Геология / Новая папка (3) / __1__ УП МИНЕРАЛЫ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования ТЮМЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра строительного про изводства, оснований и фундаментов

Игашева С.П., Соседков Э.С.

ГЕОЛОГИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ «Минералы и их свойства»

для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения

Тюмень, 2011

УДК

ББК

Игашева С.П., Соседков Э.С. Геология: учебное пособие к лабораторным и практическим работам дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения - перераб. и доп. – Т юмень: РИЦ ГОУ ВПО ТюмГАСУ, 2011. – 52 с.

Учебное пособие разработано на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей очной и заочных форм обучения. Учебное пособие содержит теоретический материал по теме «Минералы и их свойства», методические указания к практической работе «Описание свойств минералов» и к двум лабораторным работам: «Макроскопическое определение свойств минералов» и «Изучение минералов по образцам учебной коллекции», контрольные вопросы.

Рецензент: Е.М. Максимов, профессор, доктор г.-м.н.

Рецензент: Ю.В. Кравцов, ведущий научный сотрудник

ООО «Тюменгипрогаз», к.г.-м. н.

Тираж 300 экз.

ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурно-строительный университет» Игашева С.П., Соседков Э.С.

Редакционно-издательский центр ГОУ ВПО «Тюменский государственный архитектурностроительный университет»

2

Содержание

Введение………………………………………………………………...........................5

1 Практическая работа Описание свойств минералов

1.1Теоретическая часть Основы минералогии.…………………….......………..6

1.1.1Генезис минералов…………………………………………………………..6

1.1.2Химический состав и свойства…………………………………………….7

1.1.3Морфологические признаки……………………………..………………..8

1.1.4Физические свойства………………………………………………..……..9

1.1.5Особые свойства…………………………………………………………..12

1.1.6Применение минералов……………………………………………………12

1.1.7Контрольные вопросы…………………………………………………….13

1.2Практическая часть Описание свойств минералов.…………………..….14

1.2.1Задание………………………………………………………………………14

1.2.2Пример оформления практической работы………………………………..15

1.2.3Характеристика минералов…………………….......………………………16

I САМОРОДНЫЕ

1.Сéра………………………………………………………………16

2.Графúт……………………………………………………………17

II СУЛЬФИДЫ

3.Пирúт…………………………………………………………….18

4.Галенúт……………………………………………………………18

III ГАЛОИДЫ

5.Галúт……………………………………………………………..19

6.Флюорúт…………………………………………………………20

IV ОКИСЛЫ и ГИДРООКИСЛЫ

7.Кварц……………………………………………………………..21

8.Халцедóн…………………………………………………………22

9.Опал………………………………………………………………22

10.Корýнд…………………………………………………………..23

11.Магнетúт………………………………………………………..23

12.Гематúт……………………………………………....................24

13.Лимонúт………………………………………………………...25

V КАРБОНАТЫ

14.Кальцúт…………………………………………………………25

15.Доломúт…………………………………………………………26

16.Магнезúт………………………………………………………..27

VI ФОСФАТЫ

17.Апатúт…………………………………………………………..27

VII СУЛЬФАТЫ

18.Гипс……………………………………………………………..28

3

19.Ангидрúт………………………………………………………..29

20.Барúт…………………………………………………………….30

VIII СИЛИКАТЫ

Подкласс островных силикатов

21.Оливúн…………………………………………………………..30

22.Топáз…………………………………………………………….31

Подкласс листовых силикатов

23.Серпентúн……………………………………………………….31

24.Хризотúл-асбéст………………………………….....................32

25.Мусковúт………………………………………………………..32

26.Биотúт……………………………………………………………33

27.Тальк…………………………………………………………….33

28.Каолинúт………………………………………………………..34

29.Монтмориллонúт………………………………………………34

Подкласс цепочечных силикатов

30.Авгúт…………………………………………………………….35

31.Энстатúт…………………………………………………………36

32.Роговáя обманка…………………………………………………36

33.Актинолúт……………………………………………………….36

Подкласс каркасных силикатов

34.Ортоклáз………………………………………………………….37

35.Микроклúн..…………………………………………………….37

36.Альбúт……………………………………………………………38

37.Лабрадóр…………………………………………………………39

38.Анортúт………………………………………………………….39

39.Нефелúн…………………………………………………………39

2 Лабораторная работа № 1 Макроскопическое определение свойств минералов

2.1Теоретическая часть Методы определения свойств минералов………....41

2.2Практическая часть Определение сво йств минералов

по образцам учеб ной коллекции...........................

