RSS
 

Статьи в разделе ‘Минералогия’

Прочие свойства минералов

Удельный вес 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 уд. весом меньше 3 (галит, гипс, кварц и др.); средние — с уд. весом порядка 3—5 (апатит, корунд, сфалерит, пирит и др.); тяжелые — с уд. весом больше 5 (киноварь, галенит, золото, касситерит, серебро 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 альфа, бета- и гамма 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 (Реакция с HCl важна для диагностики карбонатов, с молибденово-кислым аммонием — для фосфатов, с KOH — для талька и пирофиллита и т. д. (см. рубрику «Диагностика» в описаниях конкретных минералов), 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.

 

Механические свойства минералов

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), мелкорако-. вистый (пирит, халькопирит, борнит), неровный и др.

Твердость, или степень сопротивления минерала внешнему механическому воздействию. Наиболее простой способ ее определения — царапание 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 царапания такие предметы, как медная (тв. 3—3,5) и стальная (5,5—6) игла, нож (5,5—6), стекло (~5); мягкие минералы можно пробовать царапать ногтем (тв. 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).

 

Оптические свойства минералов

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 (Ре, Сг, Мп, N1, Со 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: яблочно-зеленый, лазурно-синий, шоколадно-коричневый и т. п. Эталонами можно считать названия цветов следующих минералов: фиолетовый — аметист, синий — азурит, зеленый — малахит, желтый — аурипигмент, красный — киноварь, бурый — лимонит» оло-вянно-белый — арсенопирит, свинцово-серый — молибденит, железо-черный — магнетит, 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). Полиметаллический блеск отвечает минералам с показателем преломления 2,6—3,0 (куприт, киноварь, гематит) и металлический — выше 3 (молибденит, антимонит, пирит, галенит, арсенопирит и др.).

Блеск минерала зависит и от характера поверхности. Так, у минералов с параллельно-волокнистым строением наблюдается типичный шелковистый блеск (асбест), полупрозрачные «слоистые» и пластинчатые минералы часто имеют перламутровый отлив (кальцит, альбит), непрозрачные или просвечивающие минералы, аморфные или характеризующиеся нарушенной структурой кристаллической решетки (метамиктные минералы) отличаются смолистым блеском (пирохлор, настуран и др.).

 

Основные черты систематики минералов

Современная научная минералогическая классификация рассматривает минералогию как «химию земной коры» (В. И. Вернадский), а минералы — как продукты природных химических реакций и основывается на важнейших, наиболее общих и существенных внутренних свойствах минералов — химическом составе и кристаллической структуре; поэтому она называется кристаллохимической. Единицей такой классификации является минеральный вид. В определении этого понятия ведущую роль играют строение кристаллической решетки и состав слагающих ее частиц (атомов, ионов). Особыми минеральными видами (т. е. самостоятельными минералами) считаются в кристаллохимической классификации и соединения одинакового состава, но различного кристаллического строения. Сходные по составу и близкие по структуре минеральные виды объединяются в группы, последние — в подклассы или классы.
Наконец, классы объединяются в типы, характеризующиеся определенным типом химической формулы.

Минералы, не имеющие кристаллического строения, так называемые аморфные, часто рассматриваются как структурные разновидности соответствующих по составу кристаллических видов (например, аморфный лимонит по отношению к гетиту). В других случаях подобные минералы выделяются в общей системе в особые группы (например, группа гидроокислов кремния в классе окислов и гидроокислов).

Кроме того, в природе существуют соединения, систематика которых еще не вполне разработана,— это органические минералы, т. е. природные соединения углерода с водородом, серой, азотом, фосфором и др. В существующих классификациях все органические соединения собраны в один тип, включающий один класс, без дальнейшей детализации.

