Физические свойства минералов. Земная кора и вещественный состав

Минералы

Земная кора и вещественный состав

Земная кора состоит из различных горных пород и минералов.

Минералы – это природные химические соединения или самородные элементы, возникшие в результате разнообразных физико-химических процессов, происходящих в земной коре и на ее поверхности. Минералы в природе находятся преимущественно в твердом состоянии. Реже встречаются жидкие (ртуть, нефть, вода) и газообразные (сероводород, углекислый газ) минералы.

Подавляющее большинство минералов в природе встречаются в виде кристаллов. Каждому минералу присуща своя кристаллическая форма, зависящая от закономерного расположения в пространстве элементарных частиц – атомов, ионов, молекул. (Рис. 1.3.1.1). Кристаллические структуры очень разнообразны и выражается это разнообразие во внешнем облике кристаллов, в их форме. (Рис. 1.3.1.2). Минералы в виде ограненных кристаллов и минеральных зерен рассеяны среди пород или образуют скопления.

Рис. 1.3.1. Кристаллические решетки

Рис. 1.3.2. Кристаллические формы минералов

I – изометрические кристаллы: а – магнетит, пирит, в – гранат; II – кристаллы, вытянутые в одном направлении: а – барит, б – антимонит, в – кварц; III – кристаллы, вытянутые в двух направлениях при сохранении короткого: а – барит, б – хлорит (Павлинов и др., 1983)

Форма скоплений (агрегатов) может быть самой разнообразной. Наиболее распространенными являются: дендриты, друзы, секреции, конкреции, оолиты, натечные формы, землистые массы, налеты, примазки и другие образования. (Рис. 1.3.3).

В земной коре насчитывается около 4000 минералов, лишь 30-35 встречаются часто, входят в состав горных пород – это породообразующие минералы, остальные встречающиеся реже или редко – акцессорные.

Рис. 1.3.3. Форма скоплений агрегатов

а – друзы кварца, б – секреции (жеода), в – конкреции, г – оолиты, д – сталактиты,

е – почки, ж - дендриты

Для того чтобы распознать минералы по внешним признакам и определить приблизительно их состав, надо знать физические свойства каждого минерала. Главнейшими физическими свойствами минерала являются: цвет, цвет черты (цвет в порошке), прозрачность, блеск, излом, твердость, удельный вес, спайность, магнитность, вкус, побежалость и другие свойства.

Цвет минерала зависит от хромофор – элементов-красителей (железо, никель, кобальт, титан, медь, хром и др.), пузырьков газа в минерале. Одни минералы имеют постоянный цвет (хромофор входит в состав химических соединений), другие – разные цвета (хромофор механическая примесь). При определении цвета надо стремиться к наиболее детальной передаче оттенков – небесно-голубой, лимонно-желтый, латунно-желтый, соломенно-желтый, изумрудно-зеленый и др.

Цвет черты (цвет минерала в порошке) можно получить, проводя минералом черту на белой шероховатой фарфоровой пластинке при условии, что твердость его меньше твердости фарфора.

По блеску все минералы можно разделить на три группы: металлический, полуметаллический и неметаллический.

Металлический блеск – сильный, свойственный металлам (золото, серебро, платина, медь). Полуметаллическим блеском обладают минералы, поверхность которых имеет блеск потускневшей поверхности металла (графит, гематит). Неметаллические виды блеска: стеклянный (кварц на гранях кристаллов, кальцит), алмазный (алмаз, некоторые разновидности цинковой обманки), жирный (кварц на изломе), шелковистый (асбест, волокнистый гипс), перламутровый (слюда, тальк), матовый (каолинит).

Излом – вид поверхности, образующейся при раскалывании минерала. Излом может быть раковистым (концентрически-волнистая поверхность), занозистым, землистым, неровным, зернистым.

Спайность – это способность минерала раскалываться или расщепляться по блестящим параллельным плоскостям, по определенным, одной или нескольким, кристаллографическим плоскостям. Различают спайности: весьма совершенная (слюды); совершенная (кальцит); средняя (полевые шпаты); несовершенная спайность обнаруживается с трудом (поверхности с неправильным изломом); весьма несовершенная (незакономерные поверхности излома).

Твердость – степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям (царапанию, резанию, истиранию).

Для определения твердости принята шкала Мооса, в которой используются минералы с известной и постоянной твердостью.

