Первые вопросы

№1 Развитие использования минералов в деятельности человека

Минералы сыграли важнейшую роль в развитии человека и создании цивилизаций. В каменном веке люди пользовались кремниевыми орудиями труда. Около 10 000 лет назад человек освоил способ получения меди из руды, а с изобретением бронзы (сплава меди и олова) начался новый век - бронзовый. С начала железного века, 3300 лет назад, человек осваивал все новые и новые способы использования полезных ископаемых, добытых из земной коры. Современная промышленность по-прежнему зависит от минеральных ресурсов Земли. Ученые насчитывают около 3000 видов минералов, но только 100 из них достаточно широко распространены. Минералы относятся к неорганическому (неживому) миру. Чаще всего они являются твердыми веществами. Исключение составляет ртуть.

№2 История развития знания о минералах. Основные этапы.

Минералогия – одна из самых древних наук геологического цикла. Возникла 2000 – 3000 лет назад. Развитие металлурги и горного дела обусловлено появлением научной минералогии.

Периодизация развития минералогии:

1. Камневедческий (от древних времен до конца 7в) предыстория минералогии, зачатки эмпирического минералогического знания в систем системе натур философии, концентрация на практическом использовании минералов и некоторых их свойствах;

2. Горно - промысловый (8в – 16в) зарождение науки минералогии в связи с запросами горного дела, алхимии, медицины, ювелирного искусства, знание минералов и их свойств, их диагностики и разработки. Появились некоторые книги обобщения;

3. Физико - морфологический (с 16 – 18) становление научной минералогии, широкое введение количественной оценки в методы исследования установленные первых фундаментальное законов минералогии и накопление знания о минералах;

4. Химико - гносеологический (с 16- 20г ххв) формирование точной описательной минералогии на основе исследований химического состава минералов. Разработка классификация функции минералов, создание основ генетической минералогии;

5. Кристаллохимический период – (20 – 60 гг) исследование кристаллической структуры минералов кристаллической структуры минералов, перестройка всей системы минералогического знания на кристаллической минералогии;

6. Современный структурный генетический – (с 60 - хх) развитие минералогии на основе выставочного подхода к минералам.

№3 Место минералогии среди геологических наук

№4 Конституция минералов и их свойства

Термин конституция минералов предложен Д.П.Григорьевым для обозначения тесной связи между их химическим составом и кристаллической структурой. В рамках этого понятия, выражающего комплексный подход к изучению и описанию минералов, их состав и структура рассматриваются в неразрывном единстве; соответствующие изменения конституции минералов служат проявлением их тихюморфизма.

№5 Кристаллохимические формулы минералов

№6 Значение и типы изоморфных замещений у минералов

Изоморфизмом в кристаллохимии называют два несколько разных явления:

1. Изоструктурными называются вещества с одинаковой кристаллической структурой.

2. Изоморфными — те изоструктурные вещества, которые состоят из химически схожих компонентов. Это близость структуры и формы кристаллов различного (но родственного) химического состава. В этом смысле изоструктурными можно назвать NaCl, MgO и FeN, а изоморфными MgO и FeO. С другой стороны, термином «изоморфизм» обозначается явление взаимозамещения атомов и иных структурных единиц в кристаллических фазах переменного состава. Такие вещества также называют изоморфными смесями или твердыми растворами. В этом смысле понятие изоморфизма употребляется гораздо чаще.

Растворы замещения — один из наиболее распространенных типов соединений переменного состава. Такие соединения имеют фазовые диаграммы следующего вида.

Изоморфизм с заполнением пространства происходит, когда кроме замещающегося атома в позицию входят дополнительные атомы, располагающиеся в дополнительных позициях решетки.

Растворы внедрения (твердые растворы второго рода) это растворы, в которых атомы примеси не замещают атомы минерала хозяина, а располагаются в промежутках между ними. Растворяющиеся атомы входят в промежутки между атомами матрицы, статистически заселяя новую не занятую ранее позицию.

