Физические свойства минералов

    ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

    ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

    ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

    «БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 
 

    географический  факультет

    кафедра геологии и геоморфологии 
 
 
 

Реферат 

«Физические свойства минералов» 
 
 
 
 
 
 

Выполнила:

студентка 2 курса

группы 2.6

Каримова  Г. М. 

Проверил:

профессор д.г.- м.н.

Мустафин  С.К. 
 
 

Уфа - 2009

Содержание:

1. Минералы и минералогия……………………………………….3
2. Главные свойства минералов……………………………………3
3. Физические свойства минералов………………………………..5
4. Классификация минералов…………………………………….10
5. Применение……………………………………………………..11
6. Характеристика некоторых минералов:

- алмаз…………………………………………………………...12

- горный хрусталь………………………………………………14

- пирит…………………………………………………………...16

- гипс…………………………………………………………….18

- тальк……………………………………………………………19

7. Происхождение и условия нахождения минералов………….20
8. Литература……………………………………………………....24

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Минералы  и минералогия

     Минералы – твердые природные образования, входящие в состав горных пород Земли, Луны и некоторых других планет, а также метеоритов и астероидов. Минералы, как правило, – довольно однородные кристаллические вещества с упорядоченной внутренней структурой и определенным составом, который может быть выражен соответствующей химической формулой. Минералы не являются смесью мельчайших минеральных частиц, как, например, наждак (состоящий в основном из корунда и магнетита) или лимонит (агрегат гетита и других гидроксидов железа), к ним относятся также соединения элементов с неупорядоченной структурой, подобные вулканическим стеклам (обсидиану и др.). Минералами считаются химические элементы или их соединения, образовавшиеся в результате естественных природных процессов. Из числа минералов исключаются такие важнейшие виды минерального сырья органического происхождения, как уголь и нефть.

     Минералогия – наука о минералах, их классификации, химическом составе, особенностях и закономерностях строения (структуры), происхождении, условиях нахождения в природе и практическом применении. Для более глубокого объяснения внутреннего строения минералов и их связи с историей Земли минералогия привлекает математику, физику и химию. Она в большей мере, чем другие геологические науки, использует количественные данные, так как для адекватного описания минералов необходимы тонкий химический анализ и точные физические измерения.

ГЛАВНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

     Долгое  время основными характеристиками минералов служили внешняя форма  их кристаллов и других выделений, а  также физические свойства (цвет, блеск, спайность, твердость, плотность и  проч.), имеющие и в настоящее  время большое значение при их описании и визуальной (в частности, полевой) диагностике. Эти характеристики, а также оптические, химические, электрические, магнитные и иные свойства зависят от химического  состава и внутреннего строения (кристаллической структуры) минералов.

     Минералы  – это химические соединения (исключение составляют самородные элементы). Однако даже бесцветные, оптически прозрачные образцы этих минералов почти  всегда содержат небольшие количества примесей. Природные растворы или  расплавы, из которых кристаллизуются  минералы, обычно состоят из многих элементов. В процессе образования  соединений немногочисленные атомы  менее распространенных элементов  могут замещать атомы главных  элементов. Такое замещение настолько  обычно, что химический состав многих минералов лишь очень редко приближается к составу чистого соединения.

     Структура. Все минералы, за исключением воды (которую – в отличие от льда – обычно не относят к минералам) и ртути, при обычных температурах представлены твердыми телами. Однако, если воду и ртуть сильно охладить, они затвердевают: вода – при 0° С, а ртуть – при -39° С. При этих температурах молекулы воды и атомы ртути образуют характерную правильную трехмерную кристаллическую структуру (термины «кристаллический» и «твердый» в данном случае почти равноценны). Таким образом, минералы представляют собой кристаллические вещества, свойства которых определяются геометрическим расположением составляющих их атомов и типом химической связи между ними.

Элементарная  ячейка (наименьшее подразделение кристалла) построена из регулярно расположенных  атомов, удерживаемых вместе благодаря  электронным связям. Эти мельчайшие ячейки, бесконечно повторяющиеся в  трехмерном пространстве, образуют кристалл. Размеры элементарных ячеек в  разных минералах различны и зависят  от размеров, числа и взаимного  расположения атомов в пределах ячейки. Параметры ячейки выражаются в ангстремах (Å) или нанометрах (1 Å = 10^–8 см = 0,1 нм). Составленные вместе элементарные ячейки кристалла плотно, без зазоров заполняют объем и образуют кристаллическую решетку. Кристаллы подразделяются по признаку симметрии элементарной ячейки, которая характеризуется соотношением между ее ребрами и углами. Обычно выделяют 7 сингоний (в порядке повышения симметрии): триклинную, моноклинную, ромбическую, тетрагональную, тригональную, гексагональную и кубическую (изометрическую). Иногда тригональную и гексагональную сингонии не разделяют и описывают вместе под названием гексагональной сингонии. Сингонии подразделяются на 32 кристаллических класса (вида симметрии), включающих 230 пространственных групп. Эти группы впервые были выделены в 1890 российским ученым Е.С.Федоровым. При помощи рентгеноструктурного анализа определяют размеры элементарной ячейки минерала, его сингонию, класс симметрии и пространственную группу, а также расшифровывают кристаллическую структуру, т.е. взаимное расположение в трехмерном пространстве атомов, составляющих элементарную ячейку.

