Загальні відомості про мінерали

Загальні відомості про мінерали. Діагностичні ознаки. Класифікація мінералів

Про мінералах - взагалі і зокрема

Кожен з нас волею-неволею начувся про мінерали: щодня і щогодини нам твердить про них реклама. Мінерали там, мінерали сям, в ліках, косметиці, котячому кормі ... Що ж це таке - мінерали? Запитаємо фахівців.

Сучасне визначення звучить так: мінерал - це тверде тіло природного неорганічного походження, що має кристалічну будову і склад, який можна виразити хімічною формулою. Тобто мінерали - це кристали (або кристали), їх можна помацати, виміряти, зважити або хоча б побачити, нехай навіть у лупу або мікроскоп. Що стосується «мінералів в котячому кормі» і т.п., то це всього лише рекламний дурниця, забудьте.

Але з багатьма мінералами ми дійсно маємо справу в повсякденному житті. І буквально кожен день - з самим життєво важливим, незамінним мінералом № 1 - звичайної кухонної (кам'яної) сіллю, галітом. Без інших мінералів жити сяк-так можна, хоч що за життя, наприклад, без польового шпату, з якого роблять фарфор, фаянс і зубні пасти, або, тим більше, без мінералів - дорогоцінних каменів? Природні камені, які застосовуються в будівництві, теж складаються з мінералів. Деякі мінерали служать джерелами металів, з яких роблять цвяхи і годинникові механізми, проводи, мікросхеми, комп'ютери і ще безліч потрібних речей.

Слово «мінерал» вживається також у збірному значенні замість більш точного терміну «мінеральний вид» - за аналогією з біологічними видами тварин і рослин. Мінеральний вид - це сукупність мінералів, однакових за хімічним складом і кристалічній структурі. Наприклад, галіт - це природні кристали хлориду натрію з кубічною кристалічною решіткою і параметром елементарної комірки a ₀ = 0,564 нм.

Два мінералу відносяться до одного мінеральному увазі, якщо у них попарно збігаються обидва визначають ознаки, і до різних видів, якщо хоча б в одній парі є розбіжність. Наприклад, ідентичні за складом, але структурно різні пірит FeS ₂ (фото 2 і 3) і марказит FeS ₂ (фото 4 і 5) - різні мінерали. У даному разі це і так досить помітно, але взагалі-то зовнішність мінералів оманлива, що породжує чимало непорозумінь. Кожен мінералог і колекціонер знає, як часто пірит приймають за марказит. У той же час, як видно з фотографій, і пірит піриту ворожнечу, і марказит марказіта ворожнеча: представники одного мінерального виду можуть виглядати по-різному.

Але до простого і чіткого усвідомлення мінералів наука підібралася зовсім не просто і не відразу. Уявлення про мінерали змінювалися з часом, демонструючи зв'язок з розвитком виробництва та господарських потреб, тобто з самою історією людства.

Та й саме поняття «мінерал» виникло відносно недавно. Зрозуміло, воно було абсолютно незнайоме первісній людині. Нічого не знав він і про хімічних складах і кристалічних структурах. Навколо він бачив просто камені, і йому досить було знати ті їх властивості, що були важливі при виготовленні примітивних знарядь і споруд. Про все це не варто було б і згадувати, якби не маленьке обставина, яка, можливо, приверне увагу сучасного колекціонера: знахідки археологів указують на той цікавий факт, що окремі мінерали (як ми назвали б їх сьогодні) були цікаві стародавній людині незалежно від їх практичного використання.

Для чого, наприклад, знадобився йому куб галеніту, через десятки тисяч років, у 1986 р., знайдений американськими археологами під час розкопок палеолітичних курганів Долини Міссіссіппі? Адже галеніт (фото 6), як відомо, не валяється під ногами де завгодно. Старовинні люди міг підібрати його не ближче ніж за сотню кілометрів від місця розкопок, там, де рудна поклад смуги Вайбернум-Тренд виходить на поверхню землі. Свідків цієї події немає, і нам залишається припустити, що кристал галеніту зацікавив людини незвичайним видом - блиском, вагою, ще чим-небудь. Мабуть, колекціонерських інстинкт - прагнення зберігати незвичайне, рідкісне, що зникає був властивий навіть нашим самим далеким предкам.

У IV столітті до н.е. Аристотель розчленував навколишній світ на три «царства» - тварина, рослинне і мінеральне. До мінеральному він відніс все, що не потрапляло в перші два, сформулювавши тим самим історично вихідну позицію: мінерали - вся нежива природа. Згодом, у міру накопичення даних і відкриття раніше невідомих мінеральних видів, поняттю мінералу судилося все більш звужуватися.

Проте до початку XVI століття все ще не знали різниці між мінералами як такими і гірськими породами, скам'янілостями, рудами, а також штучними продуктами. Основна увага приділялася застосуванню і способам ідентифікації мінеральних речовин, як можна бачити на прикладі зведення, складеної в 1048 р. узбецьким енциклопедистом Біруні. Правда, в середньовічній Європі трактати про камені («лапідарії») як правило були компіляціями античних текстів зі схоластичними коментарями і неодмінним перерахуванням «таємних» властивостей каменів: «Тим, хто носить агат, він дарує і силу, і фортеця, / / Робить красномовним , приємним і з вигляду квітучим »(Марбод Реннській, 1080 р.).

