Происхождение и классификация минералов. БГУ. Химическая классификация минералов. Условные знаки на географических картах

Сейчас известно ~ 3000 минералов и каждый год их число увеличивается. Как ориентироваться в этом многочисленном и разнообразном мире минералов? Для этого ученые группируют или систематизируют их на основе каких-то признаков. То есть проводят классификацию. В минералогии были попытки создать классификацию на основе разных признаков: например по твердости, блеску или спайности; по условиям образования или генезису. Но есть минералы, которые могут образоваться совершенно в разных условиях. С середины прошлого столетия минералы стали классифицировать по химическому составу - по доминирующему аниону или анионной группе. Но только после появления рентгеноструктурного анализа и определения с его помощью внутреннего строения минералов стало возможным установить тесную связь между химическим составом минерала и его кристаллической решеткой. Это открытие положило начало принципу кристаллохимической классификации минералов. Впервые это сделали ученые Брэгг и Гольдшмидт для силикатов.

За основную единицу при такой классификации принят минеральный вид, обладающий определенной кристаллической структурой и определенным стабильным химическим составом. Минеральный вид может иметь разновидности. Под разновидностью понимают минералы одного вида, отличающиеся друг от друга по какому-то физическому признаку, например по цвету минерал кварц многочисленными разновидностями (черный - морион, прозрачный - горный хрусталь, фиолетовый - аметист).

В процессе минералообразования минералы одного минерального вида могут отличаться друг от друга внешним обликом - размерами кристаллов или формой. В этом случае каждый минерал одного минерального вида называют минеральный индивид.

Существующие классификации объединяют минеральные виды в классы или группы. Их количество у разных авторов колеблется, по мере усовершенствования классификации и получения новых данных о минеральных видах. Мы рассмотрим восемь классов:

Характеристика минералов по классам

1. Самородные

2. Сульфиды

3. Оксиды и гидрооксиды

4. Галоиды

5. Карбонаты

6. Сульфаты

7. Фосфаты

8. Силикаты

1. Самородные элементы (минералы).

К этому классу относятся минералы, состоящие их одного химического элемента и называемых по этому элементу. Например: самородное золото сера и т.д. Все они подразделяются на две группы: металлы и неметаллы. В первую группу входят самородные Au, Ag, Cu, Pt, Fe и некоторые др., во вторую - As, Bi, S и С (алмаз и графит).

Генезис - в основном, образуются при эндогенных процессах в интрузивных породах и кварцевых жилах, S - при вулканизме. При экзогенных процессах происходит разрушение пород, высвобождение самородных минералов (в силу их устойчивости к физическому и химическому воздействию) и их концентрация в благоприятных для этого местах. Таким образом, могут формироваться россыпи золота, платины и алмаза.

Применение в народном хозяйстве:

1 - ювелирное производство и валютные запасы (Au, Pt, Ag, алмазы);

2 - культовые предметы и утварь (Au, Ag),

3 - радиоэлектроника (Au, Ag, Cu), атомная, химическая промышленность, медицина, режущие инструменты - алмаз;

4 - сельское хозяйство - сера.

II. Сульфиды - соли сероводородной кислоты.

Подразделяются на простые с общей формулой А m X p и сульфосоли - А m B n X p, где -

А - атом металлов, В-атомы металлов и металлоидов, Х - атомы серы.

(Pb, Cu, Fe и т.д.) (Bi, Sb, As, Sn)

Сульфиды кристаллизуются в разных сингониях - кубической, гексагональной, ромбической и т.д. По сравнению с самородными, у них более широкий состав элементо-катионов. Отсюда большее разнообразие минеральных видов и более широкий диапазон одного и того же свойства.

Общими свойствами для сульфидов являются металлический блеск, невысокая твердость (до 4), серые и темные цвета, средняя плотность.

В то же время, среди сульфидов отмечаются различия по таким свойствам как спайность, твердость, плотность. Например:

Сульфиды являются основным источником руд цветных металлов, а за счет примесей редких и благородных металлов ценность их использования повышается.

Генезис - различные эндогенные и экзогенные процессы.

III. Оксиды и гидроксиды - представляют один из наиболее распространенных классов с более 150 минеральными видами, в которых атомы или катионы металлов образуют соединения с кислородом или гидроксильной группой (ОН). Это выражается общей формулой АХ или АВХ - где Х-атомы кислорода или гидроксильная группа. Наиболее широко представлены оксиды Si, Fe, Al, Ti, Sn. Некоторые из них образуют и гидрооксидную форму. Особенность большинства гидрооксидов - снижение значений свойств по сравнению с оксидной формой того же атома металла. Яркий приме р - оксидная и гидрооксидная форма Al.

