Próby usystematyzowania minerałów na innej podstawie podejmowano w świecie starożytnym. Początkowo (od Arystotelesa do Ibn Siny i Biruni) minerały były usystematyzowane według cech zewnętrznych. Z II połowy XIX wieku. klasyfikacje chemiczne zyskały wyjątkową dystrybucję, aw XX wieku. - chemia kryształów. Obecnie najpowszechniejsza klasyfikacja minerałów, która opiera się na zasadzie chemicznej (skład chemiczny, rodzaj związków chemicznych, charakter wiązania chemicznego). Mniejsze taksony w ramach klas wyróżnia się z uwzględnieniem cech strukturalnych minerałów (tab. 1.1).

Krótki opis klas minerałów

rodzime elementy. W naturze znanych jest około 40 pierwiastków chemicznych, ale większość z nich jest bardzo rzadka. Obecność pierwiastków w formie natywnej związana jest z budową ich atomów, które posiadają stabilne powłoki elektronowe. Pierwiastki obojętne chemicznie w warunkach naturalnych nazywane są szlachetnymi.

Au, Pt, Ag, Cu, Fe, Pb, Sn, Hg, Zn, Al występują w postaci metali rodzimych, stopy kilku metali są typowe w stanie naturalnym, na przykład (Pt + Fe), (Pt + Fe + Ni), ( Au + Ag), itp. As, Sb, Se, Te są najbardziej rozpowszechnione wśród rodzimych półmetali, a różne modyfikacje C (grafit, diament) i S są wśród niemetali. Grafit i siarka często tworzą duże depozyty.

Chalkogenki (związki siarki) są związkami kationów z siarką (siarczkami). W przyrodzie znanych jest około 200 związków siarki, ale tylko 20 z nich występuje w znacznych ilościach. Najczęściej spotykane związki z Fe, Cu, Pb, Zn, Sb, Hg.

Barwa siarczków jest zróżnicowana (ołowiowo-szara, czarna, mosiężno-żółta, miedziano-żółta, pomarańczowa, żółta, czerwona). Twardość waha się od 1 do 6-6,5, gęstość waha się od średniej do wysokiej.

Większość siarczków powstaje za pomocą środków hydrotermalnych, znane są również siarczki pochodzenia magmowego i metamorficznego, niektóre są wynikiem procesów egzogennych.

Siarczki są ważnymi minerałami kruszcowymi, surowcami do otrzymywania metali nieżelaznych, ciężkich oraz niektórych rzadkich i rozproszonych metali, ich stopów.

Tabela 1.1

Klasyfikacja minerałów

związki tlenu. Tlenki i wodorotlenki - związki pierwiastków z tlenem; wodorotlenki zawierają również wodę. W skorupie ziemskiej minerały te stanowią około 17%, z czego krzemionka (SiO 2) stanowi 12,6%, tlenki i wodorotlenki Fe - 3,9%. Typowe minerały obejmują również tlenki i wodorotlenki glinu, tlenki manganu i tytanu.

Właściwości fizyczne tych minerałów są różne, większość z nich charakteryzuje się dużą twardością. Pochodzenie jest magmowe, pegmatytowe, hydrotermalne, ale większość tlenków powstaje w wyniku procesów egzogennych w górnych partiach litosfery. Wiele endogennych minerałów ulega zniszczeniu podczas wietrzenia i przekształca się w tlenki i wodorotlenki, jako związki bardziej stabilne w warunkach powierzchniowych. Będąc stabilnymi fizycznie i chemicznie, wiele tlenków gromadzi się w podkładkach.

siarczany - naturalne sole kwasu siarkowego. W przyrodzie znanych jest około 190 gatunków minerałów, które są prostymi bezwodnymi solami lub złożonymi solami z wodą konstytucyjną i krystalizacyjną. Główną jednostką strukturalną jest rodnik anionowy 2, wśród kationów tworzą się gatunki Ca 2+, Ba 2+, Mg 2+ itd.

Kolor siarczanów wynika z zanieczyszczeń jonami chromoforowymi i obecnością defektów strukturalnych. Charakteryzuje się niską twardością (2-3,5), dobrą rozpuszczalnością w wodzie.

Siarczany powstają w warunkach utleniających w obszarach rozmieszczenia osadów siarczkowych, w skorupach wietrzeniowych, a także jako osady chemogeniczne sody, siarczanów, słonych jezior i dużych zbiorników wodnych. Siarczany endogenne są typowe dla średnio- i niskotemperaturowych żył hydrotermalnych, rzadziej jako produkty aktywności wulkanicznej.

Fosforany - sole kwasu fosforowego. W przyrodzie znanych jest ponad 230 prostych i złożonych, wodnych i bezwodnych związków. Główną jednostką strukturalną jest rodnik anionowy 3-; wśród kationów tworzą się Ca 2+, Fe 2+, Fe 3+, Mg 2+, TR 3+ itp. Fosforany występują w postaci spłaszczonych i tabliczkowych kryształów lub w postaci łuszczących się agregatów . Charakterystyczne właściwości: bezbarwny lub intensywnie zabarwiony na niebiesko w różnych odcieniach; luminescencja; twardość - 3-5, gęstość - 1,6-7,0 g / cm 3. Pochodzenie: magmowe, hydrotermalne, egzogeniczne.

Węglany- sole kwasu węglowego. Wiodącymi kationami są Ca 2+ , Fe 2+ , Na + , Mg 2+ , Ba 2+ , Cu 2+ , Zn 2+ i inne Jest to duża grupa (około 120 gatunków minerałów), z których wiele jest powszechnie Rozpowszechniane. Występują węglany w postaci dobrze fasetowanych kryształów o znacznych rozmiarach; gęste, ziarniste masy, które tworzą potężne warstwy monomineralne; kruszywa radialno-promienne, iglaste, spiekane, nerkowate i drobne mieszaniny z innymi minerałami.

Większość węglanów jest biała lub bezbarwna; Barwę węglanów nadają jony chromoforowe, takie jak Fe 2+ , Mn 2+ , TR 3+ , Cu 2+ oraz drobne zanieczyszczenia mechaniczne (hematyt, bitum itp.). Twardość wynosi około 3-4,5, gęstość jest niska, z wyjątkiem węglanów Zn, Pb, Ba.