46

3 Лабораторная работа № 2 Изучение минералов по образцам учебной коллекции

3.1Теоретическая часть Исследование образцов учебной коллекции………47

3.2Практическая часть Ключ к определению основных

породообразующих и рудных минералов ……….47

3.3 Контрольные вопросы…………………………………………..........................

50

Список литературы……….…………………………………………………...................51 4

Введение

Настоящее учебное пособие содержит теоретический материал по теме «Минералы и их свойства», методические указания к практической работе «Описание свойств минералов» и к двум лабораторным работам: «Макроскопическое определение свойств минералов» и «Изучение минералов по образцам учебной коллек-

ции», контрольные вопросы.

Пособие разработано на основании рабочих программ ГОУ ВПО ТюмГАСУ дисциплины «Геология» для студентов строительных специальностей: ПГС, ГСХ, ПСК, ЭУН, АД, ВиВ, ТГВ, ООС очной, заочной и заочной в сокращѐнные сроки форм обучения.

Цель пособия заключается в том, чтобы в предельно краткой и максимально доступной форме ознакомить студентов с внешними свойствами минералов и с характеристикой основных породообразующих и рудных минералов по образцамучебной коллекции.

Настоящее учебное пособие ставит своей задачей

восполнение пробела в информации по теме «Минералогия» в учебной литературе для указанных выше специальностей;

оказание практической помощи студентам при самостоятельном выполнении работ и порядке их оформления.

Учебное пособие соответствует программе ГОС ВПО и может быть использовано студентами очной, заочной и заочной в сокращѐнные сроки форм обучения всех строительных специальностей (ПГС, ПСК, ЭУН, ГСХ, АД, ВиВ, ТГВ, ООС) как во время аудиторных занятий, так и для самостоятельной работы.

Важнейшим дополнением к данному пособию являются презентации «МИНЕР АЛЫ» и «МИНЕР АЛЫ учебная коллекция», которые подробно иллюстрируют приведѐнный в пособии текст.

5

1 Практическая работа Описание свойств минералов

1.1 Теоретическая часть Оснóвы минералóгии

МИНЕР АЛÓГИЯ – наука, изучающая состав, строение, свойства, условия образования и изменения минералов.

МИНЕР АЛ (от лат. minera – руда; mineral – камень, рождающий металл) –

это простое вещество или химическое соединение, образованное в ходе природных физико-химических реакций и находящееся в кристаллическом состоянии. Исключение составляют аморфные (опал), жидкие (вода) и газообразные минералы.

В настоящее время известно около 2000 самостоятельных минеральных видов (вместе с разновидностями около 10 000), ежегодно открывают несколько новых минералов.

Для определения минералов существует множество методов, требующих специальных знаний, приборов, лабораторий (кристаллографический, рентгеноструктурный, химический, оптический и т.д.). Но известен и более доступный - макроскопический метод исследования минералов путѐм наблюдения легко различимых(внешних) признаков. Определение минерала будет более качественным и достоверным, если оценено наибольшее число внешних признаков, и наблюдения выполнены с максимальной точностью.

Название минералу присваивается первооткрывателем. Оно может отражать свойства минерала (графит от «графо» - пишу); его химический состав (кальцит – СаСО3); место первой находки (лабрадор от полуострова в Северной Америке); имена знаменитых людей (доломит назван в честь французского минералога Деодата Доломье) и т.д. Некоторые минералы имеют старинные названия, первоначальный смысл которых утерян (тальк).

Всегда важно знать происхождение названия минерала, т.к. это помогает отличить и запомнить его. Кроме общепринятого научного названия большинство минералов имеют синонимы, которые помогают в их изучении (галит – каменная соль,

магнетит – магнитный железняк).

1.1.1 Генéзис минералов

Генéзис минералов (происхождение) отражает способ и место образования минерального вещества:

а) природные минералы формируются в земной коре в результате физикохимических процессов :

6

эндогéнные (глубинные) образуются в недрах Земли. Они, обычно, обладают высокой твѐрдостью и плотностью, стойкостью к растворению водой, щелочами и кислотами (кварц);

экзогéнные (поверхностные) формируются на суше или в водной среде за счѐт выветривания каких-либо минералов (глинистые), в процессе выпадения осадка из водных растворов (галит) или за счѐт жизнедеятельности организмов (опал). Они разнообразны по свойствам, но большинство имеет малую твѐрдость, активно взаимодействует с водой;

метаморфúческие (преобразόванные) – изменившие первоначальное состояние за счѐт действия изменившихся температур, давления и притока химических веществ. Исходные минералы перекристаллизовываются без переплавления, приобретают новые свойства (серпентин);

б) искусственные минералы созданы в результате производственной деятельности человека. Они выгодно отличаются от природных отсутствием примесей, но требуют применения специальной аппаратуры. Процесс их создания длительный и трудоѐмкий:

анáлоги – повторяют природные минералы, ресурсы которых ограничены или добыча которых сложнее и дороже, чем синтез (алмаз, горный хрусталь);

техногенные – вновь созданные минералы с заранее заданными свойствами. Самостоятельно не встречаются (алит, муллит, периклаз, карборунд).

