Диагностические свойства минералов

    Ортоклаз (KAlSi₃O₈) - это моносимметричный кристалл. Он бывает белым розовым, желтым или коричневым. Важный компонент магматической породы.

    Бирюза (CuAl₆ х [РО₄] 4[ОН]₈ x 5Н₂O) - хороший пример триклинной сингонии, хотя правильные кристаллы образует редко. Обычно ее находят в виде аморфного минерала.

    Из  берилла  получится изумруд, если он окрашен примесью хрома. Виды кварца, рубин и сапфир могут кристаллизоваться как гексагональные минералы.

    Высокотемпературный кварц  относится к тригональным кристаллам типа драгоценных камней. Встречается как в тригональной, так и в гексагональной сингониях  Доломит тоже может иметь любую  из этих сингонии.

    Еще минералы различаются по твердости, оцениваемой по шкале Мооса (по имени австрийского минералога) от 1 до 10. Мягкий минерал тальк на ней соответствует 1, а алмаз, самый твердый из природных материалов, - 10.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.3 Удельный вес

    Удельный  вес, или плотность, - это соотношение  между весом вещества и одинакового количества воды. Это довольно важная для определения величина. Если мы примем удельный вес воды за 1, то у большинства минералов он варьируется от 2,2 до 3,2. У некоторых минералов (таких немного) очень высокий или очень низкий удельный вес. Например, у графита он равен 1,9, а у золота от 15 до 20, в зависимости от чистоты.

    Еще одним показателем для определения  минералов является кливаж, т. е. то, как минерал распадается на части  при ударе. Можно получить информацию о минерале и поднеся его к свету. Прозрачные минералы так легко пропускают свет, что сквозь них все видно Полупрозрачные тоже пропускают свет, но сквозь них уже ничего не видно Непрозрачные минералы вовсе не пропускают свеч, а, наоборот, поглощают его или отражают. Эти свойства также используются в процессе определения. Часто у минералов бывает металлический или радужный блеск. Например, у галена (свинцовая руда) - металлический блеск, он блестит почти как металл, а у большинства силикатов - стекловидный, они напоминают блестящее стекло. Существуют и другие виды блеска - адамантовый (как у алмаза), жемчужный, шелковистый (или атласный), землистый (тусклый). У некоторых минералов может быть несколько видов блеска. Так, блеск кальцитов варьируется от стекловидного до землистого.

    У многих минералов есть специфические свойства, по которым их легко узнать. Например, скородит и самородный элемент мышьяк при нагревании пахнут чесноком, а тальк - мыльный на ощупь.

    Некоторые минералы флюоресцируют (светятся или  меняют цвет) в ультрафиолетовых или рентгеновских лучах. Другие электрически заряжаются при нагревании или под давлением

    А есть минералы, распознать которые  можно только посредством специальных  тестов в лаборатории. Одни растворяются только в горячих кислотах, а в холодных - нет, другие -только в концентрированных, но не в разведенных.

    Изучение  кристаллов важно для определения  минералов, т. к. кристаллы большинства  минералов имеют определенную форму. Существует семь основных кристаллографических, или изометрических, систем, называемых сингониями. Алмаз, например, принадлежит к кубической системе, рубин - к гексагональной, бирюза - к триклинной. Каждую систему можно описать в соответствии со спецификой ее симметрии - свойства, которое при вращении кристалла вокруг оси позволяет ему появляться в тождественном виде два или больше раз за один полный оборот. Кристалл можно определить по количеству осей симметрии. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

2.4 Драгоценные минералы

    Еще в каменном веке люди делали украшения  из золота, в бронзовом веке - из серебра. Сегодня в распоряжении ювелиров множество минералов. Самые дорогие  драгоценные камни - это алмаз (особенно бесцветный), а также изумруд, рубин  и сапфир, которые ценятся в первую очередь за цвет. Эти камни настолько дорогие, что их вес измеряют в каратах. Один карат равен 200 миллиграммам.

    Алмазы  формируются под огромным давлением  в структурах магматической породы в форме трубы, кимберлитах. Они  зарождаются глубоко в мантии Земли. Алмаз - это разновидность химически чистого угля и по химическому составу не отличается от обыкновенного мягкого минерала графита, знакомого нам по карандашам. Алмаз ценят за твердость и блеск, приобретаемый при огранке и шлифовке.

    Причина такого отличия алмаза от графита  в том, что у них по-разному  расположены атомы, а значит, они  имеют разную внутреннюю структуру  Способность вещества существовать в двух и более формах при одинаковом химическом составе называется полиморфизмом.

    Так, например, изумруд - это редкая и  зеленая разновидность берилла. Самые красивые экземпляры находят  в Колумбии (Южная Америка). А самые  известные в мире рубины (разновидность  твердого минерала корунда) - в Мьянме (бывшая Бирма). Прекрасные сапфиры  (голубые корунды) добывают также в Азии - на Шри-Ланке и в Таиланде. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     3. Химический состав и формулы минералов 

     Подавляющее большинство встречающихся в  природе минералов представлено химическими соединениями. Среди  последних различают:

• а) соединения постоянного состава (дальтониды) и
• б) соединения переменного состава.

