Лекция 4

Некристаллические минералы. Химия минералов. Расчет формул минералов. Кристаллы и их агрегаты в природе. Закон постоянства гранных углов. Двойниковые сростки. Микрорельеф поверхности.

Химический состав минералов

Как наука минералогическая химия сформировалась в самом начале 19 в. Ее становление теснейшим образом связано с тремя научными событиями: 1) установлением Ж. Л. Прустом (1754–1826) закона постоянства составов; 2) разработкой Дж. Дальтоном (1766–1844) атомной теории строения вещества (1805 г.); 3) развитием точных методов количественного химического анализа.

Потом минералогическая химия превратилась в геохимию – одну из отраслей геологических наук. Она включает в себя термодинамику, исследование фазовых равновесий, синтез минералов, методы и методики химических исследований минералов. Химическая минералогия также является основой кристаллохимии.

Химические анализы

В основе химии минералов лежит знание об их составе, поэтому рассмотрим возможности и ограничения химических методов исследования.

Количественный химический анализ независимо от способа его проведения нужен для того, чтобы определить присутствующие в нем элементы и их количественные соотношения. Поэтому химический анализ должен быть полным, т.е. определены все присутствующие в нем элементы, и их содержание должно отвечать реально присутствующим в минерале. Точность определения зависит от метода и профессионального уровня аналитика.

Количества присутствующих элементов обычно выражаются в весовых процентах, количество которых при полном анализе должно быть 100 %. Как правило, точность хороших анализов может колебаться от 99,5 до 100,5 %.

Интерпретация результатов. Давая определение минерала, мы говорили о том, что для него характерен определенный химический состав. Этот состав можно выразить формулой, которая отражает как качественный состав элементов, так и их количественные соотношения в минерале. Например, химический состав галита выражается формулой NaCl, которая означает, что в нем содержатся равные количества ионов натрия и хлора. Состав другого минерала – брусита выражается формулой Mg(OH)₂; таким образом, он представляет соединение, в котором на один ион магния приходится два иона гидроксила.

Формулы могут быть простыми и сложными в зависимости от числа присутствующих элементов и количественных соотношений, в которых эти элементы комбинируются в минерале. Основными данными для написания правильной формулы минерала служат результаты его химических анализов. Однако в ряде случаев этого недостаточно. Химический анализ указывает лишь на присутствие того или иного элемента и его содержание, но не дает сведений о связи элементов между собой в структуре минерала.

Расчет формул минералов

В минералогии важно суметь рассчитать формулу минерала по результатам его химических анализов. Результаты химических анализов выражают в массовых (весовых) процентах . В случае сульфидных минералов расчет формулы по данным таких анализов представляет собой простую арифметическую задачу. В качестве первого шага следует разделить содержание каждого элемента в массовых процентах на его атомное количество для получения мольной доли этого элемента (табл. 1). Структурная формула железосодержащего сфалерита выглядит как (Fe,Zn)S, и поэтому, чтобы результаты имели правильные соотношения, необходимо привести к единице либо сумму мольных долей Zn и Fe, либо мольную долю S. Рассчитанные обоими способами формулы должны совпадать. Так, приводя S к единице и округляя значения до второго знака, получаем формулу (Zn_0,86Fe_0,14)_1,00S.