Общее понятие, происхождение и классификация минералов

Минералы представляют собой природные химические соединения, имеющие определенные физические свойства, форму и характеризующиеся своеобразными условиями образования, или генезисом.

Пример: сера – самородный элемент, широко применяется в сельском хозяйстве, галит-NaCl – каменная соль – используется в пищевой промышленности, кварц – SiO₂, горный хрусталь – разновидность кварца, слюды (мусковит – светлый, биотит – черный) – разновидность кварца и др.

Минералы образуются в разнообразных физико-химических и термодинамических обстановках. Но каждый конкретный минерал образуется только при определенной температуре, давлении, концентрации минерального вещества, поэтому и устойчив он только в определенных условиях, близких к тем, в которых он образовался. В другой обстановке минералы постепенно разрушаются, перерождаются, образуют разновидности или даже совершенно новые минеральные образования, устойчивые в новых условиях.

Известно 2000 минералов, с разновидностями их более 4000. Но из этого огромного количества немногие минералы имеют широкое распространение в природе. Эти минералы, а их всего около 50, входят в состав важнейших известных науке горных пород, многие из них содержатся в почве, оказывают влияние на ее физико-химические свойства и на плодородие. Эти минералы называют минералами почвенного скелета. Из 64 породообразующих минерала, мы должны знать не меньше 20-22, а именно те, которые входят в состав рыхлых осадочных пород, т.е. в состав глины, песка и пр. Но мы должны знать и другие минералы, поскольку и на них (горы) растут деревья (лес).

Большинство минералов являются твердыми (кварц, полевой шпат др.), но есть жидкие минералы (ртуть, вода, нефть) и газообразные (углекислота, сероводород и др.). По условиям происхождения все минералы подразделяют на три группы: магматические, осадочные и метаморфические.

Образование магматических минералов происходит при высокой температуре и обычно большом давлении. Вследствие расплавления пород в небольших обособленных очагах на различных глубинах образуется магма – тестообразный расплав сложного силикатного состава, содержащий различные газы, пары воды и горячие водные растворы.

Осадочное происхождение минералов в самой общей схеме выглядит примерно так; выветривание > перенос > отложение (образование осадка) > диагенез (образование горной породы). Образовавшиеся таким путем минералы, горные породы и полезные ископаемые называют осадочными. Осадконакопление (седиментация) происходит в поверхностных частях земной коры (как в морях, так и на суше) и на самой поверхности при невысоких температурах и давлении, близком к атмосферному, под влиянием физико-химических агентов атмосферы, гидросферы, земной коры и жизнедеятельности организмов. Осадки могут быть обломочного, химического и биологического происхождения.

Сложный физико-химический процесс изменения, перерождения и перекристаллизации уже готовых минералов и горных пород с сохранением их твердого состояния без заметного расплавления называется метаморфизмом. Процессы метаморфизма происходят на глубине, где существуют высокие (от 100-200 до 800° С) температуры и большое давление (до 152 • 103 кПа) – кальцит, известняк – в мрамор.

Формы нахождения минералов в природе различны. Встречаются налеты, выцветы, примазки кристаллов, чешуйчатые (тальк), плотные (хальцедон), землистые (каолин, охра), листоватые (слюда), игольчатые, призматические (гипс, роговая обманка) и т.д.

Классификация минералов.Наиболее объективной классификацией минералов является кристаллохимическая, учитывающая химический состав и строение (кристаллическое, аморфное) минералов.

Выделяются следующие семь (7) классов минералов: - самородные; - сульфиды (сернистые соединения); - галоидные соединения (галоиды); - окислы и гидроокислы; - соли кислородных кислот; - силикаты; - углеводородные соединения.

I класс – самородные элементы. К этому классу относятся химические элементы, находящиеся в природе в свободном состоянии. Это минералы, состоящие из одного элемента (золото, серебро, алмаз, медь, платина и др.). Известно 90 минералов этого класса, составляют они около 0,1% массы земной коры. Породообразующего значения не имеют, но народно - хозяйственное значение огромное.

II класс – сульфиды – производные сернистого водорода H₂S или, реже многосернистых водородов. Известно около 200 минералов, составляющих 0.15-0.25% массы земной коры, или около 10% всех минералов. Сульфиды – непородообразующие минералы, но являются рудами многих важных металлов: меди, серебра, цинка, свинца и др., вследствие чего их значение в экономике страны очень велико.

Минералы в зоне выветривания неустойчивы: они разрушаются и переходят в различные кислородные соединения. Наиболее распространенными минералами этой группы являются:

Пирит – FeS₂ (серный колчедан, железный колчедан) – является основным видом сырья для получения H₂SО₄, халькопирит CuFeS₂ (медный колчедан) – главная руда на медь, в зоне выветривания он легко окисляется, образуя сульфиды Сu и Fe, применяющиеся широко в сельском хозяйстве, киноварь – HgS – единственная руда для получения ртути.

