Лабораторная работа № 5 Характеристика и диагностические признаки минералов подтипа оксидов и гидроксидов (тип кислородных соединений)
Задача работы. Приобретение и закрепление навыков практического определения наиболее распространенных минералов подтипа оксидов и гидроксидов
Учебный материал. Учебная коллекция минералов, шкала твердости Мооса, соляная кислота 10% в капельницах, компас, фарфоровая пластинка, определители минералов.
Методические указания. Данный подтип включает 2 класса: соединения металлов и некоторых других химических элементов с кислородом (класс оксиды) и ли с гидроксильной группой (ОН)-1 (класс гидроксиды). Наиболее распространенными минералами этого подтипа являются окислы кремния, алюминия, железа, марганца и титана.
Оксиды, в отличие от сульфидов,как правило, обладают высокой твердостью. Самыми твердыми являются оксиды алюминия (твердость 9), бериллия и магния (твердость больше 7), кремния (твердость 7). Высокой твердостью (5-6) отличаются также оксиды олова, железа, титана, ниобия, марганца, ванадия. Остальные оксиды имеют среднюю твердость (3-5).Гидрооксидыобладают средней и низкой твердостью.
Оксиды кремния, магния, алюминия чаще всего бесцветны или окрашены в результате присутствия примесей или дефектов кристаллической решетки в различные цвета. Они обычно прозрачны или полупрозрачны и имеют стеклянный блеск. Оксиды олова, тантала, ниобия, тория, циркония и титана полупрозрачны, окрашены в бурый цвет и обладают алмазным блеском. Оксиды железа, марганца, хрома, урана чаще всего окрашены в черный с буроватым оттенком цвет. В большинстве случаев они непрозрачны, обладают металлическим или полуметаллическим блеском, некоторые из них магнитны. Многие минералы подтипа оксидов и гидроксидов имеют большое практическое значение.
Кварц (SiO2)Кварц является одним из наиболее широко распространенных в земной коре минералов (около 12%). Кроме явно кристаллических модификаций кварца, известна скрытокристаллическая его разновидность, обладающая волокнистым строением -халцедон.В зависимости от температуры образования известно несколько структурных модификаций кварца.Сингония тригональная. Кристаллы – шестигранные (в результате двойникования) призмы, с одного (реже с обоих) конца увенчанные шестигранной пирамидальной головкой, сочетающей грани двух ромбоэдров (рис. 27). Характерна поперечная штриховка на гранях призмы.
Рисунок 27. Кристаллы кварца
Встречаются индивиды, в которых грани главных ромбоэдров одинаково развиты, и кристаллы в таких случаях принимают облик «гексагональной дипирамиды». Часто наблюдаются двойники и друзы кристаллов кварца, иногда в срастании с кристаллами других минералов. Встречается также в виде сливных и зернистых агрегатов. Цвет может быть самым различным, но наиболее распространены бесцветные, молочно-белые и серые окраски. Прозрачные и полупрозрачные красиво окрашенныеразновидностикварца имеют особые названия:
Горный хрусталь– бесцветные водяно-прозрачные кристаллы.
Аметист(«горная фиалка»)– фиолетовая разновидность. При нагревании обесцвечиваются или желтеют.
Дымчатый кварц(раухтопаз) – дымчатые прозрачные или полупрозрачные разновидности, окрашенные в буроватые или сероватые цвета, напоминающие цвет дыма).
Морион– непрозрачные кристаллы кварца, окрашенные в черный цвет.
Цитрин– золотисто-желтые или лимонно-желтые кристаллы.
Сплошные и зернистые агрегаты кварца полупрозрачны или непрозрачны и окрашены обычно в серый, буроватый или молочно-белый цвета, реже розовый («розовый кварц») или неоднородный фиолетовый (аметистовидный кварц).
У кварца имеются также разновидности, окраска которых присутствием включений других минералов:
Празем– зеленый кварц, содержащий включения иголочекактинолита.
Авантюрин– желтоватый, буровато-красный кварц с мерцающим отливом, обусловленным мельчайшими включениямислюды,гематитаи др.
«Кошачий», «тигровый» и «соколиный глаз»зеленого, буровато-коричневого и голубовато-серого цвета с шелковистым отливом, похожим на отлив в глазах животных и обусловленным присутствием параллельно-волокнистых минералов (пироксены, амфиболы, иногда частично разложенные).