Сам термін «мінерал», наскільки відомо, вперше вжив вчений чернець XIII ст. Альбертус Магнус (Альберт Великий). На середньовічної латини він означав «те, що з копальні», «копалина». Натяк на практичне ставлення до мінералів був відображенням більш зрілої стадії поділу праці і, відповідно, диференціації знання: з поняття мінералу виключалися штучні тіла. Але до мінералів все ще відносили будь-які копалини: і уламки гірських порід, і скам'янілі рештки тварин і рослин, а також воду, нафту, кам'яне вугілля. Потреба розділити поняття ще не назріла.

В епоху Ренесансу розквіт промислового виробництва і торгівлі збільшив попит на метали, особливо кольорові і благородні. Попит викликав інтенсивне освоєння рудних родовищ, розвиток гірничої справи та металургії. Виникли нові питання до науки, перш за все щодо рудних мінералів та їх супутників в рудних жилах і покладах. З цього почалася мінералогія як наука. Серед вчених-натуралістів, які відмовилися від середньовічної схоластики і присвятили себе прямому вивченню природи, виділяється постать саксонського лікаря, мінералога і колекціонера Георгія Агріколи (Георга Бауера, 1494-1555). «Викопні» Агрікола вивчав не за стародавніми манускриптів, а безпосередньо в гірничих виробках. Він склав описи фізичних властивостей багатьох мінералів, скам'янілостей, різного роду каміння і навіть кам'яних сокир, які приймалися тоді за що впали з неба «громові камені», додавши до всього цього 20 «копалин», відкритих власноруч. Усе ще не роблячи різниці між мінералами та іншими копалинами, Агрікола вважав їх продуктами природних геологічних процесів. Про «надприродних силах» він висловився категорично: «Про таємні силах, приписуваних перськими магами і арабами деяким каменям і самоцвітів, я не скажу нічого. Гідність і пристойності зобов'язують людини науки повністю їх відкинути »(« Про природу копалин », 1546 р.). Не завадило б нагадати про це сучасним апологетам «езотеричних властивостей» каменів. У міру накопичення нових даних вимальовувалася специфіка власне мінералів.

До початку XIX століття знань про скам'янілостях накопичилося достатньо для виникнення окремої науки палеонтології. А починаючи з середини XIX ст. від мінералогії відбрунькувалася петрографія - наука про гірські породи.

До середини XX століття відносини між наукою про мінерали і практикою залишалися досить простими. Мінерали служили головним чином сировиною для докорінної металургійної або хімічної переробки, і науку, відповідно, цікавив в першу чергу їх склад і зміст потрібних хімічних елементів. Так затверджувався «хімічний» погляд на мінерали. Цьому сприяли успіхи хімії, яка робила в той час свої найважливіші відкриття; мінералогія, зі свого боку, забезпечувала її новими даними. На початку минулого століття виникла геохімія - наука про поведінку хімічних елементів у земній корі. Її творці, знамениті мінералоги В.І. Вернадський (1863-1945), В.М. Гольдшмідт (1888-1947), А.Є. Ферсман (1883-1945), бачили в мінералах продукти протікають у земній корі хімічних реакцій: «Мінерал є хімічна сполука хімічних елементів, що утворилося природним шляхом». А оскільки такими сполуками є всі речовини земної кори, мінералами вважали не тільки тверді, а й рідкі та газоподібні навіть природні тіла. В.І. Вернадський, наприклад, відносив до мінералів 1500 «мінеральних видів» природних вод. Мінералогія ставала прикладною наукою - хімією земної кори.

Була, однак, і інша точка зору: мінерал - не просто хімічна речовина, але і фізичне тіло певної форми, розмірів і т.д. У цих тілах - мінеральних індивідах - і конкретизується кожен мінеральний вид. Цього погляду дотримувалися кристалограф Є.С. Федоров (1853-1919), мінералоги Г. Чермак (1836-1927), П. Грот (1843-1928), А.К. Болдирєв (1883-1946) та ін У ході дискусії всі більше усвідомлювалася фундаментальна роль мінеральних індивідів. Світ мінералів побудований з індивідів і їх «колективів» - мінеральних агрегатів, подібно до того, як світ тварин і рослин - з організмів, особин і їх спільнот. Думка про єдність організації природи завжди хвилювала вчених і філософів. І в кінцевому рахунку друга точка зору взяла гору. А оскільки рідини і гази не мають власних форм і розмірів, вони не можуть утворювати індивідів, а значить, не можуть вважатися мінералами. Природні гази і рідини не вдається індивідуалізувати і як хімічні речовини, так як на Землі вони зустрічаються у вигляді сумішей.

Особливий інтерес до індивідів і кристалам мінералів виник у другій половині XX століття. У наукових, а потім і в практичних цілях стали все більше використовувати ісландський шпат, оптичний флюорит, п'єзокварц та інші природні кристали. У кристалічному стані знаходиться переважна більшість твердих тіл, що складають земну кору. Від аморфних тіл їх відрізняють не тільки особливі властивості, пов'язані з правильністю внутрішньої будови, але й набагато більша визначеність хімічного складу. До цього часу наука вже освоїла способи «зазирати» в кристалічні структури і навіть розшифровувати їх. Ці способи були засновані на дифракції рентгенівських променів у кристалах, відкритої ще в 1912 р. М. Лауе, П. Кніппінг і В. Фрідріхом. Загалом, все йшло до того, щоб обмежити поняття мінералу тілами кристалічними. І останній крок до сучасного поняття мінералу, нарешті, зроблений.

