Внешние признаки и физические свойства минералов

Минералами называются однородные по составу и строению природные вещества, образовавшиеся в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре или на её поверхности. Минералы могут быть в твердом, жидком и газообразном состоянии (вода, углекислый газ и др.). Однако большинство минералов - это твердые вещества. Минералы, встречающиеся в твёрдом виде, делятся на аморфные, или некристаллические (лёд, асфальт, опал) и кристаллические (полевой шпат, горный хрусталь, гипс).

В природе встречаются около 3000 минералов. Минералы, наиболее часто встречающиеся и образующие основу многих горных пород, называются породообразующими. Их около 50. Содержание их в земной коре следующее (по А.Е.Ферсману): полевые шпаты – 55% по массе; пироксены и амфиболы – 15%; кварц и его разновидности – 12%; вода в свободном и поглощённом состоянии – 8,25%; слюды – 3%; оксиды и гидрооксиды – 3%; глинистые минералы – 1,5%; кальцит – 1,5%; фосфаты – 0,75%.

Процессы и условия образования минералов и горных пород объединяются в три большие группы:

- эндогенные процессы минералообразования, связанные с магматическими очагами и приурочены к базальтовому слою земной коры; здесь господствуют высокие температура и давление; минералы формируются из магмы – силикатного огненно-жидкого расплава (кварц, различные силикаты); эндогенные минералы обычно плотные, с большой твёрдостью, стойкие к воде, кислотам, щелочам;

- экзогенные или гипергенные, совершаются в гидросфере, где минералы образуются в процессе выпадения химических осадков из водных растворов (галит, сильвин), и в зоне осадочных пород, особенно в слоях, выходящих на поверхность или близко к ней залегающих при низких температуре и давлении в процессе выветривания (глинистые минералы – каолинит, гидрослюда, железистые сульфиды и оксиды).

- метаморфические процессы – в гранитном слое земной коры и ниже в твёрдой массе глубинных пород под влиянием высокого давления и температур, но недостаточных для перевода минеральной массы в расплавленное состояние; минералы перекристаллизовываются, приобретают плотность, прочность (минералы-силикаты: роговая обманка, актинолит).

Минералы, образовавшиеся из компонентов магмы, называются первичными, а минералы, образовавшиеся на поверхности Земли при процессах выветривания, называются вторичными.

Структура. Минералы обладают кристаллической структурой или бывают аморфными.

Аморфные минералы характеризуются беспорядочным расположением ионов и атомов: они не имеют кристаллического строения, характеризуются непостоянством состава и одинаковыми свойствами во всех направлениях (изотропностью).

В кристаллических минералах слагающие их элементарные частицы (атомы, ионы) расположены в строгом порядке в пространстве по определённым кристаллографическим направлениям (куб, призма, ромб, многогранник) и характеризуются симметрией, т.е. закономерной повторяемостью одинаковых рёбер, углов, граней при вращении кристалла в пространстве.

Кристаллические вещества обладают анизотропностью: их физические и оптические свойства зависят от кристаллографического направления.

В зависимости от характера частиц, находящихся в узлах.кристаллической решетки, и природы химической связи выделяют четыре типа кристаллических решеток: ионные, атомные, металлические и молекулярные.

Различают следующие элементы симметрии:

- плоскость симметрии - это воображаемая плоскость, которая делит кристалл на две равные части, причем однаизних является как бы зеркальным отражением другой;

- ось симметрии (L) - прямая линия, при вращении вокруг которой на 360° кристалл несколько раз повторяет свое начальное положение в пространстве. Число повторений начального положения кристалла при вращении вокруг оси симметрии называют ее порядком. В кристаллах могут быть только оси симметрии второго L², третьего L³, четвертого L⁴ и шестого порядков. В одном и том же кристалле может быть несколько осей симметрии одного порядка или разных порядков;

центр симметрии - точка внутри кристалла, вокруг которой правильно повторяются элементы ограничения. В кристаллах возможны 32 комбинации элементов симметрии. Эти комбинации называют кристаллографическими классами или видами симметрии. Кристаллографические классы объединяют в сингонии (табл. 2).

Таблица 2 - Характеристика кристаллографических сингоний

Категория	Сингония	Характеристика элементов симметрии
Низшая	Триклинная   Моноклинная   Ромбическая	Нет элементов симметрии или есть один центр симметрии (С) Одна ось симметрии второго порядка и одна плоскость симметрии Число осей симметрии второго порядка и плоскостей симметрии достигает трёх
Средняя	Тригональная Тетрагональная Гексагональная	Одна ось симметрии третьего порядка (L^3) Одна ось симметрии четвёртого порядка (L^4) Одна ось симметрии шестого порядка (L^6)
Высшая	Кубическая	Четыре оси симметрии третьего порядка (наряду с L^3 или L^4)

Физические свойства минералов. Каждый минерал имеет определённые физические или диагностические свойства, по которым его можно распознать. К ним относятся: внешняя форма, оптические характеристики (цвет, прозрачность, блеск), показатели твёрдости, спайность излом, плотность и др.

