- Химический состав.(приложение1)
Внутреннее
строение минералов:
По
внутреннему строению минералы делятся на кристаллические (кухонная соль) и
аморфные (опал). В минералах с кристаллическим
строением элементарные частицы (атомы,
молекулы) расположены в определенном
направлении и на определенном расстоянии
между собой, образуя кристаллическую
решетку. В аморфном веществе указанные
частицы расположены хаотически. От внутреннего
строения минерала (кристаллического
или аморфного) зависят его основные физические
свойства (твердость, спайность, кристаллографическая
внешняя форма и др.). Каждый минерал состоит
имеет элементарную ячейку-это наименьшее
часть кристалла которая повторяется
многократно в трехмерном пространстве.
Варианты размещения элементарных ячеек
заложено в основу теории пространственных
групп симметрии. Все группы симметрии
подразделяются на 7 систем
1. Кубическая
2. Гексагональная( 6 гранная
призма)
3. Тригональная (ромбоэдр)
4. Тетрагональная(4 гранная призма)
5. Ромбическая
6. Моноклинная
7. Триклинная
Атомы и молекулы связываются
с друг другом различными типами химической
связи: ионная, ковалентная, металлическая,
водородная.
Химический состав минералов различает две основные группы:
1) Постоянного химического
состава (например, SiO2, FeS2). Эту группу
минералов изучать достаточно
просто;
2) Минералов, образующие непосредственные
соединения, довольно сложные для
изучения. К этим соединениям
относятся минералы, имеющие различные
примеси (газы, растворы, взвешенные
частицы и в виде отдельных
элементов, входящих в кристаллическую
решетку вещества, не нарушая
ее формы). Многие минералы, имея
один и тот же химический
состав минералов, могут иметь
различную структуру и внешний
облик кристаллов, текстуру, а значит
и различные физические свойства.
Такое свойства минералов называется
полиморфизмом. Примером полиморфизма
может служить углерод. В зависимости
от условий кристаллизации он
может образовать две полиформных
разновидностей – алмаз и графит, имеющие
различное расположение атомов углерода
в пространстве. Вода, входящая в химический
состав минералов, подразделяется по прочности
связи: конституционная (наиболее прочно
связана с кристаллической решеткой, кристаллизационная
(тоже связанная с кристаллической решеткой,
но менее прочно и поэтому может быть удалена
при высоких температурах); циолитная
(вода как бы растворенная в кристалле).
Присоединение конституционной воды означает
образование особой формы минерала, а
ее удаление разрушает минерал. Присоединение
кристаллизационной воды и ее удаление
при высоких температурах заметно отражается
на многих физических и химических свойствах
минерала. Например, присоединяя кристаллизационную
воду, ангидрит переходит в гипс. При этом
увеличивается его объем до 60%. Циолитовую
воду минералы могут относительно просто
терять и восстанавливать, изменяя при
этом некоторые свои свойства (показатель
преломления, структуру).
Распространенность
минералов, внутреннее строение кристаллов
25% от общего числа
минералов составляют силикаты
и алюмосиликаты, 18% — фосфаты, арсенаты
и их аналоги, 13% — сульфиды, 12%
— оксиды и гидроксиды. Среди
остальных преобладают карбонаты, сульфаты,
галогениды. Наиболее распространены
в земной коре алюмосиликаты (полевые
шпаты и слюды), силикаты (амфиболы, пироксены), оксиды (кварц, оксиды и гидроксиды
железа и алюминия), карбонаты; в сумме
они составляют 98% массы земной коры. Состав
минералов отражается его химической
формулой, выделение скобками комплексных
анионов дает представление о кристаллохимических
особенностях. Кристаллы минералов неоднородны,
имеют зональное, секториальное, блочное,
доменное строение; широко распространены
изоморфные замещения элементов. Обычно
минералы содержат массу газово-жидких
пузырьков, мелких и субмикроскопических
включений других минералов, продукты
распада твердых растворов. Поэтому химические
анализы отражают состав системы «минерал
+ различные виды микровключений».
- Взаимосвязь морфологии и внутреннего
строения минералов
Морфология
(внешнее строение)
Морфология минералов
отражает их структуру и условия образования.
Облик кристаллов бывает изометричный,
таблитчатый, столбчатый, шестоватый,
игольчатый, листоватый, чешуйчатый и
др.; по преобладающим граням различают габитус кристаллов — кубический,
октаэдрический, ромбоэдрический, призматический
и др. Быстрая кристаллизация способствует
появлениюдендритных, скелетных, нитевидных форм. Многие минералы
образуют правильные срастания одиночных
кристаллов по плоскостям плотнейшей
упаковки ионов, которые называются двойниками , тройниками и т. д.
Грани кристаллов часто покрыты штриховкой,
структурами роста или растворения.
- Взаимосвязь механических свойств и их внутреннем строении.
Механические свойства минералов
Твердость является
одним из важнейших диагностических свойств
минералов. Под твердостью понимается
способность минералов противостоять
внешнему механическому воздействию.
