Физические свойства породообразующих минералов.

Минералы - природные химические соединения элементов или самородные элементы, возникшие в результате физико-химических процессов внутри земной коры или на ее поверхности. Минералы образовались и продолжают образовываться в результате самых разнообразных природных процессов: из расплавленной магмы при ее остывании; из горячих газов и паров, выделяющихся из магмы; из горячих водных растворов; из холодных вод при их испарении; при смешивании вод разного состава; в результате жизнедеятельности бактерий и организмов. В зависимости от окружающей обстановки минералы могут разрушаться, изменять состав, строение и свойства.

В земной коре обнаружено более 3500 минералов, но широкое распространение имеют лишь немногие из них. Около 50 минералов играющие главную роль в образовании горных пород называются породообразующими.

Минералы подразделяются на три группы: первичные, образовавшиеся при остывании магмы; вторичные, образовавшиеся из первичных минералов вследствие их химического и биологического разрушения; видоизмененные, образовавшиеся из первичных и вторичных минералов вследствие их видоизменения под действием высокой температуры и давления.

Процессы зарождения минералов зависят от условий их образования и источнику энергии их формирования. По этим признакам они делятся на:

• Эндогенные, идущие в глубина земной коры и связанные с полной кристаллизацией минералов из того или иного магматического расплава;

• Экзогенные, связанные с разрушением горных пород, переотложением и осаждением новых минералов;

• Метаморфические, образовавшиеся в связи с изменением внешних условий, например, при отложении поверхностных участков земной коры, внедрении магматических масс. При этом эндогенные и экзогенные минералы претерпевают множественные изменения.

Минералы в природе встречаются в твердом (кварц, полевые шпаты), жидком (ртуть, вода) и газообразном состояниях (метан, углекислый газ и др.).

Минералы имеют кристаллическое, скрытокристаллическое и аморфное строение. Кристаллическое строение минералов обусловлено закономерным распределением в пространстве составляющих их частиц (ионов, атомов и молекул), образующих пространственную кристаллическую решетку. Аморфное строение минералов (горный воск, газы) характеризуется беспорядочным расположением слагающих их частиц.

Подавляющее большинство минералов – твердые кристаллические тела, физические и химические свойства которых определяются составом и структурой кристаллической решетки.

Кристаллическая решетка – правильное расположение материальных частиц (атомов, ионов, молекул) в кристалле и кристаллическом веществе, характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях.

Кристаллическая решетка состоит из повторяющихся ячеек, расположение частиц в которых характеризует структуру кристаллов. В соответствии с симметрией кристалла элементарная ячейка может иметь формулу косоугольного или прямоугольного параллелепипеда, квадратной или шестиугольной призмы, куба. От кристаллической решетки, т.е. атомарной структуры кристалла, следует отличать т.н. пространственную решетку, которая является геометрической схемой переносов, присущих данной кристаллической решетке, и изображается в виде совокупности точек-узлов. Наличием кристаллической решетки объясняется анизотропия (неодинаковость некоторых свойств вещества) кристаллов.

Основными физико-механическими свойствами минералов являются: строение; цвет; цвет в порошке; блеск; прозрачность; спайность; излом; твердость; удельный вес. Некоторым минералам присущи особые свойства, в числе которых: магнитность (магнетит), реакция с HCl (карбонаты), вкус (галоиды) и др.

Строение минералов. Выделяют кристаллическое и аморфное строение. Основным признаком кристаллического строения является строго определенная группировка слагающих атомов и молекул, которые занимают определенные места в пространстве, образуя кристаллическую решетку (кварц, кальцит). Аморфное строение характеризуется беспорядочным расположением атомов и молекул (горный воск).

Цвет минералов. Зависит от структурных особенностей и присутствия в минералах красящих элементов (хромофор) и механических примесей. Так, содержание хрома обусловливает появление ярких цветов – красного (рубин) или ярко-зеленого (изумруд). Содержание железа часто придает минералам черную окраску (магнетит) или лишает их прозрачности (биотит). Присутствие в минералах посторонних тонкодисперсных механических примесей иногда способствует появлению несвойственной им окраски. Так, примесь атомарного золота в кварце придает ему рубиновую окраску.

Цвет минерала в порошк, (цвет черты). Необходимость в определении данного показателя обусловлена тем, что минералы в порошке иногда имеют иной цвет, чем в куске. Так, пирит в куске имеет соломенно-желтый цвет, а в порошке – почти черный; гематит в куске – свинцово-черный, а в порошке – кроваво-красный. Цвет черты определяют у мягких минералов с твердостью до 5 включительно трением о шероховатую поверхность фарфоровой пластинки..

Блеск минералов. Характеризует способность минералов отражать своими гранями падающий на них свет. Различают блеск металлический и неметаллический. Металлический блеск подразделяют на: металлический (пирит) и металловидный (гематит). Неметаллический - на алмазный (алмаз), стеклянный (кварц), перламутровый (слюда), жирный (апатит), шелковистый (асбест), восковой (горный воск), матовый (каолинит).

Спайность минералов. Способность раскалываться при ударе с образованием четко выраженных и ориентированных блестящих поверхностей – плоскостей спайности, что обусловлено их кристаллохимическим строением. Различают пять видов спайности: весьма совершенную – плоскости спайности ориентированы в одном направлении (слюды, графит); совершенную – плоскости спайности ориентированы в трех направлениях (кальцит); среднюю – плоскости спайности расположены в двух направлениях (роговая обманка, ортоклаз). Несовершенная спайность – плоскости спайности обнаруживаются с трудом (апатит), весьма несовершенная – спайность отсутствует (кварц).

Излом. Характеризует поверхность минералов, образующуюся при их раскалывании и не имеющую плоскостей спайности. Выделяют: раковистый излом – напоминает внутреннюю поверхность раковины (кварц, опал); занозистый – характерен для минералов с волокнистым строением (асбест, роговая обманка); ступенчатый – напоминает ступени лестницы, характерен для минералов с совершенной или средней спайностью (кальцит, ортоклаз); землистый – встречается у мягких минералов, имеющих матовую шероховатую поверхность излома (лимонит, каолинит); крючковатый – характерен для ковких минералов, имеющих изогнутые, острые края (медь, золото); неровный – вид излома, который не может быть отнесен ни к одному из перечисленных выше видов.

Твердость. Способность минерала сопротивляться внедрению в него другого вещества. Определяется путем царапания испытуемого минерала другим минералом, обладающим известной эталонной твердостью. Для оценки относительной твердости минералов имеется специальный набор 10 минералов-эталонов различной твердости, шкала Мооса. Твердость условно обозначается баллами от 1 до 10.

1. Тальк 6. Ортоклаз

2. Гипс 7. Кварц

3. Кальцит 8. Топаз

4. Флюорит 9. Корунд

5. Апатит 10. Алмаз

Особые свойства минералов. Некоторым минералам присущи особые свойства, в числе которых – магнитность, взаимодействие с соляной кислотой, вкус, запах и др.

Плотность определяется как отношение массы твердой составляющей минералов к занимаемому объему. По величине плотности минералы условно разделяют на: легкие 0,9…2,5 г/см3 (гипс), средние 2,5…4,0 г/см3 (кварц), тяжелые 4,0…8,0 г/см3 (барит) и очень тяжелые 8 г/см3 (киноварь, золото).