Примеры и свойства минералов класса сульфидов. Классификация и краткая характеристика минералов

Количество известных в настоящее время минералов превышает 2000. Их можно группировать по разным признакам. В основе принятой в настоящее время классификации минералов лежат химический состав и структура. Большое внимание уделяется также генезису (греч. "генезис" - происхождение), что позволяет познавать закономерности распространения минералов в земной коре. Роль различных минералов в строении последней неодинакова: одни встречаются редко и представляют собой лишь незначительные и необязательные включения в горные породы; другие слагают основную массу пород, определяя их свойства; третьи, образующие локальные скопления или рассеянные в породах, представляют интерес как полезные ископаемые. Ниже рассматриваются лишь наиболее широко распространенные минералы, принадлежащие к классам самородных элементов, сульфидов, галоидных соединений, оксидов и гидроксидов, карбонатов, сульфатов, фосфатов и силикатов.

Классы самородных элементов и сульфидов. Минералы этих классов не относятся к породообразующим, но многие из них являются ценными полезными ископаемыми.

Из наиболее распространенных минералов первого класса можно назвать серу S, возникающую в процессе возгонки паров при вулканических извержениях, а также в поверхностных условиях при химических изменениях минералов классов сульфидов и сульфатов и биогенным путем. Используется в химической промышленности для получения серной кислоты, в сельском хозяйстве и в ряде других отраслей.

Графит С связан преимущественно с процессами метаморфизма. Широко применяется в металлургии, для производства электродов и др. К этому же классу относятся такие ценные минералы, как алмаз, золото, платина и др. К классу сульфидов принадлежат многочисленные минералы - руды металлов.

Галенит, или свинцовый блеск PbS, — встречается в виде кристаллических агрегатов, реже - отдельных кристаллов и их сростков. Сингония кубическая. Цвет свинцово-серый; черта серовато-черная, блестящая; блеск металлический; непрозрачный; спайность совершенная в трех взаимно перпендикулярных направлениях, т.е. параллельно граням куба; твердость 2,5; плотность 7,5.

Рис.1. Кристаллы галенита в барите

Сфалерит, или цинковая обманка ZnS, - встречается в виде кристаллических агрегатов, реже сростков кристаллов кубической сингонии. Цвет бурый, редко бесцветный, примесями железа бывает окрашен в черный; черта желтая, бурая; блеск алмазный, металловидный; просвечивает; спайность совершенная в шести направлениях параллельно граням ромбического додекаэдра; твердость 3,5-4; плотность около 4. Месторождения галенита и сфалерита, руд свинца и цинка в СССР многочисленны, например, на Северном Кавказе, в Средней Азии, Забайкалье.

Одним из наиболее распространенных минералов класса сульфидов является пирит FeS₂. Образует агрегаты разной зернистости, часто встречаются вкрапленные в породы кубические кристаллы, несущие на гранях штриховку. Цвет золотисто-желтый; черта черная, зеленовато-черная; блеск металлический; излом неровный; спайность весьма несовершенная; твердость 6-6,5; плотность около 5. Используется для изготовления серной кислоты. Происхождение минералов класса сульфидов связано главным образом с горячеводными растворами (гидротермальными). Они часто встречаются в кварцевых жилах вместе со многими минералами класса самородных элементов.

Этот класс объединяет минералы, представляющие соединения металлов с S - собственно сульфиды, Se - селениды, Те - теллуриды, As - арсениды, Sb - антимониды, Вi - висмутиды, которые выступают в роли анионов. Сюда же относят минералы, в анионной части которых одновременно находятся элементы пятой и шестой групп периодической системы Д. И. Менделеева. Это сульфоарсениды (кобальтин СоAsS, арсенопирит FеAsS) и сульфосоли. В простейшем случае анионы этого класса соединений - одиночные анионы S^2-, As^3-, образующие моносульфиды. В более сложных - комплексные анионные группировки типа ^2- - "гантель"; ^3-, образующие дисульфиды, а также анионные радикалы типа ^3-, образующие сульфосоли.