Ważnym objawem diagnostycznym jest działanie kwasów (HCl, HNO 3) na węglany, z których w pewnym stopniu gotują się z uwolnieniem dwutlenku węgla.

Z pochodzenia węglany są osadowe (osady biochemiczne lub chemiczne), osadowo-metamorficzne; powierzchnia, charakterystyczna dla strefy utleniania; nisko i średniotemperaturowe hydrotermalne; metasomatyczny. Czasami krystalizują z kalcytowych i sodowych magmowych law wulkanicznych.

Węglany są najważniejszymi minerałami niemetalicznymi, a także cennymi rudami Zn, Pb, Fe, Cu i innych metali. Wapienie, dolomity, marmury to niemal monomineralne skały zbudowane z węglanów.

krzemiany - sole kwasu krzemowego. Udział krzemianów stanowi do 75% masy skorupy ziemskiej i około 25% gatunków mineralnych. W przyrodzie znanych jest ponad 700 naturalnych krzemianów, w tym najważniejsze minerały skałotwórcze (skalenie, pirokseny, amfibole, miki itp.).

Główną jednostką strukturalną są pojedyncze izolowane czworościenne rodniki 4-. Wiodące kationy Na +, Mg 2+, Al 3+, Ca 2+, Fe 2,3+, K +, Mn 2+.

O różnorodności strukturalnej krzemianów decyduje budowa rodników krzemowo-tlenowych. Istnieją krzemiany z rodnikami wyspowymi, łańcuchowymi, wstęgowymi, arkuszowymi i szkieletowymi.

krzemiany wyspowe, tj. krzemiany z izolowanymi czworościanami 4- i izolowanymi grupami czworościanów. W krzemianach z izolowanymi 4-tetraedrami każdy z czterech atomów tlenu ma jedną wolną wartościowość. Tetraedry nie są ze sobą bezpośrednio połączone, połączenie następuje poprzez kationy Mg, Fe, Al, Zr itp. Krzemiany o strukturze wyspowej mają wygląd izometryczny i charakteryzują się zwiększoną twardością i gęstością (oliwin).

Krzemiany łańcuchowe charakteryzują się strukturą, w której czworościany są połączone przegubowo w postaci ciągłych izolowanych łańcuchów. Rodniki 4-, 6-, kationy Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Na + (pirokseny).

Krzemiany wstążkowe mają czworościany w postaci podwójnych łańcuchów, wstążek, pasów. Rodnik 6-, kationy Ca 2+ , Mg 2+ , Fe 3+ , Al 3+ , Na + , (amfibole). Często zawierają jony (OH) ‾ 2.

Krzemiany o budowie łańcuchowej i wstęgowej są zwykle wydłużone, charakteryzują się kryształami pryzmatycznymi i kolumnowymi, agregatami iglastymi i włóknistymi.

Krzemiany warstwowe to krzemiany z ciągłymi warstwami czworościanów krzemowo-tlenowych. Rodnik takiej struktury to 2- . Warstwy czworościanów są odizolowane od siebie i połączone kationami Mg 2+, Fe 3+, Al 3+, Ni + itp. Zawierają jony (OH) 2, (OH, F) 2 (talk, serpentyna, glina minerały, miki, chloryny).

Krzemiany warstwowe charakteryzują się bardzo doskonałą łupliwością i wyglądem przypominającym warstwę minerałów. Wyjaśnia to fakt, że same warstwy czworościanów krzemowo-tlenowych są bardzo silne, a wiązanie między nimi przez kationy jest słabsze.

Krzemiany szkieletowe to krzemiany z ciągłymi trójwymiarowymi szkieletami aluminiowymi i tetraedrami krzemowo-tlenowymi. W tym przypadku wszystkie atomy tlenu czworościanów są wspólne, ich wartościowości są wykorzystywane do wiązania z kationami, a szkielet jest neutralny. Rodnik takiej struktury wynosi 0 . To właśnie ten szkielet odpowiada strukturze kwarcu (z tego powodu kwarc można nazwać krzemianami o strukturze szkieletowej).

Rodniki glinowo-tlenowe m- powstają w wyniku zastąpienia czterowartościowego krzemu trójwartościowym glinem, co powoduje pojawienie się jednej wolnej wartościowości i pociąga za sobą konieczność wprowadzenia innych kationów. Rodzajotwórcze kationy krzemianowe to Na + , K + , Ca 2+ (skalenie, skalenie).

Większość krzemianów jest bezbarwna lub biała. Krzemiany Fe, Mn, Ni, Zr i innych pierwiastków są malowane na różne kolory. Szkło błyszczące do diamentu. Łupin idealny w dwóch lub trzech kierunkach, bardzo dobry, gęstość od 2,0 do 6,5 g/cm 3 , twardość 1-8.

Krzemiany to minerały wielogenowe. Krystalizują z magmy, powstają w procesie metamorfizmu i są typowe dla stref utleniania złóż rud.

Halogenki (związki halogenowe). chlorki - sole kwasu solnego. Znanych jest około 100 gatunków minerałów. Wewnętrzny kolor chlorków jest biały; czyste kryształy są bezbarwne i przezroczyste. Żółty, brązowy, szary, czerwony i inne kolory nadają związkom halogenowym zanieczyszczenia mechaniczne: wodorotlenki żelaza, substancje organiczne itp. Chlorki mają niską twardość - 1,0-3,5; gęstość waha się od 1,5-2,5 do 6,5-8,3 g/cm 3 , łatwo rozpuszczalny w wodzie, higroskopijny.

Chlorki powstają głównie na drodze chemogeniczno-osadowej - podczas parowania wody ze słonych i sodowych jezior lub basenów i lagun morskich.

fluorki- naturalne związki pierwiastków Na, K, Ca, Mg i innych pierwiastków z fluorem. Znanych jest do 59 gatunków minerałów, z których większość ma ograniczoną dystrybucję. Najcenniejszym minerałem jest fluoryt, występujący w złożach hydrotermalnych, pneumatolitycznych i greisenowskich.

Tabela 1.2 pokazuje charakterystykę głównych minerałów skałotwórczych i minerałów, które są najbardziej rozpowszechnione w przyrodzie i mają wartość praktyczną.

Pytania do samokontroli

» Definicja słowa minerał.

Jaki stan mogą mieć minerały w warunkach naturalnych?

Jaka jest różnica między minerałami krystalicznymi a amorficznymi?

Co to jest kruszywo mineralne? Co to są agregaty?

