Студопедия

Главная страница Случайная лекция

Порталы:

БиологияВойнаГеографияИнформатикаИскусствоИсторияКультураЛингвистикаМатематикаМедицинаОхрана трудаПолитикаПравоПсихологияРелигияТехникаФизикаФилософияЭкономика






II. ОСНОВЫ СИСТЕМАТИКИ И ДИАГНОСТИКИ МИНЕРАЛОВ

Читайте также:
  1. I ОСНОВЫ ГЕОЛОГИИ 1 Предмет геологии и ее значение
  2. II. Основы определения страхового тарифа.
  3. АЛГОРИТМ ДИАГНОСТИКИ КЛИНИЧЕСКОЙ СМЕРТИ
  4. Билет № 9 (Основы)
  5. БИОХИМТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СКОРОСТНО-СИЛОВЫХ КАЧЕСТВ СПОРТСМЕНОВ
  6. В. Плотность минералов
  7. Введение, физические свойства минералов, реальные кристаллы и их агрегаты
  8. ВИДЫ ДИАГНОСТИКИ ЗДАНИЙ И КОНСТРУКЦИЙ
  9. Виды диагностики, цель, задачи

2.1. Классификация минералов

Основным объектом изучения минералогии, в широком смысле этого слова, является минерал, минеральное вещество, обладающее рядом особых свойств и признаков. Под минералом понимается продукт природных физико-химических процессов в земной коре, обособленный от окружающей среды и обладающий определённым химическим составом и кристаллической решёткой.

Необходимость систематизации минералов определяется тем, насколько накопленный фактический минерал был освоен с точки зрения теоретических основ, поэтому классификации, а также их принципы изменялись в зависимости от развития минералогии.

В основе современной систематики минералов положены два основных признака, отличающие минеральные образования от других природных объектов Земли и околоземного пространства – химический состав и кристаллическая решётка[1; 4]. Основной классификационной единицей систематики минералов является минеральный вид, под которым понимают совокупность минеральных индивидов, характеризующихся постоянным химическим составом или изменяющимся в определённом интервале (изоморфные ряды) и однотипной кристаллической структурой.

В основу принятой нами классификации положены химический характер соединений, тип химических связей между структурными единицами минералов, их координация, тип упаковки, а также мотив структуры. Следуя вышеизложенному и в зависимости от доминирующего признака, выделяют, согласно закону соподчинённости, следующие таксономические единицы: 1) тип, 2) класс, 3) подкласс, 4) отдел, 5) группа, 6) минеральный вид, 7) разности, 8) разновидности.

Типминералов выделяется по преобладающему типу химических связей, например: самородные элементы – преобладает металлический тип химической связи, сульфиды – ковалентный и донорно-акцепторный, кислородные соединения– ионный тип связи и смешанный, галоиды – ионный тип связи, а органические соединениямолекулярный тип химической связи.

В пределах типов минералы группируются в классы – по характеру анионов (по силе соответствующей кислоты), например: карбонаты, сульфаты, нитратыи т.д. среди кислородных соединений.

Подклассыустанавливаются в зависимости от характера сцепления катионов и основных радикалов: координационный, каркасный, цепочечный, островной, кольцевой, слоистый.

В ряде случаев в подклассах на основании кристаллохимических и дополнительных структурных признаков выделяют отделы,например, в п/классе цепочечных силикатов выделяют отдел А – с одинарной цепочкой (пироксены) и отдел В – со сдвоенной цепочкой (амфиболы).

В группыобъединены минеральные виды близкого химического состава и однотипной структуры, например: группа гранатов (минеральные виды – пироп, альмандин, спессартин, гроссуляр, андрадит, уваровит).

Разновидность –совокупность минеральных индивидов, отличающихся от других индивидов рядом дополнительных признаков и особенностей: физических, химических, структурных, например: рубин – хромсодержащая разновидность корунда, фуксит – мелкочешуйчатая и хромсодержащая разновидность мусковита.

Под разностьюподразумевают совокупность минеральных индивидоводного минерального вида, различающиеся по морфологическим признакам, например: разности гипса – «марьино стекло» - пластинчатый гипс, селенит – волокнистый гипс.



Таким образом, общая классификация минералов может быть представлена в следующем виде.

Тип 1. Простые вещества

Класс 1. Самородные металлы.

Изоморфный ряд: платина, поликсен, железо. Изоморфный ряд: золото, электрум, серебро.

Класс 2. Самородные металлоиды.

Висмут.

Класс 3. Самородные неметаллы.

Алмаз (разности— карбонадо, баллас, борт). Графит. Сера.

Тип II. Сульфиды и близкие к ним минералы

Класс 1. Собственно сульфиды и их аналоги.

Галенит. Сфалерит (разновидности: марматит, клейофан). Борнит. Халькопирит. Пирротин. Киноварь. Реальгар. Антимонит. Молибденит.

Класс 2.Персульфиды и их аналоги.

Пирит (разность – мельниковит). Марказит. Арсенопирит (разновидность – глаукодот).

Класс 3.Сульфосоли.

Изоморфный ряд: теннантит, блеклая руда, тетраэдрит.

Тип III. Кислородные соединения

Класс 1. 0ксиды и гидроксиды.

Рутил. Касситерит. Пиролюзит. Гематит (разности: железная слюдка, красный железняк, мартит).

Шпинель. Магнетит. Хромит. Ильменит. Корунд (разновидности: рубин, сапфир).

Пирохлор. Колумбит. Танталит. Куприт.

Гетит (разновидность – гидрогетит). Гидраргиллит (гиббсит). Псиломелан (разновидность – асболан). Брусит.

Класс 2. Сульфаты.

Барит. Целестин. Ангидрит. Гипс (разности: селенит, алебастр, марьино стекло). Алунит.

Класс 3. Карбонаты.

Группа тригональных карбонатов: кальцит (разность – исландский шпат), магнезит, доломит, сидерит, родохрозит, смитсонит.

Группа ромбических карбонатов: арагонит.

Группа моноклинных карбонатов: малахит, азурит.

Класс 4. Вольфраматы и молибдаты.

Изоморфный ряд: гюбнерит, вольфрамит, ферберит. Шеелит.

Класс 5. Фосфаты, арсенаты, ванадаты.

Апатит (разновидности – фторапатит, хлорапатит, гидроксилапатит, карбонатапатит. Монацит.Бирюза.

Класс 6. Силикаты.

Подкласс 1. Островные силикаты.

Изоморфный ряд: форстерит, оливин, фаялит. Группа гранатов: пироп, альманди-н, спессартин, андрадит, гроссуляр, уваровит. Группа эпидота: эпидот, цоизит.

Группа кианита: кианит, андалузит, силлиманит. Ставролит. Топаз. Циркон (разновидности: гиацинт, малакон, циртолит). Сфен.

Подкласс 2. Кольцевые силикаты.

Берилл (разновидности: изумруд, аквамарин, воробьевит). Турмалин (разновидности: шерл, рубеллит).

Подкласс 3. Цепочечные силикаты.

Отдел А. Цепочечные силикаты с одинарными цепочками кремнекислородных тетраэдров.

Группа пироксенов.

Подгруппа ромбических пироксенов (ортопироксенов): энстатит, гиперстен.

Подгруппа моноклинных пироксенов (клинопироксенов): диопсид, геденбергит, авгит, эгирин, сподумен.

Подгруппа триклинных пироксеноидов: родонит.

Отдел Б. Цепочечные силикаты со сдвоенными цепочками кремнекислородных тетраэдров (ленточные силикаты).

Группа амфиболов: тремолит (разность – тремолитовый асбест), актинолит (разность – нефрит), роговая обманка, глаукофан.

Подкласс 4. Силикаты и алюмосиликаты с непрерывными слоями кремнекислородных и алюмокислородных тетраэдров (слоистые силикаты).

Группа талька. Тальк (разность – стеатит).

Группа серпентина. Серпентин (разность – хризотил-асбест, разновидности: гарниерит, ревдинскит).

Группа хлоритов: пеннин, клинохлор.

Группа хрупких слюд: хлоритоид.

Семейство слюд. Группа упругих слюд.

Подгруппа калиевых слюд: мусковит (разность – серицит).

Подгруппа железо-магнезиальных слюд: флогопит, биотит.

Подгруппа литиевых слюд: лепидолит.

.

Семейство глинистых минералов. Группа гидрослюд: вермикулит.

Группа каолинита: каолинит.

Группа монтмориллонита: монтмориллонит, волконскоит.

Подкласс 5. Каркасные силикаты и алюмосиликаты.

Группа кремнезема: кварц (разновидности: горный хрусталь, морион, аметист, раухтопаз; разность – халцедон). Минералоид – опал.

Группа полевых шпатов.

Подгруппа калиевых полевых шпатов: ортоклаз, микроклин.

Подгруппа Na - Са - полевых шпатов (изоморфный ряд плагиоклазов: альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит).

Группа фельдшпатоидов: нефелин, лазурит.

Группа цеолитов: натролит.

Тип IV. Галоиды

Класс 1. Фториды.

Флюорит.

Класс 2.Хлориды.

Галит. Сильвин. Карналлит.

Тип V. Органические соединения

Класс 1. Соли янтарной кислоты. Янтарь.

 

2.2. Диагностические свойства минералов

Минералы как природные физические тела обладают широким разнообразием таких свойств, как цвет, твёрдость, блеск, плотность и т.д. В зависимости от химического состава и кристаллической структуры эти свойства у различных минералов проявляются по-разному. Каждый минерал характеризуется какими-либо особыми признаками, по которым его можно всегда отличить от других.

По своим природным особенностям все диагностические свойства минералов можно разделить на три группы: 1) кристалломорфологические; 2) физические; 3) химические(табл. 2).

2.2.1. Кристалломорфологические свойства минералов

В природе минералы в главной своей массе распространены в виде неправильной формы зёрен, не имеющих кристаллических граней, но обладающих независимо от своей формы и размеров внутренним кристаллическим строением. Хорошо образованные кристаллы, т.е. индивиды в виде природных многогранников, ограниченных естественными гранями, встречаются несравненно реже.

А. Морфология минеральных индивидов

Под минеральным индивидом понимается отдельно взятое зерно или кристалл минерала. Исходя из того, что любое тело в земном пространстве имеет три измерения, мы среди разнообразных форм кристаллов-минералов и кристаллических зёрен прежде всего должны выделить следующие три основные типы обликов: изометричный, удлинённый, уплощённый.

Таблица 2

Основные диагностические свойства минералов

Кристалломорфологические Физические Химические
А. Морфология минеральных индивидов. А. Оптические: -светопреломление, -светопоглощение (окраска), -светоотражение (блеск), -цвет черты, -прозрачность, -люминесценция А. Качественные химические реакции  
Б. Морфология минеральных агрегатов Б. Механические: -твёрдость, -спайность, -излом, -штриховатость, -ковкость, -хрупкость, -упругость Б. Растворимость в воде и кислотах
  В. Плотность В. Запах
Г. Магнитность
Д. Радиоактивность

Под обликом минераловпонимается внешний вид кристалла-минерала, отражающий не только внутреннюю структуру минерала, но и процессы его взаимодействия с минералообразующей средой, возникающий как результат изменения концентрация раствора, температуры, давления, химического состава минералообразующего раствора-расплава и т.п.

Изометрический облик («изос» – равный, греч.)

Формы кристаллов-минералов, одинаково развитые во всех трёх направлениях в пространстве (а=b=с) (рис. 5).

Изометрический облик характерен для минералов, кристаллизующихся в кубической сингонии, реже - в низшей категории сингоний (псевдокубический облик).

Пример: ромбодедекаэдры граната, гексаэдры пирита и галенита, октаэдры алмаза.

Рис. 5. Изометричный облик


Удлинённый облик

Формы кристаллов-минералов сильно развитые в одном направлении (а=b<<с) (рис.6).

Удлинённый облик характерен для минералов, кристаллизующихся в средней категории сингоний (тетрагональная, тригональная, гексагональная), реже - в низшей категории сингоний. В зависимости от соотношения параметров а, b, с выделяют следующие разновидности удлинённого облика:

Рис. 6 Удлинённый облик    
- призматический (горный хрусталь, берилл);

- столбчатый (турмалин, аквамарин);

- шестоватый (гелиодор);

-игольчатый (антимонит, аквамарин);

-волокнистый (хризотил-асбест, -волосистый (рутил).

Уплощённый облик

Формы кристаллов-минералов, сильно развитые в двух направлениях при сохранении третьего короткого (а=b>>c) (рис.7).

Уплощённый облик встречается у минералов, кристаллизующихся в низшей категории сингоний (триклинная, моноклинная, ромбическая), реже - в средней категории сингоний, в особых условиях минералообразующей среды. В зависимости от соотношения параметров а, b, с выделяют следующие разновидности уплощённого облика:

-таблитчатые (хлорит, сфен); -пластинчатые (гипс), -листоватые (мусковит, биотит); -чешуйчатые (серицит, фуксит).

Широко распространены и переходные между этими основными типами обликов формы. Например, досковидные кристаллы кианита, имеющие промежуточную форму между вторым и третьим типами обликов; бочёнкообразные кристаллы корунда или скаленоэдрические кристаллы кальцита как промежуточные формы между первым и вторым типами обликов, дощатый облик сфена.

Помимо облика кристаллических индивидов выделяют также габитус кристаллов, обусловленный только внутренней структурой минерала и относящийся только к хорошо огранённым кристаллам. Характеристика габитуса, как и в кристаллографии, основывается на преобладании тех или иных кристаллографических форм, Например, кристаллы галенита обычно встречаются в виде гексаэдров в комбинации с октаэдром – в большинстве случаев преобладающей формой является гексаэдр, реже октаэдр.

В природе существуют сложные и искажённые формы кристаллов, которые образуются в особых условиях минералообразующей среды. Например: блочныекристаллы пирита, гематита; расщеплённые кристаллы гипса, кварца, эпидота, галенита, слюд; скрученные кристаллы пирита, сидерита; рёберные скелетные кристаллы галита, нашатыря, меди, галенита, кварца; метакристаллы гипса, гранатов, кианита.

 

Б. Морфология минеральных агрегатов

Минеральный агрегат –это совокупность минеральных зёрен одного или нескольких минеральных видов.

Любая горная порода является минеральным агрегатом.

В зависимости от размеров, формы минеральных зёрен, пространственного расположения кристаллов и т.д. выделяются следующие формы агрегатов.

1. Зернистые – представляют собой скопления хаотично сросшихся зёрен одного или нескольких минеральных видов, отдельные зёрна различимы невооружённым глазом (наиболее распространёны). Примером могут служить все полнокристаллические горные породы.

В зернистых агрегатах зёрна минералов могут иметь собственные грани, характерные для данного минерального вида (идиоморфные), или же выполнять пространство, ограниченное соседними зёрнами (ксеноморфные). Например: хромшпинелиды (идиоморфные) в дуните (оливин ксеноморфный).

В зависимости от размеров различают агрегаты:

а) крупнозернистые (>5 мм);

б) среднезернистые (1-5 мм);

в) мелкозернистые (< 1мм).

По относительному размеру зёрен различают:

а) равномернозернистые (мрамор);

б) неравномернозернистые (кимберлит).

По качественному минеральному составу различают:

а) мономинеральные (дунит);

б) полиминеральные (гранит).

2. Плотные (массивные) – отдельные индивиды зернистых агрегатов имеют слишком малые размеры и граница между отдельными зёрнами не вооружённым глазом не видна. Например: кварцит, известняк, кремень.

3. Друзы– группа кристаллов одного или нескольких минеральных видов, растущие по перпендикуляру или почти по перпендикуляру от одного основания (поверхность трещины, полости в горной породе, стенка жилы и

т. п.).

Взаимодействие между кристаллами в период их роста определяется так называемым законом геометрического отбора, сущность которого заключается в том, что из разноориентированных зародышей кристаллов растут лишь те, которые имеют минимальный угол наклона по отношению к субстрату. Эти кристаллы, постепенно разрастаясь, лишают другие кристаллы возможности роста.

Среди друз следует различать два типа: 1) друзы нарастания и 2) друзы перекристаллизации.

Для первых характерным является наличие определённой поверхности вмещающей породы, на которую нарастает минерал. Образование таких друз происходит при кристаллизации привносимого растворами вещества.

Для вторых характерным является отсутствие определённой поверхности, от которой начинают свой рост все входящие в друзу кристаллы. В таких друзах наблюдается непрерывный переход от вмещающей породы к друзе через зону постепенно укрупняющихся индивидов, представленных зёрнами того же минерала. Образование подобных друз происходит под воздействием растворов, не приносящих вещество, а лишь вызывающих перекристаллизацию.

По морфологии зёрен в друзах различают:

а) волокнистые (хризотил-асбест);

б) листоватые (гипс);

в) чешуйчатые (серицит);

г) параллельно-шестоватые (селенит);

д) параллельно-игольчатые (актинолит);

е) звёзчатые (астрофиллит).

По размеру минеральных индивидов различают:

а) собственно друзы (кристаллы >5 мм);

б) щётки (кристаллы 1-5 мм);

в) корочки (кристаллы < 1мм).

4. Натёчные формы – образуются путём постепенного натекания нового вещества на ранее отложенное вещество минерала.

При таком процессе возникают:

а) гроздъевидные формы (гидрогётит);

б) почковидные формы (малахит);

в) сосцевидные формы (арагонит);

К натёчным формам часто относятся и тонкодисперсные агрегаты, которые имеют индивиды с размером 10-5-10-7 см, а по своему внутреннему строению эти образования представляют собой коллоидные (опал, бурые железняки, гидротроилит) или метаколлоидные твёрдые растворы (халцедон, марказит, хризоколла), где дисперсной средой является вода.

 

По внешней форме тонкодисперсные агрегаты подразделяются на:

а) полосчатые формы с явлением внешней ритмичности – «переливт» (зонально-полосчатый халцедон), «оникс» (халцедон с грубослоистой структурой), кальцитовые образования пещер: «сталактиты» (растут сверху вниз), «сталагмиты» (растут снизу вверх), «сталагнаты» (сросшиеся сталагмиты и сталактиты);

б) зонально-концентрические формы с явлением внутренней ритмичности – «агат».

5. Конкреции – шарообразные выделения, образующиеся в результате нарастания вещества в полости от центра к периферии и имеющие концентрически-зональное строение (вады, жемчуг и др.).

6. Секреции – шарообразны, растущие от периферии к центру в пустотах горных пород (аметист, топаз, горный хрусталь в пегматитах и т.п.). Подобные образования характерны для гранитных пегматитов.

7. Землистая – напоминают своим видом куски рыхлой почвы, образуют глинистые минералы с размером кристаллов менее 0,01 мм.

8. Дендриты –представляют собой сросшиеся в двойниковом или параллельном положении кристаллические индивиды, образуя фигуры в виде ветвей дерева, заполняющие трещины в горных породах. Подобные образования характерны для минералов марганца (пиролюзит, псиломелан), самородных элементов (медь, серебро).

9. Псевдоморфозы– результат замещения одного минерала другим в результате растворения и выноса растворами одних химических элементов и отложения на том же месте других химических элементов, с образованием совершенно другого минерального вида, но с внешней формой первого минерала (гетит по пириту).

10. Фитоморфозы– результат замещения органического вещества на неорганическое (известковый туф).

11. Оолиты (икряные камни)–мелкие стяжения шарообразной формы, имеющие несколько миллиметров в диаметре (иногда больше), сцементированные в горную породу, с концентрически-зональным внутренним строением (гематит, кальцит, арагонит).

12. Сферолиты – мелкие стяжения шарообразной формы, имеющие несколько миллиметров в диаметре (иногда больше), с радиально-волокнистым строением. Каждое волокно сферолита соответствует вытянутым кристаллам, сходящимся в центре (сидерит, гидрогётит, доломит).

2.2.2. Физические свойства минералов

Свойства минерала полностью определяются их химическим составом и структурой, причём важная рольотводится типу химической связимежду структурными единицами. По многим физическим и химическим свойствам производится их диагностика.

А. Оптические свойства минералов

Оптические свойства относятся к числу наиболее важных диагностических признаков. На них основана методика определения минералов под микроскопом и макроскопически. Световой луч, падая на поверхность минерала, частично отражается от неё, частично преломляется или поглощается минералом. С этими свойствами в минералах связаны явления светопреломления, светоотражения, светопоглащения, цвета минералов и люминесценция.

1. Светопреломление – способность минерала изменять ход световых лучей, обусловленная различными скоростями распространения света в воздухе и в минерале. Проявляется в прозрачных и полупрозрачных минералах.

В разных направлениях минерала скорость распространения может быть разной или наоборот одинаковой. В первом случае такие минералы называются оптически анизотропными, к ним относятся минералы средней и низшей категории сингоний. Во втором случае – оптически изотропными, к ним относятся минералы кубической сингонии или аморфные минералы.

Величина отклонения светового луча в минерале является величиной безразмерной, постоянной и определяется показателем преломления (n), который рассчитывается по формуле:

n = sin α / sin β (угол падения / угол отражения).

Явление светопреломления минералов используется в микроскопах при диагностике минералов в шлифах или шлиховых минералов, в лазерах (рубин, флюорит, кальцит, исландский шпат).

2. Светоотражение – способность минерала отражать часть световых лучей (блеск).

Следует различать блеск, принадлежащий зеркально гладким поверхностям индивидов, и блеск, принадлежащий агрегатам.

В первом случае блеск определяется на гранях или плоскостях спайности минерала. Выделяют следующие основные виды блесков:

1) стеклянный(кварц),

2) алмазный(циркон, сфалерит),

3) полуметаллический (киноварь, ильменит),

4) металлический(пирит, халькопирит),

В агрегатах и на неровных поверхностях минералов различают следующие разновидности блесков (отливы) :

1) шелковистый отлив – обусловлен параллельно-волокнистыми агрегатами минерала (хризотил-асбест, селенит),

2) перламутровый отлив – характерен для минералов со слоистым строением агрегатов и весьма совершенной спайностью (мусковит, арагонит),

3) матовый блеск – наблюдается у мелкозернистых агрегатов с грубой неровной поверхностью (пиролюзит, кальцит в известняке),

4) восковой блеск – наблюдается у тонкодисперсных агрегатов минералов (глинистые минералы),

5) жирный блеск – отмечается на сколах светлоокрашенных минералов со стеклянным блеском (кварц, нефелин),

6) смолистый блеск – отмечается на сколах тёмноокрашенных минералов (гидрогётит, ильменит).

Для количественной характеристики силы отражательной способности минерала используется безразмерная величина – коэффициент отражения (R), рассчитывается по формуле:

R = Yo/Yp*100 (%),

где R – коэффициент отражения, Yo – отраженный световой поток, Yp – общий световой поток.

Самый высокий коэффициент отражения у самородных металлов:

RAg = 98 %, RAu = 86 %.

Между двумя оптическими параметрами – показателем преломления (n) и коэффициентом отражения (R) существует следующая зависимость:

n = 1,3-1,9; R = 2-10 % – стеклянный блеск;

n = 1,9-2,5; R = 10-19 % – алмазный блеск;

n = 2,5-3,0; R = 19-25 % – полуметаллический;

n > 3; R > 25 % – металлический.

 

3. Светопоглощение – способность минерала пропускать или задерживать световой луч. Зависит от химического состава, строения кристаллической решетки минерала и механических примесей в нём.

По величине показателя поглощения света все минералы делятся на:

1) прозрачные (горный хрусталь, алмаз),

2) полупрозрачные(флюорит, сфалерит),

3) непрозрачные (пирит, марказит, ильменит).

В природе часто наблюдаются постепенные переходы от прозрачных разностей к непрозрачным. Они вызываются изменением химического состава.

Как правило, среди прозрачных минералов не наблюдается полуметаллического блеска, а среди непрозрачных – алмазного.

 

4. Цвет минерала – способность минерала поглощать свет определенной длины волны, в результате чего прошедший через минерал световой поток, лишившийся ряда волн, окрашивает минерал в тот или иной цвет. Он является важнейшим диагностическим свойством и нередко определяет практическую ценность ряда минералов. Например: ювелирные камни – изумруд, сапфир, александрит.

Минералы глубинного происхождения, возникающие при высоких температурах, характеризуются тёмным цветом (чёрный – ильменит, тёмно-зелёный – роговая обманка, буро-зелёный – энстатит, зелёный – оливин и т.д.), тогда как минералы, образующиеся вблизи поверхности земли и на ней, при низких температурах, обычно светлые, прозрачные (кварц – белый, прозрачный, кальцит – молочно-белый и т.д.). Это объясняется тем, что в конце минералообразующих процессов накапливаются ионы, лишённые сильной поляризации и поэтому дающие бесцветные соединения.

Причина окраски минералов:

1) природа образующих минерал атомов и ионов;

2) их координация;

3) поляризационные свойства химических элементов;

4) тип структуры.

В.И.Севергин в 1824 г. выделил три типа окраски минералов: 1) собственная, 2) зависящая от примесей, 3) случайная, которые А.Е.Ферсман в 1936 г. назвал соответственно идиохроматической, аллохроматической и псевдохроматической окрасками.

Идиохроматическая (идиос – свой собственный, хромос – цвет, греч.) окраска, обусловленная вхождением в минерал элементов-хромофоров(красителей), которыми могут быть основные ионы металлов, или группа ионов, а также изоморфные примеси (Ti, V, Cr, Fe2+, Fe3+, Co, Ni, Cu и в меньшей степени Nb, U, Th). Например: Cr3+ - изумрудно-зеленая окраска уваровита, Fe2+ - зелёная окраска оливина, Fe3+ - бурая, красная окраска гидрогётита и гематита.

Аллохроматическая (аллос – чужой, посторонний, греч.) окраска, не свойственная самому минералу, зависит от вхождения в него механических примесей. Она изменчива и непостоянна. Например: авантюрин – буровато-красный кварц с проблесками золотистого цвета из-за включений железной слюдки (разность гематита) или серицита, празем – зеленоватый кварц с включениями иголочек актинолита или хлорита.

Псевдохроматическая(псевдо – ложный, греч.) окраска, не свойственная самому минералу, зависящая от:

а) дефектов кристаллической решетки или присутствия в минерале разноориентированных кристаллов плагиоколазов различной основности. Такое явление называется ирризация – яркий световой отлив на плоскостях спайности или гранях и наблюдается у лабрадора, олигоклаза (лунного камня);

б) образования пленки выветривания на поверхности минерала, которая придаёт минералу пёструю игру цветов. Такое явление называется побежалостью. Наблюдается у халькопирита, ильменита, вольфрамита.

5. Цвет черты – цвет минерала в порошке. Представляет собой след, оставленный минералом на фарфоровой пластинке. По сравнения с окраской минерала цвет черты является более постоянным свойством и используется для диагностики непрозрачных (рудных) и полупрозрачных минералов. Минералы с твердостью больше 7 не дают черты (твердость фарфоровой пластинки – 7). Цвет черты является характерным признаком для оксидов и сульфидов.

6. Люминесценция –оптическое излучение минерала, вызванное воздействием на минерал определённых внешних факторов (облучение, нагревание, трение, разламывание и пр.). В результате влияния этих факторов минерал приобретает новое возбужденное состояние, результатом которого является свечение минерала в видимом спектре.

По современным представлениям сущность люминесценции заключается в том, что приведённые в возбуждённое состояние электроны атомов, находясь в нестабильном состоянии, стараются перейти на более низкие электронные орбиты, т.е. вернуться в первоначальное состояние и при этом излучают часть поглощённой энергии в виде светового пучка.

Переход из возбуждённого в первоначальное состояние, сопровождаемое свечением, может осуществляться в момент воздействия внешнего возбудителя (флюоресценция – флюорит, алмаз, циркон) или в течение некоторого времени после произведённого возбуждения (фосфоресценция– фосфор).

Люминесценция, вызываемая нагреванием, получила название термолюминесценция, а облучение различными лучами – рентгенолюминесцения, катодолюминесценция, фотолюминесценция (при облучении ультрафиолетовыми лучами). Излучение, обусловленное трением и разламыванием, называют триболюминесценция(трибо – трение, греч.). Последнее явление сильно выражено у светлых разностей сфалерита.

Люминесценция зависит от присутствия в минерале элементов-люминофоров – Mn, Cr, Cd, S, Cu, Th, U. Химические элементы, препятствующие проявлению люминесценции, называются гасителями люминесценции. К ним относятся Mn+2, Fe+2, Fe+3.

 

Б. Механические свойства минералов

Механические диагностические свойства минералов являются внешним проявлением прочности химической связи между составляющими минерал структурными единицами.

1. Твёрдость – способность минерала сопротивляться внешнему механическому воздействию. На твёрдость влияют межатомные расстояния (твёрдость увеличивается с уменьшением межатомных расстояний), строение кристаллической решетки (самая маленькая твердость у слоистых силикатов, самая большая у каркасных силикатов и оксидов), валентность (твёрдость повышается с увеличением валентности катионов и анионов), координационное число (твёрдость повышается с увеличением координационного числа, например: КЧ углерода в алмазе – 4, в графите – 3) и тип химической связи (самая высокая твёрдость у минералов с ковалентным типом связи – алмаз, самая низкая твёрдость - у минералов с молекулярным и ионным типом связи – графит, галит).

Для определения твёрдости в минералогии используют шкалу относительной твёрдости и абсолютную твердость:

1) абсолютная – определяется с помощью твердометра – алмазная квадратная пирамидки, при определённой нагрузке давит на грань минерала и в полученном отпечатке (реплике) замеряется одна из сторон фигуры. Абсолютная твёрдость измеряется в кг/мм2 и рассчитывается по формуле: H = 1854хP/d2, где Р – вес, давящий на алмазную пирамидку (кг), d – длина одной из сторон отпечатка (мм). Самая высокая твердость у алмаза – 10 060 кг/мм2;

2) относительная– определяется относительно предметов, путем царапания по грани или по плоскости спайности минерала. Относительная твёрдость минералов измеряется от 1 до 10:

-шкала Мооса: тальк – 1, гипс – 2, кальцит – 3. флюорит – 4, апатит – 5, ортоклаз – 6, кварц – 7, топаз – 8, корунд – 9, алмаз – 10;

-металлические иголочки: Al – 2-2,5; Cu – 3-3,5; латунь – 4-4,5; Fe – 5-5,5; сталь – 6-6,5.

По М.М.Хрущёву, номер эталона шкалы Мооса приблизительно пропорционален кубическому корню, вычисленному из числа твёрдости, определённому методом алмазной пирамидки.

Твердость всегда определяется на гранях кристаллов. В агрегатах твердость будет ниже.

Различают пассивную и активную твёрдость минералов. Пассивнаятвёрдостьпроявляется в том, что осколок минерала не может поцарапать грань или плоскость спайности такого же минерала, например: тальк, апатит, топаз, корунд. Активная твёрдость проявляется в том, что осколок минерала может поцарапать грань или плоскость спайности такого же минерала, например: гипс, галит, флюорит, ортоклаз, кварц.

