Физические свойства минералов. Каждый минерал обладает определенным физическим свойствами.
Каждый минерал обладает определенным физическим свойствами.
Основные свойства:
– внешняя форма,
– оптические характеристики: цвет, блеск, прозрачность,
– спайность,
– излом,
– плотность,
– твердость.
Внешняя форма – может быть разнообразной. Наиболее часто минералы встречаются в виде кристаллических агрегатов и сростков, а также в виде друз, конкреций, секреций, натечных форм и т.д.
1. Кристаллические агрегаты – скопления минеральных зерен различной формы, зависящей от внутреннего строения минерала и формы пространства, в которой происходит кристаллизация.
По величине зерен кристаллические агрегаты делят:
- на крупнозернистые – > 5 мм в поперечнике;
- среднезернистые – 2…5 мм;
- мелкозернистые – 0,5…2 мм (апатит);
- скрытокристаллические – < 0,5 мм.
По форме зерен:
- зернистые (галит, пирит);
- столбчатые (селенит, магнезит);
- волокнистые (асбест);
- пластинчатые (гипс);
- чешуйчатые (графит) и др.
2. Друзы – незакономерные сростки отдельных кристаллов, прикрепленные одним концом к какой-либо поверхности (кварц, флюорит).
3. Конкреции – округлые или неправильной формы минеральные стяжения с радиально-лучистым или скорлупообразным сложением. Встречаются в глинах и песках, по составу могут быть карбонатными, железистыми и др.
4. Оолиты – скопления в виде горошин концентрически-скорлуповидного строения, образующиеся при оседании минерального вещества вокруг каких-либо мелких частиц (лимонит, боксит).
5. Секреции – образуются при заполнении минеральным веществом пустот в горных породах, в отличие от конкреций, отложение вещества идет от периферии к центру. Секреции размером менее 10 мм в поперечнике называются миндалинами, более крупные – жеодами (кварц, кальцит).
6. Натечные формы – возникают при медленном обволакивании минеральным веществом каких-либо поверхностей (опал, малахит, сера; в пещерах – отложения карбонатов в виде сталактитов и сталагмитов).
7. Многие минералы имеют землистый облик (марганцевая руда).
Цвет минерала в куске– зависит от химического состава, кристаллического строения и присутствия примесей. Некоторые минералы имеют постоянную окраску (малахит – зеленую, сера – желтую), большинство же минералов может иметь различную окраску. Например, флюорит бывает бесцветным, желтым, коричневым, розовым, зеленым, синим, фиолетовым и даже почти черным.
Химические и механические примеси способны изменить собственную окраску минерала и позволяют выделять его разновидности. Кроме того, цветовые оттенки минералов могут меняться под воздействием высоких температур, ультрафиолетового и радиоактивного облучения, некоторые минералы обладают способностью менять окраску в зависимости от условий освещения (александрит), а также просто выцветать на солнечном свету, поэтому более постоянным признаком минерала является «цвет черты»(порошка) минерала.
Цвет черты выявляется, если уголком испытуемого образца потереть пластинку неглазурованного фарфора – бисквита. Если минерал окажется твердым, то необходимо предварительно соскрести напильником немного порошка, а потом уже растереть его на пластинке. Черта отражает собственный цвет минерала, ее окраска более постоянна и в меньшей мере зависит от цветовых разновидностей минерала. Так, цвет черты черного железного блеска (разновидности гематита) – вишнево-красный, золотисто-желтого пирита – черный с зеленоватым оттенком, а флюорита (независимо от его окраски) – всегда белый.
Блеск – способность поверхности минерала отражать в различной степени свет, различают:
1) металлический блеск (самородные металлы) – халькопирит (медный колчедан), галенит;
2) полуметаллический (металловидный) блеск – графит;
3) неметаллический блеск бывает:
- алмазным – алмаз, сфалерит;
- стеклянным – топаз, кальцит, галит;
- жирным – тальк, сера;
- восковым – халцедон;
- перламутровым – ангидрит;
- шелковистым – асбест.
Многие минералы вообще лишены блеска, они имеют тусклую, матовую поверхность – кремень.
Прозрачность[1]– способность минералов пропускать свет без изменения направления его пропускания, выделяют:
1) прозрачные – пропускают свет по всему объему (кварц, мусковит);
2) полупрозрачные (просвечивающие) – через них видны лишь очертания предметов, свет проходит, как через матовое стекло (гипс, халцедон);
3) непрозрачные – не пропускают свет даже в тонких пластинках (пирит, графит).
