методичка

наблюдается у известного минерала магнетита. Способность магнетита притягивать и намагничивать железо была известна с древнейших времен.

Существует легенда, что это свойство обнаружил пастух Магнес, когда железный наконечник его посоха притянуло к скале. Магнитный железняк сыграл большую практическую роль в развитии навигации, использовался с

1200 г. как индикатор направления и намагничивания стрелок компаса.

Л ю м и н е с ц е н ц и я . Некоторые минералы при воздействии на них ультрафиолетовых, катодных или рентгеновых лучей могут излучать свет

(«холодное свечение»). Это излучение носит название люминесценции.

Минералы люминесцируют также при растрескивании, расщеплении

(триболюминесценция), нагревании (термолюминесценция). По длительности свечения различают: флюоресценцию (хорошо проявляется у флюорита) —

свечение, прекращающееся после прекращения действия возбудителя, и фосфо-

ресценцию — свечение, продолжающееся некоторое время после прекращения возбуждения. Один и тот же минерал может люминесцировать разными цветами и обнаруживать люминесценцию разного рода. Особенно интенсивную люминесценцию минералов можно видеть в ультрафиолетовых лучах. Флюорит в них светится фиолетовым цветом, отунит – зеленым, шеелит

– голубым, корунд – малиново-красным, кальцит – оранжево-желтым и т. д.

Люминесценция минералов имеет большое практическое значение для поисковых работ. Облучение забоев, образцов пород и руд, шлихов помогает установить присутствие в них алмаза, урановых минералов, шеелита, циркона и других полезных ископаемых. Кроме того, в настоящее время флуоресценция искусственных кристаллов представляет собой важный способ обнаружения и измерения ионизирующей радиации. Р а д и о а к ти вн о с ть . Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого с излучением элементарных частиц. Радиоактивностью обладают минералы, содержащие радиоактивные элементы, в первую очередь уран, радий и торий, калий-40, легко обнаруживаемую даже бытовыми радиометрами, которая может служить важным диагностическим признаком.

По радиоактивности (радиологическим свойствам) породообразующие

21

минералы подразделяют на четыре группы. Наибольшей радиоактивностью отличаются минералы урана (первичные - уранит, настуран, вторичные -

карбонаты, фосфаты, сульфаты уранила и др.), тория (торианит, торит, монацит и др.). Высокой радиоактивностью характеризуются широко распространенные минералы, содержащие калий-40 (полевые шпаты, калийные соли). Средней радиоактивностью отличаются такие минералы, как магнетит, лимонит,

сульфиды и др. Низкой радиоактивностью обладают кварц, кальцит, гипс,

каменная соль и др. По этой классификации радиоактивность соседних групп возрастает примерно на порядок.

Из прочих свойств минералов можно отметить р а с т во р и м о с ть в во д е , в к и с ло та х , з а п а х , г о рю ч е с т ь , вк ус , которые помогают определить минерал или проверить сделанное определение.

Лабораторная работа № 1. Изучение морфологических особенностей

минералов

Цель лабораторной работы: Познакомиться с формами кристаллов

минералов и минеральных агрегатов.

Необходимые материалы: коллекция природных кристаллов и различных

форм агрегатов минералов.

Порядок выполнения работы:

1.Дать определение облика (габитуса) кристалла и перечислить главные его виды.

2.Определить габитус пяти-шести природных кристаллов-индивидов из коллекции.

3.Результаты оформить в виде таблицы:

			Таблица 1
№ п/п	Название минерала	Габитус	Сингония

22

4.Найти в представленной коллекции двойники, друзы, щетки, жеоды,

конкреции, натечные формы, зернисто-кристаллические,

скрытокристаллические, землистые агрегаты, псевдоморфозы.

5.Результаты оформить в виде таблицы:

		Таблица 2
Наименование	Описание агрегата	Рисунок
формы

1.	О.П.Фисуненко, Б.В.Пичугин	4 – 7
2.	В.П.Бондарев	25 – 43
3.	В.В.Добровольский	24 – 29, 34

Лабораторная работа № 2: Диагностика образцов минеральных видов по физическим свойствам

Цель лабораторной работы: Научиться определять физические свойства

минералы.

Необходимые материалы: раздаточный набор минералов, лупы, шкала твердости Мооса, кусочки стекла, неглазированные фарфоровые пластинки («бисквиты»), 10% раствор соляной кислоты, компас, таблицы для определения минералов.

Порядок выполнения работы:

1.На образцах раздаточной коллекции определить: блеск, цвет, цвет черты, твердость, морфологические признаки, а также дополнительные: магнитность, вкус, взаимодействие с кислотой. В

таблицу записать результаты определения в условных цифрах, по определителю (в учебнике) установить название минерала.