Иногда прозрачные кристаллы кварца, содержат в себе целые пучки тончайших игольчатых кристаллов турмалина,рутила, актинолитаи других минералов, захваченных ими во время роста. Такие кристаллы носят название«кварц-волосатик».
Халцедон (SiO2)(скрытокристаллическая или тонковолокнистая разновидность кварца) также часто бывает окрашен в самые различные цвета и оттенки: молочно-серый, синевато-серый или серовато-голубой (сапфирин), желтый, красный, оранжевый (сердолик), коричневый, бурый (сардер), зеленый (плазма), яблочно-зеленый (хризопраз), зеленый с красными пятнышками (гелиотроп) и др.
Агатыилиониксы, сложены различно окрашенными, иногда тончайшими, соответственно концентрически-зональными или плоско-параллельными слоями халцедона (рис. 28), могут иметь самые различные сочетания оттенков: черного с белым (арабский оникс), бурого с белым (сардоникс), красного с белым (карнеолоникс) и др.
Рисунок 28. Агат (а) и оникс (б)
Кроме того, встречаются агаты с причудливыми узорами (так называемые, пейзажные) -моховой, облачный, звездчатый, ландшафтный, руинныйи прочие.
Блеск кварцастеклянный,халцедона– стеклянный, но иногда - восковой до матового.Твердость 7.Спайность отсутствует.Излом раковистый.Уд. вес 2,6. Обладает пьезоэлектрическими свойствами.Диагностические признаки и отличия от сходных минералов:форма кристаллов, блеск, высокая твердость (7 – легко царапает стекло).Применение. Горный хрусталь (пьезокварц) применяется в радиотехнике и оптике. Аметист, цитрин и другие ювелирные разновидности кварца, также как и красиво окрашенные халцедоны используются как полудрагоценные и поделочные камни. Агат используется в точной механике (устойчив к истиранию) и для изготовления ступок и пестиков. Чистый кварц используется в стекольной промышленности (в том числе, для изготовления лабораторной посуды) и в строительстве (кварцевые пески и кварциты).
Опал (SiO2хnH2O)- типичный твердый гидрогель (в строгом смысле его нельзя считать минералом, т.к. онаморфен- см. определение понятия «минерал». В последнее время аморфные природные соединения предлагается называть «минералоидами»).Цвет. Сам по себе опал бесцветен. Благодаря различным примесям он нередко окрашен в различные оттенки желтого, бурого, красного, зеленого и черного цвета.Блеск стеклянный, иногда - восковой.Твердость 5-5,5. Хрупок.Уд. вес 1,9-2,5.Разновидности опала:благородный опал– полупрозрачные разности, обладающие опалесценцией, создающей иногда очень красивую игру цветов;гидрофан– разновидность, которая в воде становится прозрачной.Диагностические признаки и отличия от сходных минералов: от кварца и халцедона отличается более низкой твердостью (близкой к твердости стекла), опалесценцией.Применение. Благородный опал применяется для изготовления ювелирных украшений как драгоценный камень.
Корунд (Al2O3).Сингония тригональная. Наблюдаются боченковидные, столбчатые, пирамидальные и пластинчатые кристаллы, иногда больших размеров. Встречается также в сплошных зернистых агрегатах.Цвет корунда обычно синевато-серый, серовато-синий, серый. Прозрачные кристаллы различной окраски являются драгоценными камнями. Такие прозрачныеразновидности имеют собственные названия:лейкосапфир - бесцветный,сапфир – синий, оранжевый и других цветов,рубин – красный, малиновый.Наждак – сплошная зернистая корундовая порода серого, голубовато-серого или серовато-черного (от тонкой примеси других минералов) цвета.Блескстеклянный.Твердость 9.Спайность отсутствует,изломнеровный. Иногда наблюдается отдельность поперек удлинения кристаллов.Уд. вес около 4.Применение.Корунд и наждак, обладающие высокой твердостью, применяются в качестве абразивного материала. Прозрачные разновидности – рубин и сапфир – драгоценные камни, применяются в ювелирном деле. Входит в шкалу Мооса под №9.
