На прошлой лекции
мы рассмотрели одно из важнейших свойств
минералов — кристаллическое строение,
симметрию и способность к самоогранению.
В этой лекции
рассмотрим другие физические свойства.
К ним относятся: цвет, блеск, прозрачность;
твердость, плотность, спайность, излом
и др. свойства.
ЦВЕТ
минерала определяется его способностью
поглощать определенную часть светового
спектра. Ферсман выделил 3 рода окрасок
минералов по происхождению:
Идиохроматическая
— в состав минерала входит элемент,
дающий окраску — хромофор. Например,
железо дает черную или бурую окраску,
свинец — серый, медь- зеленый и т. д.
Аллохроматическая
— окраска за счет элементов-примесей,
изменяющих окраску минерала. Например,
кварц бесцветный минерал, а его
разновидности аметист, морион окрашены
в фиолетовый или черный цвет за счет
примесей атомов железа (Fe).
Псевдохроматическая
— обусловлена включениями посторонних
минералов. Например, минерал лабрадор
обладает темным собственным цветом, но
при рассмотрении его под разными углами
наблюдается синяя окраска. Она обусловлена
тонкими включениями минерала ильменита
, который изменяет светопреломление.
Иногда на поверхности
минерала появляется радужная окраска,
называемая побежалостью — возникает за
счет образования тонкой пленки окислов
на его поверхности.
МИНЕРАЛЫ — ЭТАЛОНЫ
ЦВЕТА
ЦВЕТ ЧЕРТЫ – цвет
минерала в порошке. Часто цвет черты
повторяет цвет минерала, но бывают и
отклонения. Например, минералы магнетит
и хромит имеют черный цвет, а их цвет в
порошке или цвет черты отличаются: у
магнетита черта черная, а у хромита —
темно-бурая.
ПРОЗРАЧНОСТЬ –
способность минерала пропускать свет.
По этому признаку минералы разделяются
на прозрачные, полупрозрачные и
непрозрачные.
БЛЕСК – способность
отражать падающий свет. По отражательной
способности минералов блеск подразделяется
на металлический и неметаллический.
Металлический блеск имеют минералы с
высокой отражательной способностью.
Неметаллический блеск подразделяют
на:
— стеклянный,
— перламутровый и
т.д.
СПАЙНОСТЬ
– способность минералов раскалываться
под ударом с образованием ровных
поверхностей параллельных граням,
ребрам и др. кристаллографическим
направлениям. Выделяют спайность:
— весьма совершенная
(слюда, тальк),
— совершенная
(кальцит, галит),
— средняя (полевые
шпаты, роговая обманка),
— несовершенная
(оливин, апатит),
— весьма несовершенная
(золото, корунд).
ИЗЛОМ
– вид поверхности при расколе минерала.
Бывает – ровный, ступенчатый, раковистый,
занозистый, землистый и т.д.
ПЛОТНОСТЬ
– зависит от химического состава и
структуры минерала. Все минералы по
плотности подразделяются на: легкие (1
— 3 г/см3),
тяжелые (3,5 — 9 г/см3),
очень тяжелые (9 — 23 г/см3).
ТВЕРДОСТЬ –
способность минерала сопротивляться
механическому воздействию. Выделяют
абсолютную и относительную твердости.
Абсолютную твердость
определяют прибором, называемым
склерометр
в кг/мм3
.
Относительная
твердость определяется сравнительным
путем. Для этого берут минерал с известной
твердостью и воздействуют им или на
него другим минералом. Существует
эталонная шкала для определения
относительной твердости минералов. Её
разработал австрийский минералог Моос
в 1824 г., поэтому названа его именем. В
ней подобраны 10 минералов, которые
располагаются в порядке возрастания
твердости и номер эталонного образца
в ней означает величину относительной
твердости этого минерала.
МИНЕРАЛЫ ШКАЛЫ МООСА
Когда нет под рукой
эталонной шкалы, пользуются стеклом,
гвоздем, стальным ножом или напильником,
т.е. заменителями эталонных минералов.