Оксиды по химическому составу и блеску можно разделить на: металлические и неметаллические. Для первой группы характерны средняя твердость, темные цвета (черный, серый, бурый), средняя плотность. Пример - минералы гематит и касситерит. Вторая группа характеризуется низкой плотностью, высокой твердостью 7-9, прозрачностью, широкой гаммой цветов, отсутствием спайности. Приме р - минералы кварц, корунд.

В народном хозяйстве наиболее широко используются оксиды и гидрооксиды для получения Fe, Mn, Al, Sn. Прозрачные, кристаллические разновидности корунда (сапфир и рубин) и кварца (аметист, горный хрусталь и др.) используются как драгоценные и полудрагоценные камни.

Генезис - при эндогенных и экзогенных процессах.

IV. Галоиды. Наиболее широко распространены фториды и хлориды - соединения катионов металлов с одновалентным фтором и хлором.

Фториды - минералы светлые, средней плотности и твердости. Представитель - флюорит CaF2. Хлоридами являются минералы галит и сельвин (NaCl и KCl).

Для галоидов общими являютс я - низкая твердость, кристаллизация в кубической сингонии, совершенная спайность, широкая цветовая гамма, прозрачность. Особыми свойствами обладают галит и сильвин - соленый и горько-соленый вкус.

По генезису фториды и хлориды отличаются. Флюорит - продукт эндогенных процессов (гидротермальный), а галит и сильви н - образуются в экзогенных условиях за счет осаждения при испарении в водоемах.

В народном хозяйстве флюорит используется в оптике, металлургии, для получения плавиковой кислоты. Галит и сильвин находят применение в химической и пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве, фотоделе.

V. Карбонаты - соли угольной кислоты, общая формула АСО3 - где А - Са, Мg, Fe и др.

Общие свойств а - кристаллизуются в ромбической и тригональной сингониях (хорошие кристаллические формы и спайность по ромбу); низкая твердость 3-4, преимущественно светлая окраска, реакция с кислотами (HCl и HNO3) с выделением углекислого газа.

Наиболее распространенными являются: кальцит СаСО3, магнезит Mg СО3, доломит СаМg (СО3) 2, сидерит Fe СО3.

Карбонаты с гидроксильной группой (ОН):

Малахит Cu2 CO3 (OH) 2 - зеленый цвет и реакция с НС l,

Азурит Cu3 (CO3) 2 (OH) 2 - синий цвет, прозрачен в кристаллах.

Генезис карбонатов разнообразен - осадочный (химический и биогенный), гидротермальный, метаморфический.

Это породообразующие минералы осадочных пород (известняки, доломиты и др.) и метаморфических - мрамор, скарны. Используются в строительстве, оптике, металлургии, как удобрения. Малахит используется как поделочный камень. Большие скопления магнезита и сидерита - источник получения железа и магния.

VI. Сульфаты - соли серной кислоты, т.е. имеют радикал SO4. Наиболее распространенные и известные сульфаты Ca, Ba, Sr, Pb. Общими свойствами для них являютс я - кристаллизация в моноклинной и ромбической сингониях, светлая окраска, низкая твердость, стеклянный блеск, совершенная спайность.

Минералы: гипс CaSO4 *2H2O, ангидрит CaSO4, барит BaSO4 (высокая плотность), целестин SrSO4.

Образуются в экзогенных условиях, часто совместно с галоидами. Некоторые сульфаты (барит, целестин) имеют гидротермальный генезис.

Применение - строительство, сельское хозяйство, медицина, химическая промышленность.

IIV. Фосфаты - соли фосфорной кислоты, т.е. содержащие PO4.

Количество минеральных видов мало, мы рассмотрим минерал апатит Ca(PO4) 3 (F, Cl, OH). Он образует кристаллические и зернистые агрегаты, твердость 5, сингония гексагональная, спайность несовершенная, цвет зелено-голубой. Содержит примеси стронция, иттрия, редкоземельные элементы.

Генезис - магматический и осадочный, где он в смеси с глинистыми частицами образует фосфорит.

Применение - агросырье, химическое производство и в керамических изделиях.

VIII. Силикаты - наиболее распространенный и разнообразный класс минералов (до 800 видов). В основе систематики силикатов - кремнекислородный тетраэдр -4. В зависимости от структуры, которую они образуют, соединяясь друг с другом, все силикаты делятся на:

островные, слоевые, ленточные, цепочечные и каркасные.

Островные силикаты - в них связь между обособленными тетраэдрами осуществляется через катионы. В эту группу входят минералы: оливин, топаз, гранаты, берилл, турмалин.

Слоевые силикаты - представляют непрерывные слои, где тетраэдры связаны ионами кислорода, а между слоями связь осуществляется через катионы. Поэтому у них общий радикал в формуле 4- Эта группа объединяет минералы-слюды: биотит, тальк, мусковит, серпентин.

Цепочечные и ленточные - тетраэдры образуют цепочки одинарные или сдвоенные (ленты). Цепочечные - имеют общий радикал 4- и включают группу пироксенов.

