Строение минералов

Генезис[1] минералов.

Все минералы по источнику энергии за счет которой они образовались, делятся на две группы:- эндогенные (“изнутри рожденные”-греч.), образующиеся за счет внутренней энергии Земли, когда процессы минералообразования протекают на различных глубинах при высоких значениях давления и температуры;- экзогенные (“извне рожденные”), образующиеся за счет энергии, получаемой Землей главным образом от Солнца, когда минералообразование происходит вблизи поверхности или на поверхности Земли при давлении близком к атмосферному и нормальной температуре. Существуют три типа минералообразования: магматический, осадочный (экзогенный) и метаморфический.

Минералы магматического (эндогенного) генезиса образуются при остывании и кристаллизации магмы[2] и её производных в недрах Земли. Таким путем образуются многие главнейшие породообразующие минералы: кварц, ортоклаз, лабрадор, биотит, мусковит, оливин, роговая обманка, авгит и д.р.

Минералы осадочного (экзогенного) генезиса образуются в результате геологических процессов, протекающих в верхней части земной коры и на ее поверхности, а также в гидросфере среди которых можно выделить следующие:

а). Образование минералов при выветривании, когда минералы магматического генезиса под действием комплекса природных факторов (кислород, углекислый газ, вода, водные растворы разного химического состава, колебания температуры, жизнедеятельность микроорганизмов и растений) распадаются на составные части, а затем образуют новые устойчивые в данной обстановке соединения. Таким образом, возникают такие минералы, как каолинит, монтмориллонит, лимонит, опал.

б). Образование минералов на дне морей и озер при кристаллизации и осаждении минеральных солей из водных растворов в период интенсивного испарения воды. Данным способом образуются минералы кальцит, доломит, гипс, ангидрит, галит и др.

в). Минералообразование, как результат жизнедеятельности организмов (биогенные минералы). Ряд минеральных веществ (кальцит, кремнезем, соединения фосфора и др.), сносимых в море в виде растворов и взвесей используются морскими организмами для построения скелета (раковин). После отмирания микроорганизмов скелетные части накапливаются на дне водоемов и дают мощные скопления кальцита. Биогенный минерал лимонит образуется в результате жизнедеятельности бактерий на дне болот и озер.

Минералы метаморфического генезиса образуются в недрах Земли на больших глубинах в результате преобразования минералов магматического и осадочного генезиса под воздействием высоких давлений, температур и летучих компонентов магмы. Таким образом, возникают минералы тальк, асбест, графит, гематит и др.

Большинство минералов в природе находится в кристаллическом состоянии, и лишь незначительная часть в аморфном. Различие между кристаллическим и аморфным состоянием вещества состоит в том, что в кристаллическом теле атомы и ионы располагаются в строго определенном, характерном для данного вещества порядке, образуя пространственную (кристаллическую) решетку, благодаря чему многие минералы имеют вид правильных многогранников (кристаллов), например кварц. У аморфных веществ подобной закономерности в пространственном распределении атомов и ионов нет (они расположены в беспорядке), и поэтому для аморфных минералов характерна неправильная внешняя форма (кремень).

Различие в строении кристаллических и аморфных минералов обуславливает различие их свойств. Главнейшими особенностями кристаллических минералов являются:

- анизотропность - изменение свойств минерала с изменением направления, т.е. свойства кристаллических минералов в разных направлениях могут быть различны;

- однородность - любые два участка кристаллического минерала обладают совершенно одинаковыми свойствами по параллельным направлениям;

- свойство самоогранения - способность кристаллических минералов при росте принимать форму правильных многогранников - кристаллов.

Каждому минералу присуща своя кристаллическая форма, зависящая от химического состава, условий образования, строения решетки. В кристалле различают следующие элементы: грани, или плоскости, ограничивающие кристаллы, ребра - линии пересечения граней, вершины - точки пересечения ребер, гранные углы - углы между гранями. Вершины кристаллов соответствуют узлам, ребра - рядам, а грани - плоским сеткам пространственной решетки.

Известны случаи, когда в различных природных условиях вещества одинакового химического состава образуют минералы, имеющие разное строение кристаллических решеток, и следовательно, разные свойства (рис.1). Такое явление называется полиформизмом, примером которого являются две модификации углерода С- алмаз и графит. Алмаз - самый твердый из всех минералов, встречается в виде крупных кристаллов, его плотность 3,5 г/см³, прозрачен, обладает плохой электропроводностью. В отличие от алмаза графит очень мягок, его плотность 2,2 г/см³, непрозрачен даже в тонких пластинках, имеет

темно-серый или черный цвет, кристаллизуется в виде чешуйчатых шестиугольных пластинок, является хорошим проводником электричества.

Аморфные минералы, не обладающие пространственной кристаллической решеткой по своим свойствам изотропны, т.е. их свойства одинаковы во всех направлениях (вода, кремень). Кроме явно кристаллических и аморфных минералов, в земной коре широко распространены скрытокристаллические, к числу которых относятся коллоиды. Как известно, коллоидами являются разнородные дисперсные системы, состоящие из дисперсной среды (растворитель) и дисперсной фазы (тонкораспыленные частицы). Среди коллоидов различают золи, в которых дисперсная среда преобладает над дисперсной фазой, и гели, в которых наоборот, преобладает дисперсная фаза. Примером золей могут служить железистые воды, а гелей минералы лимонит (гель гидроксидов железа), опал (гель кремнезема) и др. Потерявшие с течением времени воду гели подвергаются перекристаллизации, формируя твердые коллоиды. Рентгеноструктурные исследования показали, что твердые коллоиды представляют собой не аморфные, как считали ранее, а скрытокристаллические вещества.