Wymień najważniejsze właściwości fizyczne minerałów.

Co to jest rozszczepienie? Jej powody.

Jakie istnieją metody określania twardości?

Wymień minerały w skali twardości Mohsa.

Co to jest pękanie minerałów?

Jakie są przyczyny zabarwienia minerałów?

Co to jest uciekinier? Do jakich minerałów należy?

Czym minerały różnią się blaskiem?

Jak określa się właściwości magnetyczne minerałów?

Jak można klasyfikować minerały? Która cecha klasyfikacji minerałów jest najbardziej poparta naukowo?

Które procesy powstawania minerałów są endogenne, a które egzogeniczne?

Ćwiczenia:

Korzystanie z tabeli. 1.2, herbatniki, szklanki, odczynniki itp. identyfikują próbki z kolekcji dostarczonej przez prowadzącego.

Ta klasyfikacja opiera się na zasadzie chemii krystalicznej

Główne klasy minerałów

• 1) krzemiany
• 2) tlenki i wodorotlenki
• 3) węglany
• 4) fosforany
• 5) siarczany
• 6) azotany
• 7) siarczki
• 8) elementy rodzime
• 1. Klasa krzemianów - najpowszechniejsza w skorupie ziemskiej (ponad 33% wszystkich minerałów, mniej niż 85% masy skorupy ziemskiej)

Główna jednostka strukturalna krzemianów - czworościan krzemowo-tlenowy 4- ma cztery wolne wiązania walencyjne, dzięki którym przyłączone są inne pierwiastki chemiczne i czworościany krzemowo-tlenowe.

W zależności od charakteru związków istnieją

• a) Krzemiany wyspowe (czworościany to wyspy pojedynczych, podwójnych czworościanów lub grup 3, 4, 6 czworościanów połączonych w pierścienie, czworościany są połączone kationami Mg 2+, Fe 2+, Fe 3+, Mn 2+). Na przykład oliwin, granat, cyrkon, topaz. Klasa charakteryzuje się dużą gęstością.
• b) Krzemiany pierścieniowe (tetraedry łączą się w duże pierścienie) - przykład - beryl, turmalin
• c) Krzemiany łańcuchowe (czworościany są połączone ze sobą ciągłymi łańcuchami z rodnikiem 4-). Przykładem jest sierpień.
• d) Krzemiany wstążkowe (tetraedry tworzą podwójne łańcuchy z rodnikiem 6) Przykładem jest hornblenda, aktynolit, jadeit. Klasa charakteryzuje się włóknistą strukturą.
• e) Krzemiany warstwowe (czworościany tworzą jedną ciągłą warstwę). Przykładem są miki, hydromiki, gliny, serpentyny. Klasa charakteryzuje się bardzo idealnym dekoltem
• f) Krzemiany ramowe (skalenie). W krzemianach bvth - fdubnate ze sobą w ciągłych łańcuchach z rodnikiem np 3,4,6 elementów tetraedrycznych tego typu; ciągła rama składa się z czworościanów połączonych ze sobą przez atomy tlenu wszystkich czterech wierzchołków. Nie ma tu wolnych wartościowości, dodanie innych jonów jest niemożliwe. Krzem można zastąpić aluminium lub tytanem i pojawia się dodatkowa wartościowość. Klasa charakteryzuje się idealnym dekoltem