Втім, природа щоразу не проти похитнути наші уявлення про неї і звести нанівець результати наполегливої ​​праці цілих поколінь. Коли справа стосується реальних природних об'єктів, в простих і ясних визначеннях раз у раз виявляються «діри». Каменем спотикання стали дві природні рідини. Як бути з водою? У поняття мінералу вона не «влазить». Але варто температурі води знизитися всього до 0? С, і вона стає справжнісіньким мінералом - твердим, кристалічним, представленим індивідами, до того ж ще й досить поширеним. Самородна ртуть за своєю суттю повинна бути віднесена до класу мінералів - самородних металів; не до нефтям ж і бітумам! Однак повноправним мінералом ртуть стає лише, тверднучи при -39? С. Згідно формального визначення, мінерал «самородна ртуть» слід було б зберігати й демонструвати в музеях і колекціях при температурах нижче -39? С, а мінерал «лід» - нижче 0? С. З іншого боку, інші ж, «справжні» мінерали теж можуть переходити в рідкий стан, різниця лише в температурах плавлення. Але ж безглуздо шукати привід, щоб узаконити діапазон температур від 0 до -39? С, що дозволяє «прописати» серед мінералів дві згадані рідини. Природа тут поки нічого не підказала, залишивши це нашою власною проблемою. Проблеми є і з кількома твердими тілами (зокрема, з «звичайним» опалом), що не мають кристалічної будови та залишеними в мінералогічній номенклатурі на правах винятку. Подібні «накрутки» псують гарне визначення, кидаючи на нього тінь умовності. Зрозуміло, з такими винятками, як вода, що переходить в лід, або самородна ртуть, при звичайних умовах рідка, можна примиритися. Але є й більш серйозні проблеми.

Добре відомо, що життя, біологічна форма організації матерії, підкоряючись фундаментальним законам фізики та хімії, аж ніяк не зводиться до них. Біологічний вид визначається біологічними, а не фізичними і хімічними ознаками. Мінерал ж, на відміну від живих істот, влаштований начебто зовсім нескладно, вся його суть - у складі і кристалічній структурі. Але ось В.І. Вернадський, наприклад, був іншої думки. «Дати цілком повне визначення цьому поняттю (мінерала. - Б.К.) ми не можемо, як не можемо такого і для інших об'єктів природи». І справді, якщо б мінерали можна було вичерпно описувати фізичними і хімічними параметрами, то тим самим було б стерто межу між ними та їх штучними аналогами - кристалами, створеними в лабораторіях та на заводах. Що ця грань реально існує, знає кожен, хто вміє відрізняти природний рубін або інший ювелірний камінь від його «синтетичного» аналога. Не так вже простий мінерал!

Але у нас є ще в запасі «природне походження» мінералу. Тепер ми бачимо, що це не просто протокольний ознака, але властивість самого мінералу. Воно полягає в тому, що в будь-якому природному кристалі записана його власна «автобіографія»: коли і де народився, в яких умовах зростав, яким впливам і впливів піддавався, які придбав персональні особливості, як взаємодіяв з сусідами ... Мінерал - це організм, що виник і мільйони років існував серед нескінченних змін і катаклізмів, які не могли не залишити на ньому своїх шрамів і відмітин. Це і є те, що відрізняє мінерал від штучного кристала, навіть повністю ідентичного йому за складом та структурою. Далеко не всі ці мітки вдається розшифрувати, хоча мінералоги старанно працюють у цьому напрямку. Більш того, слід, можливо, визнати, що зміст мінералу як організму принципово невичерпний. Наявність багатої «біографії» робить мінерали пам'ятниками природи. На жаль, за сучасної технології видобутку корисних копалин майже всі самі значні пам'ятники гинуть; зусиллями вчених і колекціонерів вдається зберегти лише незначну їх частку. Культура і наука майбутнього змушені будуть задовольнятися випадково вцілілими недоїдками від нашої господарської пожадливості. До честі колекціонерського руху, не менше дев'яти десятих від загального числа врятованих пам'яток природи зберігається, за підрахунками французьких вчених, у приватних колекціях.

Як жива істота - це сукупність спадкових і набутих ознак, так і будь-мінеральний індивід - це продукт спільної дії двох факторів: внутрішнього - кристалічної структури і зовнішнього - умов і обставин кристалізації і подальшого існування кристала, в загальному, впливу середовища існування. Хоча мінерали не можуть розмножуватися, кристалічну структуру можна уподібнити «генетичному», видовою ознакою, тоді як вплив середовища визначає ознаки «придбані», індивідуальні. Структура - фактор стабільності, консервативності, уніфікації; вплив середовища - фактор мінливості, різноманітності, індивідуальності.

Подібно до того, як немає на світі двох зовсім однакових кішок або грибів-красноголовців, так серед безлічі ідентичних за складом і кристалічній структурі мінеральних індивідів не існує двох однакових. Природне походження - джерело необмеженого, що вражає уяву різноманітності мінерального царства. Правда, багато мінералів відомі поки лише як поодинокі знахідки. Останнє царство мінералів характеризується різноманіттям форм, помноженим на різноманіття недосконалостей.