Рис.2. Сфалерит

В качестве катионов в сульфидах наиболее обычны элементы Fе, Со, Ni, Cu, Zn, Pb, Ag, Hg, Mo, As, Sb, причем главенствующее значение имеет железо. Ряд элементов: Cd, In,Ga, Tl встречаются преимущественно в рассеянном состоянии в виде изоморфных примесей или крайне редко образуют самостоятельные минеральные виды. Для большинства сульфидов характерно широкое развитие изо- и гетеровалентного изоморфизма. Изоморфные замещения характерны как для катионов, так и для анионов. Например, в сфалерите ZnS наблюдается изовалентный изоморфизм Zn²⁺ = Fe²⁺,Mn²⁺, а также гетеровалентный изоморфизм 2Zn²⁺ = Ag⁺ + Ga³⁺; 2Zn²⁺ = Cu⁺ + Fe³⁺. Гетеровалентный изоморфизм в галените РbS осуществляется по схеме 2Pb²⁺ = Ag⁺ + Sb³⁺ (или Bi³⁺).

В галените возможно также изовалентное ограниченное замещание в анионной части S^2- = Se^2-. Изовалентные замещения характерны также в анионных радикалах блеклых руд: ^3-, As³⁺ => Sb³⁺. В сульфидах довольно широко проявлено явление полиморфизма. Это полиморфные модификации ZnS: сфалерит, кубическая сингония и вюртцит, гексагональная сингония; FeS₂: пирит, кубическая сингонияи марказит, ромбическая сингония; НgS: киноварь, тригональная сингония и метациннабарит, кубическая сингония; Fe_1-x S: пирротин, гексагональная сингония и моноклинная сингония.

Сульфиды и их аналоги характеризуются ярко выраженным ковалентным типом химической связи с донорно-акцепторным характером ее проявления и существенным вкладом металлической и вандерваальсовой связей. Изо- и гетеродесмический характер химической связи определяет разнообразие структурных мотивов в сульфидах. Среди них известны минералы с координационной, островной, цепочечной, слоистой и каркасной структурой.

Рис.3. Пирит

Кристаллохимические особенности сульфидов, типы химической связи, состав определяют характерные для сульфидов физические свойства. Для большинства сульфидов с ковалентно-металлическими связями характерны металлический блеск, высокая электропроводность, полупроводниковые свойства. Цвет их серый, желтоватый или бронзово-желтый. Слоистые и цепочечные сульфиды имеют низкую твердость от 1 до 2,5. Координационные моносульфиды имеют умеренную твердость от 2 до 4, а у дисульфидов и их аналогов с возрастанием доли ковалентности твердость достигает 6-6,5 единиц. Существенно ковалентные моносульфиды с координационной (сфалерит), цепочечной (киноварь), молекулярно-слоистой (аурипигмент), молекулярно-островной (реальгар) структурами отличаются алмазным блеском, полупрозрачностью, яркими окрасками, низкой и умеренной твердостью.

Сульфиды обычно образуют сплошные кристаллически-зернистые массы, вкрапленники или встречаются в виде кристаллов. Сульфиды с цепочечной структурой часто представлены агрегатами удлиненно-призматических кристаллов до тонкоигольчатых с совершенной спайностью по удлинению (антимонит). Для слоистых сульфидов характерна уплощенно-таблитчатая форма кристаллов и весьма совершенная спайность в одном направлении (молибденит, аурипигмент).

Сульфиды имеют в основном гидотермальное происхождение. Они образуются также в магматическом процессе, характерны в скарнах. В гипергенных условиях образуются в зоне вторичного сульфидного обогащения и в осадочных породах. Для метаморфических процессов и ассоциаций сульфиды не характерны. Сульфиды обнаружены в метеоритах и образцах лунного грунта. В поверхностных условиях сульфиды (за исключением киновари) легко окисляются, переходя в сульфаты. За их счет образуются различные вторичные минералы - окислы, карбонаты, сульфаты, силикаты, а также самородные металлы.

Всего к классу сульфидов относят сегодня болев 250 минеральных видов, но общее содержание их в земной коре невелико и не превышает 0,15%. Широко распространены и встречаются в больших количествах около 20 из них. Наибольшее распространение имеют пирит и пирротин, на долю которых приходится около 4/5 всех известных нам сульфидов. Подавляющее же число минералов (около 200) являются редкими и наблюдаются в незначительных количествах. Роль сульфидов чрезвычайно велика как сырья для получения цветных, благородных и многих редких металлов. Особый интерес проявляется к электрофизическим и оптическим свойствам сульфидов. Их специально выращивают в виде монокристаллов, находящих применение в качестве полупроводников.