Istnieją następujące podklasy

• 1. skaleń potasowo-sodowy - ortoklaz, mikroklina
• 2. skalenie sodowo-wapniowe - albit, andezyt, labradoryt
• 3. skalenie - nefelin
• 4. Zeolit
• 2. Klasa tlenków i wodorotlenków (w klasie znajduje się około 200 minerałów, 17% masy skorupy ziemskiej, udział kwarcu wynosi 12,6%, tlenków i wodorotlenków - 3,9%). Charakterystyczna zdolność - wysoka twardość i gęstość. Przedstawiciele tej klasy łączą minerały różnego pochodzenia i zgodnie z nazwą dzielą się na dwie podklasy: tlenki, które charakteryzują się dużą i średnią twardością oraz wodorotlenki, które mają niską twardość. Z drugiej strony wymienioną klasę można podzielić na tlenki i wodorotlenki krzemu oraz tlenki i wodorotlenki metali. Tlenki i wodorotlenki krzemu mają niezwykle ważną wartość skałotwórczą: sam udział kwarcu SiO2 stanowi do 12% masy skorupy ziemskiej. Kryptokrystaliczne modyfikacje kwarcu są reprezentowane przez różnokolorowy chalcedon. Wśród wodnych tlenków krzemu należy wymienić opalizujący SiO2 x nH2O. Te minerały charakteryzują się odpowiednio szklistym lub metalicznym połyskiem. Najważniejszą wartość rudotwórczą mają tlenki i wodorotlenki metali. Charakteryzują się odpowiednio metalicznym lub matowym połyskiem. Największą wartość mają takie minerały jak magnetyt Fe3O4, hematyt Fe2O3, limonit Fe2O3 x nH2O, korund Al2O, boksyt Al2O x nH2O.
• 3. Klasa węglanów (80 minerałów, sole kwasu węglowego, 1,5% masy skorupy ziemskiej) - średnia twardość, niemetaliczny połysk, jasna barwa, łatwo rozpuszczalne w wodzie bogatej w wolny dwutlenek węgla Przykład - kalcyt, aragonit , malachit, dolomit. Węglany mają duże znaczenie skałotwórcze w składzie skał osadowych i metamorficznych, stanowią do 2% masy skorupy ziemskiej. Charakterystyczną cechą węglanów jest ich aktywna interakcja z kwasem solnym, której towarzyszy szybkie uwalnianie dwutlenku węgla. Połysk większości węglanów jest szklisty, a twardość jest niska. Najczęstszymi przedstawicielami są kalcyt CaCO3, magnezyt MgCO3, dolomit CaMg(CO3)2, syderyt FeCO3.
• 4. Klasę fosforanów tworzą sole kwasu fosforowego różnego pochodzenia. Klasa obejmuje około 200 minerałów, które stanowią około 0,7% masy skorupy ziemskiej. Najczęściej stosowanym do produkcji nawozów fosforowych pochodzenia magmowego jest apatyt Ca5 (F, Cl) 3 i zbliżony do niego fosforyt (fosforan wapnia) składem, ale pochodzenia supergenowego. Fosforany charakteryzują się niską twardością i gęstością.
• 5. Klasa siarczanów (260 minerałów, 0,1% masy skorupy ziemskiej) - zazwyczaj są to wytrącenia chemiczne, które występują razem z halogenkami. Gips i anhydryt to rudy agronomiczne wykorzystywane do gipsowania lizawek solnych. Siarczany to sole kwasu siarkowego, które gromadzą się głównie w środowisku wodnym nasyconym solą. Minerały charakteryzują się niską twardością, niemetalicznymi odmianami połysku, jasnym kolorem. Gips CaSO4 x 2H2O, anhydryt CaSO4, mirabilit (sól Glaubera) Na2SO4 x 10H2O są szeroko rozpowszechnione w skorupie ziemskiej.
• 6. Klasa halogeny (100 minerałów, 0,5% masy skorupy ziemskiej) - sole kwasów fluorowcowodorowych, lekkie, przezroczyste, dobrze rozpuszczalne w wodzie. Wiele z nich to rudy agronomiczne. Halogenki (związki halogenowe) to sole kwasów fluorowcowodorowych. Najbardziej powszechnymi związkami są chlorki i fluorki, takie jak stosowane w przemyśle chemicznym halit NaCl (sól kamienna), sylvin KCl (sól potasowa). W optyce zastosowano fluoryt CaF2. Halogenki wyróżniają się szklistym połyskiem, niską twardością i gęstością oraz często łatwą rozpuszczalnością w wodzie.
• 7. Klasa azotanów (niezwykle rzadkich w przyrodzie) - pochodne soli kwasu azotowego. Dla minerałów tej klasy ustalono nazwę „saletra”, ustalono, że źródłem zawartego w nich N jest azot z powietrza. Powstawanie saletry ma pochodzenie biogenne, saletra jest cennym nawozem mineralnym.
• 8. Klasa siarczków (200 minerałów, 0,15% masy skorupy ziemskiej) - sole kwasu wodorosiarczkowego, rudy najważniejszych metali, są stabilne dopiero poniżej GWL, wyżej w strefie wietrzenia, minerały ulegają zniszczeniu . Siarczki to związki siarki metali ciężkich. Powstawanie siarczków zachodzi bez dostępu tlenu, większość z nich ma pochodzenie hydrotermalne. Po utlenieniu siarczki łatwo przekształcają się w tlenki, węglany lub siarczany. Wartość siarczków polega na tym, że są rudami metali nieżelaznych i często towarzyszy im złoto. Najczęściej spotykane to piryt (piryt żelaza) FeS2, chalkopiryt (piryt miedzi) CuFeS2, galena (połysk ołowiu) PbS, sfaleryt (blenda cynku) ZnS, cynober HgS itp. Zdecydowana większość siarczków charakteryzuje się metalicznym połyskiem, niskim i średnia twardość, wysoka gęstość. Metale tworzące siarczki (Pb, As, Hg, Cd) są bardzo toksyczne iw wysokich stężeniach stanowią zagrożenie dla wszystkich organizmów żywych.
• 9. Klasyfikacja pierwiastków rodzimych (około 50 minerałów, w tym gazów, mniej niż 0,1% masy skorupy ziemskiej). Obejmuje Pt, Ag, Au, Cu, S, diament, grafit. Rodzime minerały składają się tylko z jednego pierwiastka chemicznego. Większość z nich ma duże znaczenie gospodarcze (diament, grafit, siarka, złoto, miedź itp.). Właściwości fizyczne rodzimych minerałów są bardzo zróżnicowane.

Treść artykułu

MINERAŁY I MINERALOGIA.Minerały – stałe naturalne formacje, które są częścią skał Ziemi, Księżyca i niektórych innych planet, a także meteorytów i asteroid. Minerały z reguły są raczej jednorodnymi substancjami krystalicznymi o uporządkowanej strukturze wewnętrznej i określonym składzie, który można wyrazić odpowiednim wzorem chemicznym. Minerały nie są mieszaniną najmniejszych cząstek mineralnych, takich jak szmergiel (składający się głównie z korundu i magnetytu) czy limonit (agregat getytu i innych wodorotlenków żelaza), zawierają również związki pierwiastków o nieuporządkowanej budowie, podobnej do szkieł wulkanicznych (obsydian itp.). .). Minerały to pierwiastki chemiczne lub ich związki powstałe w wyniku naturalnych procesów. Z liczby kopalin wyłączone są najważniejsze rodzaje surowców mineralnych pochodzenia organicznego, takie jak węgiel i ropa naftowa.

Mineralogia- nauka o minerałach, ich klasyfikacji, składzie chemicznym, cechach i prawidłowościach budowy (struktury), pochodzeniu, warunkach panujących w przyrodzie i praktycznym zastosowaniu. W celu głębszego wyjaśnienia wewnętrznej struktury minerałów i ich związku z historią Ziemi mineralogia czerpie z matematyki, fizyki i chemii. Wykorzystuje dane ilościowe w większym stopniu niż inne nauki geologiczne, ponieważ do właściwego opisu minerałów niezbędna jest dokładna analiza chemiczna i dokładne pomiary fizyczne.

HISTORIA MINERALOGII

Odłupki krzemienia o ostrych krawędziach były używane przez człowieka prymitywnego jako narzędzia już w paleolicie. Krzemień (drobnoziarnista odmiana kwarcu) od dawna jest głównym minerałem. W starożytności człowiek znał inne minerały. Niektóre z nich, takie jak wiśniowy hematyt, żółtobrązowy getyt i czarne tlenki manganu, były używane jako farby do malowania naskalnego i malowania ciała, inne, takie jak bursztyn, jadeit, rodzime złoto, służyły do ​​wyrobu przedmiotów rytualnych, biżuterii i amulety. W Egipcie okresu predynastycznego (5000-3000 pne) znanych było już wiele minerałów. Do wyrobu biżuterii używano rodzimej miedzi, złota i srebra. Nieco później narzędzia i broń zaczęto wytwarzać z miedzi i jej stopu - brązu. Wiele minerałów wykorzystywano jako barwniki, inne do wyrobu biżuterii i pieczęci (turkus, jadeit, kryształ, chalcedon, malachit, granat, lapis lazuli i hematyt). Obecnie minerały służą jako źródło pozyskiwania metali, materiałów budowlanych (cementu, gipsu, szkła itp.), surowców dla przemysłu chemicznego itp.

