Физические свойства минералов

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:

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

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