Ленточные силикаты с радикалом 6 - объединяют минералы группы амфиболов.

Каркасные силикаты - в них тетраэдры соединяются между собой всеми атомами кислорода, образуя каркас с радикалом . В эту группу входят - полевые шпаты и плагиоклазы. Полевые шпаты объединяют минералы с катионами Na и K. Это минералы микроклин и ортоклаз. В плагиоклазах в качестве катионов - Са и Na, при этом соотношение между этими элементами не постоянно. Поэтому плагиоклазы представляют собой изоморфный ряд минералов:

альбит - олигоклаз - андезин - лабрадор - битовнит - анортит. От альбита к анортиту увеличивается содержание Са.

В составе катионов в силикатах наиболее часто присутствуют: Mg, Fe, Mn, Al, Ti, Ca, K, Na, Be, реже Zr, Cr, B, Zn редкие и радиоактивные элементы. Необходимо отметить, что часть кремния в тетраэдрах может замещаться Al и тогда мы относим минералы к алюмосиликатам.

Сложный химический состав и разнообразие кристаллической структуры в сочетании дают большой разброс показателей физических свойств. Даже на примере шкалы Мооса видно, что твердость у силикатов от 1 до 9.

Спайность от весьма совершенной до несовершенной. Об окраске и говорить нечего - широчайший спе ктр цв етов и оттенков.

В тоже время, внутри каждой структурной группы свойства близки и всегда есть какой-то один или два признака, по которым можно определить минерал. Например, слюды определяют по спайности и низкой твердости.

Часто силикаты группируются по окраске - темноокрашенные, светлоокрашенные. Особенно широко это применяется к силикатам - породообразующим минералам.

Силикаты образуются в основном при формировании магматических и метаморфических пород в эндогенных процессах. Большая группа глинистых минералов (каолин и др.) образуется в экзогенных условиях при выветривании силикатных горных пород.

Многие силикаты являются полезными ископаемыми и применяются в народном хозяйстве. Это строительные материалы, облицовочные, поделочные и драгоценные камни (топаз, гранаты, изумруд, турмалин и др.), руды металлов (Ве, Zr, Al) и неметаллов (В), редких элементов. Они находят применение в резиновой, бумажной промышленности, как огнеупоры и керамическое сырье.

Твердая оболочка Земли - земная кора - составляет лишь 1,5% от общего объема земного шара. Но, несмотря на это, именно земная кора, а точнее ее верхний слой, представляет для нас наибольший интерес, так как он является источником минерального сырья.
Минералы - это относительно однородные природные тела, имеющие определенные химический состав и физические свойства. Название «минерал» происходит от латинского слова «минера», что в буквальном переводе означает - руда, рудный. Наука, изучающая состав, структуру и свойства минералов, их происхождение и условия залегания, называется минералогией.
Минералы образуются в результате физико-химических процессов, совершающихся в земной коре. Как и вся окружающая нас природа, они состоят из химических элементов. Образно говоря, минерал - это своего рода здание из кирпичиков - химических элементов, построенное по определенным законам природы. И подобно тому, как из примерно одинакового количества кирпичей человеком возведено на Земле множество различных зданий, из сравнительно небольшого числа химических элементов природой создано в земной коре более 3 тыс. разнообразных минералов.

Всего с учетом многочисленных разновидностей насчитывается более 7 тыс. их наименований, которые даются каждому минералу по какому-либо признаку.
В земной коре минералы чаще встречаются не самостоятельно, а в составе горных пород. Они во многом определяют физико-механические свойства горных пород и с этой точки зрения представляют наибольший интерес для технологии обработки камня.
Большинство минералов встречается в природе в твердом состоянии. Твердые минералы могут быть кристаллическими или аморфными, различаясь внешне геометрической формой - правильной у кристаллических и неопределенной у аморфных.

Форма минералов зависит от расположения в них атомов. В кристаллических минералах атомы располагаются в строго определенном порядке, образуя пространственную решетку, благодаря которой многие минералы (например, кристалл кварца) имеют вид правильных многогранников. Кристаллические минералы анизотропны, т. е. физические свойства их различны по разным направлениям. В аморфных минералах (обычно они имеют форму натеков) атомы расположены беспорядочно. Такие минералы изотропны, т. е. физические свойства их одинаковы по всем направлениям.

Классификация минералов
В соответствии с общепривятой в настоящее время химической классификацией все минералы могут быть разделены на девять классов:
I. Силикаты - соли кремневых кислот, среди которых выделяют подгруппы минералов, имеющих некоторую общность состава и строения: полевые шпаты, разделяющиеся по химическому составу на плагиоклазы и ортоклазы, пироксены, амфиболы, слюды, оливин, тальк, хлориты и глинистые минералы. Это самый многочисленный класс, насчитывающий до 800 минералов.
II. Карбонаты - соли угольной кислоты, включающие до 80 минералов и в их числе наиболее распространенные кальцит, магнезит н доломит.