В практической минералогии определяется
относительная твердость путем царапания
одного минерала другим. Для этих целей
используется шкала твердости Мооса, в
которую входят следующие 10 минералов-
эталонов, расположенные в порядке увеличения
твердости: тальк — 1; гипс — 2; кальцит
— 3; флюорит — 4; апатит — 5; ортоклаз —
6; кварц — 7; топаз — 8; корунд — 9; алмаз
— 10. Каждый минерал шкалы
твердости царапает предыдущие, а последующие
оставляют царапину на нем. Для определения
твердости по свежей поверхности минерала
с усилием проводят острым углом минерала-эталона,
а затем стирают с поверхности минерала
порошок, чтобы убедиться в наличии или
отсутствии на ней царапины. Так, если
эталоны 1, 2, 3, 4 не царапают минерал, а эталон
5 оставляет на нем царапину, твердость
исследуемого минерала — 4,5. Минералы
с одинаковой твердостью обычно взаимно
царапают друг друга. Для приблизительной
оценки твердости часто используют широко
распространенные предметы: ноготь (твердость
2), стекло (твердость 5), лезвие стального
ножа (твердость 6).
По твердости минералы
можно разделить на три группы: мягкие
— царапаются ногтем (тальк, гипс, графит);
средней твердости — не царапаются ногтем
и не оставляют царапины на стекле (кальцит,
галенит, халькопирит); твердые — царапают
стекло (кварц, полевые шпаты, пирит, магнетит).
Точное определение твердости производится
на специальных приборах — склерометрах,
снабженных алмазным или металлическим
острием. Спайность и излом. Спайность
— способность минералов раскалываться
или расщепляться по определенным кристаллографическим
направлениям с образованием ровных гладких
плоскостей, называемых плоскостями спайности.
Плоскости спайности
ориентированы параллельно действительным
или возможным граням кристаллов. Это
свойство всецело зависит от внутреннего
строения минералов и проявляется в тех
направлениях, в которых силы сцепления
между материальными частицами кристаллических
решеток наименьшие. В зависимости от
степени совершенства выделяют несколько
видов спайности.
Весьма совершенная
— минерал легко расщепляется на отдельные
тонкие пластинки или листочки, расколоть
его в другом направлении очень трудно
(слюды, гипс, тальк, хлорит).
Совершенная — минерал
сравнительно легко раскалывается преимущественно
по плоскостям спайности, причем отбитые
кусочки часто напоминают отдельные кристаллы
(кальцит, галенит, галит, флюорит).
Средняя — при раскалывании
образуются как плоскости спайности, так
и неровные изломы по случайным направлениям
(пироксены, полевые шпаты).
Несовершенная — минералы
раскалываются по произвольным направлениям
с образованием неровных поверхностей
излома, отдельные плоскости спайности
обнаруживаются с трудом (самородная сера,
пирит, апатит, оливин).
У некоторых минералов
при раскалывании образуются только неровные
поверхности, в этом случае говорят о весьма
несовершенной спайности или отсутствии
ее (кварц).
Спайность может проявляться
в одном, двух, трех, редко более направлениях.
Для более детальной характеристики ее
указывают направление, в котором проходит
спайность, например по ромбоэдру — у
кальцита, по кубу — у галита и галенита,
по октаэдру — у флюорита. Спайность с
уверенностью можно определить только
в сравнительно крупнозернистых минеральных
агрегатах. Плоскости спайности важно
уметь отличать от граней кристаллов:
первые обычно обладают более сильным
блеском, образуют ряд параллельных друг
другу плоскостей и в отличие от граней
кристаллов на них не наблюдается штриховки.
Кроме спайности, некоторые минералы имеют
также и плоскости отдельности. Отдельность
чаще всего связана с включениями других
минералов, расположенных в виде тончайших
прокладок вдоль плоскостей плотпейшей
упаковки в кристаллической решетке минерала-
хозяина. Именно по этим ослабленным плоскостям
и происходит раскалывание (корунд).
Спайность тесно связана
с изломом, то есть общим видом поверхности
минерала, образующейся при его раскалывании
или разламывании. При наличии у минерала
весьма совершенной, совершенной, а иногда
и средней спайности его излом, как правило,
ровный пластинчатый или ступенчатый.
Если спайность несовершенная или
весьма несовершенная,
излом бывает неровным или раковистым,
то есть имеющим вид вогнутой поверхности,
напоминающей раковину. Для минералов
игольчатого и волокнистого строения
характерен занозистый излом (роговая
обманка, асбест); для агрегатов с шероховатой
неровной поверхностью — землистый, когда
поверхность минерала как бы покрыта налетом
пыли (каолинит, лимонит).
Плотность (удельный
вес). Это свойство зависит, в первую очередь,
от химического состава минералов. Естественно,
что минералы, имеющие в своем составе
элементы с большим порядковым номером,
обладают и большим удельным весом. Значительную
роль играют также плотность упаковки
и структурный мотив кристаллической
решетки.
