Число ионов, находящихся на одинаковом или близком расстоянии от данного иона, называется координационным числом. В минералогии говорят о координационном числе катиона по отношению к анионам, которыми в большинстве случаев являются О2-, 82-, Б-, С1-, Вг-, I-. При соединении прямыми линиями центров окружающих (координированных) атомов или ионов вокруг данного катиона образуется геометрическая фигура - координационный полиэдр.

11

а б в

Рис. 3. Три типа моделирования кристаллической структуры сфалерита ZnS (вверху) и галенита PbS (внизу): а - разреженные модели; б - структуры в поллинговских тетраэдрах и октаэдрах; в - плотнейшая упаковка (черные шарики - катионы цинка или свинца, белые - анионы серы)

Координационное число зависит от соотношения радиусов ионов и типов их химической связи. Принимая во внимание, что наиболее устойчивой будет такая кристаллическая структура, когда все ионы касаются друг друга, геометрически рассчитаны оптимальные отношения радиуса катиона к радиусу аниона для различных координационных чисел. Оказывается, в зависимости от различий в радиусах ионов их плотнейшая упаковка может быть достигнута различными способами. Например, если взять три больших шара-аниона и плотно положить их на плоскости, то в промежутке между ними сможет поместиться только очень маленький шарик - катион (рис. 4, а). Если на эти три шара положить сверху еще один, то в образовавшийся между ними промежуток сможет поместиться несколько больший шарик (см. рис. 4, б). Если сложить вместе (квадратом) четыре шара, то в промежутке между ними поместится еще больший шарик (см. рис. 4, в), и так далее. Последовательное увеличение размеров шарика-катиона позволяет ему быть окруженным все большим количеством шаров-анионов. В соответствии с этим координационное число будет расти вплоть до максимально возможного - 12, т.е. до тех пор, когда в окружении катиона окажутся 12 наиболее близко расположенных к нему анионов.

12

Но такое последовательное увеличение координационного числа возможно, только если все катионы способны со всех сторон равномерно окружать себя анионами, как в случае ионной связи, не имеющей пространственной ориентировки на поверхности атома. Однако, например, ковалентные связи в каждом атоме строго ориентированы, т.е. здесь как бы имеются определенные "стыковочные узлы", к которым могут присоединиться другие ионы. Поэтому, например, способ упа-

13

ковки позволял бы иметь еще несколько ближайших соседей, но для них нет соответствующих "стыковочных узлов". При этом следует учитывать, что количество и относительное размещение этих "узлов" на поверхности ионов может варьировать для разных их типов.

Поэтому нетрудно представить себе, что несмотря на такие в принципе простые формы связи атомов и молекул в кристаллической решетке, количество разновидностей таких решеток и соответственно минералов может быть огромным. В них меняются форма координационных полиэдров (пирамида, тетраэдр, октаэдр, куб, додекаэдр и т.д.) и пространственное размещение и сочетание в объеме кристаллической решетки.