Різноманіття кристалічних форм мінералів породжується широким діапазоном фізико-хімічних умов їх утворення, тривалості процесів кристалізації і впливом завжди присутніх сторонніх речовин. На кристалах кальциту виявлено кілька сотень кристалічних форм! Багато з них навіть отримали виразні гірницькі прізвиська - від «собачого ікла» до «крила янгола». Ще більш різноманітні ускладнені індивіди і «колективи» індивідів. Навіть мала частка цього різноманіття абсолютно немислима в паралельному світі штучних кристалів.

Не менш ефективний інший фактор розмаїття - недосконалість кристалів. Ідеальний кристал - один, недосконалих - скільки завгодно. Примітно, що абсолютно досконалих кристалів у природі немає. Зовсім ні! Афоризм «кристали блищать симетрією», що належить знаменитому російському кристалограф Є.С. Федорову, можна доповнити: «і прекрасні недосконалістю». Так, саме недосконалістю! Досконалий кристал з ідеальною, бездефектної структурою і повною симетрією, як нуднуватий креслення в мінералогічному довіднику - чистісінька абстракція. Абсолютна досконалість, абсолютна симетрія принципово чужі природним кристалам. Показовим є приклад одного з найпоширеніших мінералів - кварцу, на частку якого припадає більше 12% земної кори. Кристали кварцу можна знайти всюди, від високогірних кришталевих жив до вапнякових кар'єрів Підмосков'я. Але навіть відносно малодефектние кристали, що допускаються стандартом для використання в п'єзоелектричної техніці, настільки рідкісні, важкодоступні і дороги, що промисловість вимушена переходити на синтетична сировина.

Ідеальність природних кристалів порушується динамікою і кінетикою розвитку, швидкістю процесу кристалізації, впливом різного роду зовнішніх факторів. Краса недосконалості перестане здаватися парадоксальною, як тільки ми усвідомимо, що реальний кристал - це продукт компромісу між прагненням зростаючого кристала до максимуму досконалості і прагненням досягти цього максимуму як можна швидше. Якби процеси природного кристалізації не супроводжувалися «поспіхом» (в одних випадках вимірюваної цілодобово, в інших - мільйонами років), то в нескінченній перспективі світ наповнився б ідеальними кристалами, схожими один на одного як дві краплі води. На перший план, таким чином, виступає фактор часу. Ще в 30-і роки минулого століття В.І. Вернадський зазначив, що в основі недосконалості природних об'єктів лежить фундаментальна несиметричність, необоротність часу ...

Але якщо вже з усім цим - на жаль, для споживача мінералів і на щастя для їх любителя - нічого поробити не можна, звернемося до іншої інтригуючою темі.

Подивимося ще раз на графік відкриття нових мінералів (рис. 2). Та це ж натуральна експонента! Історичний процес відкриття нових мінералів носить лавиноподібний характер, і число відомих видів подвоюється кожні 40-50 років. Якщо справа так піде і далі, то настане момент, коли число відомих мінеральних видів замість нинішніх 4000 перевалить за мільйон, обжене штучні речовини і продовжить своє зростання.

Однак більшість мінералогів не погоджується з таким прогнозом: історичні екстраполяції, як відомо, справа ризикована.

По-перше, одночасно з поповненням каталогу мінералів йде дискредитація видів, «відкритих» помилково. Хвороба помилкових «відкриттів», в основному подолана вдосконаленням методів ідентифікації мінералів, у минулому була досить поширена. Так, гарний мінерал апофілліт за 70-річний період 1784-1853 рр.. «Відкрили» десятикратно! І щоразу він отримував нову назву, яку потім доводилося виключати з мінералогічної номенклатури.

Але головне, чисельність мінеральних видів обмежується важливими об'єктивними обставинами. Той чи інший гіпотетичний мінерал може виникнути за умови, якщо твірні його атоми «зустрінуться» один з одним. Це залежить від їх поширеності в земній корі, і чим складніше склад мінералу, тим, за законами комбінаторики, менше ймовірність зустрічі. Його кристалічна структура повинна бути стійка в умовах, які панують в місці «зустрічі» в момент «зустрічі». Але цього мало: виник мінерал має «дожити» до зустрічі зі своїм відкривачем (і ніхто не знає, скільки їх не дожило до цього!), А значить, він повинен бути стійкий і в мінливих умовах навколишнього середовища ... Все це в принципі піддається розрахунку . Однак такий розрахунок навіть для кількох сотень гіпотетичних мінералів настільки трудомісткий, а проблема чисельності мінеральних видів у природі поки що настільки неактуальна, що мінералоги не беруться за її рішення і утримуються від конкретних прогнозів. Мабуть, слід очікувати, що в історичній перспективі процес відкриття нових мінеральних видів сповільниться і з лавиноподібного перейде в режим асимптотичного наближення до деякого граничного рівня .... Якщо, звичайно, на той час у нього не втрутяться нові геологічні катаклізми.

Так чи інакше, щороку відкривається 40-60 нових мінералів. У наш час це звичайно якісь нальоти або окремі зернятка, адже мінерали, що утворюють великі кристали і великі скупчення, вже були помічені і відкриті в минулому. Так що для початку відкривачеві треба це скромне виділення помітити. Особливий «нюх», здатність звернути увагу на незвичайне зерно серед багатьох тонн гірської породи - це той майже містичний дар, яким наділені лише деякі. Протягом своєї наукової кар'єри такий фахівець відкриває один за одним десятки нових мінералів, тоді як на частку інших, навіть чудово знають світ мінералів «в обличчя», дістаються, в кращому випадку, лише поодинокі відкриття

Діагностичні ознаки

Фізичні властивості. До них відносяться: колір, блиск, прозорість; твердість, щільність, розщеплення, злам і ін властивості.

