Решта 1.1 1.49

Оцінка й обчислення проводилися за складом метеоритів і місячних зразків. Щодо розсіяних елементів, то їх дуже мало або вони рідко зустрічаються.

Л - № 3 (4 години)

ПОНЯТТЯ ПРО МІНЕРАЛИ ТА ЇХ ВЛАСТИВОСТІ.

План:

1. Кристалографічні особливості мінералів.

2. Види мінеральних агрегатів.

3. Діагностичні властивості мінералів.

4. Класифікація мінералів.

1.

«Кристалографічні особливості мінералів»

Мінерал (фр.) – природна хімічна сполука або самородний хімічний елемент, приблизно однорідний за хімічним складом і фізичними властивостями. Утворюються мінерали внаслідок складних процесів у надрах землі, або на її поверхні. У природі налічується до 2000 мінералів, а з різновидами до 6000. Часто під мінералами розуміють складову частину гірських порід, руд та інших неорганічних сполук.

В природних умовах зустрічається 2 типи мінералів:

1) - кристалічні утворення (тіла) – складають більшість мінералів (їх атоми, іони й молекули впорядковано розташовані у вигляді решіток);

2) – аморфні(гр. «безформні») утворення - (елементарні частини мають хаотичне розміщення).

Для кристалічних тіл характерне явище анізотропності (гр. «неоднаковість»), коли фізичні властивості (теплопровідність, теплоємність, твердість та ін.) однакові в паралельних напрямках і різні в непаралельних.

Для аморфних мінералів характерне явище ізотропності (гр. «однаковість»), коли їх властивості однакові в різних напрямках.

Кристалічні тіла мають здатність до самоогранення (утворюють геометричні тіла). Для будь-якого кристалу характерна наявність:

ГРАНЕЙ – площин, що обмежують кристал;

РЕБЕР – ліній перетину сусідніх граней;

ВЕРШИН – точок перетину ребер;

ГРАННИХ КУТІВ – кутів, утворених сусідніми гранями (у кристалів одного мінералу вони однакові (Н. Стено, М.В. Ломоносов)).

Грані, ребра, вершини і гранні кути називають елементами кристалу.

У природі багато мінералів є зернистими масами або мікрокристалічними агрегатами. Набагато рідше вони утворюють правильні багатогранники, які володіють елементами симетрії, котрі закономірно повторюються в просторі.

Симетрію кристалів характеризують наступні елементи симетрії:

Р (площина симетрії) – ділить кристал на дві дзеркально симетричні половини.

L (вісь симетрії) – уявна лінія, при обертанні навколо якої на 360º кристал кілька разів (2, 3, 4, або 6) повторює своє початкове положення у просторі.

С (центр симетрії) – точка всередині кристала, в якій перетинаються і діляться пополам всі прямі, що сполучають відповідні точки на поверхні кристалів. Центр симетрії мають лише ті кристали, кожній грані яких відповідає рівна і паралельна грань того ж кристалу.

Кожен кристал володіє певною сукупністю елементів симетрії. Ще наприкінці ХІХ ст. (1869 р.) російський кристалограф А.В. Гадолін довів, що в кристалах можливі лише 32 комбінації елементів симетрії. Їх називають видами симетрії і об’єднують за ступенем складності в 7 груп, які називають СИНГОНІЯМИ (гр. «спорідненість») (табл. 1).

Таблиця 1

Кристалографічні сингонії та їх категорії

Для багатьох мінералів характерне явище поліморфізму (гр. «багато, форма»), коли хімічний склад мінералів однаковий, а їх кристалічні решітки й сингонії різні (алмаз-графіт-вугілля) та ізоморфізму (гр. «однаковий, форма») – мінерали мають однаковий хімічний склад, схожу кристалічну структуру і утворюють однакові кристалічні решітки (MgCO3 (магнезит)↔FeCO3 (сидерит)).

2.