Спайность[2] – способность некоторых минералов при ударе раскалываться с образованием плоских поверхностей. Различают следующие виды спайности:
1) весьма совершенную – минерал расщепляется пальцами на тонкие пластины и листочки (слюда);
2) совершенную – минерал раскалывается молотком на куски, ограниченные ровными плоскостями, которые на отдельных участках могут быть неровными (галит, кальцит, флюорит);
3) среднюю – минерал распадается на куски, образуя ступенчатые поверхности, все ступеньки между собой параллельны (полевые шпаты);
4) несовершенную – на общем фоне неровного излома образуются небольшие, параллельные между собой площадки (апатит);
5) весьма несовершенную – минералы почти не дают ровных поверхностей (кварц).
Излом – характерен для минералов, не обладающих спайностью, т.е. не дающих ровных поверхностей при раскалывании.
Различают следующие виды излома:
- раковистый (кварц, обсидиан),
- зернистый (апатит),
- землистый (каолинит, бурый железняк),
- занозистый (антимонит, хлорит, роговая обманка),
- волокнистый (гипс-селенит),
- ступенчатый (пьемонит),
- неровный и др.
Плотность – масса вещества, отнесенная к массе равного объема воды, следовательно, минерал с плотностью 2,6 в 2,6 раза тяжелее такого же объема воды. Плотность – постоянная величина для каждого минерала. Плотность минералов и горных пород колеблется от 0,6 до 20 г/см3. Минералы с плотностью ниже 2 г/см3 считаются легкими (янтарь – 1,0–1,1 г/см3, сильвин – 1,5 г/см3), от 2 до 4 г/см3 – нормальными (галит – 2,2 г/см3, ортоклаз – 2,5 г/см3, кварц – 2,6 г/см3, корунд – 4,0–4,1 г/см3), выше 4 г/см3 – тяжелыми (галенит, или свинцовый блеск – 7,5 г/см3, серебро – 9,6–12 г/см3, платина – 14–19 г/см3, золото –19,3 г/см3, максимальной плотностью обладает иридий – 23 г/см3).
Твердость– способность минералов противостоять внешним механическим воздействиям. Немецкий минералог Фридрих Моос (1773–1839) предложил шкалу, согласно которой минералы группируются в соответствии с их относительной твердостью по десятибалльной шкале. Эта шкала получила название минералогической шкалы твердости или шкалы Мооса (табл. 3). Каждый минерал, занимающий определенное место в этой шкале, царапает все минералы с меньшим значением твердости, но в то же время сам царапается стоящими выше него. Минералы с равным значением твердости не царапают друг друга.
Таблица 3
| Шкала твердости по Моосу | Эталонный минерал | Абсолютная твердость, МПа | Визуальные признаки твердости | Твердость по группам минералов |
| Тальк Гипс | Скоблится ногтем Царапается ногтем | Мягкие | ||
| Кальцит Флюорит | 1 090 1 890 | Царапается медной монетой Легко царапается стальным ножом | Средней твердости | |
| Апатит Ортоклаз | 5 360 7 967 | С трудом царапается ножом Царапается напильником | Твердые | |
| Кварц Топаз Корунд Алмаз | 11 200 14 270 20 600 100 600 | Царапает оконное стекло Легко царапает кварц Легко царапает топаз Не царапается ничем | Очень твердые |
Минералы могут обладать рядом других физических свойств: хрупкостью (галит), плавкостью, магнитностью (магнетит, прирротит), вкусом (галит, сильин), запахом (сера), ощущением на ощупь (тальк – жирный), радиоактивностью (бетафит), иридизацией (лабрадор), двойным лучепреломлением (исландский шпат – разновидность кальцита) и т.д.
Химический состав
Каждый минерал характеризуется определенным химическим составом (табл. 4). Химический состав кристаллических минералов выражается кристалло-химической формулой, показывающей количественное соотношение элементов и характер их взаимной связи в пространственной решетке:
Каолинит – Al2[Si4O10](OH)8
Агвит – Ca(Mg, Ge, Al)x[(Si, Al)2O6]
Химическая формула аморфных минералов отражает только количественное соотношение элементов.
В состав многих минералов экзогенного происхождения входит вода. Молекулярная вода не участвует в строении пространственной решетки и ее удаление лишь обезвоживает минерал: при нагреве гипса CaSO4 ∙ 2H2O остается ангидрит CaSO4. Химически связанная вода (ОН) входит в пространственную решетку и ее удаление приводит к разрушению минералов.