КОЛІР мінералу визначається його здатністю поглинати певну частину світлового спектру. Ферсман виділив 3 роду забарвлень мінералів за походженням:

• ідіохроматіческую (своя власна),

• аллохроматіческую (ало - чужий),

• псевдохроматіческую (псевдо - помилковий).

Ідіохроматіческая - до складу мінералу входить елемент, що дає забарвлення - хромофор. Наприклад, залізо дає чорну або бурого забарвлення, свинець - сірий, мідь - зелений і т.д.

Аллохроматіческая - фарбування за рахунок елементів-домішок, які змінюють забарвлення мінералу. Наприклад, кварц безбарвний мінерал, а його різновиди аметист, моріон забарвлені у фіолетовий або чорний колір за рахунок домішок атомів Fe.

Псевдохроматіческая - обумовлена ​​включеннями сторонніх мінералів. Наприклад, мінерал лабрадор володіє темним власним кольором, але при розгляді його під різними кутами спостерігається синє забарвлення. Вона обумовлена ​​тонкими включеннями мінералу ільменіту, який змінює світлозаломлення.

Іноді на поверхні мінералу з'являється райдужна забарвлення, звана мінливістю - виникає за рахунок утворення тонкої плівки окислів на його поверхні.

КОЛІР РИСИ - колір мінералу у порошку. Часто колір риси повторює колір мінералу, але бувають і відхилення. Наприклад, мінерали магнетит і хроміт мають чорний колір, а їх колір в порошку або колір риси відрізняються: у магнетиту риса чорна, а у хроміту - темно-бура.

ПРОЗОРІСТЬ - здатність мінералу пропускати світло. За цією ознакою мінерали поділяються на прозорі, напівпрозорі і непрозорі.

БЛИСК - здатність відображати падаюче світло. За відбивної здатності мінералів блиск підрозділяється на металевий і неметалічний. Металевий блиск мають мінерали з високою відбивною здатністю. Неметалічний блиск поділяють на: скляний, жирний, перламутровий і т.д.

Спайність - здатність мінералів розколюватися під ударом з утворенням рівних поверхонь паралельних граней, ребер і ін кристалографічних напрямах. Виділяють спайність:

- Вельми досконала (слюда, тальк),

- Досконала (кальцит, галіт),

- Середня (польові шпати, рогова обманка),

- Недосконала (олівін, апатит),

- Вельми недосконала (золото, корунд).

ЗЛАМ - вид поверхні при розколі мінералу. Буває - рівний, східчастий, раковістий, скалкуватий, землистий і т.д.

ЩІЛЬНІСТЬ - залежить від хімічного складу і структури мінералу. Всі мінерали по щільності поділяються на: легкі (1-3 р. / см 3), важкі (3,5-9 р. / см 3), дуже важкі (9-23 г./см3).

ТВЕРДІСТЬ - здатність мінералу чинити опір механічній дії. Виділяють абсолютну і відносну твердості.

Абсолютну твердість визначають приладом, званим Склерометр в кг / мм 3.

Відносна твердість визначається порівняльним шляхом. Для цього беруть мінерал з відомою твердістю і впливають їм або на нього іншим мінералом. Існує еталонна шкала для визначення відносної твердості мінералів. Її розробив австрійський мінералог Моос в 1824 р., тому названа його ім'ям. У ній підібрані 10 мінералів, які розташовуються в порядку зростання твердості і номер еталонного зразка в ній означає величину відносної твердості цього мінералу.

Коли немає під рукою еталонної шкали, користуються склом, цвяхом, сталевим ножем або напилком, тобто замінниками еталонних мінералів.

Крім перерахованих властивостей, які проявляються у всіх мінералів, існують властивості притаманні окремим мінералам або групи мінералів. Їх називають особливі властивості і до них відносяться:

• Магнітно - визначається по відхиленню мінералом стрілки компаса;

• Люмінесценція - будь-яке випромінювання мінералом світла без розжарювання. Виділяють: флюоресценцію - світіння мінералу відбувається при опроміненні ультрафіолетовими або рентгенівськими променями, фосфоресценцію - продовження світіння мінералу після припинення опромінення; люмінесценція спостерігається у мінералів, що містять в кристалічній решітці домішки іонів. Так мінерал шеєліт світиться блідо-блакитним кольором за рахунок включень молібден.

• П'єзо-і піроелектричні. П'єзоелектрика - це явище, коли під дією тиску уздовж полярної осі кристала на її кінцях концентруються позитивні і негативні заряди. Піроелектрічеств о - теж явище (поява електричних зарядів) тільки під дією температури при нагріванні.

• Реакція з соляною кислото й - відбувається виділення вуглекислого газу, реакція добре спостерігається візуально.

• Смак і запах - деякі мінерали видають запах, при якій-небудь вплив на них (при ударі і т.п.), інші мінерали - солоні або гірко-солоні на смак (кам'яна сіль).

• Радіоактивність - нею володіють мінерали, що містять радіоактивні елементи.

