1.2.2. Фізичні властивості мінералів.

Зовнішня форма і властивості мінералів залежать від багатьох факторів, головними з яких є їх хімічний склад і внутрішня будова. Методи визначення мінералів і вивчення їхніх властивостей дуже різноманітні. Для цих цілей у лабораторіях використовують різні оптичні й електронні мікроскопи, рентгенівські установки й іншу більш складну апаратуру. У польовій практиці мінерали звичайно, визначаються візуально (за зовнішніми ознаками). Найважливішими фізичними властивостями, що дозволяють проводити діагностику мінералів є колір мінералу в шматку й порошку, блиск, злам, спайність, твердість, питома вага і деякі інші властивості.

Деякі фізичні властивості можуть бути однаковими в різних мінералів і, навпаки, які-небудь властивості (наприклад, колір) можуть змінюватися в того самого мінералу. Тому при діагностиці мінералу необхідно встановити якомога більшу кількість цих властивостей. Результати польової візуальної діагностики мінералів потім підтверджують в камеральних умовах більш точними методами (визначенням оптичних констант мінералів, п'єзоелектричних і магнітних властивостей, радіоактивності й характеру люмінесценції, визначенням хімічного складу, вивченням поводження мінералу при нагріванні, залученням різноманітних рентгеноструктурних і рентгеноспектральних методів аналізу).

Колір мінералів може бути найрізноманітнішим. Нерідко колір того ж самого мінералу може змінюватись, що залежить від того, які домішки входять до його складу. Тому іноді для того самого мінералу, залежно від його кольору, навіть використовують різні назви. Наприклад, кварц звичайно, безбарвний, і його прозорий різновид, представлений добре ограненими кристалами, отримав назву гірський кришталь. Але той же кварц може мати жовтий колір (цитрин), фіолетовий (аметист), зелений (празем), димчастий (раухтопаз), чорний (моріон) чи інші кольори.

Деякі мінерали, наприклад, лабрадор, змінюють свій колір у залежності від умов освітлення, набуваючи при цьому красивого веселкове забарвлення. Така властивість мінералів отримала назву іризація (інтерференція білого світла при проходженні крізь мікроскопічні паралельно орієнтовані пластинки чи тріщини).

Колір риски мінералу. Багато мінералів у порошкоподібному стані мають інший колір, ніж колір у шматку. Звичайно, для визначення кольору мінералу в порошку проводять шматочком мінералу риску на білій шорсткуватій поверхні неглазурованої порцеляни. Цей метод діагностики дуже важливий. Наприклад, колір риси солом'яно-жовтого піриту – чорний, чорного гематиту – вишнево-червоний, а чорного магнетиту - чорний. У випадку, якщо твердість мінералу вища, ніж твердість порцелянової пластинки, то мінерал не дає риси, а утворить на порцеляні подряпину.

Прозорість. Під цим терміном мається на увазі здатність речовини пропускати світло. Залежно від ступеня прозорості всі мінерали поділяються на прозорі (гірський кришталь, ісландський шпат), напівпрозорі (сфалерит, кіновар) і непрозорі (пірит, галеніт). Деякі непрозорі мінерали, наприклад, халцедон, просвічується по краях у тонких пластинках. Деякі прозорі мінерали, наприклад, ісландський шпат, мають збільшувальний ефект у зв’язку із подвійним заломленням променів внаслідок специфіки їх кристалічної гратки.

Блиск – це здатність мінералу відбивати світло. Розрізняють наступні види блиску: металевий блиск (сильний блиск, властивий мінералам, що дають чорну рису і самородним металам) і неметалевий. Останній поділяється на: алмазний, скляний. Іноді виділяють проміжний блиск між металевим і алмазним, що одержав назву напівметалевого чи металоподібного. На характер блиску впливає і стан поверхні мінералу. Наявність нерівностей є причиною виникнення жирного чи воскового блиску. Перламутровий блиск виникає за рахунок інтерференції світла в тонких пластинах. При паралельно-волокнистій будівлі агрегатів мінералів виникає шовковистий блиск. Деякі тонкозернисті агрегати мають матовий блиск (наприклад, писальна крейда).

