Физические свойства минералов

КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ

     В результате в современной систематике (см. табл. 2) минералы объединяются в классы по признаку общего аниона или анионной группы. Единственное исключение составляют самородные элементы, которые встречаются в природе сами по себе, не образуя соединений с другими элементами.

     В природе наиболее распространены минералы класса

1. силикатов — около 25 %
2. окислы и гидроокислы — около 12%
3. сульфиды и их аналоги составляют около 13 %
4. фосфаты, арсенаты (ванадаты) — около 18 %
5. прочие природные химические соединения — 32 %.

   Земная  кора на 92 % сложена силикатами, окислами и гидроокислами.  
 

ПРИМЕНЕНИЕ

     Свойства  минералов определяют области их применения в технике. Так, например, весьма твёрдые минералы (алмаз, корунд, гранаты и др.) применяются как абразивы; минералы с пьезоэлектрическими свойствами используются в радиоэлектронике и т. д. На различиях физических свойств минералов (главным образом плотности, упругих, магнитных, электрических, поверхностных, радиоактивных и др.) основаны методы обогащения руд, а также геофизические методы разведки месторождений полезных ископаемых. В этой связи особо важное значение приобретает всестороннее изучение свойств и особенностей минералов. Большие перспективы открывает возможность направленного изменения свойств минералов путём «генерирования» или «залечивания» дефектов кристаллической решётки, что может быть осуществлено разными путями — механическим, акустическим (ультразвуковая обработка), термическим (нагреванием и последующим быстрым или медленным охлаждением), химическим (протравливанием, обработкой реагентами, способными «легировать» поверхность минерала примесными ионами), радиационным (облучением рентгеновскими и гамма-лучами, потоками быстрых частиц и т. п.). На современном этапе развития промышленность использует не более 15 % всех известных минералов. Детальное изучение распространённости, состава и свойств минералов позволяет вовлекать в сферу практического применения всё новые минеральные виды, используя при этом почти все элементы таблицы Менделеева, заключённые в различных минералах в форме основных компонентов (руды чёрных, цветных, частично редких металлов) или элементов-примесей (рассеянные элементы). Широкое применение в оптике, радиоэлектронной технике, в электроэнергетике приобрели монокристаллы минералов и их синтетические аналоги. Некоторые минералы являются драгоценными и поделочными камнями. В число объектов изучения минералогов все шире вовлекаются минералы Луны, космических тел и мантии Земли. 

     ХАРАКТЕРИСТИКА  НЕКОТОРЫХ МИНЕРАЛОВ

Алмаз 

     Самородный  кристаллический углерод. Идеальный алмаз бесцветен и прозрачен, но может быть желтым, зеленым, голубым, синим, дымчато-коричневым, розово-сиреневым, молочно-белым, серым и черным. Он бывает окрашен в черный, желтый, коричневый, голубой цвет, но для ювелирной промышленности используется чаще всего бесцветный прозрачный или голубой алмаз. В XX веке алмазы стали широко синтезировать, в основном для промышленных нужд. Бриллиантом называют ограненный алмаз ювелирного качества. Основную массу добываемых алмазов составляют неювелирные технические камни, лишь доли процента пригодны для ювелирной обработки. Для измерения веса алмазов принят метрический карат - 0,2 грамма или 200 миллиграммов. Алмазы массой более 15 каратов - редкость, массой в сотни каратов - величайшая редкость. К настоящему времени в мире известно лишь 26 алмазов, первоначальная масса которых превышала 400 каратов. Такие камни получают собственные имена, мировую известность и прочное место в истории.  

      У правильно ограненного алмаза "игра" - самое эффектное свойство: он дробит белый свет на ярчайшие спектрально-чистые искры, вспархивающие и веером рассыпающиеся  вокруг граненой сердцевины. Это свойство алмаза связано с тем, что показатель его преломления резко различается  для лучей видимого света с  разной длиной волны. Он разлагает белый  луч подобно оптической призме на расходящиеся веером лучики всех цветов спектра. Ограненный алмаз кажется более плоским, чем есть на самом деле.  

      Основу  алмаза составляют атомы чистого  углерода, существующие глубоко под  землей, подвергшиеся сильному нагреванию и давлению в течение миллиардов лет. С течением времени, под давлением  и при высокой температуре, в  результате вулканического взрыва на поверхности земли появились  скалы и алмазы в скальных породах. Взрыв породил глубокую и широкую  впадину, которая называется кимберлитовая  трубка; такие залежи алмазов известны как первичные залежи. Остальные  алмазы вымыло водой в результате эрозии почвы - это алмазные россыпи. Такие залежи встречаются во многих уголках мира, но самые большие  крупные промышленные месторождения  запасы сосредоточены в Анголе, Австралии, Ботсване, Намибии, ЮАР, России и Заире, где добывают 80% всех алмазов мира. Первые залежи алмазов появились  на поверхности земли примерно 2,5 миллиарда лет назад. Самым свежим месторождениям алмазов от силы 50 миллионов  лет. Определенное количество технических  алмазов образовалось в земной коре в месте падения крупного метеорита под влиянием мгновенного высокого давления и температуры.