Генезис минералов находит отражение в их свойствах и внешнем виде. Информация о генезисе позволяет спрогнозировать поведение минерального вещества в приро д- ных и городских условиях.

1.1.2 Химический состав и сво йства

Химический состав минералов выражается химическими формулами, индивидуальными для каждого минерального вида и позволяет классифицировать минералы:

I. САМОРОДНЫЕ минералы являются простыми веществами и состоят из одного химического элемента (сера S, графит C). Этот класс насчитывает около 50 минералов и составляет 0,1% объема земной коры. Представители этого класса являются ценными ископаемыми.

II. СУЛЬФИДЫ (сернистые соединения) - около 20 природных минералов (пирит FeS2 , галенит PbS), составляющих 0,15% объема земной коры. Они не являются породообразующими и снижают качество строительных материалов.

III. ГАЛОИДЫ (соли галоидно-водородных кислот) - около 100 природных минералов (галит NaCl, флюорит CaF2). Галоиды - вредные примеси в грунтах и строительных материалах.

IV. ОКИСЛЫ и ГИДРООКИСЛЫ – соединения элементов с кислородом и гидроксилом. Этот класс насчитывает около 200 природных минералов, широко рас-

7

пространенных, особенно в поверхностных условиях (кварц SiO2 , магнетит Fe2O3). Они составляют 17% от объема земной коры.

V. КАРБОНАТЫ (соли угольной кислоты) составляют 2% от объема земной коры. Этот класс включает около 80 природных минералов (кальцит CaCO3 , доломит CaMg[CO3]2), которые имеют большое значение для народного хозяйства как естественные строительные материалы и как сырьѐ для производства искусственных строительных материалов.

VI. ФОСФАТЫ (соли фосфорных кислот) – это более 300 минералов (апатит Ca5(F, Cl, OH) [PO4]3), большинство из которых – редкие.

VII. СУЛЬФАТЫ (соли серной кислоты) составляют 0,1% от объема земной коры. В этот класс входят около 260 минералов (гипс Ca[CO4]2H2O, ангидрит CaSO4). Большинство из них имеют малый удельный вес, небольшую твѐрдость, светлоокрашены, некоторые содержат воду. Сульфаты – ценное сырьѐ для производства стройматериалов.

VIII. СИЛИКАТЫ (соли кремниевых кислот) – сложные химические соедине-

ния, составляющие 90% всего объема земной коры. Класс насчитывает около 800 ми-

нералов (лабрaдор (Na,Ca)[AlSi3O8], роговая обманка (Ca, Na)2(Fe2+, Fe3+, Mg, Al, Mn, Ti)3 [Si3Al4O2]2Fe[OH, F]2), многие из них применяются в строительстве.

Минералы с различным химическим составом проявляют разные химические свойства:

растворимость в воде ухудшает свойства грунтов и делает невозможным их применение в качестве естественного строительного камня (галит, гипс);

взаимодействие с НСl (10%) свидетельствует о химической активности и способности выщелачиваться подземными водами (кальцит – бурно вскипает;

доломит – вскипает в порошке; магнезит вскипает в порошке с подогретой кислотой; гипс – растворяется без внешних проявлений).

Плотность (удельный вес) минералов – их важнейший диагностический признак. Она зависит от атомного веса химических элементов, входящих в состав минерала, поэтому является достаточно стабильной характеристикой. Приѐмы точного определения плотности основаны на гидростатическом взвешивании в тяжѐлых жидкостях, результаты исчисляются в г/см³, т/м³. Приближѐнное определение плотности производится сравнительным взвешиванием на руке.

1.1.3 Морфологические признаки

Морфологические признаки определяются структýрой (строением) минерального вещества.

Минералы встречаются в природе во всех агрегатных состояниях: жидкие (вода), газообразные (природные газы), но большинство минералов – твѐрдые тела.

Иногда минеральное вещество представляет собой скопление мол екул, атомов или ионов, расположенных беспорядочно. Такие минералы амóрфны и внешне на-

8

поминают стекло или пластмассу (опал, аморфный магнезит). В каждой точке образца они проявляют одинаковые свойства.