Спайність – здатність мінералу розколюватися по визначених кристалографічних напрямках з утворенням гладких поверхонь. По характеру розколювання і гладкості утвореної поверхні виділяють наступні види спайності: дуже досконала спайність – мінерал без особливих зусиль розщеплюється на тонкі пластини, площини спайності – дзеркальні, рівні (наприклад, у слюди); досконала спайність – мінерал легко розколюється з утворенням рівних блискучих площин; середня спайність – мінерал розколюється при ударі на осколки, обмежені як площинами спайності, так і неправильними площинами зламу; недосконала спайність – розколювання мінералу приводить до утворення уламків, велика частина яких обмежена нерівними поверхнями зламу; дуже недосконала спайність – при ударі мінерал розколюється по випадкових напрямках і дає нерівну поверхню зламу. Площини спайності необхідно відрізняти від граней кристалів. Багато мінералів мають спайність у декількох напрямках, причому ступінь досконалості спайності в різних напрямках може і не збігатися. Кількість напрямків спайності й ступінь її досконалості є одними з головних діагностичних ознак при визначенні мінералів.

Злам – характер поверхні, що виходить при розколюванні мінералів. Мінерали, що характеризуються досконалою спайністю в 1-2 напрямках дають рівний злам; якщо число напрямків досконалої спайності зростає до 3 і більш, то злам може бути східчастим. Для мінералів із недосконалою чи дуже недосконалою спайністю часто спостерігається раковистий чи нерівний злам. Мінерали, що характеризуються волокнистою структурою характеризуються скалкуватим зламом. Самородні метали (мідь, залізо) мають гачкуватий злам.

Таблиця 1.2.1. Шкала твердості Мооса

Тальк Mg3[Si4O10](OH)2	1
Гіпс CaSO4^.2H2O	2
Кальцит CaCO3	3
Флюорит CaF2	4
Апатит Ca5[PO4]3(F,Cl)	5
Ортоклаз K[AlSi3O8]	6
Кварц SiО2	7
Топаз Al2[SiO4](F,OН)2	8
Корунд Al2O3	9
Алмаз C	10

Твердість мінералу визначає ступінь його опору при дряпанні гострим предметом чи іншим мінералом. Для визначенні твердості мінералу прийнята емпірична шкала, запропонована на початку ХІХ ст. австрійським мінералогом Моосом (1772-1839), і названа на його честь. У цій шкалі використовуються десять мінералів з відомою й постійною твердістю. Ступінь твердості оцінюється по десятибальній шкалі: найнижча твердість позначається одиницею, а найвища – 10. Шкала Мооса наведена в таблиці 1.

Шкала Мооса, поряд із більш складними сучасними методами визначення твердості, широко використовується мінералогами дотепер. Твердість по шкалі Мооса є відносною величиною, тобто кожен із мінералів, що наведені в шкалі є твердішим, ніж попередній мінерал, але менш твердим, ніж наступний за ним мінерал. При польових дослідженнях не завжди може виявитися під рукою потрібний набір мінералів шкали твердості. У такому випадку для орієнтованого визначення твердості мінералу звичайно, використовують підручні засоби: м'який олівець (1), ніготь (2-2,5), бронзова монета (3,5-4), скло (5), сталевий ніж (5,5-6), напилок (7).

Твердість мінералів іноді сильно залежить від напрямку прикладання сили відносно структурних елементів кристалу. Показовим прикладом такого роду зміни (анізотропії твердості) може служити кіаніт (дистен): по напрямку спайності твердість цього мінералу дорівнює 4, а в перпендикулярному напрямку – 6,5.

Питома вага й щільність мінералів. Питома вага являє собою відношення маси речовини до маси рівного об'єму води при 4^оС, і є величиною безрозмірною. Щільність являє собою масу речовини, що приходиться на одиницю об'єму і виражається в г/см³. Питома вага мінералів коливається в дуже широких межах - від 0,9 (лід) до 20 і більше (осмистий іридій). Найбільше чисельні мінерали з питомою вагою від 2 до 4, тому питома вага служить діагностичною ознакою тільки для мінералів важких елементів. Точно питома вага мінералів визначається шляхом зважування на гідростатичних вагах чи за допомогою інших спеціальних пристосувань. На практиці питома вага визначається лише приблизно, зважуванням на руці з оцінкою – важкий (більш 4), середній (2,5-4) і легкий (менш 2,5). При цьому враховують, що питома вага води прийнята за 1. Питома вага й щільність мінералу залежить від кристалічної структури мінералу.

Інші властивості. Деякі мінерали мають специфічні властивості, що дозволяють швидко й надійно діагностувати мінерали в польових умовах. До таких властивостей відносяться магнітність (вплив на стрілку гірського компаса, як, наприклад, у магнетиту), електропровідність, розчинність у кислотах, смак (наприклад, хлориди мають солоний смак), запах, радіоактивність, здатність взаємодіяти із соляною кислотою (характерно для карбонатів) і ін. Ці властивості дозволяють розпізнавати порівняно невелике коло мінералів, однак у ряді випадків вони є визначальними при макроскопічній діагностиці.