W pierwszym znanym traktacie o mineralogii O kamieniach Uczeń Arystotelesa, Grek Teofrast (ok. 372–287 pne), minerały dzielił na metale, ziemie i kamienie. Około 400 lat później Pliniusz Starszy (23–79 ne) w ostatnich pięciu księgach Historia naturalna podsumował wszystkie dostępne wówczas informacje na temat mineralogii.

We wczesnym średniowieczu w krajach arabskiego Wschodu, które przyjęły wiedzę starożytnej Grecji i starożytnych Indii, nastąpił rozkwit nauki. Środkowoazjatycki naukowiec-encyklopedysta Biruni (973 - ok. 1050) opracował opisy kamieni szlachetnych ( Mineralogia) i wynalazł metodę dokładnego pomiaru ich ciężaru właściwego. Inny wybitny uczony Ibn Sina (Avicenna) (ok. 980–1037) w traktacie O kamieniach podał klasyfikację wszystkich znanych minerałów, dzieląc je na cztery klasy: kamienie i ziemie, paliwa kopalne, sole, metale.

W średniowieczu w Europie gromadzono praktyczne informacje o minerałach. Górnik i poszukiwacz z konieczności zostali praktykującymi mineralogami, przekazując swoje doświadczenie i wiedzę studentom i czeladnikom. Pierwszym zbiorem informacji faktograficznych z zakresu praktycznej mineralogii, górnictwa i hutnictwa była praca G. Agricoli O metalach (De re metallica), opublikowany w 1556 r. Poprzez ten traktat i wcześniejsze prace O naturze skamielin (Naturalne skamieniałości, 1546), który zawiera klasyfikację minerałów na podstawie ich właściwości fizycznych, Agricola jest znany jako ojciec mineralogii.

Przez 300 lat po opublikowaniu pracy Agricoli badania w dziedzinie mineralogii były poświęcone badaniu naturalnych kryształów. W 1669 r. duński przyrodnik N. Stenon, podsumowując swoje obserwacje na setkach kryształów kwarcu, ustalił prawo stałości kątów między ścianami kryształów. Sto lat później (1772) Romet de Lisle potwierdził wnioski Stenona. W 1784 opat R. Gayuy położył podwaliny pod nowoczesne koncepcje dotyczące struktury kryształu. W 1809 roku Wollaston wynalazł goniometr refleksyjny, który umożliwił dokładniejszy pomiar kątów między ścianami kryształów, aw 1812 roku przedstawił koncepcję sieci przestrzennej jako prawa wewnętrznej struktury kryształów. W 1815 r. P. Cordier zaproponował badanie właściwości optycznych fragmentów rozdrobnionych minerałów pod mikroskopem. Dalszy rozwój badań mikroskopowych wiąże się z wynalezieniem w 1828 roku przez W. Nicola urządzenia do otrzymywania światła spolaryzowanego (pryzmat Nicol'a). Mikroskop polaryzacyjny został udoskonalony w 1849 roku przez G. Sorby'ego, który zastosował go do badania przezroczystych fragmentów skał.

Istniała potrzeba sklasyfikowania minerałów. W 1735 C. Linneusz opublikował pracę układ natury (Systema naturae), w którym minerały zostały sklasyfikowane według cech zewnętrznych, tj. tak jak rośliny i zwierzęta. Następnie uczeni szwedzcy - A. Kronstedt w 1757 r. i J. Berzelius w 1815 i 1824 r. - zaproponowali kilka wariantów chemicznej klasyfikacji minerałów. Druga klasyfikacja Berzeliusa, zmodyfikowana przez K. Rammelsberga w latach 1841–1847, została mocno ugruntowana po tym, jak amerykański mineralog J. Dan położył ją u podstaw wydania trzeciego. systemy mineralogiczne (System mineralogii Dany, 1850). Wielki wkład w rozwój mineralogii w XVIII - pierwszej połowie XIX wieku. wprowadzili niemieccy naukowcy A.G. Werner i I.A. Breithaupt oraz Rosjanie - M.V. Łomonosow i V.M. Severgin.

W drugiej połowie XIX wieku udoskonalone mikroskopy polaryzacyjne, goniometry optyczne i metody analityczne umożliwiły uzyskanie dokładniejszych danych o poszczególnych gatunkach minerałów. Kiedy kryształy badano za pomocą analizy rentgenowskiej, uzyskano głębsze zrozumienie struktury minerałów. W 1912 roku niemiecki fizyk M. Laue eksperymentalnie ustalił, że informacje o wewnętrznej strukturze kryształów można uzyskać przepuszczając przez nie promieniowanie rentgenowskie. Ta metoda zrewolucjonizowała mineralogię: nauka głównie opisowa stała się bardziej precyzyjna, a mineralolodzy byli w stanie powiązać fizyczne i chemiczne właściwości minerałów z ich strukturą krystaliczną.

Pod koniec XIX - początek XX wieku. Rozwój mineralogii znacznie ułatwiła praca wybitnych rosyjskich naukowców N.I. Kokszarow, V.I. Vernadsky, E.S. Fiodorow, A.E. Fersman, A.K. Boldyrev i inni. mineralogia przyjęła nowe metody badawcze fizyki ciała stałego, w szczególności spektroskopię w podczerwieni, cały szereg metod rezonansowych (elektronowy rezonans paramagnetyczny, jądrowy rezonans gamma itp.), spektroskopię luminescencyjną itp., a także najnowsze metody analityczne, w tym analiza mikrosondą elektronową, mikroskopia elektronowa połączona z dyfrakcją elektronów itp. Zastosowanie tych metod umożliwia określenie składu chemicznego minerałów „w punkcie”, tj. na poszczególnych ziarnach minerałów, aby zbadać subtelne cechy ich struktury krystalicznej, zawartość i rozmieszczenie pierwiastków domieszkowych, naturę barwy i luminescencji. Wprowadzenie precyzyjnych fizycznych metod badań dokonało prawdziwej rewolucji w mineralogii. Z tym etapem rozwoju mineralogii kojarzone są nazwiska takich rosyjskich naukowców, jak N.V. Belov, D.S. Korzhinsky, D.P. Grigoriev, I.I. Shafranovsky i inni.