Кроме перечисленных
свойств, которые проявляются у всех
минералов, существуют свойства присущие
отдельным минералам или группе минералов.
Их называют особые
свойства и
к ним относятся:
Все основные
свойства проявляются (кроме особых) у
каждого минерала. Часто разные по
химическому составу минералы бывают
внешне похожи по одному или нескольким
свойствам. Например, по цвету, блеску,
прозрачности минералы кварц и кальцит
похожи и их трудно отличить по этим
свойствам. Но по другим свойствам —
твердости и спайности они резко отличаются
друг от друга. Эти свойства для них
являются диагностическими признаками
. Таким образом, свойства минералов, по
которым их можно определить или отличить
друг от друга являются их диагностическими
признаками.
Все свойства
минералов изучают:
Сейчас создано
много приборов, которые позволяют
сделать комплекс лабораторных исследований
прямо в образце, содержащем исследуемый
минерал, т.е. отпадает трудоемкая работа
по извлечению минерала в чистом виде,
без примесей другого минерала.
Изучение свойств
минералов дало толчок экспериментальным
исследованиям для получения минералов
в лабораторных условиях. Такие исследования
позволяют моделировать условия
образования минералов, что представляет
несомненный научный интерес. Практическое
значение таких исследований — получение
искусственных минералов для ювелирной
промышленности, радиоэлектроники и
других отраслей.
О названиях
минералов — многие пришли из древних
времен:
— на основе физических
свойств или химического состава (например
— магнетит, никелин),
— по географическому
месту открытия (ильменит — в Ильменских
горах, арагонит — по испанской провинции);
— по имени великих
ученых или деятелей – уваровит (министр
просвещения Уваров), шеелит (в честь
ученого химика Шееле открывшего элемент
W).
Многие
минералы, кроме основного, имеют одно
или несколько других названий, называемых
синонимами. Например, флюорит — плавиковый
шпат, сфалерит- цинковая обманка и т.д.
К важнейшим диагностическим признакам минералов относятся морфологические особенности, характеризующие форму выделений минералов; оптические свойства: прозрачность, цвет минералов, цвет черты, блеск; механические свойства: спайность, излом, твердость, хрупкость, упругость, ковкость, гибкость; прочие физические свойства: удельный вес (плотность), вкус, запах, магнитность и пр.
Морфологические особенности
Чаще всего минералы встречаются в природе в виде зерен неправильной формы. Хорошо образованные кристаллы более редки, их форма обычно является характерным диагностическим признаком. Разнообразие существующих форм кристаллов можно подразделить на три типа.
Изометричные – имеющие близкие размеры во всех направлениях: кубы (галенит, пирит), тетраэдры (сфалерит), октаэдры (магнетит, пирохлор), бипирамиды (циркон, касситерит), ромбододекаэдры (гранат), ромбоэдры (кальцит) и др., а также различные сочетания этих простых форм.
Вытянутые в одном направлении – призматические, столбчатые, шестоватые, игольчатые, волокнистые кристаллы (турмалин, берилл, пироксен, амфибол, рутил и др.).
Вытянутые в двух направлениях (уплощенные) – таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые кристаллы (слюды, хлориты, молибденит, графит и т.д.).
В результате процесса метасоматического замещения или растворения с последующим заполнением пустот кристаллические формы, принадлежащие одному минералу, оказываются представленными другим минералом; подобные образования называются псевдоморфозами.
Штриховка. Помимо формы кристалла характерным свойством минерала, помогающим его диагностике, является штриховка на гранях: поперечная параллельная (кварц), продольная параллельная (турмалин, эпидот) либо пересекающаяся (магнетит).
В природе шире распространены не единичные кристаллы минерала, а различные их срастания, или агрегаты. Для многих минералов характерны определенным образом ориентированные закономерные двойниковые сростки двух или более кристаллов. Наиболее широко распространенные специфические формы минеральных агрегатов, срастаний и выделений, получившие особые названия, приводятся ниже.