						Таблица 3
блеск	твердость	окраска	цвет	форма	дополнительные	название
			черты	агрегата	признаки	минерала

1. О.П.Фисуненко, Б.В.Пичугин

стр. 8 – 15

23

2.	В.П.Бондарев	79 – 92
3.	В.В.Добровольский	35 – 41

Тема 2.

Классификация минералов

Фундаментальной единицей в минералогической классификации является минеральный вид – встречающееся в природе однородное тело неорганического происхождения с выдержанным либо варьирующим в определенном диапазоне химическим составом, с характерными физическими свойствами и обычно кристаллической структурой. Минералы разделяются на группы в соответствии с их химическим составом, структурными или другими общими физическими свойствами. Все минеральные вещества обладают свойством варьировать по химическому составу. Прежде всего,

минералы объединяются в составе химических классов. Следующий ранг составляют химические типы, обычно выделяемые на основе молярных соотношений катионов и анионов. Минералы, содержащие один и тот же неметалл (анион или анионную группу), имеют сходные свойства и похожи между собой гораздо больше, чем минералы с общим металлом. К тому же минералы с общим анионом встречаются в одинаковой геологической обстановке и имеют близкое происхождение. В современной систематике минералы объединяются в классы по признаку общего аниона или анионной группы. Единственное исключение составляют самородные элементы,

которые встречаются в природе сами по себе, не образуя соединений с другими элементами. Химические классы подразделяются на подклассы (по химизму и структурному мотиву), которые, в свою очередь, разбиваются на семейства и группы (по структурному типу). Отдельные минеральные виды,

входящие в состав группы, могут образовывать ряды, а один минеральный вид может иметь несколько разновидностей. К настоящему времени около

4000 минералов признаны самостоятельными минеральными видами.

I. тип Самородные элементы и интерметаллические соединения

24

II.тип Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения

1. класс Сульфиды и им подобные соединения

2. класс Сульфосоли

III.тип Галоидные соединения (Галогениды)

1. класс Фториды

2. класс Хлориды, бромиды и йодиды

IV. тип Окислы (оксиды)

1. класс Простые и сложные окислы

2. класс Гидроокислы или окислы, содержащие гидроксил

V. тип Кислородные соли (оксисоли)

1. класс Нитраты

2. класс Карбонаты

3. класс Сульфаты

4. класс Хроматы

5. Класс Вольфраматы и молибдаты

6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты

7. Класс Бораты

8. Класс Силикаты

С а м о р о д н ы е э ле м е н ты . В самородном состоянии в природе известно около

40 химических элементов, но большинство из них встречается очень редко.

Нахождение элементов в самородном виде связано со строением их атомов,

имеющих устойчивые электронные оболочки. Химически инертные в природных условиях элементы называются благородными; самородное состояние для них является наиболее характерным. К ним относятся золото,

серебро, платина и элементы группы платины: осмий иридий рутений родий палладий. В самородном состоянии встречаются углерод (графит и алмаз),

сера, медь. Реже встречаются так называемые полуметаллы: мышьяк, сурьма,

висмут. Такие металлы, как железо, свинец, олово, ртуть встречаются как самородные крайне редко.

С ул ь ф и д ы . Главнейшие элементы, образующие сульфиды - Fe, Cu, Co, Mo, Ni, Ge, As, Sb. Кристаллическая структура сульфидов обусловлена плотнейшей кубической и гексагональной упаковкой ионов серы, между которыми

25

располагаются ионы металлов. Особенностями связи в сульфидах

(металлическая) объясняется их металлический блеск, ковкость,

электропроводность и полупроводниковые свойства, магнитность. Всего к типу сульфидов в настоящее время относят около 260 видов. Широко распространены и встречаются в больших количествах около 20 из них. По массе они составляют не более 0,15 % веса земной коры, причем на долю только двух минералов, пирита и пирротина, приходится около 3/4 этой массы.

Происхождение преимущественно гидротермальное. Некоторые сульфиды образуются и при экзогенных процессах в условиях восстановительной среды.

Являются рудами многих металлов Cu, Ag, Hg, Zn, Pb, Sb, Co, Ni и др. К классу сульфидов относятся близкие к ним по свойствам антимониды, арсениды,

селениды и теллуриды. Для знакомства с минеральными видами, относящимися к классу карбонатов, пользуясь учебниками необходимо самостоятельно составить описание следующих представителей: пирита, халькопирита,

галенита, сфалерита, киновари, арсенопирита, пентландита, пирротина,

молибденита.

О к и с лы . Тип окислов объединяет минералы двух классов: 1. окислы – соединения элементов с кислородом; 2. гидроокислы – для них характерным анионом является гидроксил-ион. Окислы и гидроокислы, насчитывающие почти 200 минеральных видов, составляют около 17% от веса литосферы. Из них 12,6 % приходится на долю семейства кремнезема и 3.9 % – на долю окислов и гидроокислов Fe. Окислы и гидроокислы, в состав которых входят ионы типа благородных газов Mg, Al, Si, бесцветны или имеют аллохроматическую окраску; минералы, содержащие катионы (Fe, Mn, Cr),

окрашены в темные цвета; особенно широко распространены черные минералы.