GŁÓWNE WŁAŚCIWOŚCI MINERAŁÓW

Przez długi czas głównymi cechami minerałów był zewnętrzny kształt ich kryształów i innych segregacji, a także właściwości fizyczne (kolor, połysk, łupliwość, twardość, gęstość itp.), które nadal mają duże znaczenie w ich opisie oraz diagnostyka wizualna (zwłaszcza terenowa). Właściwości te, a także właściwości optyczne, chemiczne, elektryczne, magnetyczne i inne zależą od składu chemicznego i struktury wewnętrznej (struktury krystalicznej) minerałów. Podstawowa rola chemii w mineralogii została uznana w połowie XIX wieku, ale znaczenie struktury stało się oczywiste dopiero po wprowadzeniu dyfrakcji rentgenowskiej. Pierwsze rozszyfrowanie struktur krystalicznych zostało przeprowadzone już w 1913 roku przez angielskich fizyków W. G. Bragga i W. L. Bragga.

Minerały to związki chemiczne (z wyjątkiem pierwiastków rodzimych). Jednak nawet bezbarwne, optycznie przezroczyste próbki tych minerałów prawie zawsze zawierają niewielkie ilości zanieczyszczeń. Naturalne roztwory lub wytopy, z których krystalizują minerały, zwykle składają się z wielu pierwiastków. W procesie powstawania związków kilka atomów pierwiastków mniej powszechnych może zastąpić atomy pierwiastków głównych. Taka zamiana jest tak powszechna, że ​​skład chemiczny wielu minerałów bardzo rzadko zbliża się do składu czystego związku. Na przykład skład szeroko rozpowszechnionego minerału skałotwórczego oliwinu waha się w obrębie składów dwóch tzw. człony końcowe szeregu: od forsterytu, krzemianu magnezu Mg 2 SiO 4, do fajalitu, krzemianu żelaza Fe 2 SiO 4. Stosunek Mg:Si:O w pierwszym minerale i Fe:Si:O w drugim wynosi 2:1:4. W oliwinach o pośrednim składzie wartości proporcji są takie same; (Mg + Fe):Si:O równa się 2:1:4, a wzór jest zapisany jako (Mg,Fe) 2 SiO 4 . Jeśli znane są względne ilości magnezu i żelaza, można to odzwierciedlić we wzorze (Mg 0,80 Fe 0,20) 2 SiO 4, z którego widać, że 80% atomów metalu to magnez, a 20% to żelazo .

Struktura.

Wszystkie minerały, z wyjątkiem wody (która - w przeciwieństwie do lodu - zwykle nie jest klasyfikowana jako minerał) i , są ciałami stałymi w zwykłych temperaturach. Jeśli jednak woda i rtęć zostaną mocno schłodzone, zastygną: woda - w temperaturze 0°C, a rtęć - w temperaturze -39°C. W tych temperaturach cząsteczki wody i atomy rtęci tworzą charakterystyczną regularną trójwymiarową strukturę krystaliczną (terminy „krystaliczny” i „stały” w tym przypadku są prawie równoważne). Zatem minerały są substancjami krystalicznymi, których właściwości są określone przez geometryczny układ ich atomów składowych i rodzaj wiązania chemicznego między nimi.

Komórka elementarna (najmniejsza część kryształu) składa się z regularnie rozmieszczonych atomów połączonych wiązaniami elektronowymi. Te maleńkie komórki, powtarzające się w nieskończoność w trójwymiarowej przestrzeni, tworzą kryształ. Rozmiary komórek elementarnych w różnych minerałach są różne i zależą od wielkości, liczby i wzajemnego ułożenia atomów w komórce. Parametry komórki wyrażane są w angstremach (Å) lub nanometrach (1 Å = 10 –8 cm = 0,1 nm). Komórki elementarne kryształu ułożone gęsto, bez przerw, wypełniają objętość i tworzą sieć krystaliczną. Kryształy są podzielone zgodnie z symetrią komórki elementarnej, która charakteryzuje się stosunkiem jej krawędzi do rogów. Zwykle wyróżnia się 7 syngonii (w kolejności rosnącej symetrii): trójskośna, jednoskośna, rombowa, tetragonalna, trygonalna, sześciokątna i sześcienna (izometryczna). Czasami systemy trygonalne i heksagonalne nie są rozdzielone i są opisywane razem pod nazwą systemu heksagonalnego. Syngonie są podzielone na 32 klasy kryształów (typy symetrii), w tym 230 grup przestrzennych. Grupy te zostały po raz pierwszy zidentyfikowane w 1890 roku przez rosyjskiego naukowca E.S. Fiodorowa. Za pomocą analizy dyfrakcji rentgenowskiej określa się wymiary komórki elementarnej minerału, jej syngonię, klasę symetrii i grupę przestrzenną oraz rozszyfrowuje się strukturę kryształu, tj. wzajemne ułożenie w przestrzeni trójwymiarowej atomów tworzących komórkę elementarną.

GEOMETRYCZNA (MORFOLOGICZNA) KRYSTALOGRAFIA

Kryształy o płaskich, gładkich, błyszczących fasetach od dawna przyciągają uwagę człowieka. Od czasu pojawienia się mineralogii jako nauki, krystalografia stała się podstawą do badania morfologii i budowy minerałów. Stwierdzono, że twarze kryształów mają symetryczny układ, co umożliwia przypisanie kryształu do pewnej syngonii, a czasem do jednej z klas (symetrie) ( patrz wyżej). Badania rentgenowskie wykazały, że zewnętrzna symetria kryształów odpowiada wewnętrznemu regularnemu układowi atomów.

Rozmiary kryształów mineralnych wahają się w bardzo szerokim zakresie - od olbrzymów ważących 5 ton (masa dobrze uformowanego kryształu kwarcu z Brazylii) do tak małych, że ich twarze można rozróżnić jedynie pod mikroskopem elektronowym. Kształt kryształu nawet tego samego minerału w różnych próbkach może się nieznacznie różnić; na przykład kryształy kwarcu są prawie izometryczne, iglaste lub spłaszczone. Jednak wszystkie kryształy kwarcu, duże i małe, spiczaste i płaskie, powstają przez powtarzanie identycznych komórek elementarnych. Jeśli te komórki są zorientowane w określonym kierunku, kryształ ma wydłużony kształt, jeśli w dwóch kierunkach ze szkodą dla trzeciego, wówczas kształt kryształu jest tabelaryczny. Ponieważ kąty między odpowiednimi ścianami tego samego kryształu mają stałą wartość i są specyficzne dla każdego gatunku minerału, cecha ta jest koniecznie zawarta w charakterystyce minerału.