№7 Полиморфизм и политипия у минералов

В природе одно и тоже по составу вещество может иметь различную структуры и кристаллизуется в различных видах симметрии. Получило название полиморфизм. Примеры куб пирит и ромбический марказит Fe S2, Алмаз и графит. Несмотря на одинаковой химический состав, свойства этих минералов значительно отличается, оно обусловлено полной перестройкой структуры.

Также наблюдается явления сдвигов или поворотов отдельных структурных элементов (цепочек, слоев) относительно друг друга. При полном сохранений структуры внутри этих элементов – политипия. Примеры серпентин (хризотил).

№8 Метамиктность у минералов

Некоторые минералы, содержащие р/a элементы с течением времени могут приобретать свойства аморфных тел. Сохранения первоначальную внешностью форму кристаллов и первоначальный состав, они превращаться в стеклоподобные изотропные образования с раковистым изломом. Об изначальной кристаллической структуре свидетельствуют «островки» в аморфном веществе с кристаллической структурой. Такие минералы называться метамиктными

№9 Морфология минеральных индивидов и агрегатов

Единичные кристаллы, зёрна и другие минеральные тела, отделённые друг от друга физическими поверхностями раздела, относятся к минеральным индивидам. Сростки минеральных индивидов образуют минеральный агрегат.

Индивид минеральный исходное понятие минералогии, означающее зерна и идиоморфные кристаллы, в виде которых в природе представлены минеральные виды; индивиды могут быть зернами — "монокристаллами" или сферокристаллами, из которых строятся простые минеральные агрегаты.

Агрегат минеральный — исходное понятие минералогии. На уровне организации вещества, следующем за понятием индивида, агрегат — это скопление индивидов, не обладающее при идеальном развитии чёткими признаками симметричных фигур.

№10 Основные методы определения структуры и химического состава минералов

№11 Диагностические макроскопические свойства минералов, их объясние

№12 Развитие систематизации минералов, современная классификация

Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все минералы на классы следующим образом:

I. Раздел Самородные элементы и интерметаллические соединения

II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения

1. класс Сульфиды и им подобные соединения

2. класс Сульфосоли

III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды)

1. класс Фториды

2. класс Хлориды, бромиды и иодиды

IV. Раздел Окислы (оксиды)

1. класс Простые и сложные окислы

2. класс Гидроокислы или окислы, содержащие гидроксил

V. Раздел Кислородные соли (оксисоли)

1. класс Нитраты

2. класс Карбонаты

3. класс Сульфаты

4. класс Хроматы

5. Класс Вольфраматы и молибдаты

6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты

7. Класс Бораты

8. Класс Силикаты

А. Островные силикаты.

Б. Цепочечные силикаты.

В. Ленточные силикаты.

Г. Слоистые силикаты.

Д. Каркасные силикаты.

№13 Классификация силикатов

1. Островные силикаты, т.е. силикаты с изолированными тетраэдрами [SiO4]4- и изолированными группами тетраэдров: а) силикаты с изолированными кремнекислородными тетраэдрами. Их радикал [SiO4]4-, т.к. каждый их четырёх кислородов имеет одну валентность. Между собой эти тетраэдры непосредственно не связаны, связь происходит через катионы; б) Островные силикаты с добавочными анионами О2-, ОН1-, F1- и др. в) Силикаты со сдвоенными тетраэдрами. Отличаются обособленными парами кремнекислородных тетраэдров [Si2O7]6-. Один из атомов кислорода у них общий, остальные связаны с катионами. г) Кольцевые силикаты. Характеризуются обособлением трёх, четырёх или шести групп кремнекислородных тетраэдров, образующих кроме простых колец, также и "двухэтажные". Радикалы их [Si3O9]6-, [Si4O12]8-, [Si6O18]2-, [Si12O30]18-. Представители: оливины, гранаты, циркон, титанит, топаз, дистен, андалузит, ставролит, везувиан, каламин, эпидот,цоизит, ортит, родонит, берилл, кордиерит, турмалин и др.