     3.1 Соединения постоянного состава

     Все химические соединения постоянного  состава, как известно, строго подчиняются  закону кратных отношений (закон  Дальтона) и закону валентных паев, связывающему отношения компонентов данного соединения с отношениями их в других типах соединений. Эти законы находятся в полном соответствии с Периодической системой элементов Д. И. Менделеева, законами кристаллохимии и учением о симметрии в кристаллических средах.

     Характерно, что эти соединения отличаются целым  рядом особых физических свойств, отчетливо  выступающих на физико-химических диаграммах плавкости, растворимости, электропроводности, твердости, удельного веса, показателей  преломления и пр.

     Лишь отдельные индивиды минералов, формирующиеся в специфических условиях природной дистилляции, приближаются к соединениям постоянного состава. Тем не менее в качестве идеализации многие минералы полезно условно рассматривать как соединения постоянного состава.

     Такое абстрагирование от реального состава  позволяет использовать понятие  минерального вида и характеризовать  индивиды минералов, относящиеся к  определенному минеральному виду, единообразными и относительно простыми химическими  формулами, отражающими устойчивые особенности их, вообще говоря, непостоянного состава.

     К числу бинарных химических соединений относятся:

• простые оксиды:

 

       

     

• сульфиды:

 

       

     

• галогениды:

 

       

     Соединения, состоящие из атомов трех элементов, называются тернарными; таковы различные кислородные соли. 

       

     Существуют, конечно, и соединения более сложного состава.

     Химический  состав химических соединений может  изображаться двояким способом:

1. в виде эмпирических формул;
2. в виде конституционных или структурных формул.

     Помимо  бинарных и тернарных химических соединений, в природе распространены и более сложные соединения, например, двойные соли. Двойными солями называются такие соединения постоянного состава, которые состоят как бы из двух простых солей, присутствующих в кратных отношениях. В большинстве случаев эти соли являются двойными по катионам, реже — по анионам или одновременно по катионам и анионам. В качестве примеров могут быть приведены следующие: 

     

     3.2 Соединения переменного состава

     (твердые  растворы, смешанные кристаллы, изоморфные смеси)

     Кроме химических соединений постоянного  состава, получаемых обычно в лабораториях с использованием чистых исходных компонентов, существует огромное множество таких соединений, состав которых не является постоянным, а колеблется то в узких, то в более широких пределах, причем эти колебания состава не могут быть объяснены наличием каких-либо механических примесей посторонних веществ. Наоборот, колеблющийся состав соединений с кристаллохимической точки зрения находит объяснение в растворимости составных компонентов в данном соединении. 

     

 

      Такие химические образования получили название соединений переменного состава.

     Среди минералов соединения переменного  состава составляют большинство. Существование веществ (фаз) переменного состава кажется вполне естественным, если речь идет о жидких растворах, состав которых определяется соотношением количеств растворенного вещества и растворителя. Таким образом, состав раствора колеблется в пределах от чистого растворителя до насыщенного раствора; он может быть любым из непрерывного множества возможных составов в пределах, зависящих от температуры и давления. Способность кристаллических веществ различного состава образовывать непрерывно меняющиеся по составу соединения одинаковой кристаллической структуры основана на изоморфизме, т. е. свойстве атомов различных элементов заменять друг друга в твердых химических соединениях.

     Системы с изоморфными замещениями могут  быть и более чем двухкомпонентными. В случае таких систем речь уже идет не о рядах, а о полях и целых областях изоморфной смесимости, как это характерно, например, для полевых шпатов при высоких температурах, когда смешению подвергаются плагиоклазы и калиевые полевые шпаты.

     Ионные  радиусы в вертикальных группах  Периодической системы элементов  возрастают с увеличением порядкового  номера и уменьшаются в горизонтальном направлении с увеличением номера группы (т. е. с увеличением валентности). На этом основании А. Е. Ферсманом выведен закон диагональных рядов изоморфных ионов в Периодической системе элементов, справедливый для левой ее части. Намечаются следующие гетеровалентные ряды изоморфизма ионов (в скобках показаны ионные радиусы в ангстремах): 

 

       

     Действительно, в природных соединениях нередко наблюдаются, что литиевые минералы, например, содержат изоморфные примеси магния, магниевые минералы — примеси скандия, натриевые — примеси кальция, кальциевые — примеси иттрия и т. д.

3.3 Водные соединения

     К числу водных соединений следует  относить только такие, которые в  своем составе содержат электрически нейтральные молекулы воды.

     В зависимости от того, каким способом удерживается вода в минералах, различают:

1. кристаллизационную, или связанную, воду, входящую в кристаллические структуры минералов;
2. свободную воду, не участвующую в строении самого кристаллического вещества.

     Связанная вода в кристаллической структуре  участвует в виде молекул Н2О, занимающих в ней строго определенные места. Количество молекул воды находится в простых отношениях к другим компонентам соединения. В качестве примеров можно привести следующие: Na2CO3 . 10H2O (сода), Ca[SО4] . 2H2O (гипс), Ni3[AsO4]2 . 8H2O (аннабергит), Аl2[РО4](ОН)3 . 5Н2О (вавеллит) 

       

Это так называемые кристаллогидраты, которые, по Вернеру, должны рассматриваться как "комплексные соединения", т. е. такие, в которых молекулы воды как структурные единицы располагаются в определенной координации вокруг каких-либо ионов, создавая таким путем своего рода комплексные ионы.