«Види мінеральних агрегатів»

У природі зустрічаються наступні форми мінеральних агрегатів:

1 - кристалічні агрегати:

друзи (нім. «скупчення») – кристали різного розміщу скупчені на спільній основі,

щітки – зростки дрібних кристалів на спільній основі;

2 - секреції (лат. «відокремлення») – утворюються коли порожнина в породі заповнюється від периферії до центру (аметист, халцедон, агат). Різновидами секрецій є мигдалини (дрібні до10 мм у діаметрі) і жеоди (великі, часто з порожниною секреції, на стінках яких спостерігаються друзи й натічні форми);

3 - конкреції (лат. «зростання, згущення») – тіла переважно овальної форми, які утворюються при відкладанні речовини навколо центру кристалізації (фосфорит, сидерит, марказит). Різновидом конкрецій є ооліти (гр. «яйце») – дрібні кулясті конкреції з шкаралупчастою будовою (боксит, сидерит, лімоніт);

4 – дендрити (гр. «дерево») – деревоподібні агрегати кристалів (самородні елементи (Au, Ag, Cu та ін.), H2O (лід));

5 – натічні форми:

нирки – мінеральні утворення у вигляді нирок (малахіт); сталактити – бурульки, наростання яких відбувається зі стелі до підлоги (гіпс, сіль, вапняк, лід); сталагміти – бурульки, наростання яких відбувається у напрямку від підлоги до стелі; скляні голови – кулеподібні або неправильні тіла з гладкою блискучою поверхнею (лімоніт, гематит);

6 – псевдоморфози (гр. «обман, помилка; будова») –кристали, форма яких не властива мінералу, що їх утворює (форма одного мінералу, а хімічний склад іншого – пірит (FeS2)↔ лімоніт (Fe2O3∙nH2O));

7 – зернисті агрегати – скупчення зерен одного або кількох мінералів (пірит, галеніт, корунд, апатит). За розміром (діаметром) зерен землисті агрегати бувають:

грубозернисті – понад 5 мм; середньозернисті – (1-5мм); дрібнозернисті – до 1 мм.

8 – землисті агрегати – борошнисті маси приховано кристалічної структури, які легко розтираються руками. Кристали їх можна вивчати лише за допомогою мікроскопа (каолін, лімоніт, піролюзит).

3.

«Діагностичні властивості мінералів»

Для того, що уміти визначати мінерали, як у польових, так і в лабораторних умовах необхідно знати їх головні діагностичні особливості (ознаки). Вони бувають фізичні та хімічні.

До фізичних ознак належать: колір, блиск, прозорість, твердість, спайність, злам, густина, магнітність, смак, запах, ковкість, жирність на дотик, гнучкість, горючість.

ФІЗИЧНІ ОЗНАКИ:

1) Колір (залежить від хімічного складу, кристалічної структури, домішок). Постійний колір мають досить мало мінералів (сірка, малахіт, кіновар). Похідними від кольору є:

колір риски (колір порошку мінералу) – визначають шляхом тертя мінералу об фарфорову (порцелянову) пластину (бісквіт), наприклад, флюорит завжди має білу риску;

побіжалість (райдужна плівка, яка виникає в результаті окислення (халькопірит, борніт));

іризація (гр. «райдуга»; голубуваті або зеленуваті переливи на поверхні, які виникають в результаті переломлення світла (лабрадор)).

2) Блиск:

металічний та металоподібний (тьмяний - характерний для рудоутворюючих непрозорих мінералів). Такий блиск мають самородні елементи (Au, Pb, Ag), сульфіди, оксиди (пірит, галеніт) та ін.;

неметалічний (характерний для породоутворюючих мінералів):

алмазний – сильний, характерний для прозорих (чистих) та напівпрозорих мінералів (алмаз, сфалерит);

скляний – дуже поширений (кальцит, галіт, кварц);

жирний – поверхня мінералу ніби змащена (нефелін, тальк, кварц на зламі);

перламутровий – характерний для внутрішніх поверхонь черепашок (слюда, гіпс);

шовковистий – мають мінерали з волокнистою або голчастою структурою (азбест, селеніт);

восковий – характерний для мінералів з аморфною будовою (кремінь, бурштин);

матовий – мають землисті агрегати, які не блищать (піролюзит, лімоніт).

3) Прозорість – здатність пропускати світло. За цим показником мінерали бувають прозорі (майже всі у тонкому зрізі), напівпрозорі (матове скло), непрозорі (мінерали з металічним блиском).

4) Твердість – це здатність протистояти зовнішній дії (дряпанню, різанню, стиранню), яка залежить від особливостей кристалічної решітки.

Для визначення твердості мінералів існує МІНЕРАЛЬНА ШКАЛА ТВЕРДОСТІ, яка включає десять мінералів-еталонів (табл. 2). Названа ця шкала на честь її автора – німецького мінералога Ф. Мооса.

Таблиця 2

Шкала твердості

Дана шкала є відносною, оскільки дозволяє встановити лише той факт, що один мінерал може бути твердіший за інший.