Зернистые агрегаты. В зависимости от формы слагающих зерен различают собственно зернистые (состоящие из изометричных зерен), а также пластинчатые, листоватые, чешуйчатые, волокнистые, игольчатые, шестоватые и другие агрегаты. По величине зерен бывают агрегаты крупнозернистые – более 5 мм в поперечнике; среднезернистые – от 1 до 5 мм и мелкозернистые – с зернами менее 1 мм. Зернистыми агрегатами сложено, в частности, большинство изверженных и метаморфических горных пород, а также многие осадочные породы, некоторые типы сульфидных руд и др.
Друзы – сростки правильных, хорошо образованных кристаллов минералов на стенках пустот различной формы (трещин, каверн, «погребов», «занорышей», «пещер» и др.). В морфологическом отношении бывают весьма разнообразны: «щетки» кристаллов, «кристаллические корки» (мелкие тесно сросшиеся кристаллики, сплошь покрывающие стенки узких трещин), «гребенчатые» сростки и др. Друзы кристаллов типичны для пегматитов, некоторых типов гидротермальных жил и жил альпийского типа.
Секреции – выполнения пустот изометричной, часто округлой формы, отличающиеся концентрически-зональным строением. Внешние зоны секреций часто бывают выполнены аморфными или скрытокристаллическими минералами, а во внутренней их части сохраняется полость, на стенках которой нарастают друзы кристаллов или натечные агрегаты минералов. Мелкие секреции, встречающиеся в излившихся породах и туфах, называются миндалинами, крупные, особенно характерные для пегматитов и альпийских жил, – жеодами.
Конкреции – шарообразные или неправильной формы стяжения и желваки, образующиеся в рыхлых осадочных породах (илах, глинах, песках и др.). В отличие от секреций, конкреции разрастаются от какого-либо центра (обломочного зерна, органического остатка и т.д.), вокруг которого образуется сгусток коллоидального вещества, впоследствии раскристаллизованного. Конкреции характерны для фосфоритов, сидеритовых, марказитовых и других типов руд осадочного происхождения.
Оолиты подобно конкрециям имеют сферическую форму, но величина их гораздо мельче: от десятых долей миллиметра до нескольких миллиметров. Они образуются путем наслоения коллоидального материала на песчинки и органические обломки, находящиеся в подвижных водных средах во взвешенном состоянии. Оолиты весьма характерны для некоторых известняков, осадочных железных и марганцевых руд, а также бокситов.
Натечные формы выделений минералов образуются на стенках различных пустот и полостей при медленном стекании растворов. К ним относятся известковые и ледяные сталактиты и сталагмиты пещер, по форме сходные с обычными ледяными сосульками, почковидные, гроздевидные выделения минералов в зонах окисления и выветривания рудных месторождений и др. Размеры и формы натечных образований могут быть самыми разнообразными: от долей миллиметра до громадных столбов (в больших пещерах). Натечные формы выделений характерны для многих гипергенных и низкотемпературных гидротермальных минералов: кальцита, арагонита, малахита, гематита, гидроокислов железа, марганца, опала, гипса, некоторых сульфидов, смитсонита и др.
Землистые массы – рыхлые, мягкие, мучнистые агрегаты аморфного или скрытокристаллического строения, сажистые (черного цвета) или охристые (желтого, бурого и других ярких цветов). Чаще всего образуются при химическом выветривании горных пород и в зоне окисления руд (например, руды марганца).
Налеты и примазки – тонкие пленки различных вторичных минералов, покрывающие поверхность кристаллов или пород. Таковы пленки лимонита на кристаллах горного хрусталя, примазки медной зелени по трещинам в горных породах, вмещающих сульфидные месторождения с минералами меди, и т.п.
Выцветы – периодически появляющиеся (в сухую погоду) и исчезающие (в дождливые периоды) рыхлые корочки, пленки, налеты, часто пушистые или моховидные, на поверхности сухих почв, руд и горных пород и по трещинам в них. Эти образования сложены чаще всего легкорастворимыми водными хлоридами, сульфатами разных металлов или же другими водно-растворимыми солями.