III. Окислы и гидроокислы - объединяют около 200 минералов, среди которых наиболее распространены кварц, опал, лимонит, гаматит.
IV. Сульфиды - соединения элементов с серой, насчитывающие до 200 минералов. Типичный представитель - пирит.
V. Сульфаты - соли серной кислоты, включающие около 260 минералов,
среди которых наибольшее распространение получили гипс и ангидрит.
VI. Галоиды - соли галоидных кислот, насчитывающие около 100 мине-
ралов. Типичные представители галоидов - галит (поваренная соль) и
флюорит.

Горные породы. Структура и текстура горных пород.

Горные породы. Структуры и текстуры пород.

Горные породы. Структуры и текстуры пород. - раздел Геология, Предмет и методы геологии. Принцип актуализма: униформизм и актуалистический подход. Предмет и методы геологии. Специфика геологии. Разделы современной геологии. Специфика геологии: Структура – Способы Расположения В Пространстве Зерен Ми...

Структура – способы расположения в пространстве зерен минералов в горной породе. Характеристика объемного строения ГП, обусловленная формой, размером и способом соединения минеральных индивидов. Зависит от условий образования ГП и является их главной характеристикой. Различаются по степени кристалличности породы, абсолютным и относительным размерам кристаллов.

Текстура - взаимное расположение минеральных зерен и их агрегатов в пространстве, общий облик породы (рисунок.)

Структура магматических пород:

1) Полнокристаллическая – все в-во породы представлено в виде кристаллов

2) Неполнокристаллическая- часть в-ва породы затвердела в виде вулканического стекла, другая

3) Стекловатая- в-во породы представлено вулканическим стеклом

4) Скрытокристаллическая (афанитовая) – размер зерен менее 0,1мм

5) Мелкокристаллическая (мелкозернистая) – размер крист. 0,1-1 мм

6) Среднекристаллические- 1-5 мм

7) Крупнокристаллические – 5-10 мм

8) Грубо- или гигантокристаллические- более 1 см

9) Равномернокристаллические, равномернозернистые, неравномернозернистые

10) Порфировая- неравномернозернистые струк., в которых кристаллы отдельных минералов выделяются крупными размерами на фоне стекловатой или скрытокристаллической основной массы

11) Порфировидная- крупные кристаллы погружены в основную массу с ясно различимыми зернами меньшего размера

12) Пегматитовая- прорастание КПШ кварцем

Текстура магматических пород:

1) Плотные(компактные)- зерна плотно прилегают друг к другу (вулканические стекла)

2) Пористая- наличие полостей, пор

3) Пузырчатые, пенистые (шлаки, пемза)

4) Миндалекаменная- если пустоты в пористой породе заполнены вторичным минералом (опал, халцедон и т.д.)

5) Массивная –однородная

6) Полосчатая- чередование полос различного цвета или различного минерального состава

7) Флюидальная- следы струй течения магматического материала

8) Пятнистая- пятнистое, неравномерное распределение цветных минералов.

Структура метаморфических ГП:

1) Микрокристаллическая- не различимая вооруженным глазом 2) Катокластическая (Обломочная)- разновеликие угловатые обломки (структура брекчии) 3) Полнокристаллическая (микрокристаллическая – 0,01- 0,1 мм, мелкокристаллические 0,1-1 мм, среднекристаллические 1-5 мм, крупнокристаллические 5-10мм, гигантокристаллические >10мм)

Текстура метаморфических ГП:

1) Полосчатая 2) Массивная 3) Очковая(округлые агрегаты в сланцеватой массе) 4) Плойчатая (мелкие складки) 5) Сланцеватая (порода разделяется на пластинки) 6) Пятнистая

Магматические горные породы

Происхождение и классификация. Магматическими (или извер­женными) горными породами называют горные породы, которые образовались в результате кристаллизации магмы при ее остыва­нии в недрах Земли или на ее поверхности. Магма (или ла­ва) - это сложный силикатный расплав примерно следующего со­става: кислород - 46,7 %, кремний - 27,7 %, алюминий - 8,1 %, железо - 5,1 %, кальций - 3,6 %, магний - 2,1 %, натрий - 2,7 %, калий - 2,6 %, другие элементы обычно не превышают в среднем 1,4 %. Температура магмы различна, но обычно 100 - 1300 °С.

История формирования магматических горных пород берет начало с образования магмы, которая затем последовательно из­менялась под воздействием слабо изученных сложнейших взаи­мосвязанных физических, химических, физико-химических про­цессов. Процессы эти во многом завершаются при охлаждении или кристаллизации магмы с образованием агрегатов силикатных минералов. В зависимости от условий, в которых происходит ох­лаждение и застывание (потеря подвижности) магмы, горные по­роды делят на интрузивные (глубинные) и эффузивные (излившие­ся) (рис. 16).