Они непрозрачны, имеют полуметаллический блеск, и часто магнитные свойства. Более высокая степень ионности связи в окислах по сравнению с сульфидами приводит к их высокой твердости (6 - 9), химической стойкости,

тугоплавкости. Наиболее богата окислами и гидроокислами поверхностная часть литосферы. Они появляются здесь в результате разложения первичных минералов в коре выветривания и зоне окисления (окисление, гидролиз и т.д.).

26

Большие количества гидроокислов Al, Fe, Mn образовались коагуляцией из растворов под действием морской воды. Биогенный характер носят их выделения во многих озерах и болотах. Гидроокислы в воздушно-сухой обстановке переходят в окислы. Некоторые из окислов являются типичными минералами магматических и пегматитовых процессов (кварц, корунд, сложные окислы). Для знакомства с минеральными видами, относящимися к классу карбонатов, пользуясь учебниками необходимо самостоятельно составить описание следующих представителей: гематита, магнетита, кварца,

пиролюзита, корунда, хромита, касситерита, гётита.

Х ло р и д ы , ф то р ид ы . К ним относят соединения галогенов - F, Cl, Br, I с

щелочными и щелочноземельными элементами. Ведущими элементами класса хлоридов, бромидов и иодидов являются литофильные элементы - Na, K, Mg.

Для фторидов на первое место выступает Ca, Na, Al, Mg. Хлориды литофильных элементов хорошо растворимы, поэтому не встречаются в гипогенных ассоциациях в значительных количествах. Из-за высокой растворимости хлориды литофильных элементов накапливаются в морской воде и могут образовывать огромные хемогенные месторождения при ее упаривании. Кристаллизация хлоридов может происходить и из замкнутых водоемов. В этом случае в парагенезисе с ними обычны мирабилит( или тенардит), бораты, содовые минералы, нитраты.

Подавляющая масса фторидов - гипогенные минералы. Они известны в качестве акцессорных минералов в магматических горных породах. В

огромных количествах они образуются в грейзенах (флюорит),

гидротермальных жилах (флюорит). При высвобождении F при выветривании он редко достигает морских бассейнов и обычно связывается в континентальных осадках в CaF2. Для знакомства с минеральными видами,

относящимися к классам хлоритов и фторидов, пользуясь учебниками необходимо самостоятельнол составить описание следующих представителей:

галита, сильвина, флюорита.

К а р б о н а ты . К карбонатам относится 95 минералов. Ведущими катионами являются Ca и Mg затем идут Na, Fe, реже встречаются карбонаты Cu, Zn, Pb,

27

Mn, Bi. Большинство карбонатов белые или бесцветные. Окрашенными являются либо те, которые содержат в своем составе Fe, Mn, Cu, Co либо те,

которые загрязнены тонкодисперсными механическими примесями, например,

гематита (розовый и красный кальцит), капельками битума (желтый кальцит).

Карбонаты по происхождению могут быть магматогенными,

гидротермальными, метасоматическими, осадочными и образовываться в зоне окисления. В огромных массах карбонаты образуются в осадочных процессах,

как при упаривании морских вод, так и биогенным путем. В поверхностных условиях легко выщелачиваются водами, богатыми углекислотой, в результате чего образуются пещеры и другие карстовые формы.

Из особенностей физических свойств карбонатов следует отметить то,

что твердость безводных карбонатов никогда не бывает высокой. Обычно она колеблется от 3 до 5. Растворимость в воде повышенная. Особенно это свойственно карбонатам щелочей и бикарбоната тех элементов, катионы которых обладают либо относительно малыми ионными радиусами (например,

Mg2+ Co2+), либо, наоборот, очень большими размерами (например, Ba2+).

Карбонат Cu встречается только в виде основных солей, что связано, очевидно,

с особенностями строения самого катиона. Этим же, вероятно, объясняются и интенсивные окраски карбонатов меди в зеленый и синий цвета. Все остальные карбонаты либо бесцветны, либо окрашены в бледные тона. Из оптических свойств для карбонатов очень характерным является весьма высокое двупреломление. Для знакомства с минеральными видами,

относящимися к классу карбонатов, пользуясь учебниками необходимо самостоятельно составить описание следующих представителей: кальцита,

магнезита, доломита, сидерита, малахита, соды.

Ф о с ф а ты , а р с е н а ты , в а н а д а ты . В этом классе, объединяющем соли фосфорной, мышьяковой и ванадиевой кислот, насчитывается 317 минералов;

наиболее многочисленны среди них фосфаты, затем идут арсенаты и ванадаты.