Плотность минералов
изменяется в широких пределах от 600 до
27 ООО кг/м3 (или от 0,6 до 27 г/см3 ) и точно
определяется в лабораторных условиях.
При макроскопическом определении плотность
оценивается приблизительно путем «взвешивания»
минерала на руке с оценкой «легкий »,
«средний», «тяжелый».
К легким относятся
минералы с плотностью до 2500 кг/м3 (2,5 г/
см3 ) — сера, галит, опал. Средней плотностью
(от 2500 до 40 000 кг/м3 ) (2,5-4 г/см3 ) обладает
большинство породообразующих минералов
(кварц, кальцит, полевые шпаты, слюды,
апатит, флюорит и др.). Тяжелыми считаются
минералы с плотностью более 4000 кг/м3 (4
г/см3 ) ; чаще всего это рудные минералы
(галенит, пирит, халькопирит, магнетит
и др.).
Следует отметить, что
определение плотности с уверенностью
можно производить только в мономинеральных
образцах, при этом часто прибегают к сравнению
близких по размерам образцов различных
минералов.
СВОЙСТВА
МИНЕРАЛОВ
У каждого минерального
вида неповторим набор, сочетание физических
и химических свойств. Чем точнее и полнее
удается обнаружить признаки интересующего
вас минерала, тем быстрее вы его определите.
При этом, прежде всего, следует использовать
самый точный прибор - собственные глаза.
Цвет минералов – это способность
минерала отражать и поглощать солнечные
лучи, цвет может быть любым, включая полный
спектр. Бесцветный – минерал отразил
солнечные лучи; черный цвет – минерал
поглотил весь цветовой спектр; цветной
– минерал поглотил часть цветов спектра,
а окрасился в тот цвет, что не поглотил.
Одни минералы окрашены в определенный
цвет, и он очень характерен – например
золотистый пирит, зеленый малахит, желтый
халькопирит. Но есть разноцветные минералы,
кристаллы которых в каждой своей части
могут выглядеть по-разному - турмалин,
топаз, флюорит.
Цвет черты можно получить, если
минералом провести по шероховатой поверхности
фарфоровой пластинки (бисквиту). Цвет
порошка, который минералоги называют
чертой, может быть разным. Например, магнетит
и пирит дают черную черту, халькопирит
– зеленоватую, гематит – вишнево-красную.
Побежалость - это пестрая или радужная
окраска приповерхностного слоя. Она объясняется
появлением тонких поверхностных пленок
за счет изменения, например окисления,
минералов. Яркие фиолетовые и синие отливы
побежалости характерны для минерала
борнита, желтая или пестрая побежалость
свойственна пириту, темно-синяя – антимониту.
Ирризация и опалисценция (характерные
цветовые переливы) типичны для лабрадора
и опала.
Блеск минералов. Блестит любой достаточно
гладкий предмет. Блестит граненый стакан,
начищенный сапог и самовар, но блестят
по-разному. Очень разнообразен и блеск
минералов. Он определяется тем, сколько
света минерал поглощает и сколько отражает.
Различают блеск металлический и неметаллический.
Металлический блеск бывает обычно у непрозрачных
минералов, таких как молибденит, пирит.
В группе минералов с неметаллическим
блеском различают оттенки: алмазный (циркон,
касситерит, сфалерит),стеклянный (кварц,
кальцит), шелковистый (асбест,
селенит), перламутровый (мусковит,
цеолиты), жирный (тальк)
и т.д. Преобладают минералы со стеклянным
блеском, их около 70%.
К минералам с металлическим
блеском относятся и издавна известные
человеку руды, в научной литературе нередко
их до сих пор называют по этому признаку:
галенит – свинцовый блеск, антимонит
– сурьмяный блеск.
Спайностью называется свойство
кристаллов раскалываться по каким-то
определенным плоскостям. Ее можно определить,
только разбив минерал на несколько частей.
Различают пять разновидностей спайности:
1. Спайность
весьма совершенная (слюды, хлорит). От слюды
можно отщепить тонкий листик, а получить
излом в поперечном направлении не легко.
2. Спайность
совершенная. Кальцит раскалывается
на ромбоэдрические осколки, спайность
в трех плоскостях, галит на кубики, спайность
тоже в трех плоскостях.
3. Спайность
средняя (полевые шпаты, роговые
обманки). На кристалле одновременно видны
и плоскости спайности и участки с неровным
изломом.
4. Спайность
весьма несовершенная обнаруживается с трудом
или проявляется очень редко (золото, корунд,
платина).
От спайности минералоги
отличают отдельность –
способность кристалла распадаться на
не очень ровные тонкие пластинки, параллельные
каким-либо его граням (корунд, пироксен).
При раскалывании кристаллов
с различными видами спайности и отдельности
обнажаются поверхности излома:
1) ровные –
плоские участки;