В большинстве случаев частицы располагаются в строгом порядке и образуют кристаллические решѐтки. Такие вещества более устойчивы на поверхности Земли, их свойства однородны только по параллельным направлениям (кварц).

Внешняя форма минеральных проявлений :

а) кристаллы выглядят как более или менее симметричные замкнутые многогранники, которые растут и самоограняются – принимают какую-либо форму. Каждому минеральному веществу присущи несколько конкретных форм кристаллов. Каждый такой многогранник имеет определѐнное число элементов симметрии (центр симметрии, оси симметрии, плоскости симметрии). Кристаллы растут с разной скоростью по разным направлениям, поэтому по внешнему виду (гáбитусу) они могут быть

изометричные – равномерно развитые по трѐм направлениям – длине, ширине и высоте (пирит, галит);

удлинѐнные – преобладает одно направление, - стóлбчатые, игóльчатые, во-

локнистые (гипс-селенит, асбест);

уплощѐнные – хорошо развиты длина и ширина кристалла, а третье направление развито значительно слабее, - таблúтчатые, пластинчатые, листовáтые, чешýйчатые (слюды, полевые шпаты).

Все возможные комбинации кристаллических форм – 32 гáбитуса, - сгруппированы по степени симметричности в 7 сингόний. Их изучает кристаллогрáфия.

б) для формы кристалла важны условия его развития: температура, давление, поступление химических веществ. Идеальными считаются условия, когда параметры окружающей среды неизменны в течение длительного времени. В этом случае все грани растут пропорционально. Но в природе чаще получаются неправильные искажѐнные формы – зѐрна. По аналогии с кристаллами среди них выделяют изомет-

ричные, удлинѐнные и уплощѐнные;

в) кристаллы и зѐрна минералов редко бывают одиночными, чаще они образуют закономерные или случайные срόстки – агрегáты (зернистые, землистые, волокни-

стые, натѐчные, друзы, щѐтки, дендриты, оолиты, псевдоморфозы и т.д.).

1.1.4 Физические свойства Окраска минерала зависит от цвета химических элементов, входящих в его

состав, от примесей, и может быть случайной (см. описание кварца и лабрадора).

Цвет черты – цвет тонкого порошка минерала, полученного при царапании краем образца по керамической плитке. Это т признак минерального вещества является более надѐжным, т.к. более постоянный, чем окраска самого минерала. Цвет черты может совпадать с окраской (магнетит чѐрный и черта у него чѐрная), а мо-

жет не совпадать (пирит латунно-жѐлтый, а черта у него зеленовато-чѐрная).

9

Блеск – способность поверхности минерала отражать свет. Блески определяют на свежем сколе и делят на две большие группы, которые имеют подразделения:

металлические:

собственно металлический – поверхность минерала блестит, как полированное металлическое изделие (пирит на свежем сколе);

полуметаллический – напоминает потускневшую поверхность металли-

ческого изделия (графит);

неметаллические:

стеклянный (кальцит);

алмазный (галенит на свежем сколе);

жирный (кварц молочный);

перламутровый (слюды);

шелковистый (хризотил-асбест).

Поверхность, не отражающая свет, характеризуется как матовая (глинистые) и др.

Прозрачность определяется наблюдением какого-либо предмета через тонкую пластинку минерала:

сквозь прозрачный минерал предмет виден во всех деталях (пластинчатый гипс – «марьино стекло»);

полупрозрачный минерал позволяет увидеть лишь его контур (флюорит); просвечивают в тонких сколах минералы, пропускающие свет, но не позволяющие наблюдать предметы (халцедон);

непрозрачные минералы не пропускают свет даже в очень тонких пластинках

(роговая обманка).

Твѐрдость – степень сопротивления минерального вещества внешнему механическому воздействию:

абсолютная твѐрдость может быть измерена в лабораторных условиях с помощью прибора склерометра путѐм вдавливания в образец алмазной пирамидки. Полученную величину выражают в кг/см2; в полевых условиях проще и удобнее определять относительную твѐр-

дость, используя шкалу Моóса (названа в честь автора - Карла Фридриха Кристиана Мооса, 1773-1839 гг.). Она состоит из 10 минералов-эталонов, твѐрдость которых известна и постоянна. Эти минералы широко распространены и хорошо изучены. Эталоны расположены в шкале так, что каждый последующий оставляет царапину на всех предыдущих, а его царапают все последующие. Ещѐ более удобным дополнением к шкале Мооса является шкала Разумовского, где минералы заменены распространѐнными предметами со сходной твѐрдостью (таблица 1):

10