Minerały reprezentowane przez pojedyncze dobrze oszlifowane kryształy są rzadkie. Znacznie częściej występują w postaci nieregularnych ziaren lub agregatów krystalicznych. Często minerał charakteryzuje się pewnym rodzajem agregatu, który może służyć jako cecha diagnostyczna. Istnieje kilka rodzajów agregatów.

Dendrytyczne agregaty rozgałęzione wyglądają jak liście paproci lub mchy i są charakterystyczne np. dla piroluzytu.

Agregaty włókniste składające się z ciasno upakowanych równoległych włókien są typowe dla azbestu chryzotylowego i amfibolowego.

Agregaty kolomorficzne, mające gładką, zaokrągloną powierzchnię, zbudowane są z włókien rozciągających się promieniście od wspólnego środka. Duże zaokrąglone bryły mają kształt sutkowaty (malachit), mniejsze mają kształt nerki (hematyt) lub winogrona (psilomelan).

Charakterystyczne dla miki i barytu są łuskowate agregaty składające się z małych blaszkowatych kryształów.

Stalaktyty to formacje spiekowo-kroplowe zwisające w postaci sopli, rurek, stożków lub „zasłon” w jaskiniach krasowych. Powstają w wyniku parowania zmineralizowanej wody sączącej się przez szczeliny wapienia i często składają się z kalcytu (węglanu wapnia) lub aragonitu.

Oolity - agregaty składające się z małych kulek i przypominające ikrę ryb, występują w niektórych formacjach kalcytu (wapień oolityczny), getytu (rudy żelaza oolitu) i innych podobnych formacji.

CHEMIA KRYSZTAŁOWA

Po zgromadzeniu danych rentgenowskich i porównaniu ich z wynikami analiz chemicznych stało się oczywiste, że cechy struktury krystalicznej minerału zależą od jego składu chemicznego. W ten sposób położono podwaliny pod nową naukę, chemię krystaliczną. Wiele pozornie niezwiązanych ze sobą właściwości minerałów można wyjaśnić na podstawie ich struktury krystalicznej i składu chemicznego.

Niektóre pierwiastki chemiczne (złoto, srebro, miedź) występują w rodzimych, tj. czysty, miły. Zbudowane są z elektrycznie obojętnych atomów (w przeciwieństwie do większości minerałów, których atomy przenoszą ładunek elektryczny i nazywane są jonami). Atom pozbawiony elektronów jest naładowany dodatnio i nazywany jest kationem; atom z nadmiarem elektronów ma ładunek ujemny i nazywany jest anionem. Przyciąganie między przeciwnie naładowanymi jonami nazywa się wiązaniem jonowym i jest główną siłą wiążącą w minerałach.

W przypadku innego rodzaju wiązania zewnętrzne elektrony krążą wokół jąder na wspólnych orbitach, łącząc atomy ze sobą. Wiązanie kowalencyjne jest najsilniejszym rodzajem wiązania. Minerały z wiązaniem kowalencyjnym mają zwykle wysoką twardość i temperaturę topnienia (na przykład diament).

Znacznie mniejszą rolę w minerałach odgrywa słabe wiązanie van der Waalsa, które powstaje między elektrycznie obojętnymi jednostkami strukturalnymi. Energia wiązania takich jednostek strukturalnych (warstw lub grup atomów) rozkłada się nierównomiernie. Wiązanie van der Waalsa zapewnia przyciąganie między przeciwnie naładowanymi miejscami w większych jednostkach strukturalnych. Ten rodzaj wiązania obserwuje się między warstwami grafitu (jednej z naturalnych form węgla) powstałej w wyniku silnego wiązania kowalencyjnego atomów węgla. Ze względu na słabe wiązania między warstwami grafit ma niską twardość i bardzo doskonałe rozszczepianie równoległe do warstw. Dlatego grafit jest stosowany jako środek smarny.

Przeciwnie naładowane jony zbliżają się do siebie na odległość, na której siła odpychania równoważy siłę przyciągania. Dla dowolnej pary kation-anion ta krytyczna odległość jest równa sumie „promieni” dwóch jonów. Określając odległości krytyczne między różnymi jonami, można było określić wielkość promieni większości jonów (w nanometrach, nm).

Ponieważ większość minerałów charakteryzuje się wiązaniami jonowymi, ich struktury można wizualizować jako ciągłe kule. Struktury kryształów jonowych zależą głównie od wielkości i znaku ładunku oraz względnych rozmiarów jonów. Ponieważ kryształ jako całość jest elektrycznie obojętny, suma ładunków dodatnich jonów musi być równa sumie ładunków ujemnych. W chlorku sodu (NaCl, mineralny halit) każdy jon sodu ma ładunek +1, a każdy jon chlorku ma ładunek -1 (ryc. 1), tj. Każdy jon sodu odpowiada jednemu jonowi chlorkowemu. Jednak we fluorycie (fluorek wapnia, CaF2) każdy jon wapnia ma ładunek +2, a jon fluoru ma ładunek -1. Dlatego, aby zachować ogólną obojętność elektryczną jonów fluoru, powinno być ich dwa razy więcej niż jonów wapnia (ryc. 2).

Możliwość ich wejścia w daną strukturę krystaliczną zależy również od wielkości jonów. Jeśli jony są tej samej wielkości i upakowane w taki sposób, że każdy jon styka się z 12 innymi, to są one odpowiednio skoordynowane. Istnieją dwa sposoby upakowania kulek tego samego rozmiaru (ryc. 3): najbliższe upakowanie sześcienne, które generalnie prowadzi do powstania kryształów izometrycznych, oraz najbliższe upakowanie heksagonalne, które tworzy heksagonalne kryształy.