Конечно, не все классы минералов, занимающие принципиально одинаковое положение в систематической классификации, равноценны по роли, которую они играют в земной коре или в хозяйственной деятельности человека. Так, по своему количественному значению в составе земной коры силикаты и алюмосиликаты далеко превосходят все прочие классы минералов, вместе взятые; сульфиды по отношению к другим классам минералов отличаются максимальным числом промышленно ценных минеральных видов и т. д. Это необходимо учитывать, рассматривая приведенную ниже классификацию, с тем чтобы правильно ориентироваться в обширном и разнообразном мире минералов земной коры.

Современный способ написания химических формул минералов по возможности отражает не только их элементарный состав, но и кристаллическую структуру; так, квадратными скобками в формулах выделяются атомы или группировки атомов (комплексные радикалы), определенным образом связанные друг с другом в кристаллической решетке, а в круглые скобки заключаются химические элементы, способные занимать место друг друга в кристаллической решетке (т: е. обладающие атомами или ионами примерно одинакового размера, близкими химическими свойствами).

Схема современной кристаллохимической классификации минералов может быть представлена в следующем виде (А — катионы; X или [ВХm] — анионы; n или m — число атомов в формуле):

Тип 1. А, Аn
Класс I. Простые вещества (самородные элементы).

Тип 2. АnХm
Класс II. Сульфиды, арсениды и др.; X=S, Se, Те, As.
Класс III. Галоиды (хлориды, фториды и др.); Х=Cl, F, Br, J.
Класс IV. Окислы и гидроокислы; Х = О, (ОН).

Тип 3. Аn [BXm]
X — обычно О, иногда с замещением на (ОН), F, Cl; реже S (сложные сульфиды.Сложные сульфиды (сульфосоли) обычно рассматриваются в классе II совместно с простыми сульфидами).
К л а с с V. Титанаты, титано-тантало-ниобаты; Х=О, (ОН); B = Ti, Nb, Та. Размеры атомов А и В примерно равны. Класс
VI. Нитраты; B=N (азот).
Класс VII. Карбонаты; В=С (углерод).
Класс VIII. Сульфаты; B=S
Класс IX. Хроматы, волъфраматы, молибдаты; В = Сr, Mo, W.
Класс X. Фосфаты, арсенаты, ванадаты; В = Р, As, V.
Класс XI. Бораты; В = В (бор).
Класс XII. Силикаты, алюмосиликаты и др.; B = Si, Al; Х=O, (ОН), F, Cl, редко S.
An[SiXm] — силикаты
An[(Al, Si)Xm] — алюмосиликаты

Тип 4. Соединения С с Н, N, S, Р и др.
Класс XIII. Органические вещества.
Для некоторых классов (особенно наиболее обширного XII) большую роль играет разделение на кристаллохимические подклассы, которое приведено ниже, при описании соответствующих классов.

 

Описание минералов

Современная минералогия вооружена большим набором диагностических средств, включающим точные и часто довольно сложные методы исследования (химический, спектральный и рентгенометрический анализы, оптические методы, электронную микроскопию и др.).
Но все же основой диагностики минералов, особенно в полевых условиях, остаются визуальные методы, т. е. определение минералов по их внешним признакам с учетом условий нахождения в природе (минеральной ассоциации).

И хотя точные методы исследования минералов, безусловно, необходимы при детальном изучении, определение многих минералов, обладающих характерными внешними признаками, проще, легче и достаточно надежно осуществляется именно визуальным путем. Но такая диагностика возможна не всегда: часто она оказывается затруднительной. Это относится к тем весьма многочисленным случаям, когда минералы представлены неправильными выделениями с плохо выраженными отличительными особенностями или когда внешние признаки минерального вида характеризуются большой изменчивостью (сера).

Для характеристики минералов принята единая схема описания:

  • Название минерала, формула, химический состав, происхождение названия и синонимы.
  • Характерные признаки. Характер и формы выделения, физические свойства (цвет, черта, прозрачность, блеск, излом, спайность, твердость, хрупкость, удельный вес).
  • Разновидности.
  • Условия образования и нахождения.
  • Распространение, происхождение, минералы-спутники, месторождения и изменения.
  • Диагностика.
  • Практическое значение.
  • Искусственное получение.
 