Всі основні властивості проявляються (крім особливих) у кожного мінералу. Часто різні за хімічним складом мінерали бувають зовні схожі по одному або декільком властивостями. Наприклад, за кольором, блиску, прозорості мінерали кварц і кальцит схожі і їх важко відрізнити за цими властивостями. Але за іншими властивостями - твердості і спайності вони різко відрізняються один від одного. Ці властивості для них є діагностичними ознаками. Таким чином, властивості мінералів, за якими їх можна визначити або відрізнити один від одного є їх діагностичними ознаками.

Всі властивості мінералів вивчають:

• макроскопічно, тобто визначають властивості візуально;

• за допомогою лабораторних досліджень із залученням різноманітних приладів і аналізаторів: так хімічний склад мінералу встановлюється після проведення ряду хімічних або спектральних аналізів для визначення елементів, що входять до його складу;

• будова кристалічної решітки визначають за допомогою рентгеноструктурного аналізу, заснованого на відображенні і дифракції рентгенівських променів від кристалографічних площин. Останнім часом для вивчення структури мінералу застосовують електронний мікроскоп;

• оптичні властивості мінералів вивчають під мікроскопом.

Зараз створено багато приладів, які дозволяють зробити комплекс лабораторних досліджень прямо у зразку, що містить досліджуваний мінерал, тобто відпадає трудомістка робота по вилученню мінералу в чистому вигляді, без домішок іншого мінералу.

Вивчення властивостей мінералів дало поштовх експериментальним дослідженням для отримання мінералів в лабораторних умовах. Такі дослідження дозволяють моделювати умови утворення мінералів, що представляє безсумнівний науковий інтерес. Практичне значення таких досліджень - отримання штучних мінералів для ювелірної промисловості, радіоелектроніки та ін галузей.

Про назви мінералів - багато хто прийшов з давніх часів:

- На основі фізичних властивостей або хімічного складу (наприклад - магнетит, нікелін),

- За географічним місцем відкриття (ільменіт - в Ільменських горах, арагоніт - по іспанській провінції);

- На ім'я великих учених чи діячів - уваровіт (міні стор пр освітлення Уваров), шеєліт (на честь вченого хіміка Шеєле відкрив елемент W).

Багато мінерали, крім основного, мають одне або декілька інших назв, званих синонімами. Наприклад, флюорит - плавиковий шпат, сфалерит - цинкова обманка і т.д.

Процеси мінералоутворення в природі відбуваються за законами фізичної хімії та термодинаміки. Головними чинниками є хімічний склад середовища, температура і тиск. Всі вони в процесі мінералоутворення змінюють свої параметри, тобто є величинами змінними. Зміна величини концентрації хімічних елементів, температури і тиску може протікати плавно і поступово, або стрибкоподібно різко. За таких умов мінерали можуть кристалізуватися одночасно-послідовно один за одним: олівін →  піроксен →  рогова обманка; або одночасно, наприклад, при інтенсивному випаровуванні морської води в лагунах утворюються поклади солей, що складаються з мінералів: галіт →  сильвін →  карналіт →  гіпс →  сірка. Таке спільне знаходження мінералів, що утворилися на певній стадії процесу мінералоутворення називається парагенезісов мінералів. А мінерали, що утворилися спільно на якійсь певній стадії мінералоутворення називаються парагенетичних асоціацій. Знання парагенезісов мінералів має велике наукове і практичне значення. Так було теоретично і практично встановлено, що в кімберлітових трубках спільно з алмазами кристалізується мінерал групи гранатів - піроп. У Якутії за знахідками Піроп були відкриті родовища алмазів.

Класифікація мінералів

Зараз відомо ~ 3000 мінералів і щороку їх кількість збільшується. Як орієнтуватися в цьому численному і різноманітний світ мінералів? Для цього вчені групують або систематизують їх на основі якихось ознак. Тобто проводять класифікацію. У мінералогії були спроби створити класифікацію на основі різних ознак: наприклад по твердості, блиску чи спайності; за умовами освіти або генезису. Але є мінерали, які можуть утворитися зовсім у різних умовах. З середини минулого століття мінерали стали класифікувати за хімічним складом - по домінуючому аніоном або аніонної групі. Але тільки після появи рентгеноструктурного аналізу та визначення з його допомогою внутрішньої будови мінералів стало можливим встановити тісний зв'язок між хімічним складом мінералу і його кристалічною решіткою. Це відкриття поклало початок принципу кристаллохимический класифікації мінералів. Вперше це зробили вчені Брег і Гольдшмідт для силікатів.

За основну одиницю при такій класифікації прийнятий мінеральний вид, що володіє певною кристалічною структурою і певним стабільним хімічним складом. Мінеральний вид може мати різновиди. Під різновидом розуміють мінерали одного виду, що відрізняються один від одного по якомусь фізичному ознакою, наприклад за кольором мінерал кварц численними різновидами (чорний - моріон, прозорий - гірський кришталь, фіолетовий - аметист).

У процесі мінералоутворення мінерали одного мінерального виду можуть відрізнятися один від одного зовнішнім виглядом - розмірами кристалів або формою. У цьому випадку кожен мінерал одного мінерального виду називають мінеральний індивід.