Ш Класс – галоидные соединения (галоиды). Минералы этого класса (~ 120 видов) представляют соли хлористоводородной (хлориды) и фтористоводородной (фториды) кислот. Хлориды широко распространены в природе. Хлориды осадочного происхождения, образуются в результате отложения из водных бассейнов (соли натрия и калия).

Галоиды могут быть безводные и водные. К ним относятся такие важные в жизни человека и растений минералы, как галит (каменная соль) - NaCI, сильвин – KCI (желтый и синий), карналит – МgCl₂ • КСl • 6Н₂О (красный). Галоиды залегают вместе с калийными солями в соляных месторождениях и используются для производства калийных удобрений. Кроме этого широко применяются они в консервной, химической промышленности, рыбном производстве.

IV Класс – окислы, соединения различных элементов с кислородом. Они очень распространены в природе, играют огромную роль в образовании земной коры. Наиболее распространены кварц – SiO₂, опал – (SiO₂•nH₂O), корунд (Al₂O₃), гематит (красный железняк)– Fe₂O₃, магнетит – Fe₃О₄ и др.

Окислы, содержащие гидроксил называются гидроксилами. Пример: лимонит – 2Fe₂O₃ • 3H₂O, гидрогетит – Fе₂Оз*nН₂О ( бурый железняк ), боксит – А1₂О₃*nН₂О и др. Минералы этого класса составляют 17% массы земли.

V Класс – Соли кислородных кислот – H₂SO₄, HNO₃, Н₃РО₄, H₂CO₃, кремневой и др. Они имеют большое значение в почвообразовании и изготовлении удобрений.

Например – соли HNO₃ всегда считались важнейшим видом удобрений (NH₄NO₃, Ca(NO₃)₂ и др.), соли угольной и серной кислоты – СаСО₃, CaSO₄ 2Н₂О применяют для улучшения физико – химических свойств почвы и улучшения произрастания растений. В тоже время сода (Na₂CO₃) является одной из наиболее токсичных (вредных) кислородных солей для растений юга страны.

Главнейшие минералы этого класса следующие :

а) сульфаты – соли серной кислоты. Гипс -СаSО₄•2H₂O, мирабилит-(Na₂ SO₄ 10Н₂О) – для получения соды, в медицине – как слабительное.

б) карбонаты – соли угольной кислоты. Кальцит – СаСО₃, магнезит - MgCO₃, доломит – СаСО₃ • MgCO₃, сидерит – железный шпат (FeCO₃) - желтовато-белый, для получения Fe, сода – Na₂ СО₃•10Н₂О.

в) фосфаты – соли фосфорной кислоты.

– апатит-Са₅(РО₄)₃ F, хлор-апатит Са₅(РО₄)₃С1– для получения Н₃РО₄, суперфосфата, фосфориты – Са₃ (РО₄)₂, вивианит - Fe₃(PO₄)₂•8H₂O– белого цвета - фосфорное удобрение синеет на воздухе, сидерит – FeCO₃.

VI класс – класс силикатов - минералы кремневых и алюмокремневых кислот. В эту группу входит огромное количество минералов, встречающихся в природе. Силикаты составляют 75% земной коры, а если прибавить 12% свободного кремнезема, то будет понятна ведущая роль этих минералов в геохимии. В почвообразовательных процессах силикаты являются одной из важнейших частей ППК, т.е. наиболее активной части почвы, от которой зависят физические, «химические, биологические и агрономические ее свойства.

К простым силикатам относятся следующие минералы:

- оливин [(MgFe)₂SiO₄] -темная или зеленовато-желтая окраска, драгоценный камень, огнеупорный кирпич.

- роговая обманка – в зоне магмы она является породообразующим минералом гранитов, диоритов, сиенитов и др. известных пород. Имеет сложный и непостоянный химический состав, бурого цвета с различными оттенками. При выветривании дает гидроокислы металлов - карбонаты и глинные минералы.

– полевые шпаты – составляют около 50% массы земной коры. Встречаются они в изверженных породах, а также в сланцах и песчаниках. При выветривании полевые шпаты образуют углекислые соли ,глинистые минералы и кремневую кислоту. К важнейшим представителям полевых шпатов : относятся ортоклаз [K(AlSi₃O₈)] – разная окраска, альбит[Nа (АlSi₃О₈)-белый, анортит(Са А1₂ Si₂O₈)– белый и др.

– нефелин Na(AlSiO₄) - серый с разным оттенком, стекольное производство, в керамической, химической промышленности.

VII класс– углеводородные соединения – сюда входят следующие минералы : нефть, горное масло, горный воск, асфальт, янтарь, торф, ископаемые угли.