Класс I. ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА (САМОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ)

В земной коре в самородном состоянии встречается более 30 элементов, преимущественно химически инертных. Это прежде всего благородные металлы (Au, Ag, Pt и др.), некоторые цветные металлы (Cu, Hg, Bi, Pb), неметаллы (As, С, S), а также газы (О, N, Не и др.)

Многие из этих элементов встречаются в природе в форме нескольких структурных разновидностей (например, углерод в виде алмаза и графита). Некоторые образуют между собой твердые растворы (смеси) и химические (интерметаллические) соединения: палладистая платина, электрум — смесь Аи и Ag, осмиcтый иридий, поликсен — железистая платина и др.

Самородные металлы характеризуются сходными специфическими особенностями: наилучшей электро- и теплопроводностью, сильным металлическим блеском, очень высоким удельным весом. Большая часть этих минералов химически весьма устойчива: они не разрушаются при выветривании, не истираются механически и из-за своей тяжести часто накапливаются в россыпях.

 

Камни и самоцветы

На узорах этих камней, на волшебстве их цветов и оттенков человек развивал свои эстетические вкусы, свои представления о прекрасном. Бесконечное разнообразие каменных узоров еще не постигнуто до конца. Не удивительно, что в древности каждый чем-то примечательный камень, каждый красивый минерал имел свои легенды. Человек стремился наградить душой камни – самоцветы.

Древним рудокопам, да и всем суеверным людям в не столь отдаленную эпоху, всегда казалось, что камень проявляет к ним не меньше интереса, чем они к нему. Но и в наше время интерес к «душе» камня не ослабел а даже усилился. Без суеверного трепета, но с неослабеваемым удивлением мы открываем все новые загадки минерального царства.

Проникнув в его тайны, мы научились выращивать искусственные самоцветы, качество которых не ниже, а даже выше природных.

Однако минеральное царство по-прежнему неисчерпаемо и все более привлекает к себе людей. Летом в верховьях реки Олы можно встретить отряд пионеров, которые под руководством геологов ищут самоцветы среди черных базальтовых скал.

Ребята находят здесь нежнейшие агаты, яркие аметисты, поражающие своей огранкой, матово-прозрачные халцедоны. Можно быть уверенным, что эти дни для каждого юного участника геологического похода оставят яркий след в душе. Для тех же, кому захотелось постигнуть таинства камня, эти дни определили выбор профессии.

Недра Магаданской области богаты разнообразными поделочными камнями И самоцветами. Яшмы со своими богатейшими оттенками и линиями, халцедоны со своей таинственной полупрозрачностью, кристально чистые горные хрустали и аметисты, словно напоминающие, что самый искусный ювелир – всего лишь ученик, подражающий мудрому мастеру -природе. Все эти камни широко распространены в горных районах Магаданской области.

Невозможно в коротком очерке раскрыть все тайны рождения каменных узоров и расцветок. Многие узоры, в том числе и необычные, прочитаны, расшифрованы геологами и служат науке. Каменный узор уже давно открывает специалисту природу камня: образовался ли он из лавы, выброшенной из жерла вулкана, или родился из морских осадков в темном царстве Нептуна, или кристаллизовался из горячих подземных рассолов.

Что касается цвета, то нередко его определяют незначительные примеси-красители. Так, цвет аметиста зависит от тончайших включений соединений железа. Расцветка яшм также связана с различными железосодержащими примесями. В агатах розовые полосы нередко связаны с примесью марганца, темные и черные цвета объясняются примесью углерода, графита,, а также сульфидов и других темных минералов.

Яшмы и горные хрустали, халцедоны и агаты используются как технические и полудрагоценные поделочные камни. Технические камни применяются в точной механике, текстильной, бумажной и других отраслях промышленности.

 

Искусственные минералы

Как бы ни был богат и многообразен мир минералов, далеко не всегда их можно получить в достаточном количестве и требуемого качества. Человеку часто требуются далеко не любые минералы, а только те, которые бы отвечали постоянно растущим запросам металлургической, электро- и радиотехнической, оптико-механической, точного приборостроения и другим отраслям промышленности.