Однако большинство из них мало распространены и редко образуют крупные скопления. Ведущими катионами в минералах описываемого класса являются Са2+, Fe2+, UO2+, Cu2+, Al3+, Pb2+, Mg2+, Fe3+, в отдельных редких минералах

28

установлены Ba2+, Sr2+, Th4+, Co2+, Li+. Таким образом, в них наряду с типичными литофильными элементами Al, Mg, Fe, Ca значительную роль играют халькофильные элементы, особенно Cu, Pb, Zn. Следует также особо подчеркнуть большую роль UO22+ (50 минеральных видов). В составе описываемых минералов значительную роль играет H2O, входящая в состав более 50% собственно фосфатов, более 60% арсенатов, более 45% ванадатов и почти во все минералы с UO2 2+ . Большинство субцепочечных фосфатов и их аналогов кристаллизуется в виде удлиненных до игольчатых кристаллов,

субслоистых – таблитчатых, уплощенных кристаллов. Для первых их них типичны шестоватые, лучистые агрегаты, для вторых чешуйчатые. Почти для всех минералов характерны землистые, колломорфные агрегаты, налеты, корки,

плотные скрытокристаллические скопления. Среди описываемых минералов многие отличаются яркой окраской. Это относится к большому числу минералов, содержащих UO2 2+, имеющих канареечно-зеленый цвет, Сu –

зеленые разных оттенков, до зеленовато-голубого, Со – розовые до малиново-

красных, Ni – яблочно-зеленые, Fe – бурые, желтые, синие, Mn – розовые,

синевато-красные. Подавляющая часть фосфатов, арсенатов и ванадатов,

включая все водные соединения, является минералами поверхностных процессов. Это зоны окисления рудных месторождений, находящихся в странах с жарким, тропическим климатом. В значительных количествах они могут образовываться также в процессах осадконакопления (апатит, вивианит). Из-за ярких окрасок служат хорошими поисковыми признаками на первичное оруденение Со, Ni, V, U, Pb. При значительных концентрациях используются как руды TR, U, Li и ряд других элементов, как сырье для получения удобрений. Для знакомства с минеральными видами, относящимися к классу фосфатов составить описание апатита, вивианита.

С ул ь ф а ты . Геохимия серы характеризуется своеобразными особенностями,

несвойственными другим химическим элементам. Этот элемент способен давать электрически нейтральные молекулы (самородная сера), а также различно заряженные положительные и отрицательные ионы. Продукты электролитической диссоциации H2S – ионы S-2 образуют сульфиды, в

29

окислительной обстановке сера дает молекулярное соединение – сернистый газ

SO2, а в растворах – комплексные анионы [SO3]2- и [SO4]2-. Последний образует кристаллические соединения, широко распространенные в природе – сульфаты.

Образование сернокислых солей металлов может происходить лишь в условиях повышенной концентрации кислорода, а такие условия создаются вблизи земной поверхности, где и встречается подавляющая масса этих соединений как эндогенного, так и экзогенного происхождения. Однако число устойчивых в земной коре сульфатов сравнительно невелико, так как для такого крупного комплексного аниона, каким является [SO4]2- стойкие кристаллические решетки возможны лишь при сочетании этого аниона с крупными двухвалентными катионами, какими являются Ba, Sr, Pb. Катионы с меньшими ионными радиусами входят в состав сульфатов лишь в гидратированном состоянии, т.е.

будучи одеты в «рубашку» из молекул Н2О. Наиболее общим свойством минералов этого класса является низкая твердость, низкое двупреломление,

разнообразная светлая окраска. Для знакомства с минеральными видами,

относящимися к классу сульфатов из учебников самостоятельно составить описание следующих представителей: барита, гипса, ангидрита, целестина,

мирабилита.

Бо р а ты . К боратам относятся минералы, являющиеся солями борной кислоты и ее производных. Всего известно 86 минеральных видов. Лишь 10 из них встречаются относительно часто и образуют крупные скопления,

представляющие практический интерес. В качестве катионов в боратах выступают Mg2+, Ca2+, Na+, Fe2+, Fe3+, в меньшей мере Mn. По радикалу [BO3]3-

бораты очень близки к карбонатам, имеющим геометрически подобный плоский радикал [CO3]2-. В боратах широко распространена конституционная вода. Большинство боратов кристаллизуется в ромбической и моноклинной сингонии. Относительно часто встречаются кристаллы, друзы, щетки. Обычны зернистые до плотных скрытокристаллические агрегаты, радиальнолучистые,

шестоватые, сферолитовые образования, спутанно- и параллельноволокнистые массы. Цвет чаще белый, сероватый, желтоватый. Многие бораты бесцветны,

прозрачны. Твердость от 1 до 3 – 4. Плотность 2.5 – 3.0. При магматической

30