Физические свойства
Оптические свойства. Прозрачность – свойство вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делят на следующие группы: прозрачные – горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.; полупрозрачные – сфалерит, киноварь и др.; непрозрачные – пирит, магнетит, графит и др. Многие минералы, кажущиеся непрозрачными в крупных кристаллах, просвечивают в тонких осколках или краях зерен.
Цвет минералов – важнейший диагностический признак. Во многих случаях обусловлен внутренними свойствами минерала (идиохроматические окраски) и связан с вхождением в его состав элементов-хромофоров (Fe, Сг, Mn, Ni, Co и др.). Например, присутствие хрома обусловливает зеленую окраску уваровита и изумруда, присутствие марганца – розовую или сиреневую окраску лепидолита, турмалина или воробьевита. Природа окрашивания других минералов (дымчатый кварц, аметист, морион и др.) кроется в нарушении однородности строения их кристаллических решеток, в возникновении в них различных дефектов. В некоторых случаях окраска минерала может быть вызвана присутствием тончайших рассеянных механических примесей (аллохроматические окраски) – яшмы, агаты, авантюрин и др. Для обозначения окраски в минералогии распространен метод сравнения с окраской хорошо известных предметов или веществ, что отражается в названиях цветов: кроваво-красный, лазурно-синий, лимонно-желтый, яблочно-зеленый, шоколадно-коричневый и т.п. Эталонами можно считать названия цветов следующих минералов: фиолетовый – аметист, синий – азурит, зеленый – малахит, желтый – аурипигмент, красный – киноварь, бурый – лимонит, свинцово-серый – молибденит, железо-черный – магнетит, оловянно-белый – арсенопирит, латунно-желтый – халькопирит, металлически-золотистый – золото.
Цвет черты – цвет тонкого порошка минерала. Черту минерала можно получить при проведении испытуемым минералом по матовой неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки (бисквита) или осколку такой же поверхности фарфоровой химической посуды. Это признак более постоянный по сравнению с окраской. В ряде случаев цвет черты совпадает с цветом самого минерала, но иногда наблюдается резкое различие: так, стально-серый гематит оставляет вишнево-красную черту, латунно-желтый пирит – черную и т.д.
Блеск зависит от показателя преломления минерала, т.е. величины, характеризующей разницу в скорости света при переходе его из воздушной в кристаллическую среду. Практически установлено, что минералы с показателем преломления 1,3–1,9 имеют стеклянный блеск (кварц, флюорит, кальцит, корунд, гранат и др.), с показателем 1,9–2,6 – алмазный блеск (циркон, касситерит, сфалерит, алмаз, рутил и др.). Полуметаллический блеск отвечает минералам с показателем преломления 2,6–3,0 (куприт, киноварь, гематит) и металлический – выше 3,0 (молибденит, антимонит, пирит, галенит, арсенопирит и др.). Блеск минерала зависит и от характера поверхности. Так, у минералов с параллельно-волокнистым строением наблюдается шелковистый блеск (асбест), полупрозрачные «слоистые» и пластинчатые минералы часто имеют перламутровый блеск (кальцит, альбит), непрозрачные или просвечивающие минералы, аморфные или характеризующиеся нарушенной структурой кристаллической решетки (метамиктные минералы) отличаются смолистым блеском (пирохлор).
Механические свойства. Спайность – свойство кристаллов раскалываться в определенных кристаллографических направлениях, обусловленное строением их кристаллических решеток. Так, кристаллы кальцита независимо от их внешней формы раскалываются всегда по спайности на ромбоэдры, а кубические кристаллы флюорита – на октаэдры.
Степень совершенства спайности различается в соответствии со следующей принятой шкалой:
Спайность весьма совершенная – кристалл легко расщепляется на тонкие листочки (слюда, хлорит, молибденит и др.).
