Простые вещества (самородные минералы)

Простые вещества (самородные минералы) - это минералы, состав которых отвечает отдельным химическим элементам. В самородном состоянии в природе встречаются около 40 химических элементов, но роль их в общем составе земной коры незначительна. Простые вещества слагают не более 0,05 % земной коры. Из них наиболее распространенными являются газы – водород, аргон, гелий, металлы – медь, золото, элементы платиновой группы, и неметаллы – углерод, сера.

2.1.1. Самородные металлы

Общая характеристика. Структура самородных металлов (золота, меди и серебра) относительно проста – это плотнейшая кубическая упаковка с металлическим типом связи. А потому, кристаллизация этих минералов происходит в кубических сингониях, что обусловливает изометрический, таблитчатый и пластинчатый облик кристаллов.

Самородные металлы редко образуют минеральные скопления и целые агрегаты, чаще они встречаются в виде вкрапленников мелких кристаллов. Исключением является самородное серебро, оно редко формирует кристаллы и встречается в виде проволочных выделений.

Многие физические свойства самородных металлов обусловлены металлическим типом связи между атомами пространственной решетки. Этим вызвана сильная отражательная способность – металлический блеск, высокая ковкость, хорошая электро- и теплопроводность.

Из всех известных минералов самородные металлы обладают наибольшими удельными весами (8,5 – 19,3 г/см³), отсутствием ясно выраженной спайности и низкой твердостью (2,5 – 3,0).

Такие самородные металлы как золото и платина являются наиболее химически устойчивыми в поверхностных условиях и часто образуют россыпи. Медь и серебро химически менее устойчивы и подвергаются в поверхностных и приповерхностных условиях процессам окисления.

Краткие сведения о самородных металлах приведены в таблице № 1.

Происхождение меди может быть как первичным (эндогенным), связанным с гидротермальным или пневматолитовым процессом, так и вторичным (экзогенным), связанным с нижними частями зон окисления медных сульфидных месторождений. Реже медь образуется осадочным путем в виде цемента между песчинками или в виде конкреций.

Происхождение серебра сходно с происхождением меди. Оно также может быть связано с гидротермальными жилами и встречаться в зонах окисления. Серебро встречается в ассоциациях месторождений сернистых и мышьяково-сурьмянистых руд, являясь продуктом их разложения и восстановления из поверхностных растворов различными органическими соединениями.

Таблица № 1 Простые вещества (самородные металлы)

Идеальная форма кристалла	Минеральный индивид (агрегат)	Свойства минерала
САМОРОДНЫЕ МЕТАЛЛЫ
Золото Au
Скульптура на гранях кристалла золота	Чешуйки самородного золота	Сингония: кубическая Кристаллы: редки, октаэдры Агрегаты: вкрапленники, зерна, чешуйчатые, дендриты Цвет: золотисто-желтый Черта: желтая Блеск: металлический Спайность: нет Излом: крючковатый Твердость: 2,5 – 3,0 Уд. вес: 16,0 – 19,3
Медь Cu
	Дендрит самородной меди	Сингония: кубическая Кристаллы: редки, кубические Агрегаты: древовидные, пластинчатые, дендриты, зерна Цвет: медно-красный Черта: металлически блестящая Блеск: металлический Спайность: нет Излом: занозистый Твердость: 2,5 – 3,0 Уд. вес: 8,5 – 8,9
Серебро Ag
	Проволочные агрегаты серебра	Сингония: кубическая Кристаллы: редки Агрегаты: проволочные, дендриты Цвет: серебряно-белый Черта: серебряно-белая Блеск: металлический Спайность: нет Излом: крючковатый Твердость: 2,5 Уд. вес: 10,5

Происхождение золота связано, главным образом, с типичными среднетемпературными (реже низкотемпературными) гидротермальными месторождениями. Парагенетически оно ассоциирует с кварцем и сульфидами (пиритом, халькопиритом, реже галенитом, сфалеритом). Золото выделяется, как правило, в числе самых последних минералов, а потому часто приурочено к трещинам в ранее образованных минералах. Также различают «связанное» золото, содержащееся в тонкорассеянном состоянии в некоторых сульфидах (пирите и арсенопирите).

Как новообразованное золото может встречаться в зонах окисления в ассоциации с лимонитом.

2.1.2. Самородные неметаллы

Общая характеристика. К самородным неметаллам относятся сера, алмаз и графит. Структуры этих минералов в отличии от структур самородных металлов являются более сложными.

Структура серы характеризуется смешанным типом химической связи. Она состоит из «колец», внутри которых атомы соединены ковалентными связями, а кольца между собой соединены остаточными (вандерва-альсовыми) связями. Взаимное расположение колец в пространстве обусловливает несколько полиморфных модификаций серы. Наиболее распространенными являются α-сера (ромбическая), β-сера (моноклинная) и γ-сера, но устойчивой в поверхностных условиях является ромбическая α-сера.

Смешанный тип химической связи обуславливает хрупкость, малую плотность (1,0 – 2,0 г/см³) и малую твердость (2,5) серы, а также легкую воспламеняемость и плавление.

В структуре графита, также наблюдается смешанный тип химической связи. Графит состоит из слоев, внутри которых атомы связаны смешанными ионно-ковалентными связями, а между собой слои соединены метал-лическими связями. Такая структура обуславливает следующие свойства графита – совершенную спайность, высокую электропроводность и низкую твердость (1,0).

В алмазе атомы углерода располагаются равномерно во всех трех измерениях по всему объему кристалла, каждый атом окружен четырьмя соседними, между ними осуществляются ковалентные связи. Компактная упаковка и сильные химические связи обуславливают высокую твердость, прозрачность и высокую плотность (3,5 г/см³) кристаллов алмаза.

Алмаз и графит являются противоположными по своим физическим свойствам полиморфными модификациями углерода. Различия в свойствах вызваны различным внутренним строением этих минералов, а именно силами связи и плотностью упаковки.

Краткие сведения о самородных неметаллах приведены в таблице № 2.

Происхождение серы связано с различными процессами, происходя-щими в верхней части земной коры и на ее поверхности. Образование серы может осуществляться разными способами:

- в процессе осаждения на стенках кратеров при вулканических извержениях;

- в процессе разложения гипсоносных осадочных толщ (рис. 27);

- в процессе разложения сернистых соединений (пирита) в зоне окисле-ния рудных месторождений;

- осадочным путем (биохимическим) путем за счет неполного окисления сероводорода, вырабатываемого сульфатредуцирующими бакте-риями.

Происхождение алмаза так или иначе связано с образованием трубок взрыва магм ультраосновного состава (кимберлитами). Минералами спутниками алмаза являются пироп, оливин, ильменит, диопсид, хлорит и т.д. Алмазы также встречаются в некоторых метеоритах.

Рис. 27 Сера в виде порошковатых масс на разъеденных участках кристаллов гипса

Происхождение графита может осуществляться разными путями:

- за счет каменных углей или битуминозных отложений в условиях регионального метаморфизма;

- за счет изменений карбонатных пород в условиях контактово-метасоматического метаморфизма (в скарнах);

- за счет кристаллизации в кварцевых и пегматитовых жилах;

- за счет кристаллизации из щелочных магм.