Гематит (Fe2O3). Название происходит от греческого слова «гема» – «кровь».Синонимы: железный блеск, железная слюдка,красный железняк.Сингониятригональная. Часто встречается в пластинчатых, ромбоэдрических и таблитчатых кристаллах, а также в сплошных плотных скрытокристаллических и тонких порошковатых массах, листоватых или чешуйчатых агрегатах.Цвет кристаллических разностей гематита от железно-черного до стально-серого. Землистые тонкокристаллические разности имеют красный и темно-красный цвет.Черта вишнево-красная (характерный диагностический признак).Блеск полуметаллический. Твердость 5-6. Спайность отсутствует.Уд. вес 5,2. Не магнитен. Применение. Является важнейшей железной рудой. Используется в тонкораздробленном состоянии как минеральная краска. В последнее время применяется для изготовления ожерелий и в качестве вставок в ювелирные украшения.
Магнетит (Fe3O4). Синоним: магнитный железняк.Сингония кубическая. Часто кристаллы имеют октаэдрический облик, встречается в сплошных сливных и зернистых массах или в виде вкраплений.Цвет железно-черный, иногда с побежалостью.Черта черная.Блеск полуметаллический.Твердость 5,5-6. Хрупок.Спайность отсутствует. Уд. вес 5-5.2. Сильномагнитен(см. рис. 22).Диагностические признаки и отличия от сходных минералов:от похожего гематита и гетита отличается по форме кристаллов, черному цвету черты и сильной магнитности.Применение. Магнетитовые руды, также как и гематитовые, являются важнейшим сырьем для выплавки чугуна и стали.
Шпинель (MgAl2O4).Сингония кубическая. Встречается в виде октаэдрических кристаллов и зерен, вкрапленных в породу.Цвет голубой, красный, розовый, синий, зеленый, коричневый до черного, редко бесцветный. Прозрачные разности носят название благородной шпинели.Блеск стеклянный.Твердость 8.Спайность несовершенная.Уд. вес 3,6.Диагностические признаки и отличия от сходных минералов:от похожего корунда отличается по форме кристаллов и меньшей твердости.Применение. Прозрачные красиво окрашенные кристаллы применяются для изготовления ювелирных украшений как драгоценные камни.
Хромит (FeCr2O4).Сингониякубическая. Встречается в виде вкрапленности октаэдрических кристаллов или неправильных и округлых (нодули) зерен и в массивных зернистых агрегатах.Цвет черный.Чертабурая (важный диагностический признак).Блескполуметаллический.Твердость5,5.Уд. вес.4,5-4,8. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов:от магнетита отличается по цвету черты и отсутствию магнитности, от гематита и гетита – по цвету черты и форме кристаллов.Применение.Является единственной рудой на хром.
Касситерит (SnO2).Синоним:оловянный камень.Сингония тетрагональная. Кристаллы (обычно мелкие, редко до 5 см) имеют дипирамидальный, дипирамидально-призматический, столбчатый, игольчатый облик. Также встречается в виде вкрапленных зерен неправильной формы.Цвет буровато-желтый, медово-желтый, темно-бурый и темно-коричневый до смолисто-черного.Разновидности: натечные формы касситерита бурого и медово-желтого цвета, похожие на поперечном срезе на древесину, называютсядеревянистым оловом.Черта светло-коричневая.Блеск алмазный, на изломе – смоляной.Твердость 6-7.Уд. весоколо 7. Хрупок.Спайность несовершенная.Изломраковистый. Труден для диагностики, особенно в мелких зернах.Применение.Является важнейшей рудой на олово.
Пиролюзит (MnO2). «Пирос» – по-гречески «огонь»; «люзиос» – «смывающий, уничтожающий», т.к. этот минерал употребляется для обесцвечивания стекла.Сингония тетрагональная. Обычно наблюдается в сплошных зернистых или скрытокристаллических зернистых массах, иногда в виде радиально-лучистых игольчатых агрегатов, а также оолитов. Образует дендриты (совместно с гидроксидами марганца и железа).Цвет черный.Черта черная.Блеск полуметаллический, в землистых агрегатах – тусклый полуматовый.Твердость у кристаллов 5-6, в рыхлых и землистых агрегатах снижается до 2. Очень хрупок.Спайность совершенная.Уд. вес 4,7-5. Диагностические признаки и отличия от сходных минералов:от магнетита отличается по отсутствию магнитности, от гематита и гетита – по цвету черты.Применение. Является важнейшей рудой на марганец.