     Размеры кристаллов минералов варьируют  в очень широких пределах –  от гигантов весом в 5 т (масса хорошо образованного кристалла кварца из Бразилии) до столь мелких, что  их грани можно различить только под электронным микроскопом. Форма  кристалла даже одного и того же минерала в разных образцах может  несколько отличаться; например, кристаллы  кварца бывают почти изометричными, игольчатыми или уплощенными. Однако все кристаллы кварца, крупные  и мелкие, остроконечные и плоские, образуются при повторении идентичных элементарных ячеек. Если эти ячейки ориентированы в каком-то определенном направлении, кристалл имеет удлиненную форму, если в двух направлениях в  ущерб третьему – то форма кристалла  таблитчатая. Поскольку углы между  соответствующими гранями одного и  того же кристалла имеют постоянное значение и специфичны для каждого  минерального вида, этот признак обязательно  включается в характеристику минерала.

     Минералы, представленные отдельными хорошо ограненными  кристаллами, редки. Гораздо чаще они  встречаются в виде неправильных зерен или кристаллических агрегатов. Нередко минерал характеризуется  определенным типом агрегата, который  может служить диагностическим  признаком.

     Выделяют  несколько типов агрегатов:

1. Зернистые  агрегаты —скопления неправильно  сросшихся зерен одного или  нескольких минералов (например, мрамор, полнокристаллические горные  породы).

2. Плотные  или сплошные массы — те же зернистые агрегаты состоящие из очень мелких частиц (например, каолин, боксит и др.).

3. Землистые  образования, напоминающие куски  рыхлой почвы (мел, бурый железняк  и др.).

4. Аморфные  тела, напоминающие стекло и не  проявляющие признаков кристаллической  структуры (опал, вулканические стекла  и др.).

5. Столбчатые  агрегаты, характеризующиеся вытянутыми  призматическими кристаллами (кальцит,  берилл, скаполит и др.).

6. Волокнистые  и жилковатые минералы, образующие очень тонкие кристаллы, которые иногда можно разделить на отдельные волокна (асбест, гипс, хризотил и т. п.).

7. Листоватые  агрегаты, расщепляющиеся на тонкие  слюдоподобные листочки, (слюды,  хлориты и др.).

8. Сталактиты – натечно-капельные образования, свисающие в форме сосулек, трубок, конусов или «занавесок» в карстовых пещерах. Они возникают в результате испарения минерализованных вод, просачивающихся по трещинам известняка, и часто сложены кальцитом (карбонатом кальция) или арагонитом.

9. Дендритовидные ветвящиеся агрегаты похожи на листья папоротника или мох и характерны, например, для пиролюзита.

10. Колломорфные агрегаты, имеющие гладкую округлую поверхность, построены из волокон, которые радиально отходят от общего центра. Крупные округлые массы имеют сосцевидную форму (малахит), а более мелкие – почковидную (гематит) или гроздевидную (псиломелан).

12. Чешуйчатые агрегаты, состоящие из мелких пластинчатых кристаллов, характерны для слюды и барита.

13. Оолиты – агрегаты, состоящие из маленьких шариков и напоминающие рыбью икру, встречаются в некоторых кальцитовых (оолитовый известняк), гетитовых (оолитовая железная руда) и других подобных образованиях.

ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

     Хотя  главные характеристики минералов (химический состав и внутренняя кристаллическая  структура) устанавливаются на основе химических анализов и рентгеноструктурного метода, косвенно они отражаются в  свойствах, которые легко наблюдаются  или измеряются. Для диагностики  большинства минералов достаточно определить их блеск, цвет, спайность, твердость, плотность.

     Блеск (металлический, полуметаллический и неметаллический — алмазный, стеклянный, жирный, восковой, шелковистый, перламутровый и др.) обусловлен количеством отражаемого от поверхности минерала света и зависит от его показателя преломления. По прозрачности минералы разделяются на прозрачные, полупрозрачные, просвечивающие в тонких осколках и непрозрачные. Количественное определение светопреломления и светоотражения возможно только под микроскопом. Некоторые непрозрачные минералы сильно отражают свет и имеют металлический блеск. Это характерно для рудных минералов, например, галенита (минерал свинца), халькопирита и борнита (минералы меди), аргентита и акантита (минералы серебра). Большинство минералов поглощают или пропускают значительную часть падающего на них света и обладают неметаллическим блеском. Некоторые минералы имеют блеск, переходный от металлического к неметаллическому, который называется полуметаллическим.

     Минералы  с неметаллическим блеском обычно светлоокрашенные, некоторые из них  прозрачны. Часто бывают прозрачными  кварц, гипс и светлая слюда. Другие минералы (например, молочно-белый кварц), пропускающие свет, но сквозь которые  нельзя четко различить предметы, называют просвечивающими. Минералы, содержащие металлы, отличаются от прочих по светопропусканию. Если свет проходит сквозь минерал, хотя бы в самых тонких краях зерен, то он, как правило, нерудный; если же свет не проходит, то он – рудный. Бывают, впрочем, и исключения: например, светлоокрашенный сфалерит (минерал цинка) или киноварь (минерал ртути) нередко прозрачны  или просвечивают.

     Минералы  различаются по качественным характеристикам  неметаллического блеска. Глина имеет  тусклый землистый блеск. Кварц  на гранях кристаллов или на поверхностях излома – стеклянный, тальк, разделяющийся  на тонкие листочки по плоскостям спайности, – перламутровый. Яркий, сверкающий, как у алмаза, блеск называется алмазным.

     Когда свет падает на минерал с неметаллическим  блеском, то он частично отражается от поверхности минерала, а частично преломляется на этой границе. Каждое вещество характеризуется определенным показателем преломления. Поскольку  этот показатель может быть измерен  с высокой точностью, он является весьма полезным диагностическим признаком  минералов.