Існуючі класифікації об'єднують мінеральні види в класи чи групи. Їх кількість у різних авторів коливається, в міру удосконалення класифікації та отримання нових даних про мінеральні видах. Ми розглянемо вісім класів:

Характеристика мінералів по класах

1. Самородні

2. Сульфіди

3. Оксиди та гідрооксиди

4. Галоїди

5. Карбонати

6. Сульфати

7. Фосфати

8. Силікати

1. Самородні елементи (мінерали).

До цього класу належать мінерали, що складаються з одного хімічного елемента і званих по цьому елементу. Наприклад: самородне золото сірка і т.д. Всі вони поділяються на дві групи: метали та неметали. У першу групу входять самородні Au, Ag, Cu, Pt, Fe і деякі інші, в другу - As, Bi, S і С (алмаз і графіт).

Генезис - в основному, утворюються при ендогенних процесах в інтрузивних породах і кварцових жилах, S - при вулканізм. При екзогенних процесах відбувається руйнування порід, вивільнення самородних мінералів (в силу їх стійкості до фізичного і хімічного впливу) і їх концентрація у сприятливих для цього місцях. Таким чином, можуть формуватися розсипи золота, платини і алмазу.

Застосування в народному господарстві:

1 - ювелірне виробництво і валютні запаси (Au, Pt, Ag, алмази);

2 - культові предмети і начиння (Au, Ag),

3 - радіоелектроніка (Au, Ag, Cu), атомна, хімічна промисловість, медицина, ріжучі інструменти - алмаз;

4 - сільське господарство - сірка.

II. Сульфіди - солі сірководневої кислоти.

Поділяються на прості із загальною формулою А m X p і сульфосолі - А m B n X p, де -

А - атом металів, В-атоми металів і металоїдів, Х - атоми сірки.

(Pb, Cu, Fe і т. д.) (Bi, Sb, As, Sn)

Сульфіди кристалізуються у різних сингониях - кубічної, гексагональної, ромбічної і т.д. У порівнянні з самороднимі, у них більш широкий склад елементів-катіонів. Звідси більшу різноманітність мінеральних видів і більш широкий діапазон одного і того ж властивості.

Загальними властивостями для сульфідів є металевий блиск, невисока твердість (до 4), сірі і темні кольори, середня щільність.

У той же час, серед сульфідів відзначаються відмінності за таким властивостям як розщеплення, твердість, щільність. Наприклад:

Сульфіди є основним джерелом руд кольорових металів, а за рахунок домішок рідкісних і благородних металів цінність їх використання підвищується.

Генезис - різні ендогенні та екзогенні процеси.

III. Оксиди та гідроксиди - представляють один з найбільш поширених класів з понад 150 мінеральними видами, в яких атоми чи катіони металів утворюють сполуки з киснем або гідроксильною групою (ОН). Це виражається загальною формулою АХ або АВХ - де Х-атоми кисню або гідроксильна група. Найбільш широко представлені оксиди Si, Fe, Al, Ti, Sn. Деякі з них утворюють і гідрооксідную форму. Особливість більшості гідрооксидів - зниження значень властивостей в порівнянні з оксидної формою того ж атома металу. Яскравий примі р - оксидна і гідрооксідная форма Al.

Оксиди за хімічним складом і блиску можна розділити на: металеві та неметалеві. Для першої групи характерні середня твердість, темні кольори (чорний, сірий, бурий), середня щільність. Приклад - мінерали гематит і каситерит. Друга група характеризується низькою щільністю, високою твердістю 7-9, прозорістю, широкою гамою кольорів, відсутністю спайності. Примі р - мінерали кварц, корунд.

У народному господарстві найбільш широко використовуються оксиди та гідрооксиди для отримання Fe, Mn, Al, Sn. Прозорі, кристалічні різновиди корунду (сапфір і рубін) і кварцу (аметист, гірський кришталь та ін) використовуються як дорогоцінні й напівкоштовні камені.

Генезис - при ендогенних і екзогенних процесах.

IV. Галоїди. Найбільш широко поширені фториди і хлориди - сполуки катіонів металів з ​​одновалентних фтором та хлором.

Фториди - мінерали світлі, середньої щільності і твердості. Представник - флюорит CaF2. Хлоридами є мінерали галіт і Сельвіні (NaCl і KCl).

Для галоидов загальними являютс я - низька твердість, кристалізація в кубічній сингонії, досконала розщеплення, широка кольорова гама, прозорість. Особливими властивостями володіють галіт і сильвін - солоний і гірко-солоний смак.

По генезису фториди і хлориди відрізняються. Флюорит - продукт ендогенних процесів (гідротермальний), а галіт і Сільві н - утворюються в екзогенних умовах за рахунок осадження при випаровуванні у водоймах.

У народному господарстві флюорит використовується в оптиці, металургії, для отримання плавикової кислоти. Галіт і сильвін знаходять застосування в хімічній і харчовій промисловості, в медицині та сільському господарстві, фотосправі.

V. Карбонати - солі вугільної кислоти, загальна формула АСО3 - де А - Са, Мg, Fe і ін

Загальні властивостей а - кристалізуються в ромбічної і тригональної сингонії (хороші кристалічні форми і спайність по ромба); низька твердість 3-4, переважно світле фарбування, реакція з кислотами (HCl і HNO3) з виділенням вуглекислого газу.

Найбільш поширеними є: кальцит СаСО3, магнезит Mg СО3, доломіт СаМg (СО3) 2, сидерит Fe СО3.