Спайность совершенная – при ударе молотком получаются выколки по спайности; получить излом по другим направлениям трудно (кальцит, галенит, флюорит).
Спайность средняя – излом можно получить по всем направлениям, но на обломках минерала наряду с неровным изломом отчетливо наблюдаются и гладкие блестящие плоскости спайности (пироксены, скаполит).
Спайность несовершенная или отсутствует. Зерна подобных минералов ограничены неправильными поверхностями, за исключением граней их кристаллов.
Нередко разно ориентированные плоскости спайности в одном и том же минерале различаются по степени совершенства. Так, у гипса имеется три направления спайности: по одному – спайность весьма совершенная, по другому – средняя и по третьему – несовершенная. Трещины отдельности, в отличие от спайности, являются более грубыми и не вполне плоскими; чаще всего ориентированы поперек удлинения минералов.
Излом. У минералов с несовершенной спайностью существенную роль в диагностике играет излом – раковистый (кварц, пирохлор), занозистый (у самородных металлов), мелкораковистый (пирит, халькопирит, борнит), землистый (каолинит), неровный и др.
Твердость, или степень сопротивления минерала внешнему механическому воздействию. Наиболее простой способ ее определения – царапанье одного минерала другим. Для оценки относительной твердости принята шкала Мооса, представленная 10 минералами, из которых каждый последующий царапает все предыдущие. За эталоны твердости приняты следующие минералы: тальк – 1, гипс – 2, кальцит – 3, флюорит – 4, апатит – 5, ортоклаз – 6, кварц – 7, топаз – 8, корунд – 9, алмаз – 10. При диагностике весьма удобно также употреблять для царапанья такие предметы, как медная (твердость 3,0–3,5) и стальная (5,5–6,0) игла, нож (5,5–6,0), стекло (5,0). Мягкие минералы можно царапать ногтем (2,5).
Хрупкость, ковкость, упругость. Под хрупкостью в минералогической практике подразумевается свойство минерала крошиться при проведении черты ножом или иглой. Противоположное свойство – гладкий блестящий след от иглы (ножа) – свидетельствует о свойстве минерала деформироваться пластически. Ковкие минералы расплющиваются под ударом молотка в тонкую пластинку, упругие способны восстанавливать форму после снятия нагрузки (слюды, асбест).
Прочие свойства. Удельный вес (плотность) может быть точно замерен в лабораторных условиях различными методами; приблизительное суждение об удельном весе минерала можно получить путем сопоставления его с распространенными минералами, удельный вес которых принимается за эталон. Все минералы можно разделить по удельному весу на три группы: легкие – с удельным весом меньше либо равным 2,9 (гипс, мусковит, сера, халцедон, янтарь и др.); средние – с удельным весом порядка 2,9–5,0 (апатит, биотит, сфалерит, топаз, флюорит и др.); тяжелые – с удельным весом больше 5,0 (арсенопирит, галенит, касситерит, киноварь и др.).
Магнитность. Некоторые минералы характеризуются ярко выраженными ферромагнитными свойствами, т.е. притягивают к себе мелкие железные предметы – опилки, булавки (магнетит, никелистое железо). Менее магнитные минералы (парамагнитные) притягиваются магнитом (пирротин) или электромагнитом; наконец, имеются минералы, которые отталкиваются магнитом, – диамагнитные (самородный висмут). Испытание на магнитность производится с помощью свободно вращающейся магнитной стрелки, к концам которой подносится испытуемый образец. Так как число минералов, обладающих отчетливыми магнитными свойствами, невелико, то этот признак имеет важное диагностическое значение для некоторых минералов (например, магнетита).
Радиоактивность. Способностью к самопроизвольному α-, β-, γ-излучению характеризуются все минералы, содержащие в своем составе радиоактивные элементы – уран или торий. В породе радиоактивные минералы часто бывают окружены красными или бурыми каемками, и от зерен таких минералов, включенных в кварц, полевой шпат и др., расходятся радиальные трещинки. Радиоактивное излучение действует на фотобумагу.