Эффузивные породы образуются из той же магмы, что и глу­бинные, поэтому их называют аналогами глубинных пород. Разно­видностями этих пород соответственно будут жильные и вулканиче­ские. При формировании вулканических пород на поверхности земли магму называют лавой.

Некоторые геологи считают, что в основе зарождения магмы лежит единая первичная магма базальтового состава, дальнейшая же дифференциация ее привела к образованию различных по со­ставу магматических пород.

Осадочные горные породы.

Каждый человек хотя бы раз в жизни видел минералы - продукты естественных химических реакций, происходивших внутри земной коры миллионы лет назад. При этом далеко не все могут рассказать о том, что такое минерал, и для чего он нужен. В нашей статье будет подробно рассказано о типах минеральных отложений, а также о способах их использования.

Что такое минерал?

Минералами называют твердые неорганические вещества природного происхождения. Они обладают кристаллической структурой, что и является основной их отличительной особенностью. Некоторые минералы могут производиться искусственным путем. Независимо от происхождения они будут обладать рядом полезных свойств.

Существуют ли жидкие минералы? Если брать обычные условия жизни, то да. Это, например, естественная ртуть - самородное вещество, обладающее твердостью только при низкой температуре. Некоторые виды льдов ученые также относят к минералам. Однако воду к рассматриваемой группе не причисляют.

Вопрос о том, что такое минерал, не до конца решен и по сей день. Так, немногочисленные специалисты относят нефть, битумы и асфальты к группе минеральных веществ. Целесообразность таких утверждений сомнительна.

Типы минералов

По Бауэру и Ферсману, химикам конца XIX века, все минеральные породы делятся на самоцветы, органогенные камни и цветные вещества. Такая классификация имеет столь своеобразный вид из-за глубокого убеждения прагматичных академиков, что все камни и минералы предназначены для изготовления различных изделий - инструментов и украшений.

Дабы лучше разобраться в вопросе о том, что же представляют собой минеральные вещества, стоит привести наиболее распространенную научную классификацию. Согласно структурно-химическому принципу, минералы делятся на породообразующие - составляющие большинство горных пород, а также редкие, рудные и акцессорные (не слагающие больше 5% от породы).

Самородный класс минералов включает в себя металлы и металлоиды. Рудные вещества образуют большую часть самородной группы. Акцессорные минералы характеризуются особой редкостью.

Химическая классификация

Химическая структура большинства минералов примерно одинаковая. В настоящее время принято деление рассматриваемых веществ на классы. Получается следующая классификация:

  • Силикаты. Многочисленный класс, включающий в себя более 800 различных минеральных отложений. Силикаты составляют большинство метаморфических и магматических пород. Некоторые минералы здесь отличаются общностью построения и состава. В качестве примера стоит выделить пироксены, слюды, полевые шпаты, амфиболы, глинистые материалы и многое другое. Состав большинства силикатов именуется алюмосиликатным.
  • Карбонаты. В число этого класса входит порядка 80 минеральных пород. Здесь распространены доломиты, кальциты и магниты. Происхождением обязаны отдельным водным растворам. Разрушаемы в кислотах.
  • Галоиды - группа из ста различных минералов. Являются легкорастворимыми, образуются из осадочных пород. Самое частое вещество - галит.
  • Сульфиды - минералы, разрушаемые в зоне выветривания. Типичным представителем является пирит.
  • Сульфаты. Обладают светлой окраской и невысоким уровнем твердости. Наибольшее распространение получил гипс.
  • Оксиды и гидроксиды. Составляют порядка 17% от массы земной коры. Основные виды - опалы, лимониты и кварцы.

Таким образом, почти все минералы обладают похожими признаками, хоть и состав у веществ различный.

Разнообразие минералов

Что такое минерал? Ответить на этот вопрос непросто. Следует учитывать, что в сегодняшнем мире существует более 4 тыс. различных типов подземных богатств. Минералы ежегодно открываются и "закрываются". Например, найденное в горных породах вещество одним своим существованием доказывает несостоятельность целой классификации, составленной учеными. Такие случаи - далеко не редкость.

Фото силикатов представлено вашему вниманию ниже.

Следует учитывать, что 4 тыс. минералов - это не такая уж и большая цифра. Если сравнивать ее с общим количеством неорганических соединений, то разница будет очевидна: последних содержится около миллиона видов. Чем объясняют геологи столь небогатое разнообразие минеральных богатств? Во-первых, распространенностью элементов в Солнечной системе. На нашей планете преобладают кремний и кислород. Соединение этих веществ приводит к появлению силикатов - подавляющей минеральной группы на Земле. С другой стороны, минералы так рассеяны, что поиски новых элементов будет делом еще нескольких сотен поколений. Вторая причина ограниченности минералов - это неустойчивость большинства химических соединений.