2. Цепочечные силикаты, силикаты с непрерывными цепочками из кремнекислородных тетраэдров. Тетраэдры сочленяются в виде непрорывных обособленных цепочек. Их радикалы [Si2O6]4- и [Si3O9]6-. Представители: пироксены ромбические (энстатит, гиперстен) и моноклинные (диопсид, салит, геденбергит, авгит, эгирин, сподумен, волластонит, силлиманит).

3. Поясные (Ленточные) силикаты, это силикаты с непрерывными обособленными лентами или поясами из кремнекислородных тетраэдров. Они имеют вид сдвоенных, не связанных друг с другом цепочек, лент или поясов. Радикал структуры [Si4O11]6-. Представители: тремолит, актинолит,жадеит, роговая обманка.

4. Листовые силикаты, это силикаты с непрерывными слоями кремнекислородных тетраэдров. Радикал структуры [Si2O5]2-. Слои кремнекислородных тетраэдров обособлены друг от друга и связаны катионами. Представители: тальк, серпентин, хризотил-асбест, ревдинскит, полыгорскит, слюды (мусковит,флогопит, биотит), гидрослюды (вермикулит, глауконит), хлориты (пеннит, клинохлор и др), минералы глин (каолинит, хризоколла, гарниерит и др.), мурманит.

5. Силикаты с непрерывними трёхмерными каркасами, или каркасные силикаты. В этом случае все атомы кислорода общие. Такой каркас нейтрален. Радикал [SiO2]0. Именно такой каркас отвечает структуре кварца. Разнообразие каркасных силикатов объясняется тем, что в них присутствуют аллюмокислородные тетраэдры. Замена четырёхвалентного кремния на трехвалентный алюминий вызывает появление одной свободной валентности, что в свою очередь влечет за собой вхождение других катионов (например калия и натрия).

№14 Классификация кислородных соединений

Соли кислородных кислот. В этот класс минералов входят соли различных кислородных кислот, главными из которых являются угольная (карбонаты), серная (сульфаты), фосфорная (фосфаты) и кремневая (силикаты), выделяемые в виде отдельных подклассов.

Карбонаты. Эти минералы очень широко распространены в верхней части литосферы и среднее их содержание в земной коре составляет 1,5 мас.%. В структуре карбонатов анионные группы [CO3]2- в форме плоских треугольников изолированы друг от друга катионами или дополнительными анионами. Обычно карбонаты подразделяются на безводные и водные. К безводным карбонатам относятся такие породообразующие минералы как кальцит - CaCO3, магнезит - MgCO3, доломит - CaMg(CO3)2, сидерит - FeCO3, основные карбонаты меди: малахит - Cu2(CO3)(OH)2 и азурит - Cu3(CO3)2(OH)2 , в которых вхождение гидроксил-иона (ОН)- компенсирует избыточный заряд катионов; к водным - сода - Na2[CO3].10H2O. Цвет зависит от вхождения в структуру ионов-хромофоров. Медные карбонаты зеленые или синие; урановые - желтые; карбонаты, содержащие железо или редкоземельные элементы, окрашены в коричневатые цвета, но большинство карбонатов белые или бесцветные. Твердость 3-5. Большинство карбонатов относительно хорошо растворяются в воде некоторые из них интенсивно вскипают соляной кислоте. Из оптических свойств для карбонатов характерно весьма высокое двулучепреломление - следствие наличия в структуре этих минералов плоских групп [CO3]2-. Происхождение некоторых карбонатов, например, кальцита в известняках, связано с жизнедеятельностью организмов. Гидротермальные карбонаты распространены в жилах, контактово-метасоматических зонах, в отложениях минеральных источников, в миндалинах вулканических пород. Многие карбонаты имеют практическое значение как руды на железо, цинк, свинец и медь.

Сульфаты, хроматы, молибдаты и вольфраматы. Сульфаты - минералы, представляющие собой соли серной кислоты (H2SO4), могут образовываться в природе лишь в условиях повышенной концентрации кислорода, и при относительно низких температурах. Такие условия в земной коре создаются вблизи поверхности, где и встречается основная масса сульфатов. В природе известно около 300 минералов, относящихся к этому классу соединений, но по массе они составляют менее 0,1 % веса земной коры. Часто встречаются сульфаты с добавочными анионами (OH-, Cl-, CO32-, PO43- и др.). Небольшая твердость (меньше 3,5). Наиболее часто в природе встречаются следующие сульфаты: гипс - CaSO4.2H2O, ангидрит - CaSO4, барит - BaSO4, целестин - SrSO4, англезит - PbSO4, тенардит - Na2SO4, мирабилит - Na2SO4.10H2O, алунит - KAl3(SO4)2(OH)6 и ярозит - KFe3(SO4)2(OH)6.

