спрос на слюду («московское стекло») со стороны Западной Европы и Америки, используемую для иллюминаторов боевых кораблей, который удовлетворялся, в основном, за счет Мамской слюды.
Вторая половина XVIII ознаменовалась успехами в производстве стекла, снижением его цены. Это привело к падения спроса на слюду, сокращению ее добычи. Однако, иллюминаторы боевых кораблей продолжали делать из слюды, т. к. стеклянные не выдерживали залпов орудий.
В середине XVII века цена листовой слюды варьировалась от 20 до 50 копеек за лист. Для сравнения, иностранные купцы того времени платили за 1000 белок 16 рублей, за пуд черной икры — 1 рубль.