Таблица 4
Классификация минералов по химическому составу
| № | Класс | Типичные минералы |
| 1. | Самородные элементы | Золото Аu, серебро Ag, платина Pt, сера S, графит С, алмаз С, медь Cu, мышьяк As |
| 2. | Силикаты | Слюды: мусковит KAl2[AlSi3O10], биотит K(Mg,Fe)3[Si3Al10](OH)2; ортоклаз К[А1Si3О8] |
| 3. | Карбонаты | Кальцит СаСО3, магнезит MgCO3, доломит СаМg(СОз)2 |
| 4. | Оксиды | Кварц SiO2, магнетит Fe3O4, корунд А12О3, пироллюзит МnО2 |
| 5. | Гидроксиды | Опал SiO2∙nH2O, лимонит 2Fe2O3∙3H2O, боксит А12О3∙nН2О |
| 6. | Сульфиды | Пирит FeS2, халькопирит CuFeS2, галенит PbS, киноварь HgS |
| 7. | Сульфаты | Гипс CaSO4∙2H2O, мираболит NaSО4∙10Н2О |
| 8. | Галогениды | Галит NaCl, сильвин КС1, флюорит CaF |
| 9. | Фосфаты | Апатит Ca5(PO4)3F, фосфорит Са3(РО4)2 |
| 10. | Вольфраматы | Вольфрамит (Fe,Mn)WO4 |
Самородные элементы– минералы, находящиеся в природе в свободном состоянии, составляют менее 0,1 % массы земной коры.
Силикаты– самые распространенные в природе минералы, включают более 800 минералов, являющихся основной составной частью магматических и метаморфических горных пород. На их долю приходится 80 % массы земной коры.
Карбонаты– соли угольной кислоты. К ним относятся более 80 минералов, составляют 1,7 % массы земной коры, в воде теряют механическую прочность, слабо растворяются, в кислотах разрушаются.
Оксидыи гидроксиды – объединяют примерно 200 минералов, на долю которых приходится 17 % массы земной коры – являются породообразующими минералами. Выделяют две группы:
1) оксиды и гидроксиды кремния – самый распространенный кварц – SiO2 составляет 12 % от массы земной коры. (SiO2 – горный хрусталь, аметист, дымчатый кварц, халцедон, агат, кремень и др.);
2) оксиды металлов (Fe, Mn, Al и др.).
Сульфиды – соли сероводородной кислоты, составляют 0,15 % массы земной коры (> 200 минералов), разрушаются под действием выветривания, имеют большое практическое значение как важнейшие руды: свинец – PbS (галенит), цинк – ZnS (сфалерит), ртуть – HgS (киноварь), медь – CuFeS2 (халькопирит), молибден – MoS2 (молибденит).
Сульфаты – соли серной кислоты, объединяют около 260 минералов, однако составляют лишь 0,1 % массы земной коры. Происхождение связано с водными растворами. Характеризуются светлой окраской и небольшой твердостью, хорошо растворяются в воде.
Галогениды – соли галоидоводородных кислот (НСl, HF) – 100 минералов, образуются при осаждении из растворов.
Фосфатыи вольфраматы – встречаются очень редко, составляют < 0,1 % массы земной коры, имеют важное значение как сырье при производстве удобрений.
Горные породы
Горные породы представляют собой сочетание (агрегат) минералов естественного (природного) происхождения.
Каждой породе свойственно известное постоянство химического и минерального состава, структуры, а иногда и условий залегания в земной коре.
Породы состоящие из одного минерала, называются мономинеральными(кварцит – из кварца SiO2, гипс – из одноименного минерала CaSO4 · 2H2O).
Породы, в состав которых входит несколько минералов, называются полиминеральными (гранит – кварц, полевые шпаты, слюды).
Горные породы не имеют химических формул. Их состав оценивается валовым химическим анализом, например химический состав базальта: SiO2 –
49–52 %, А2О3 – 10–14 %, Fe2O3 – 4–14 %, СаО – 8–10 % и т. д.
Сейчас в земной коре установлено около 1000 горных пород.
По условиям образования (генезису) горные породы делятся на три типа:
1) магматические,
2) осадочные,
3) метаморфические.
Схема формирования горных пород в ходе геологического цикла приведена на рис. 3.
| Магма |
| Осадочные г.п. |
| Метаморфические г.п. |
| Магматические г.п. |
| Рыхлые осадки |
| Выветривание и перенос |
| Метаморфизм |
| Выветривание |
| Диагенез |
| Выветривание |
| Метаморфизм |
| Рис. 3. Схема формирования горных пород |
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 1390;