Глава 14. Минералогия. Свойства минералов

14.1 Наука «минералогия» и объекты ее исследования. Написание формул минералов

Минералогия – наука о минералах; «минера» (лат.) – рудный штуф, образец руды; «логос» (греч.) – слово, т.е. в дословном переводе «описание образцов руды».

Петрография – наука о горных породах «петра» (греч.) – скала, камень; в дословном переводе «описание камня».

Рассмотрим понятия: кристалл – минерал – горная порода – руда

· Кристалл – отдельный индивидуум в виде выпуклого многогранника с более или менее плоскими гранями и прямолинейными ребрами, выросший в природных или лабораторных условиях.

· Минерал –вещество (химический элемент или химическое соединение), однородное по составу и строению, образованное в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. Может быть как кристаллическим, так и аморфным веществом. Например, твердый аморфный гидрогель кварца (SiO₂nH₂O) – опал.

· Горная порода – агрегат более или менее количественно и качественно постоянных минеральных зерен, отличающихся определенным строением, физическими свойствами и геологическими условиями образования. Или Горная порода– это агрегат определенных минералов более или менее постоянного количественного и качественного состава или скопления одного минерала. Из горных пород сложена земная кора.

· Рудные минералы – содержат различные ценные металлы.

В настоящее время к минералам принято относить только природные образования. Искусственные минералы (рубины, алмазы, шпинели и др.) имеют себе подобных по составу и свойствам в природе, но относятся к области химии и не входят в номенклатуру минералов.

Значительное разнообразие условий образования минералов приводят к появлению многочисленных их разновидностей. В настоящее время их около 3500, но широко распространенных около 450 видов.

Совершенно чистые от примесей минералы встречаются в природе крайне редко. Химический состав многих минералов нельзя точно отобразить формулой, так как многие из них содержат примеси или могут образовывать изоморфные смеси или твердые растворы; по своей однородности последние аналогичны жидким растворам. Примеси могут несколько менять свойства минералов при сохранении его характерной кристаллической решетки:

бесцветный корунд Al₂O₃;

красный рубин Al₂O₃ + Gr (примесь);

синий сапфир Al₂O₃ + Ti и Fe (примесь).

Но их состав (основной) - Al₂O₃ .

Изоморфный минерал записывается:

(Mg, Fe)₂[SiO₄] - оливин или (Mg_0,9Fe_0,1)₂[SiO₄] – атомы магния замещаются железом; конечные члены этого непрерывного ряда форстерит Mg₂[SiO₄] и фаялит Fe₂[SiO₄].

При написании формул минералов анионные комплексы отделяются от катионных квадратными скобками – Fe[CO₃] сидерит, Ba[SO₄] барит, а вместо эмпирических формул минералов в минералогии используют структурные, отражающие особенности их внутреннего строения – кордиерит 2MgO×2Al₂O₃×5SiO₂ записывается Mg₂Al₃[Si₅AlO₁₈].

В минералогии различают безводные и водные минералы: водные – содержат в составе электрически нейтральные молекулы воды. Вода бывает связанная (или кристаллизационная), которая входит в кристаллическую решетку минералов – гипс Сa[SO₄]·2Н₂О, а также свободная, которая не участвует в строении кристаллической решетки (вода цеолитов, гигроскопическая вода в трещинах минералов).

Гидроксилсодержащие минералы имеют отрицательно заряженный ион гидроксила (он)^-, он может заменять такие ионы как Cl^-, F^-, O^2- и прочно удерживаться в кристаллической решетке. Между электрически нейтральной молекулой воды и отрицательно заряженной группой (он)^- существует принципиальная разница. В строгом смысле такие минералы не могут быть названы водными.