Хроматы - представители солей ортохромовой кислоты (H2CrO4) - очень редки. Они встречаются в зонах окисления некоторых полиметаллических месторождений. Именно в хромате из этого месторождения - крокоит - PbCrO4

Молибдаты - соли молибденовой кислоты (H2MoO4) - являются гипергенными минералами, образующимися в зонах железных шляп рудных месторождений в результате окисления молибденита (MoS2). Наиболее распространенные молибдаты (Вульфенит - PbMoO4).

Вольфраматы - соли вольфрамовой кислоты (H2WO4) в природе немногочислены. Однако в рассматриваемый подкласс входят два промышленно важных рудных минерала - вольфрамит - (Fe,Mn)WO4 и шеелит - CaWO4, имеющих глубинное происхождение.

Фосфаты, арсенаты и ванадаты. Распространенность этих минералов в земной коре относительно невелика и составляет около 0,7 % по массе. Все фосфаты, арсенаты и ванадаты подразделяются на безводные и водные. Представители группы имеют в большинстве случаев гипергенное происхождение - образуются в близповерхностных условиях в результате разложения органических остатков (фосфаты), окисления мышьяковых соединений (арсенаты) и за счет рассеянного в осадочных породах ванадия (ванадаты). Некоторые фосфаты образуются магматическим путем. Наибольшее распространение и значение получили фосфаты, а среди последних - апатит.

№15 Классификация оксидов

Окси́д (о́кисел, о́кись) — соединение химического элемента с кислородом, в котором сам кислород связан только с менее электроотрицательным элементом. Не считая фтора, кислород — самый электроотрицательный химический элемент, поэтому к оксидам относятся почти все соединения химических элементов с кислородом. К исключениям относятся, например, дифторид кислорода OF2.

Оксиды — весьма распространенный тип соединений, содержащихся в земной коре и во вселенной вообще. Окислами называется класс минералов, представляющих собой соединения металла с кислородом.

Классификация

В зависимости от химических свойств различают:

Солеобразующие оксиды:

• основные оксиды (например, оксид натрия Na2O, оксид меди(II) CuO);

• кислотные оксиды (например, оксид серы(VI) SO3, оксид азота(IV) NO2);

• амфотерные оксиды (например, оксид цинка ZnO, оксид алюминия Аl2О3);

Несолеобразующие оксиды (например, оксид углерода(II) СО, оксид азота(I) N2O, оксид азота(II) NO).

№16 Генетическая минералогия

№17 Понятие «минерал», задачи минералогии

Минералогия - (от минерал и ...логия), наука о минералах, их составе, свойствах, особенностях и закономерностях физического строения (структуры), условиях образования, нахождения и изменения в природе. Возникла в древности, связана с развитием горного дела. Как самостоятельная наука минералогия оформилась в эпоху Возрождения. Термин "минералогия" введен в 1636 итальянским ученым Б. Цезием (Цезиусом). Начало нового этапа развития минералогии связано с именами Р. Ж. Гаюи, А. Вернера, М. В. Ломоносова, В. М. Севергина, Й. Берцелиуса и др. От минералогии отделились кристаллография (18 в.) и петрография (19 в.), в нач. 20 в. - учение о полезных ископаемых, геохимия, кристаллохимия. Основы современной минералогии заложены В. И. Вернадским, У. Брэггом, В. Гольдшмидтом, А. Е. Ферсманом и др. Различают описательную, генетическую, прикладную и ряд др. отраслей минералогии.

№18 Основные структурные мотивы минералов

№19 Типы структур у минералов

№20 Связь свойств минералов с их конституцией