Происхождение минералов

Ученые называют три основных пути происхождения горных минералов. Первый вариант именуется эндогенным. Подземные раскаленные сплавы, которые принято называть магматическим веществом, внедряются в земную кору, а после застывают там. Сама магма образуется вследствие извержения вулканов. Она проходит три стадии: из раскаленного состояния магма становится твердой - это результат пегматитовых процессов. После она окончательно застывает. Это следствие постмагматических процессов.

Есть также экзогенный вариант происхождения минералов. В данном случае происходит физическое и химическое разложение веществ. Одновременно формируются новые образования, обладающие большой уступчивостью к среде. Простой пример: в результате выветривания эндогенного материала образуются кристаллы.

Последний способ происхождения минералов имеет метаморфический характер. Все вещества будут изменяться под воздействием определенных условий - вне зависимости от вариантов образования горных пород. По сути, меняется первоначальный образец - он приобретает новые свойства и элементы состава.

Свойства минералов

Важнейшим свойством любого минерального образования является наличие кристаллохимической структуры. Все остальные признаки рассматриваемых пород вытекают именно отсюда.

На сегодняшний день разработана единая классификация диагностических признаков, свойственных минеральным веществам. Здесь следует выделить твердость, определяемую по шкале Мооса, а также цвет, блеск, излом, спайность, магнитность, хрупкость и побежалость. Каждое свойство рассматриваемых пород будет подробно изучено далее.

Понятие твердости

Что такое твердость? Существует несколько определений для этого понятия. Наиболее распространенное описание характеризует твердость как уровень сопротивления определенного тела царапающему, сдавливающему или режущему воздействию. Уровень твердости определяется по шкале Мосса. В ней подобраны специальные горные породы, каждая из которых характеризуется способностью царапать поверхности острым концом. Мосс составил десятку из наиболее распространенных элементов. Самым мягким материалом здесь является тальк и гипс. Как известно, гипс, попадая в воду, увеличивается в размере до 30%. Самая твердый тип и порода минерала - это алмаз.

Проведение веществом по стеклу должно оставлять за собой царапины различной глубины. Сам факт существования царапины уже присваивает минералу как минимум пятый класс из десяти. Самые твердые вещества встречаются в группах минералов, обладающих неметаллическим блеском. Именно блеск является вторым важным свойством минералов, и он напрямую взаимосвязан с твердостью.

Блеск

Уровень блеска металлов проверяется за счет отражения от них лучей солнца. Существует два уровня блеска - металлический и неметаллический. К первой группе относятся породы, дающие при резьбе по стеклу черную черту. Такие вещества непрозрачны даже в очень тонких осколках. К видам подземных минералов с неметаллическим блеском относят графит, магнетит, уголь и некоторые другие вещества. Все они плохо отражаются на солнце и дают темную черту. Небольшую часть материалов с металлическим отблеском составляют вещества, дающие цветную черту: зеленую (золото), красную (медь), белую (серебро) и т.д.

Минералы с металлическим блеском лучше отражают солнечный свет. Сами по себе они обладают высокой твердостью. Особое место здесь занимает руда.

Цвет

Цвет, в отличие от твердости и блеска, не является постоянным признаком для большинства минералов. Так, твердость или блеск со временем остаются неизменными. Окраска же меняется в зависимости от условий хранения. В качестве примеров минералов, редко меняющих свой цвет, следует выделить малахит, который никогда не поменяет своего зеленого цвета, и золото, всегда остающееся желтым.

Фото малахита вы можете увидеть ниже.

Цвет меняется и от состояния минерала. Например, в геологии распространено понятие цвета черты. Минерал, поцарапавший стеклянную поверхность, оставляет за собой небольшое количество порошка, который и образует собой черту. Цвет такого порошка часто отличается от природной окраски камня. Все дело в составе минерала: в него может входить кальцит, который меняет окраску в зависимости от количества и способа смешения с другими веществами.

Излом и спайность

Под спайностью понимается свойство минерала расщепляться или раскалываться в определенном направлении. Так, после разлома чаще всего образуется гладкая блестящая поверхность. Чтобы добиться такого результата, нужно расщеплять минерал по строго определенной линии. Существует пять градаций спайности:


Диагностическим признаком для многих минералов является наличие сразу нескольких направлений спайности. По итогу расщепления минерал имеет изломы, который также обладает определенными свойствами. Так, ученые выделяют пять типов излома:

  • раковистый - похож на раковину;
  • занозистый - для излома характерны волокнистости или материалы волокнистого содержания;
  • неровный - наличие несовершенной спайности (например, у апатита);
  • ступенчатый - по результатам спайности образуется почти идеально гладкая поверхность (местами может иметь, однако, неровности в виде ступенек);
  • ровный - на поверхности минерала по результатам спаивания отсутствуют какие-либо заметные изгибы или неровности.

Существует и ряд других признаков, по которым можно определять минералы. Это, например, побежалость - наличие тонкой цветной пленки, образующейся на веществе по результатам выветривания или окисления. Также следует выделить хрупкость, указывающую на прочность минерала, и магнитность, характеризующуюся содержанием двухвалентного железа.