     Надо  добыть и просеять 250 тонн руды для  того, чтобы получить 1 карат природных  алмазов. При огранке необработанный алмаз теряет 40%-60% своего веса, а  это значит, что все усилия привели  к добыче 0,5 карата ограненных бриллиантов (это, например, один цельный бриллиант диаметром 5,25 мм или 16 бриллиантов диаметром по 2 мм), которые Вы и видите на прилавках ювелирных магазинов. Нужно также учитывать, что только четвертая часть всех природных алмазов пригодна для огранки бриллианта (то есть в среднем нужно просеять 1000 тонн руды).

     Совершенно  бесцветные алмазы в природе довольно редки. Обычно у них наблюдается  какой-либо оттенок (нацвет). Встречаются  также интенсивно окрашенные алмазы желтого, оранжевого, зеленого, голубого, синего, розового, коричневого, молочно-белого, серого, черного цвета. Окраска алмазов  связана с различными дефектно-примесными центрами в структуре кристаллов, а иногда - с включениями ряда минералов. Наиболее распространенная желтая окраска может иметь различное  происхождение.

     Алмаз - драгоценный камень первого класса. Однако его сильный блеск и "игра" выявляются только после обработки. У алмаза наблюдается анизотропия  твердости: на разных гранях и в различных направлениях твердость несколько отличается. Алмаз обрабатывают по наименее износоустойчивыми направлениям. При правильной огранке алмаза свет, падающий на него, полностью отражается. При просмотре бриллианта на свет видна только одна светящаяся точка в колетте. Из-за полного внутреннего отражения нельзя ничего увидеть сквозь бриллиант, это показатель правильности огранки. Высокий показатель преломления алмаза при просмотре его через площадку создает иллюзию значительно меньшей толщины камня, чем это есть на самом деле.

     Алмаз при обычных температурах химически  инертен. Кислоты, даже самые сильные, на него не действуют. При высоких  температурах алмаз приобретает  химическую активность. Алмаз не смачивается  водой, но прилипает к жировым  смесям. На свойстве алмаза смачиваться  жирами основан "Алмазный карандаш", снабженный фетровым концом и заправленный специальными жировыми чернилами, которые  оставляют сплошную черту на поверхности  алмаза и пунктирную - на большинстве  имитаций с высокими (выше 1,8) показателями преломления. Теплопроводность алмаза во много раз превышает теплопроводность имитаций. Надежный метод идентификации  алмазов - пропускание через него рентгеновских лучей. Алмаз, в отличие  от большинства минералов, синтетических  камней и стекол, полностью прозрачен и невидим в рентгеновских лучах.  

     Сегодня алмазы успешно имитируют фианитами (кубическими цирконами, оксидами циркония). Нужно помнить, что не только алмазы царапают стекло (стекло также царапают топазы, корунды и кристаллы кварца). Внимание! В отличие от подделок и синтетических заменителей  у ограненного алмаза острые ребра  и углы, а у фианитов и других имитаторов они скругленные. Кроме  того, синтетические фианиты (цирконы) ощутимо тяжелее алмазов.

     Алмаз обладает рядом интересных свойств: он, например, начинает светиться, если на кристалл воздействовать направленным ультрафиолетовым или катодным излучением. Его энергетическое излучение, истинный его цвет - глубокий синий, поэтому  он применяется в лечении синим  светом/цветом в цветотерапии.

     Исключительная  твёрдость алмаза находит своё применение в промышленности: его используют для изготовления ножей, свёрл, резцов и тому подобных изделий. Потребность  в алмазе для промышленного применения вынуждает расширять производство искусственных алмазов. В последнее  время проблема решается за счет кластерного  и ионно-плазменного напыления  алмазных пленок на режущие поверхности. Алмазный порошок (как отход при  обработке природного алмаза, так  и полученный искусственно) используется как абразив для изготовления режущих и точильных дисков, кругов и т. д.

     Крайне  перспективно развитие микроэлектроники на алмазных подложках. Уже есть готовые  изделия, обладающие высокой термо- и радиационной стойкостью.

     Однако  подавляющая часть (по стоимости) природных  алмазов используется для производства бриллиантов.