Абсолютну твердість можна одержати лише за допомогою спеціального приладу СКЛЕРОМЕТРА (гр. «твердий, міряю»). Визначаючи твердість мінералів потрібно використовувати свіжі, не вивітрені, поверхні.

Для визначення твердості можна також використовувати підручні засоби, які мають відомий показник твердості: олівець (1); цвях (4); скло (5); ніж (5-6); голка (6).

5) Спайність – здатність мінералів розколюватися або розщеплюватися за певними площинами, які називаються площинами спайності. Виділяють 5 ступенів спайності:

- цілком досконала – мінерал легко розщеплюється пальцями на окремі пластини (слюда, гіпс, тальк);

- досконала – мінерал розколюється від легкого удару в одному або кількох напрямках на гладкі поверхні (кальцит, галіт, галеніт);

- середня – мінерал розколюючись від удару утворює окремі уламки, як з рівними, так і з нерівними поверхнями (польовий шпат);

- недосконала - при розколюванні мінералу майже всі уламки утворюються з нерівними поверхнями (апатит, берил. олівін);

- цілком недосконала (спайність фактично відсутня) – при розколюванні мінералу всі уламки мають нерівні поверхні (кварц, магнетит).

6) Злам – важлива діагностична ознака для мінералів з недосконалою і цілком недосконалою спайністю. Злам – це характер поверхні уламків, на які мінерал розколюється після удару. Існує 6 видів зламу:

- черепашковий – нагадує черепашку і має гладку поверхню (кварц);

- скабистий – на поперечному сколі є стовпчастість або волокнистість (азбест, рогова обманка);

- землистий – характерний для пилуватих, тонкозернистих мінералів (лімоніт);

- волокнистий – на поперечному сколі спостерігаються волокна (хризотил-азбест);

- східчастий – поперечний скол має характерні східцеподібні уступи (галеніт);

- нерівний – для поперечного сколу характерна нерівна поверхня (нефелін, апатит).

7) Густина – важлива діагностична ознака мінералів, яка в польових умовах визначається орієнтовно («на око», «порівнянням ваги зразка на долоні») або у лабораторіях за допомогою гідростатичних ваг. Середня густина мінералів має значення 1-20 г/см³.

8) Магнітність – здатність мінералу впливати на магнітну стрілку компаса (магнетит);

9) Смак – можливість визначити мінерал покуштувавши його на смак (галіт – солоний; сильвін - гіркий);

10) Запах – поява специфічного запаху при ударі (кремній), терті (фосфорит), горінні (сірка);

11) Ковкість – властивість мінералу при ударах змінювати форму й об’єм (характерна для самородних металів - золото, срібло, платина);

12) Жирність на дотик – поверхня мінералу виглядає ніби змащеною жиром (тальк);

13) Гнучкість – здатність зразка мінералу повертатися у початкове положення після згинання (слюди (біотит, мусковіт та ін.));

14) Горючість – здатність мінералу досить легко загоратися (сірка, слюди).

ХІМІЧНІ ОЗНАКИ:

1) взаємодія з 10% HCl (доломіт, кальцит та ін.), або столовим оцтом;

2) розчинність у воді (галіт, сильвін).

4.

«Класифікація мінералів»

Загалом, в залежності від підходів та принципів, що застосовуються дослідниками, існує багато різних класифікацій мінералів. Найпоширенішою є класифікація за хімічним складом, автором якої є академік О.Г. Бетехтін. Згідно класифікації «Бетехтіна» виділяється 9 класів мінералів.

1.- Самородні елементи:

Крім того до самородних елементів належать: платина, срібло, мідь, іридій, осмій, паладій та ін.

2.- Сульфіди (головним чином мідні, свинцеві, кобальтові, цинкові, ртутні руди). Більшість сульфідів гідротермального походження.

3.- Оксиди й гідрооксиди:

4.- Карбонати (солі вугільної кислоти H2CO3):

5.- Сульфати (солі сірчаної кислоти Н2SO4):

6.- Фосфати (солі фосфорної кислоти, Н3РО4):

7.- Галоїдні сполуки (солі галоїдно-водневих кислот HF, HCl, HBr, HІ; хлориди є типовими хімічними осадами водойм):

8.- Силікати (солеподібні хімічні сполуки SiO2; понад 800 мінералів, близько 95% маси земної кори):

9.- Органічні сполуки:

Л - № 4 (2 години)