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:

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.

Оксиды и 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.

Фосфаты и 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

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: