методичка

Пирит (кубическая):

Магнетит Галит Флюорит

Пирит: кубический кристалл

(кубическая):

пентагондодекаэдр

октаэдр

с характерной штриховкой на гранях

								Кальцит (тригональная):
Гранат (кубическая):					Апатит Кварц (гексагональная):			комбинация дитригонального
	Берилл (гексагональная):								скаленоэдра
						длиннопризматические
ромбододекаэдр	комбинация								и ромбоэдра
							кристаллы
	призмы и пинакоида

Молибденит (гексагональная):

Доломит (тригональная):

комбинация гексагон-й.призмы,

комбинация

дипирамиды и пинакоида

ромбоэдра с пинакоидом

Оливин (ромбическая): плоскопризматический

кристалл

Барит (ромбическая): таблитчатый и призматический кристаллы барита

Микроклин (триклинная): кристалл призматического облика

Гипс (моноклинная): плоскопризматический и пластинчатый кристаллы; двойники “ласточкин хвост” : а) гальский двойник; б) парижский двойник

Рис.1 Формы кристаллов различных сингоний наиболее распространенных

минералов

11

устанавливающие связь между химическим строением и симметрией кристаллов. Оказалось, что с упрощением химического состава минерала повышается симметрия его кристаллов. Аналогичные наблюдения сделал немецкий кристаллограф – П. Грот. Закон, связывающий химический состав и симметрию, закон Федорова - Грота гласит: Простому химическому составу

вещества соответствует высокая симметрия его кристаллов. Чем сложнее состав и тем обычно ниже симметрия. В самом деле, химические элементы в виде самородных минералов кристаллизуются в кубической сингонии – золото,

платина, серебро, медь, алмаз. Такие простые соединения, как пирит, галенит,

сфалерит также имеют кубическую сингонию. Минералы сложного химического строения, такие, как силикаты (роговая обманка, авгит, слюды,

полевые шпаты) кристаллизуются в сингониях низшей категории.

Исключением является сера – кристаллизуется в низшей категории моноклинной и ромбической сингониях, хотя и состоит из одного химического элемента, т.е. имеет простой химический состав.

И зо м о р ф и зм и п о ли м о р ф и зм . Существует явление, когда вещество с одним и тем же химическим составом образует несколько структурных разновидностей. Примером может служить кремнезем (SiО2),

который при обычной температуре представлен кварцем. С повышением температуры до 1470 – 1723° С, это – кристобалит, минерал, образующийся в вулканических лавах. В диапазоне температур 840–1470° С кремнезем кристаллизуется уже в виде тридимита. Такие разновидности называются полиморфными модификациями, а сам процесс преобразования кристаллической структуры вещества без изменения его химического состава – полиморфизмом. Лучше известны две полиморфные модификации углерода – алмаз и графит. Явление, обратное полиморфизму, когда вещества разного химического состава обладают одинаковой кристаллической структурой,

называется изоморфизмом. Сущность его заключается в способности взаимного замещения ионов, размеры которых практически идентичны. В качестве примера можно привести замещение одним ионом хрома иона алюминия в корунде или берилле. Присутствие хрома в кристаллической структуре

12

минерала дает в первом случае красную разновидность корунда рубин, во втором – зеленую разновидность берилла изумруд. Различают несколько видов изоморфизма, среди которых наиболее распространенные — изовалентный

(происходит замещение ионов с одинаковой валентностью) и гетеровалентный

(замещаются ионы разной валентности). Обобщая многочисленные наблюдения, В. И. Вернадский вывел 21 ряд изоморфных химических элементов для разных геологических условий, исходя из которых по характеру изоморфных примесей можно судить об условиях образования минерала.

М о р ф о ло г и я и н д и ви д о в . Размеры кристаллов минералов варьируют в очень широких пределах – от гигантов весом в 5 т (масса хорошо образованного кристалла кварца из Бразилии) до столь мелких, что их грани можно различить только под электронным микроскопом. Облик, т.е. общая форма кристалла даже одного и того же минерала в разных образцах может отличаться; например, кристаллы кварца бывают почти изометричными,

игольчатыми или уплощенными. А. Г. Бетехтин выделяет три типа формы кристаллов: 1. изометрическая, т.е. одинаково развитая во всех трех направлениях в пространстве (ромбододекаэдры граната, октаэдры магнетита,

кубы пирита и др.); 2. форма, вытянутая в одном направлении, т.е.

призматическая, столбчатая, шестоватая, игольчатая (кристаллы аквамарина,

турмалина, актинолита); 3. форма, вытянутая в двух направлениях, при сохранении третьего короткого. Сюда следует отнести таблитчатые,

пластинчатые, листоватые и чешуйчатые кристаллы (пластинчатые кристаллы гематита, слюд и т.д.). Для ряда минералов форма кристаллов настолько характерна, что она является важнейшим диагностическим признаком.

Например, призматические кристаллы кварца, усеченные гранями ромбоэдра и трапецоэдра, всегда легко узнаются независимо от того, в какой цвет они окрашены. Типичны также кубические и пентагон-додекаэдрические кристаллы граната и пирита. Характерные черты форм кристаллов нашли свое отражение в самих названиях ряда минералов. Примеры: актинолит (лучистый камень),

гранат (зерно), лепидолит (чешуя), хризотил (золотистое волокно), аксинит

(топор).

13

М о р ф о ло г и я а г р е г а то в . Однако минералы, представленные отдельными хорошо ограненными кристаллами, редки. Гораздо чаще они встречаются в виде неправильных зерен или кристаллических агрегатов.

Условия отложения и направление поступления растворов определяют образование агрегатов кристаллов с четкими формами, названия которых описывает их морфологию. Друзы, щетки представляют собой сростки хорошо образованных кристаллов, наросших на общее основание и имеющих покрытые гранями поверхности кристаллов лишь с одного конца, обращенного в сторону свободного прстранства. Друзы выстилают стенки жеод, нарастают на стенках открытых трещин, встречаются в пустотах рудных месторождений и кварцевых жил (фото на обложке). Характерны для кварца, кальцита, целестина, барита и многих других минералов. Особый тип агрегатов – дендриты – ветвистые срастания, образующие миниатюрные древовидные формы. Наблюдаются у самородной меди и темноокрашенных оксидов марганца по трещинам вмещающих пород и др. минералов. Термин этот давнего происхождения,

А. Вернер упоминал "дендритные формы" минералов еще в 1774 г.. Дендриты возникают при ускоренной или стесненной кристаллизации в неравновесных условиях. Наряду с кристаллическими дендритами известны дендриты сферокристаллические, образованные ветвящимися диссимметричными сферокристаллическими сферолитами. В качестве примера кристаллодендритов можно привести ледяные узоры на оконном стекле, живописные окислы марганца в тонких трещинах, самородную медь в зонах окосления рудных месторождений, дендриты самородных серебра и золота, решетчатые дендриты самородного висмута и ряда сульфидов. Секреции образуются в результате заполнения пустот кристаллическим или коллоидным веществом. Мелкие секреции называются миндалинами, крупные – жеодами. Характерная особенность многих секреций – последовательное концентрически послойное отложение минерального вещества по направлению от стенок полости к центру.

Отдельные слои нередко отличаются друг от друга по цвету или составу.

Мелкие пустоты обычно полностью заполнены минеральным веществом.

Иногда центральная часть выполнена радиально-волокнистыми агрегатами

14

какого-либо минерала (например, цеолитами). В центре крупных пустот нередко наблюдается полость, стенки которой покрыты друзами кристаллов или натёчными образованиями. Мелкие секреции (до 10 мм в поперечнике)

называются миндалинами, крупные – жеодами.

Конкреции представляют собой шаровидные или не совсем правильной формы сферические стяжения и желваки, возникающие в рыхлых осадочных породах за счет диффузионной концентрации рассеянных компонентов вмещающей среды, также метасоматоза, или раскристаллизации коллоидных сгустков. Рост минеральных зёрен происходит во всех направлениях от одного или многочисленных центров. Наиболее часто в виде конкреций встречаются фосфорит, пирит, марказит, барит, сидерит и др. Оолиты по способу своего образования во многом аналогичны конкрециям. Это сферические образования,

но малых размеров (от десятых долей миллиметра до 5-10 мм) возникающие в движущихся водных средах вокруг взвешенных тел (песчинок, обломков раковинок фораминифер, пузырьков газа). Натечные могут образовываться из коллоидных растворов (так называемые колломорфные агрегаты, имеющие гладкую округлую поверхность, построены из волокон, которые радиально отходят от общего центра). Крупные округлые массы имеют сосцевидную форму (малахит), а более мелкие – почковидную (гематит). Сталактиты – натечно-капельные образования, свисающие в форме сосулек, трубок, конусов или «занавесок» в карстовых пещерах. Они возникают в результате испарения минерализованных вод, просачивающихся по трещинам известняка, и часто сложены кальцитом или арагонитом. Зернистая форма агрегатов – широкий

15

термин для обозначения скоплений более или менее одинаковых по размерам зерен. Этот тип агрегатов пользуется наибольшим распространением в земной коре. Примерами могут служить полнокристаллические изверженные породы,

многие сульфидные и другие руды. Зерна могут быть изометрическими,

листоватыми, чешуйчатыми, шестоватыми и волокнистыми. Чешуйчатые агрегаты, состоящие из мелких пластинчатых кристаллов, характерны для слюды и барита. Волокнистые агрегаты, состоящие из плотно уложенных параллельных волокон, типичны для хризотила и амфибол-асбеста.

Ф и з и ч е с к и е с во й с тв а м и н е р а ло в . Из физических свойств, которые имеют большое значение в диагностике минералов, на первом месте находятся оптические (цвет минерала и его черты, блеск) и механические (твердость,

спайность) признаки. Оп ти ч е с к и е с во й с т ва . Б ле с к . Световой поток,

падающий на минерал отбрасывается назад, этот отраженный свет создает впечатление блеска минералов и зависит в основном от показателя преломления и величины отражательной способности. Различают минералы с

металлическим и неметаллическим блеском (иногда выделяют еще металловидный блеск – гематит и др.). Металлический блеск имеют те минералы (независимо от их окраски), которые дают черную черту на неглазурованной фарфоровой пластинке. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих любую цветную или белую черту. Исключением являются только самородные элементы (золото, серебро, медь) и некоторые сульфиды (халькопирит), которые дают цветную черту, хотя относятся к минералам с металлическим блеском. Блеск также зависит от характера отражающих поверхностей: для пластинчатых индивидов – перламутровый, для параллельно-волокнистых агрегатов – шелковистый, для землистых масс – матовый. Среди неметаллических блесков обычно различают: алмазный – алмаз, киноварь, касситерит, рутил, циркон; стеклянный – кварц, флюорит,

корунд, шпинель, сфалерит, дистен, гранаты, многие сульфаты и карбонаты;

восковый – кремень, халцедон, галлуазит гарниерит; жирный – нефелин,

шеелит, сера (в изломе); шелковистый – хризотил-асбест, гипс-селенит,

16

волокнистый малахит, серицит; перламутровый – пластинчатый гипс;

смолистый – уранинит, ортит. Ц ве т м и н е р а ло в . Окраска минералов, одно из важнейших физических свойств минералов, отражающее характер взаимодействия электромагнитного излучения видимого диапазона с электронами атомов, молекул и ионов, входящих в состав кристаллов, а также с электронной системой кристалла в целом. В минералогии окраска – один из главных диагностических признаков природных соединений, имеющий большое значение для определения минералов. Цвет драгоценных и поделочных камней является одной из основных качественных (ювелирных) их характеристик. Различают цвет минералов в кристаллах и штуфах, в

прозрачных шлифах (под микроскопом), в полированных аншлифах (в

отражённом свете), и так называемый цвет черты (тонкого порошка минерала).

Выделяются три основные группы цветных минералов, три типа окрасок.

Идиохроматическая (собственная) окраска минералов обусловлена особенностями входящих в их состав химических элементов (видообразующих или примесных, играющих роль хромофоров), характером электронной структуры кристаллов, а также наличием дефектов в кристаллах, межузельных атомов и т.п.. Аллохроматическая окраска вызвана механическими примесями, чаще всего включениями окрашенных минералов, иногда – пузырьков жидкостей, газов и т.п. Так, оранжево-красный цвет сердолика обусловлен включениями гидроокислов железа, зелёный цвет празема

(разновидности кварца) связан с включениями иголочек актинолита или хлорита. Псевдохроматическая окраска обусловлена процессами дифракции и интерференции света, а также рассеяния, преломления, полного внутреннего отражения падающего белого света, связанными с особенностями строения минеральных образований (закономерное чередование фаз различного состава в иризирующих лабрадорах и перистеритах, солнечном и лунном камнях;

глобулярное строение опалов и т.п.) или состоянием поверхностного слоя кристаллов (различного рода побежалости – радужные плёнки на борните,

халькопирите, пирите, ковеллине и др.). Часто оказывается, что одинаковые визуально минералы имеют разную черту. Это различие используется в ряде

17

случаев как важный прием в макроскопической диагностике минералов. При описании цвета минерала обычно прибегают к сравнительной оценке,

сопоставляя его с цветом каких-либо широко известных предметов или веществ

(индигово-синий, яблочно-зелёный, лимонно-жёлтый, кроваво-красный и т.п.)

или минеральных «цветовых эталонов» (киноварно-красный, изумрудно-

зелёный и др.). Эталонами для характеристики цвета рудных минералов служат цвета металлов или сплавов — оловянно-белый (арсенопирит), стально-серый

(молибденит), латунно-жёлтый (халькопирит), медно-красный (самородная медь) и т.д. М е х а н и ч е с к и е с во й с тва . С п а й но с ть . Характерным свойством минералов является их поведение при раскалывании. Например,

кварц и турмалин, поверхность излома которых напоминает скол стекла, имеют раковистый излом. У других минералов излом может быть описан как шероховатый, неровный или занозистый. Для многих минералов характеристикой служит не излом, а спайность. Это означает, что они раскалываются по гладким плоскостям, непосредственно связанным с их кристаллической структурой. Силы связи между плоскостями кристаллической решетки могут быть различными в зависимости от кристаллографического направления. Если в каких-то направлениях они гораздо больше, чем в других,

то минерал будет раскалываться поперек самой слабой связи. Спайность выявляют, прослеживая регулярные системы трещин в прозрачных минералах,

таких, как флюорит или кальцит, либо ровные отражающие плоскости,

образующиеся при раскалывании кристаллов полевых шпатов, пироксенов и слюд. Так как спайность всегда параллельна атомным плоскостям, она может быть обозначена с указанием кристаллографических направлений. Например,

галит (NaCl) имеет спайность по кубу, т.е. три взаимоперпендикулярных направления возможного раскола. В зависимости от легкости, с которой минералы раскалываются по определенным плоскостям, спайность обозначается следующими терминами: спайность совершенная: крайний случай раскалывания, когда его даже трудно предотвратить – спайность у слюды или молибденита; совершенная: раскалывание происходит легко,

например у флюорита, кальцит, барита; средняя: у пироксенов, амфиболов;

18

несовершенная: отмечается у апатита. Другие виды спайности относятся к трудноразличимым. Т в е р д о с т ь . Твердость – это сопротивление, которое минерал оказывает при царапании. Твердость зависит от кристаллической структуры: чем прочнее связаны между собой атомы в структуре минерала, тем труднее его поцарапать. В начале 19 в. австрийский минералог Ф. Моос расположил 10 минералов в порядке возрастания их твердости. Каждый минерал оставляет царапину на тех минералах, которые имеют меньший номер в этой шкале, но не производят такого воздействия на минералы с большим номером. Эталонами послужили следующие минералы: тальк, гипс, кальцит,

флюорит, апатит, ортоклаз, кварц, топаз, корунд, алмаз. Интервалы твердости в его шкале неравноценны и существует метод определения твердости методом вдавливания в поверхность пирамидального алмазного наконечника и последующего измерения поперечника образовавшейся вмятины. Если результаты определения твердости входящих в шкалу Мооса минералов,

полученные методом микровдавливания (при помощи прибора склерометра),

которая выражается в кг/мм2, сопоставить с числами, которые им присвоил Моос, то будет видно, что интервалы увеличиваются закономерно, за исключением чрезвычайно большого интервала между корундом и алмазом.

Каждый стандартный минерал шкалы Мооса вплоть до корунда в 1,6 раза тверже предыдущего, исключение составляет алмаз, который по твердости значительно превышает все остальные стандартные минералы. Чтобы определить твердость минерала, необходимо выявить самый твердый минерал,

который он может поцарапать. Твердость исследуемого минерала будет больше твердости, поцарапанного им минерала, но меньше твердости следующего по шкале Мооса минерала. Силы связи могут меняться в зависимости от кристаллографического направления, а поскольку твердость является грубой оценкой этих сил, она может различаться в разных направлениях. У кианита твердость 5 в направлении, параллельном длине кристалла, и 7 – в поперечном направлении. У алмаза разница в твердости на различных гранях значительна,

что позволяет осуществлять его огранку посредством шлифовки алмазным порошком.

19

П л о т н о с т ь . Масса атомов химических элементов меняется от водорода

(самый легкий) до урана (самый тяжелый). При прочих равных условиях масса вещества, состоящего из тяжелых атомов, больше, чем у вещества,

состоящего из легких атомов. Например, два карбоната – арагонит и церуссит

– имеют сходную внутреннюю структуру, но в состав арагонита входят легкие атомы кальция, а в состав церуссита – тяжелые атомы свинца. В результате масса церуссита превышает массу арагонита того же объема. Масса единицы объема минерала зависит также от плотности упаковки атомов. Кальцит, как и арагонит, представляет собой карбонат кальция, но в кальците атомы упакованы менее плотно, потому он имеет меньшую массу единицы объема,

чем арагонит. Таким образом, относительная масса, или плотность, зависит от химического состава и внутренней структуры. Плотность – это отношение массы вещества к массе того же объема воды при 4 С. Так, если масса минерала составляет 4 г, а масса того же объема воды – 1 г, то плотность минерала равна 4. В минералогии принято выражать плотность в г/см3.

Плотность – важный диагностический признак минералов, оценить его можно плавно приподнимая и опуская образец минерала в руке. Для количественного измерения плотности существует большое количество специальных типов весов – пружинные весы Джолли, безмен Уокера, торзионные весы.

С во й с т ва ,	с в я за н н ы е с во зб уж д е н и е м эн е р г и и к р и с та л ла .
М а г н и тн ы е	с вой с тв а м и н е р а ло в . Магнитные свойства связаны с

электронами атомов или ионов. Исходя из принципов квантовой механики,

движение электрона по замкнутой орбите вокруг ядра можно рассматривать как круговой электрический ток, который возбуждает вокруг себя магнитное поле.

Когда кристалл помещается во внешнем неоднородном магнитном поле, в нем возникают силы, стремящиеся выровнять магнитные поля атомов, что приводит к возникновению магнитного момента у кристалла. Диамагнитные и парамагнитные вещества при отсутствии внешнего поля не сохраняют никакого магнитного момента. Ферромагнитные вещества обладают магнитным моментом даже при отсутствии окружающего поля. Ферримагнетизм

20