Минералы в промышленности

В каких сферах общественной деятельности применяются минералы? Это строительство, металлургия, а также химическое производство.

Строительные материалы нередко разбавляются определенными минералами, что позволяет отрегулировать прочность и качество вещества. В химической промышленности присутствие рассматриваемых элементов также не является редкостью. Минеральные компоненты используют в косметической, медицинской и пищевой сферах. Например, в аптеках представлено немало препаратов, включающих в себя витамины и минералы. Эти два компонента отлично взаимодействуют, дополняют друг друга. Они способствуют укреплению здоровья людей и улучшению их внешнего вида.

Добыча и изучение минералов всегда считались важными и актуальными занятиями. Необходимо всячески поддерживать проведение научных изысканий в области геологии, а также активно применять витамины и минералы в повседневной жизни.

Минералы представляют собой природные химические соединения, имеющие определенные физические свойства, форму и характеризующиеся своеобразными условиями образования, или генезисом.

Пример: сера – самородный элемент, широко применяется в сельском хозяйстве, галит-NaCl – каменная соль – используется в пищевой промышленности, кварц – SiO 2 , горный хрусталь – разновидность кварца, слюды (мусковит – светлый, биотит – черный) – разновидность кварца и др.

Минералы образуются в разнообразных физико-химических и термодинамических обстановках. Но каждый конкретный минерал образуется только при определенной температуре, давлении, концентрации минерального вещества, поэтому и устойчив он только в определенных условиях, близких к тем, в которых он образовался. В другой обстановке минералы постепенно разрушаются, перерождаются, образуют разновидности или даже совершенно новые минеральные образования, устойчивые в новых условиях.

Известно 2000 минералов, с разновидностями их более 4000. Но из этого огромного количества немногие минералы имеют широкое распространение в природе. Эти минералы, а их всего около 50, входят в состав важнейших известных науке горных пород, многие из них содержатся в почве, оказывают влияние на ее физико-химические свойства и на плодородие. Эти минералы называют минералами почвенного скелета. Из 64 породообразующих минерала, мы должны знать не меньше 20-22, а именно те, которые входят в состав рыхлых осадочных пород, т.е. в состав глины, песка и пр. Но мы должны знать и другие минералы, поскольку и на них (горы) растут деревья (лес).

Большинство минералов являются твердыми (кварц, полевой шпат др.), но есть жидкие минералы (ртуть, вода, нефть) и газообразные (углекислота, сероводород и др.). По условиям происхождения все минералы подразделяют на три группы : магматические, осадочные и метаморфические.

Образование магматических минералов происходит при высокой температуре и обычно большом давлении. Вследствие расплавления пород в небольших обособленных очагах на различных глубинах образуется магма – тестообразный расплав сложного силикатного состава, содержащий различные газы, пары воды и горячие водные растворы.

Осадочное происхождение минералов в самой общей схеме выглядит примерно так; выветривание > перенос > отложение (образование осадка) > диагенез (образование горной породы). Образовавшиеся таким путем минералы, горные породы и полезные ископаемые называют осадочными. Осадконакопление (седиментация) происходит в поверхностных частях земной коры (как в морях, так и на суше) и на самой поверхности при невысоких температурах и давлении, близком к атмосферному, под влиянием физико-химических агентов атмосферы, гидросферы, земной коры и жизнедеятельности организмов. Осадки могут быть обломочного, химического и биологического происхождения.

Сложный физико-химический процесс изменения, перерождения и перекристаллизации уже готовых минералов и горных пород с сохранением их твердого состояния без заметного расплавления называется метаморфизмом. Процессы метаморфизма происходят на глубине, где существуют высокие (от 100-200 до 800° С) температуры и большое давление (до 152 103 кПа) – кальцит, известняк – в мрамор.

Формы нахождения минералов в природе различны. Встречаются налеты, выцветы, примазки кристаллов, чешуйчатые (тальк), плотные (хальцедон), землистые (каолин, охра), листоватые (слюда), игольчатые, призматические (гипс, роговая обманка) и т.д.

Классификация минералов. Наиболее объективной классификацией минералов является кристаллохимическая, учитывающая химический состав и строение (кристаллическое, аморфное) минералов.

Выделяются следующие семь (7) классов минералов: - самородные; - сульфиды (сернистые соединения); - галоидные соединения (галоиды); - окислы и гидроокислы; - соли кислородных кислот; - силикаты; - углеводородные соединения.

I класс – самородные элементы . К этому классу относятся химические элементы, находящиеся в природе в свободном состоянии. Это минералы, состоящие из одного элемента (золото, серебро, алмаз, медь, платина и др.). Известно 90 минералов этого класса, составляют они около 0,1% массы земной коры. Породообразующего значения не имеют, но народно - хозяйственное значение огромное.