Другие свойства. Для диагностики в полевых условиях имеют значение растворимость минералов в воде (хлориды) или кислотах и щелочах, частные химические реакции на отдельные элементы, окрашивание пламени (например, минералы, содержащие стронций, окрашивают пламя в красный цвет, натрий – в желтый). Некоторые минералы при ударе или разломе издают запах (так, арсенопирит и самородный мышьяк испускают характерный чесночный запах) и т.д. Отдельные минералы определяются на ощупь (например, тальк на ощупь жирный). Поваренная соль и другие солевые минералы легко узнаются на вкус.
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 одна
из
них 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
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);
Рис.
1 Формы кристаллов: —
друзы
кварца, гипса, ваннадита; б — дендриты;
в —
конкреции;
г — секреции; д
— оолиты;
е
— натечные
формы
— 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
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
Термин и описание
Изучением минералов занимается наука минералогия. Происхождение минералов выясняет генетическая минералогия, а изучением минеральных видов занимается филогения минералов.
Минералами считаются также некоторые природные вещества, представляющие собой в атмосферных условиях жидкости (например, самородная ртуть, которая приходит к кристаллическому состоянию при более низкой температуре). Воду, напротив, к минералам не относят, рассматривая её как жидкое состояние (расплав) минерала лёд. Некоторые минералы находятся в аморфном состоянии и не имеют кристаллической структуры. Это относится главным образом к так называемым метамиктным минералам, имеющим внешнюю форму кристаллов, но находящимся в аморфном, стеклоподобном состоянии вследствие разрушения их изначальной кристаллической решётки под действием жёсткого радиоактивного излучения входящих в их собственный состав радиоактивных элементов (уран, торий и так далее). Различают минералы явно кристаллические, аморфные — метаколлоиды (например, опал, лешательерит и другие) и метамиктные минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном, стеклоподобном состоянии.
Физические свойства минералов
Галенит, PbS имеет высокий показатель удельной плотности
Минералы в соответствии со шкалой Мооса
Металлический блеск пирита
Магнитность зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита.
Нахождение минералов в природе
По распространённости минералы можно разделить на:
По форме нахождения минералов различают
Химический состав минералов, как правило, близок по своему составу той породе, из которой они сформировались. Так из магмы, богатой железом и магнием, сформируется оливин, а магма, богатая силикатами, кристаллизуется в богатый силикатами минерал — как, например, кварц. В известняке, богатом кальцием и карбонатами, формируются кальциты.
Сульфиды, сульфосоли и подобные
Согласно современной номенклатуре минералов, утверждённой ММА, в числе минералов рассматриваются некоторые из природных солеподобных органических соединений (оксалаты, меллитаты, ацетаты и др), объединяемые в класс органические вещества. При этом в общей систематике минералов высокомолекулярные органические образования типа древесных смол и битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности, в число минералов не включаются.
Некоторые органические вещества — нефть, асфальты, битумы раньше ошибочно относили к минералам. Они лишены кристаллической структуры и не могут быть охарактеризованы с кристаллохимической точки зрения. Природные органические продукты в большинстве случаев относятся либо к горным породам (антрацит, шунгит и др.), либо к природным углеводородам группы нефти (озокерит, битумы), либо к ископаемым смолам (янтарь, копал), либо к биогенным образованиям, содержащим в своём составе тот или иной минерал (жемчуг и перламутр, в строении которых участвует минерал арагонит).
Природные формиаты (формикаит Ca(HCOO)2, дашковаит Mg(HCOO)2•2H2O и др.) и оксалаты (степановит и др.) в минералогии относят к классу Органические вещества.
Позднепалеолитический наконечник из кремня
Минералы, наряду с органическими материалами, находят широкое применение.
- Минералы и минералогия // Энциклопедия Кольера. — 2000.
- Ю. Гончаров, М. Малькова, В. Шамшуров, А. Шамшуров. Геология, минералогия, петрография. — Справочное пособие. — М.: АСВ, 2008.