Внешняя форма минералов разнообразна. Они редко встречаются в виде отдельных кристаллов, чаще всего образуют скопления – агрегаты. Различают следующие формы:

- друзы - группа кристаллов, имеющих общее основание;

- дендриты – сростки многочисленных кристаллов, расположенных в одной плоскости (подобны ветке дерева, характерны для окислов марганца, серебра, меди);

- секреции – образуются в результате заполнения неправильной формы пустот минеральным веществом, при этом заполнение идёт от стенок к центру; крупные секреции называются жеодами;

- конкреции или желваки – тела сферических очертаний; возникают путём отложения минерального вещества вокруг какого-либо центра и растут от центра к периферии (фосфорит, пирит);

- оолиты – по способу образования сходны с конкрециями; характеризуются выраженной концентрической структурой, иногда скорлуповатостью; размер 5…10мм; оолиты не обладающие концентрической слоистостью называются бобовинами

Рис. 1 Формы кристаллов: -друзы кварца, гипса, ваннадита; б - дендриты;

в - конкреции; г - секреции; д - оолиты; е - натечныеформы - сталактиты и сталагмиты; ж - почковидные агрегаты

- натёчные формы возникают за счёт коллоидных растворов(гелей) в пустотах горных пород; постепенно, теряя воду, эти растворы густеют и под влиянием силы тяжести свисают с верхних частей пустот в виде сталагмитов, почковидных, гроздевидных и других форм, а затем затвердевают; в нижней части за счёт падающих капель возникают растущие кверху конусообразные сталактиты;

- корки, налёты, выцветы – тонкие слои минералов, покрывающие поверхность горных пород, трещин, пустот;

- землистые массы – мягкие мучнистые образования, в которых отдельные зёрна невозможно различить даже с помощью лупы; возникают в виде корок или скоплений на месте разрушения горных пород.

Основные массы минералов образуют кристаллически-зернистые или обломочно-зернистые агрегаты.

Цвет. Для большинства минералов цвет изменяется в зависимости от различных примесей (аллохроматическая окраска). Например, кварц бесцветный, но может быть дымчатого, черного цвета (примесь органического вещества), фиолетового (примесь окислов марганца), желтого (окислов железа). Значительно меньшее число минералов имеет посто­янный цвет, обусловленный его собственной окраской (идиохроматическая окраска). Например, малахит зеленый, сера желтая, лазурит синий, халькопирит медно-желтый и др. У медьсодержащих минералов в результате различных химических реакций на поверхности часто возникает пестроокрашенная пленка. Это явление связано с интерференцией света и называется побежалостью.

Цвет черты. Это цвет минерала в порошке. Для того, чтобы получить порошок, достаточно провести минералом но неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки. Цвет черты дают только те минералы, твердость которых ниже твердости фарфоровой пластинки. Например, красный, бурый и магнитный железняки в куске (штуфе) могут иметь почти одинаковый цвет, а цвет черты соответственно различный: вишнево-красный, бурый и черный. Медно-желтый халькопирит дает черную черту, черный в штуфе сфалерит имеет коричневую черту и т. д. Таким образом, для целого ряда минералов цвет черты является важным диагностическим признаком.

Прозрачность. По степени прозрачности (способности пропускать свет через тонкую пластинку минерала), минералы делятся на группы: прозрачные (гипс пластинчатый, мусковит, галит), через которые ясно просматриваются предметы; полупрозрачные (халцедон, опал, киноварь), через которые видны лишь контуры предметов; просвечивающие (полевые шпаты), которые пропускают свет, а контуры предметов неразличимы; непрозрачные (пирит, магнетит, графит), через которые свет не проходит.

Блеск. Блеск минералов связан с различной способностью их поверхности отражать свет. Различают блеск металлический и неметаллический.

Металлический блеск свойственен обычно минералам непрозрачным, дающим черную черту на фарфоровой пластинке (пирит, магнетит). Исключениям являются золото, серебро, платина и медь, которые дают цветную черту, хотя и относятся к минералам с металлическим блеском.

Неметаллический блеск подразделяется на полуметаллический или металловидный (гематит, черная цинковая обманка); стеклянный (очень распространенный среди прозрачных минералов: кварц, кальцит, гипс, апатит, галит); жирный (кварц на изломе, нефелин); перламутровый (обусловленный отражением света от внутренних поверхностей: слюды, иногда кальцит); шелковистый (характерный для тонковолокнистых минералов: гипс волокнистый, асбест); алмазный (алмаз, галенит, киноварь). Минералы, у которых блеск отсутствует, называют матовыми или тусклыми (пиролюзит, каолин, охра).

Спайность. Под спайностью понимается способность минерала раскалываться в определенных направлениях, образуя при этом ровные или зеркально-ровные блестящие плоскости спайности. Плоскости спайности могут быть в одном, двух, трех, четырех и шести кристаллографических направлениях. Различают несколько видов спайности: весьма совершенная, совершенная, средняя или ясная и несовершенная.

Весьма совершенная спайность характеризуется образованием зеркально-блестящих плоскостей в одном направлении. Минерал легко расщепляется на отдельные листочки или пластинки (слюда, гипс пластинчатый).