Требования, предъявляемые народным хозяйством к минералам, часто весьма велики: высокая степень химической чистоты, прозрачности, совершенство огранки и т. д. И конечно, природа далеко не всегда в состоянии удовлетворить эти запросы. Поэтому, не ограничиваясь добычей природных минералов, человек постоянно изыскивает пути и способы получения искусственных минералов, не только не уступающих, а даже превосходящих по своим свойствам естественные. Конечно, работы по искусственному производству (синтезу) тех или иных минералов в промышленном масштабе целесообразны только в случае их сравнительно низкой себестоимости, что возможно при использовании относительно простых и доступных материалов.

Производя новые искусственные минералы, человек иногда копирует природные процессы. Однако сложность моделирования процессов, протекающих в земной коре, заставляет его искать более оригинальные и экономически выгодные способы получения необходимых минералов.

Развитие науки и техники с каждым годом позволяет все глубже проникать в тайны минерального мира. Человек научился создавать уникальнейшую аппаратуру, позволяющую получать минералы, не только не уступающие по своим качествам рожденным в глубинах Земли, но и производить новые, ранее не известные минералы, часто с весьма ценными и оригинальными свойствами.

Практическое значение синтеза минералов в последние годы резко возросло. Тем не менее значение искусственных минералов пока сравнительно невелико. Основная роль принадлежит природным минералам – главным поставщикам многих металлов для промышленности.

 

Что же такое минерал?

Как образуются самородное золото и серебро, красивые, дымчатых оттенков раухтопазы и прозрачные фиолетовые аметисты, играющие красными огнями рубеллиты и чистые, как слеза, кристаллы горного хрусталя и великое множество других, не менее привлекательных минералов?

Известный советский минералог академик А. Г. Бетехтин дал такое определение минералам: «Минералы представляют собой природные химические соединения (реже самородные элементы), являющиеся естественными продуктами различных физико-химических процессов, совершающихся в земной коре».

Согласно современным представлениям, все процессы, приведшие к формированию горных пород и минералов, можно разделить на три группы:
эндогенные (связанные с деятельностью магмы); экзогенные (связанные с выветриванием и обязанные своим происхождением, в конечном счете, энергии Солнца); метаморфические, представляющие собой продукты глубоких изменений различных минералов в процессе воздействия на них высоких температур и давлений.

Ниже мы постараемся раскрыть процесс рождения эндогенных минералов из водных растворов в глубинах земной коры.

Читать дальше »

 

История изучения минералов

История человеческого общества, его становление и бурное развитие на протяжении многих тысячелетий неразрывно связано с продуктами земных недр – горными породами и минералами. Неодушевленные, часто невзрачные на вид камни одними из первых среди творений природы сослужили добрую службу человеку. Они дали возможность нашему первобытному предку добывать огонь и пищу, находить укрытия от непогоды и хищников.

Научившись легко отличать горные породы и минералы по их свойствам, человек каменной эпохи начал использовать их для своих самых разнообразных нужд. Из них он изготавливал каменные топоры, мотыги, ступки, наконечники для стрел, различную посуду и многое другое. Но прошли еще многие тысячелетия прежде чем человек научился использовать не только те особенности минералов и горных пород, которые достаточно хорошо выражены в их внешних признаках, но и их скрытые свойства. Познание их дало возможность человеку сделать резкий скачок в своем развитии.

Как человек научился получать металлы в чистом виде – сейчас трудно сказать. Возможно, кусками руды был выложен очаг в его пещере, и высокая температура костра привела к ее расплавлению. Может, сыграли роль могучие пожары в местах выхода на поверхность руды в ее коренном залегании. Нe следует забывать также, что многие металлы встречаются на земле и в самородном состоянии, и это заставляло человека задумываться над возможностью их применения, а затем и получения в больших количествах искусственным путем.

Читать дальше »