Шкала твердости Мооса

Минералы – эталоны Тверд. Породообразующие минералы: др. минералы:

Тальк Mg₃ (OH)₂(Si₄O₁₀) 1 Кварц азурит

Гипс CaSO₄ 2H₂O 2 Ортоклаз (К полевой шпат) галит NaCl

Кальцит CaCO₃ 3 Плагиоклазы (Na-K полевые шпаты) сильвин KCl

Флюорит CaF₂ 4 Роговая обманка гранаты

Апатит Ca₅(F,Cl) (PO₄)₃ 5 Пироксены галенит PbS

Ортоклаз K (Al Si₃O₈) 6 Кальцит гематит Fe₂O₃

Кварц SiO₂ 7 Слюды: мусковит магнетит Fe₃O₄

Топаз Al₂(F,OH)₂ 8 биотит пирит FeS₂

Корунд Al₂O₃ 9 хлорит халькопирит CuFeS₂

Алмаз C 10 флюорит

лимонит Fe₂O₄ nH₂O

Для определения твердости минерала чертят на его свежей поверхности острым углом минерала-эталона.

Следует учесть, что при макроскопическом определении минералов необходимо учитывать весь комплекс свойств.

Все минералы по химическому составу подразделяются на классы: самородные соединения, сульфиды, галоидные соединения, окислы, гидроокислы, соли кислородных кислот (сульфаты, карбонаты, фосфаты, силикаты) и органические соединения.

Большое число минералов имеет важное практическое значение. Минералы могут использоваться для извлечения из них ценных компонентов, такие минералы называются рудными (халькопирит, галенит, магнетит, апатит и др.); использоваться непосредственно в виде минералов благодаря их определенным полезным свойствам (драгоценные камни, асбест, мусковит, исландский шпат). Наконец, многие минералы образуют горные породы, которые, в свою очередь, часто находят практическое применение.

Ниже рассматриваются физические свойства некоторых минералов нашей учебной коллекции.

Азурит (медная лазурь) – Cu₃(OH)₂(CO₃)₂. Тв. 3,5-4; цвет ярко-синий, блеск стеклянный, облик – плотный, лучистый, землистый, налеты, желваки, реже друзы, кристаллы.

Асбест (горный лён). Тв. 2-3; цвет зеленовато-желтый, слегка золотистый, иногда белый, реже буроватый, в расщепленном виде – снежно-белый, блеск шелковистый, спайность весьма совершенная. Встречается прожилками, заполняет трещины, имеет волокнистое строение, волокна ориентированы перпендикулярно к стенкам трещин.

Галит (каменная соль) - NaCl. Тв. 2; цвет белый, водяно-прозрачный, голубоватый, розоватый, красный, пятнистый. Блеск стеклянный, спайность совершенная, зернистый, вкус соленый, легко растворимый.

Гранаты. Тв. 7; цвет варьирует от темно-красного до черного. Блеск жирный, встречается в виде зернистых масс и кристаллов. Разновидности: гроссуляр – зеленовато-желтый, андрадит – темно-бурый, пироп – темно-красный, альмандин – красный, спессартин – розовый, шорломит – черный.

Галенит (свинцовый блеск) – PbS. Тв. 2-3; цвет свинцово-серый, блеск сильный металлический, спайность весьма совершенная по кубу. Встречается кристаллическими зернистыми массами, образуя гнезда, друзы, вкрапления в кристаллических породах. Очень тяжёлый.

Графит – C.Тв. 1; пачкает руки, цвет от железно-черного до стально-серого, блеск сильный, металловидный, спайность весьма совершенная, излом чешуйчатый.

Гематит (красный железняк) – FeO₃. Тв. 5,5; цвет вишнево-красный, железно-черный, стально-серый, черта вишнево-красная, блеск металловидный, спайности нет.

Гипс – CaSO₄ 2H₂O. Тв. 2; цвет белый, сероватый, желтоватый, розовый, красный, синий, бесцветный, блеск стеклянный, облик – шелковистый, матовый, сплошной зернистый, плотный, землистый, листоватый, волокнистый, кристаллы, двойники, напоминающие ласточкин хвост или друзы (розы). Разновидности. Селенит – параллельно-игольчатый, блеск шелковистый. Марьино стекло – толстолистовой прозрачный гипс.

Кальцит (известковый шпат) – CaCO₃. Тв. 3; цвет: бесцветный, молочно-белый, желтоватый, голубоватый, темно-бурый; блеск стеклянный, спайность совершенная в трех направлениях. Облик - сплошной зернистый, плотный, натечный, пористый, землистый, листоватый, полосчатый, радиально-лучистый, кристаллы, друзы. Вскипает при действии разбавленной соляной кислоты. Разновидностью кальцита является жемчуг.