Карбонати з гідроксильною групою (ОН):

Малахіт Cu2 CO3 (OH) 2 - зелений колір і реакція з НС l,

Азуріт Cu3 (CO3) 2 (OH) 2 - синій колір, прозорий у кристалах.

Генезис карбонатів різноманітний - осадовий (хімічний і біогенний), гідротермальний, метаморфічних.

Це породообразующие мінерали осадових порід (вапняки, доломіт та ін) і метаморфічних - мармур, апатиту. Використовуються в будівництві, оптиці, металургії, як добрива. Малахіт використовується як камінь виробу. Великі скупчення магнезиту і сідеріта - джерело отримання заліза і магнію.

VI. Сульфати - солі сірчаної кислоти, тобто мають радикал SO4. Найбільш поширені та відомі сульфати Ca, Ba, Sr, Pb. Загальними властивостями для них являютс я - кристалізація в моноклінної та ромбічної сингонії, світле забарвлення, низька твердість, скляний блиск, досконала розщеплення.

Мінерали: гіпс CaSO4 • 2H2O, ангідрит CaSO4, барит BaSO4 (висока щільність), целестин SrSO4.

Утворюються в екзогенних умовах, часто спільно з галоидами. Деякі сульфати (барит, целестин) мають гідротермальний генезис.

Застосування - будівництво, сільське господарство, медицина, хімічна промисловість.

IIV. Фосфати - солі фосфорної кислоти, тобто містять PO4.

Кількість мінеральних видів мало, ми розглянемо мінерал апатит Ca (PO4) 3 (F, Cl, OH). Він утворює кристалічні і зернисті агрегати, твердість 5, сингонія гексагональна, спайність недосконала, колір зелено-блакитний. Містить домішки стронцію, ітрію, рідкоземельні елементи.

Генезис - магматичний і осадовий, де він в суміші з глинистими частинками утворює фосфорит.

Застосування - агросировини, хімічне виробництво і в керамічних виробах.

VIII. Силікати - найбільш поширений і різноманітний клас мінералів (до 800 видів). В основі систематики силікатів - кремнекислородним тетраедр [SiO4] -4. У залежності від структури, яку вони утворюють, з'єднуючись один з одним, всі силікати діляться на:

острівні, шарові, стрічкові, ланцюгові і каркасні.

Острівні силікати - в них зв'язок між відокремленими тетраедрами здійснюється через катіони. У цю групу входять мінерали: олівін, топаз, гранати, берил, турмалін.

Шарові силікати - представляють безперервні шари, де тетраедри пов'язані іонами кисню, а між шарами зв'язок здійснюється через катіони. Тому у них спільний радикал у формулі [Si4O10] 4 - Ця група об'єднує мінерали-слюди: біотит, тальк, мусковіт, серпентин.

Ланцюгові і стрічкові - тетраедри утворюють ланцюжки одинарні або здвоєні (стрічки). Ланцюгові - мають загальний радикал [Si2O6] 4 - і включають групу піроксенів.

Стрічкові силікати з радикалом [Si4O11] 6 - об'єднують мінерали групи амфіболов.

Каркасні силікати - в них тетраедри з'єднуються між собою всіма атомами кисню, утворюючи каркас з радикалом [Si4O8]. У цю групу входять - польові шпати і плагиоклази. Польові шпати об'єднують мінерали з катіонами Na та K. Це мінерали мікроклін і ортоклаз. У плагіоклазу в якості катіонів - Са і Na, при цьому співвідношення між цими елементами не постійно. Тому плагиоклази представляють собою ізоморфний ряд мінералів:

альбіт - олігоклаз - андезин - лабрадор - бітовніт - анортит. Від альбіта до анортитом збільшується вміст Са.

У складі катіонів у силікатах найбільш часто присутні: Mg, Fe, Mn, Al, Ti, Ca, K, Na, Be, рідше Zr, Cr, B, Zn рідкісні та радіоактивні елементи. Необхідно відзначити, що частина кремнію в тетраедрах може заміщатися Al і тоді ми відносимо мінерали до алюмосилікатах.

Складний хімічний склад і різноманітність кристалічної структури в поєднанні дають великий розкид показників фізичних властивостей. Навіть на прикладі шкали Мооса видно, що твердість у силікатів від 1 до 9.

Спайність від дуже досконалої до недосконалою. Про забарвленням і говорити нічого - найширший спе КТР цв етов і відтінків.

У той же час, всередині кожної структурної групи властивості близькі і завжди є якийсь один або дві ознаки, за якими можна визначити мінерал. Наприклад, слюди визначають за спайності і низької твердості.

Часто силікати групуються за забарвленням - темнофарбовані, світлофарбованим. Особливо широко це застосовується до силікатів - породоутворюючих мінералах.

Силікати утворюються в основному при формуванні магматичних і метаморфічних порід в ендогенних процесах. Велика група глинистих мінералів (каолін та ін) утворюється в екзогенних умовах при вивітрюванні силікатних гірських порід.

Багато силікати є корисними копалинами і застосовуються в народному господарстві. Це будівельні матеріали, облицювальні, виробні і дорогоцінне каміння (топаз, гранати, смарагд, турмалін та інші), руди металів (Ве, Zr, Al) і неметалів (В), рідкісних елементів. Вони знаходять застосування у гумовій, паперовій промисловості, як вогнетриви і керамічне сировину.