Совершенная спайность может быть в нескольких направлениях. Минерал раскалывается при легком ударе молотком с образованием ровных поверхностей (галит, кальцит, ортоклаз).

Средняя спайность характеризуется наличием ровных поверхностей спайности, а также хорошо заметных неровных поверхностей излома (авгит, анортит).

Несовершенная спайность характеризуется почти незаметными ровными поверхностями. При раскалывании преобладает поверхность излома (апатит, оливин).

Минералы без спайности дают при раскалывании только неровную поверхность излома (кварц, пирит). Это минералы с крепко связанной кристаллической решеткой. К минералам без спайности, естественно, также относятся все аморфные минералы.

Излом - это вид поверхности, образующейся при разламывании минерала. Излом может быть: ровный - чаще всего у минералов с совершенной спайностью (кальцит, галит); неровный - характеризующийся неровной поверхностью без блестящих спайных участков (апатит); занозистый - характерен для минералов волокнистого сложения (гипс волокнистый, роговая обманка); зернистый - присущ минералам зернистого строения (оливин); раковистый - очень характерен для минералов окислов кремния (кварц, халцедон, опал); крючковатый (малахит, самородная медь); землистый (каолин, фосфорит).

Твердость. Под твердостью понимается сопротивление, которое оказывает минерал другому минералу или телу, врезающемуся в него. Это важнейший признак, так как является наиболее постоянным (табл. 3).

Твердость минерала определяется только на свежем сколе. Для определения подбирают такой минерал шкалы, который может нанести царапину на определяемом минерале. Например, определяя твердость авгита, находим, что об него истирается ортоклаз, а кварц дает царапину. Авгит же на кварце царапины не оставляет, а истирается сам. Значит, твердость авгита ниже твердости кварца, но выше твердости ортоклаза, т. е. равна 6,5.

При отсутствии под рукой минералов шкалы Мооса можно использовать легкодоступные предметы, твердость которых известна по шкале Мооса: если минерал пишет на бумаге, не царапая ее, его твердость равна 1, ноготь имеет твердость 2,5, мерная монета — 3, оконное стекло — 5—5,5, стальной нож — 5,5—6, фарфоровая пластинка—6, напильник—7. В приро­де преобладают минералы с твердостью до 7. С твердостью 8 — всего несколько минералов, с твердостью 9 - единственный корунд, а с твердостью 10 - единственный алмаз.

Для оценки относительной твердости пользуются шкалой Мооса, в которой десять минералов расположены по возрастающей твердости от одного до десяти баллов.

Таблица 3 – Характеристика минералов по твёрдости

Эталонные минералы	Твёрдость по шкале Мооса	Число твёрдости (Н) МПа	Визуальные при-знаки твёрдости (полевая)	Твёрдость по группам минералов
Тальк Mg3[Si4O10](OH)2			Чертится ногтем	Мягкие
Гипс CaSO4·2H2O			То же	То же
Кальцит CaCO3			Чертится стальным ножом	Средней твёрдости
Флюорит CaF2			То же	То же
Апатит Ca5(F,Cl)[PO4]3			То же	То же
Ортоклаз K[AlSi3O8]			Царапает стекло	Твёрдые
Кварц SiO2			То же	То же
Топаз Al2[SiO4](OH·F)2			Режет стекло	Очень твёрдые
Корунд Al2O3			То же	То же
Алмаз C			Режет все вещества	То же

Плотность. Плотность минералов колеблется в широких пределах от 1 до 21 г/см³. В полевых условиях минералы по плотности делятся на три группы: легкие (до 2,5 г/см³), средние (2,5—4,0 г/см³) и тяжелые (больше 4 г/см³). К легким относятся гипс, графит, опал, галит; к средним - кварц, корунд, лимонит, кальцит, магнезит; к тяжелым - пирит, халькопирит, магнетит, золото, серебро. Самой распространенной является группа минералов среднего удельного веса.

Реакция с НСl является важным свойством при диагностике карбонатов. Кальцит и малахит разлагаются в соляной кислоте с выделением пузырьков СО₂ при комнатной температуре. Другие минералы - карбонаты требуют дополнительного измельчения в порошке (доломит) или подогревания порошка с кислотой (магнезит, сидерит).

Вкус. Это свойство используется при диагностике легко растворимых солей: галит - соленый, сильвин, внешне очень похожий на галит, - горько-жгучесоленый, а мирабилит - горько-соленый.

Оптические свойства. Двойным лучепреломлением обладает разновидность кальцита - исландский шпат; лабрадор обладает синим отливом на плоскостях спайности (внутреннее лучепреломление, или иризация. Имеется еще ряд свойств, характерных для отдельных ми­нералов: магнитные свойства у магнетита, вязкость нефрита, хрупкость топаза, горючесть серы и некоторые другие.

Классификация минералов основана в основном на их химическом составе. Все минералы разделяются на 10 классов (табл.4).

Таблица 4- Классификация минералов

Дата добавления: 2015-12-07