Кварц – SiO₂. Тв. 7; бесцветный, молочно-белый и др. Спайность отсутствует, излом неровный раковистый. Разновидности: горный хрусталь – бесцветный, аметист – фиолетовый, раухтопаз – дымчатый, морион – черный, цитрин – золотисто-желтый или лимонно-желтый.

Каолинит (каолин или белая глина) – Al₂O₃ 2SiO₂ 2H₂O. Тв.1; цвет белый, иногда с различными оттенками, сплошные землистые массы, жадно поглощает воду, в мокром состоянии очень пластичен.

Киноварь –HgS. Тв. 2; цвет красный, блеск алмазный, в тонком срезе просвечивает.

Лимонит (бурый железняк) – Fe₂O₃ nH₂O. Тв.1-5; цвет охристо-желтый, от бурого до черного, черта бурая, блеск металловидный, излом неровный, землистый, может быть раковистый. Иногда встречается в виде оолитов, бобовин, конкреций и жеод.

Магнетит (магнитный железняк) – Fe₃O₄. Тв. 6; цвет железно-черный, иногда с синеватой побежалостью, черта черная, блеск металловидный, спайности нет, излом неровный, обладает магнитными свойствами.

Малахит – Cu₂(CO₃)(OH)₂. Тв. 3,5-4; цвет ярко-зеленый, травянисто-зеленый, блеск стеклянный, шелковистый или матовый, облик – натечный, радиально-лучистый, концентрически-скорлуповатый, плотный землистый, редко кристаллы игольчатой формы.

Полевые шпаты: 1 – плагиоклазы (натриево-кальциевые полевые шпаты) – ряд изоморфных смесей твердых растворов. Тв. 6-6,5; цвет белый, серовато-белый, зеленоватый, темно-серый с голубоватым отливом, блеск стеклянный, спайность совершенная, излом ступенчатый. Являются составной частью изверженных пород и зернисто-кристаллических масс. 2 – ортоклаз (калиевый полевой шпат). Тв. 6; цвет буроватый, светло-розовый, красноватый, мясо-красный, блеск стеклянный, спайность совершенная, излом ступенчатый. Разновидность – амазонит бледно-зеленого, салатного цвета минерал.

Пирит (серный или железный колчедан) – FeS₂.Тв.6; цвет латунно-желтый, блеск металлический, спайность отсутствует. Встречается сплошными плотными массами, гнездами и отдельными кристаллами в форме куба.

Роговая обманка (амфибол). Тв. 5,5-6; цвет темно-бурый, темно-зеленый, черный, блеск стеклянный, спайность совершенная, удлиненные призматические кристаллы и их сростки, сплошные массы игольчатого или призматического строения.

Слюды: Мусковит (алюминиевая слюда ). Чистый мусковит бесцветен, прозрачен, блеск стеклянный, на плоскостях спайности перламутровый, Тв. 2, спайность весьма совершенная, чешуйчато-листоватые массы. Биотит (магниево-железистая слюда). Цвет темно-бурый, непрозраченили полупросвечивает, блеск стеклянный с перламутровым отливом. Встречается в виде отдельных гнезд чешуек и сплошных масс пластинчато-чешуйчато-листоватого строения.

Сера –S.Тв. 1-2;цвет серый, ярко желтый, соломенно-желтый, блеск жирный, спайность несовершенная.

Сильвин – KCl.Тв. 1; бесцветный, водяно-прозрачный, молочно-белый, ярко-красный и розовый, блеск стеклянный, спайность весьма совершенная, вкус горько-соленый, легко растворимый.

Тальк (мыльный камень). Тв. 1; цвет бледно-зеленый, белый с зеленоватым оттенком, блеск жирный, стеклянный с перламутровым отливом, спайность весьма совершенная. Встречается сплошными плотными массами с листовато-чешуйчатым строением.

Флюорит (плавиковый шпат). Тв. 4; цвет может быть различный: прозрачный разности или окрашенные в бледно-зеленые, голубоватые, фиолетовые тона. Блеск стеклянный, спайность совершенная, но проявляется слабо, излом ровный.

Халькопирит (медный колчедан) – CuFeS₂.Тв. 3-4; цвет латунно-желтый, часто с синевато-фиолетовой побежалостью, блеск сильный металлический. Спайность отсутствует, непрозрачный. Встречается крупными скоплениями сплошных масс и в виде вкраплений.

Халцедон (скрытокристаллическая разность кварца). Цвет минерала разнообразный от молочно-серого до красного. Разновидности: агат – плотная аморфная масса с концентрически-зональной сменой тонов в окраске вещества; яшма – многоцветная непрозрачная масса с беспорядочным сочетанием разноокрашенных участков.