2. Спайность – способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям, с образованием плоской зеркальной поверхности. Спайность минералов зависитот строения кристаллической решетки и типа химической связи. Различные минералы имеют спайность различной степени совершенства. Выделяют следующие типы спайности минералов:

1) весьма совершенная спайность – минерал способен делиться на тончайшие листочки, очень трудно получить неровный излом (слюды, графит);

2) совершенная спайность – раскалывание минерала происходит преимущественно по спайности и проявляется как зеркальные, ровные поверхности на сколе; трудно получить неровный излом (кальцит, плагиоклазы). Не путать с гранями кристалла;

3) ясная (средняя) спайность – на кусках минерала обнаруживается с трудом, наряду с ровными поверхностями скола возникают и неровные; поверхности скола чаще всего раковистая (ортоклаз);

4) несовершенная спайность – отсутствие спайности; сколы у минералов исключительно неровные, зернистые, раковистые (кварц, нефелин).

В различных минералах, имеющих совершенную спайность, плоскости спайности могут проходить в нескольких кристаллографических направлениях. Например: флюорит, алмаз – по октаэдру; кальцит – по ромбоэдру; галенит – по кубу.

Правило Браве – спайность проходит параллельно плоским сеткам кристаллической решётки с максимальной ретикулярной плотностью.

3. Излом – способность минерала при раскалывании давать ровные или неровные поверхности, проходящие не по спайности.

Различают следующие виды излома:

1) неровный, зернистый, характеризуется неровной поверхностью излома без блестящих спайных участков (апатит);

2) ступенчатый наблюдается у минералов с совершенной спайностью в 3 направлениях, образуются ровные сколы в 2-3 направлениях (галенит);

3) занозистый по своему виду напоминает излом древесины поперёк волокон. Обладают минералы с игольчатым строением (роговая обманка, актинолит, тремолит);

4) раковистый по форме поверхности напоминает раковину и наблюдается у минералов с аморфным строением или с плотной кристаллической решеткой, не обладающих какой-либо степенью спайности (кварц, обсидиан, халцедон, агат).

4. Штриховатость –на гранях кристалла образуются борозды, штрихи, полоски параллельные или наклонные определённым кристаллографическим направлениям кристалла. По своему происхождению штриховатость может быть комбинационной, обусловленной многократным повторением наросших вицинальных граней (алмаз, турмалин), и двойниковой, являющейся результатом сложения минеральных индивидов при образовании полисинтетических двойников (сфалерит, халькопирит, плагиоклазы).Для ряда минералов штриховатость является важным диагностическим свойством (кварц, корунд, пирит и др.) (рис. 8).

Корунд Турмалин Пирит Кварц

 

Рис. 8. Виды штриховки на гранях кристаллов минералов

 

5. Хрупкость и ковкость. С твёрдостью минералов связаны также два других свойства – хрупкость и ковкость. Хрупкость– свойство минерала крошиться при царапании остриём ножа по его поверхности. На поверхности минерала остаётся след с порошком по краям (блёклые руды). Ковкость – свойствоминерала оставлять гладкий блестящий след при царапании остриём ножа по его поверхности. Ковкие минералы при ударе по ним молотком расплющиваются в тонкие пластинки или могут быть вытянуты в очень тонкие нити (халькозин, золото, медь). Хрупкость минерала может также определяться твердометром и устанавливается по появлению трещин в исследуемом минерале под нагрузкой. Нагрузка, при которой появляется первая трещина, носит название «числа хрупкости» и измеряется в граммах.

Различают следующие группы минералов по хрупкости (по С.Д.Дмитриеву):

1) весьма хрупкий (при всех нагрузках, например: пирит, гипс);

2) хрупкий (нагрузка 20 г и более, например: пентландит, тетраэдрит);

3) слабо пластичный (нагрузка 50 г и более, например: кварц, пирротин);

4) пластичный (нагрузка 100 г и более, например: магнетит);

5) весьма пластичный (при нагрузке 200 г трещины не образуются, например: галенит, медь).

6. Гибкость и упругость

Гибкость– это свойство некоторых минералов изгибаться при механическом воздействии без хрупкой деформации. Гибкость наиболее выражена у минералов листоватого или волокнистого строения, например: биотит, мусковит, группа хлоритов, тальк, хризотил-асбест.

Упругость– это свойство некоторых минералов деформироваться под влиянием определённых усилий и возвращаться в первоначальное, недеформированное состояние после удаления этих усилий. Примером могут послужить минералы группы слюд – флогопит, мусковит, лепидомелан.


<== предыдущая страница | следующая страница ==>
А. Тетрагональная сингония | В. Плотность минералов

Дата добавления: 2014-09-10; просмотров: 1241; Нарушение авторских прав


lektsiopedia.org - Лекциопедия - 2013 год. | Страница сгенерирована за: 0.018 сек.