II класс – сульфиды – производные сернистого водорода H 2 S или, реже многосернистых водородов. Известно около 200 минералов, составляющих 0.15-0.25% массы земной коры, или около 10% всех минералов. Сульфиды – непородообразующие минералы, но являются рудами многих важных металлов: меди, серебра, цинка, свинца и др., вследствие чего их значение в экономике страны очень велико.

Минералы в зоне выветривания неустойчивы: они разрушаются и переходят в различные кислородные соединения. Наиболее распространенными минералами этой группы являются:

Пирит – FeS 2 (серный колчедан, железный колчедан) – является основным видом сырья для получения H 2 SО 4 , халькопирит CuFeS 2 (медный колчедан) – главная руда на медь, в зоне выветривания он легко окисляется, образуя сульфиды Сu и Fe, применяющиеся широко в сельском хозяйстве, киноварь – HgS – единственная руда для получения ртути.

Ш Класс – галоидные соединения (галоиды ). Минералы этого класса (~ 120 видов) представляют соли хлористоводородной (хлориды) и фтористоводородной (фториды) кислот. Хлориды широко распространены в природе. Хлориды осадочного происхождения, образуются в результате отложения из водных бассейнов (соли натрия и калия).

Галоиды могут быть безводные и водные. К ним относятся такие важные в жизни человека и растений минералы, как галит (каменная соль) - NaCI, сильвин – KCI (желтый и синий), карналит – МgCl 2 КСl 6Н 2 О (красный). Галоиды залегают вместе с калийными солями в соляных месторождениях и используются для производства калийных удобрений. Кроме этого широко применяются они в консервной, химической промышленности, рыбном производстве.

IV Класс – окислы, соединения различных элементов с кислородом. Они очень распространены в природе, играют огромную роль в образовании земной коры. Наиболее распространены кварц – SiO 2 , опал – (SiO 2 nH 2 O), корунд (Al 2 O 3), гематит (красный железняк)– Fe 2 O 3 , магнетит – Fe 3 О 4 и др.

V Класс – Соли кислородных кислот – H 2 SO 4 , HNO 3 , Н 3 РО 4 , H 2 CO 3 , кремневой и др. Они имеют большое значение в почвообразовании и изготовлении удобрений.

Например – соли HNO 3 всегда считались важнейшим видом удобрений (NH 4 NO 3 , Ca(NO 3) 2 и др.), соли угольной и серной кислоты – СаСО 3 , CaSO 4 2Н 2 О применяют для улучшения физико – химических свойств почвы и улучшения произрастания растений. В тоже время сода (Na 2 CO 3) является одной из наиболее токсичных (вредных) кислородных солей для растений юга страны.

Главнейшие минералы этого класса следующие:

а) сульфаты – соли серной кислоты. Гипс -СаSО 4 2H 2 O, мирабилит-(Na 2 SO 4 10Н 2 О) – для получения соды, в медицине – как слабительное.

б) карбонаты – соли угольной кислоты. Кальцит – СаСО 3 , магнезит - MgCO 3 , доломит – СаСО 3 MgCO 3 , сидерит – железный шпат (FeCO 3) - желтовато-белый, для получения Fe, сода – Na 2 СО 3 10Н 2 О.

в) фосфаты – соли фосфорной кислоты.

– апатит-Са 5 (РО 4) 3 F, хлор-апатит Са 5 (РО 4) 3 С1– для получения Н 3 РО 4 , суперфосфата, фосфориты – Са 3 (РО 4) 2 , вивианит - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O– белого цвета - фосфорное удобрение синеет на воздухе, сидерит – FeCO 3 .

VI класс – класс силикатов - минералы кремневых и алюмокремневых кислот. В эту группу входит огромное количество минералов, встречающихся в природе. Силикаты составляют 75% земной коры, а если прибавить 12% свободного кремнезема, то будет понятна ведущая роль этих минералов в геохимии. В почвообразовательных процессах силикаты являются одной из важнейших частей ППК, т.е. наиболее активной части почвы, от которой зависят физические, «химические, биологические и агрономические ее свойства.

К простым силикатам относятся следующие минералы:

- оливин [(MgFe) 2 SiO 4 ] -темная или зеленовато-желтая окраска, драгоценный камень, огнеупорный кирпич.

- роговая обманка – в зоне магмы она является породообразующим минералом гранитов, диоритов, сиенитов и др. известных пород. Имеет сложный и непостоянный химический состав, бурого цвета с различными оттенками. При выветривании дает гидроокислы металлов - карбонаты и глинные минералы.

– полевые шпаты – составляют около 50% массы земной коры. Встречаются они в изверженных породах, а также в сланцах и песчаниках. При выветривании полевые шпаты образуют углекислые соли,глинистые минералы и кремневую кислоту. К важнейшим представителям полевых шпатов: относятся ортоклаз – разная окраска, альбит}

Рекомендуем почитать