Z reguły kationy są mniejsze niż aniony, a ich rozmiary wyraża się w ułamkach promienia anionu, przyjmowanych jako jedność. Zwykle stosuje się stosunek uzyskany przez podzielenie promienia kationu przez promień anionu. Jeśli kation jest tylko trochę mniejszy od anionów, z którymi się łączy, może wejść w kontakt z ośmioma otaczającymi go anionami lub, jak się powszechnie mówi, jest w ośmiokrotnej koordynacji względem anionów, które znajdują się niejako , na wierzchołkach otaczającego go sześcianu. Ta koordynacja (zwana także sześcienną) jest stabilna przy stosunkach promieni jonowych od 1 do 0,732 (ryc. 4, A). Przy mniejszym stosunku promieni jonowych ośmiu anionów nie można ułożyć tak, aby dotykały kationu. W takich przypadkach geometria upakowania pozwala na sześciokrotną koordynację kationów z anionami zlokalizowanymi w sześciu wierzchołkach ośmiościanu (rys. 4, B), które będą stabilne przy stosunkach ich promieni od 0,732 do 0,416. Przy dalszym zmniejszaniu się względnej wielkości kationu następuje przejście do poczwórnej lub czworościennej koordynacji, która jest stabilna przy stosunkach promieni od 0,414 do 0,225 (ryc. 4, V), potem trzykrotnie – w zakresie promieni od 0,225 do 0,155 (ryc. 4, G) i podwójne - o stosunkach promieni mniejszych niż 0,155 (ryc. 4, D). Chociaż inne czynniki również determinują typ wielościanu koordynacyjnego, dla większości minerałów zasada stosunku promieni jonowych jest jednym ze skutecznych sposobów przewidywania struktury kryształu.

Minerały o zupełnie innym składzie chemicznym mogą mieć podobne struktury, które można opisać za pomocą tych samych wielościanów koordynacyjnych. Na przykład w chlorku sodu NaCl stosunek promienia jonu sodu do promienia jonu chlorku wynosi 0,535, co wskazuje na ośmiościenną lub sześciokrotną koordynację. Jeśli wokół każdego kationu skupionych jest sześć anionów, to aby stosunek kationów do anionów wynosił 1:1, wokół każdego anionu musi znajdować się sześć kationów. Tworzy to sześcienną strukturę znaną jako struktura typu chlorku sodu. Chociaż promienie jonowe ołowiu i siarki znacznie różnią się od promieni jonowych sodu i chloru, ich stosunek określa również sześciokrotną koordynację; dlatego galena PbS ma strukturę typu chlorku sodu, tj. halit i galena są izostrukturalne.

Zanieczyszczenia w minerałach są zwykle obecne w postaci jonów, które zastępują jony minerału „gospodarza”. Takie podstawienia znacznie wpływają na wielkość jonów. Jeśli promienie dwóch jonów są równe lub różnią się o mniej niż 15%, są one łatwo wzajemnie podstawione. Jeśli różnica ta wynosi 15–30%, taka substytucja jest ograniczona; przy różnicy większej niż 30% zamiana jest praktycznie niemożliwa.

Istnieje wiele przykładów par minerałów izostrukturalnych o podobnym składzie chemicznym, pomiędzy którymi zachodzi substytucja jonowa. Tak więc węglany syderytu (FeCO 3) i rodochrozytu (MnCO 3) mają podobne struktury, a żelazo i mangan mogą się wzajemnie zastępować w dowolnym stosunku, tworząc tzw. solidne rozwiązania. Pomiędzy tymi dwoma minerałami istnieje ciągła seria roztworów stałych. W innych parach minerałów jony mają ograniczone możliwości wzajemnej substytucji.

Ponieważ minerały są elektrycznie obojętne, ładunek jonów wpływa również na ich wzajemne zastępowanie. Jeśli następuje zamiana przez jon o przeciwnym ładunku, to druga zamiana musi nastąpić w takiej części tej struktury, w której ładunek jonu podstawiającego kompensuje naruszenie neutralności elektrycznej spowodowane przez pierwszy. Takie podstawienie koniugatu obserwuje się w skaleniach - plagioklazach, gdy wapń (Ca 2+) zastępuje sód (Na +) z tworzeniem ciągłej serii stałych roztworów. Nadmiar ładunku dodatniego powstający w wyniku zastąpienia jonu Na + przez jon Ca 2+ jest kompensowany przez jednoczesną zamianę krzemu (Si 4+) na aluminium (Al 3+) w sąsiednich częściach struktury.

WŁAŚCIWOŚCI FIZYCZNE MINERAŁÓW

Chociaż główne cechy minerałów (skład chemiczny i wewnętrzna struktura krystaliczna) są ustalane na podstawie analiz chemicznych i dyfrakcji rentgenowskiej, pośrednio znajdują one odzwierciedlenie we właściwościach łatwych do zaobserwowania lub zmierzenia. Aby zdiagnozować większość minerałów, wystarczy określić ich połysk, kolor, łupliwość, twardość i gęstość.

Świecić

- jakościowa charakterystyka światła odbitego od minerału. Niektóre nieprzezroczyste minerały silnie odbijają światło i mają metaliczny połysk. Jest to typowe dla minerałów rudnych, na przykład galeny (minerał ołowiu), chalkopirytu i bornitu (minerały miedzi), argentytu i akantytu (minerały srebra). Większość minerałów pochłania lub przepuszcza znaczną część padającego na nie światła i ma niemetaliczny połysk. Niektóre minerały mają połysk przechodzący od metalicznego do niemetalicznego, który nazywa się półmetalicznym.

Minerały o niemetalicznym połysku są zwykle jasne, niektóre z nich są przezroczyste. Często występuje przezroczysty kwarc, gips i lekka mika. Inne minerały (na przykład mlecznobiały kwarc), które przepuszczają światło, ale przez które nie można wyraźnie rozróżnić obiektów, nazywane są półprzezroczystymi. Minerały zawierające metale różnią się od innych przepuszczalnością światła. Jeśli światło przechodzi przez minerał, przynajmniej w najcieńszych krawędziach ziaren, to z reguły jest on niemetaliczny; jeśli światło nie przechodzi, to jest ruda. Istnieją jednak wyjątki: na przykład jasny sfaleryt (minerał cynku) lub cynober (minerał rtęci) są często przezroczyste lub półprzezroczyste.

Minerały różnią się jakościowymi cechami niemetalicznego połysku. Glina ma matowy ziemisty połysk. Kwarc na powierzchniach kryształów lub na powierzchniach pęknięć jest szklisty, talk, który dzieli się na cienkie listki wzdłuż płaszczyzn łupliwości, jest masą perłową. Jasny, błyszczący, jak diament, blask nazywa się diamentem.

Kiedy światło pada na minerał o niemetalicznym połysku, jest częściowo odbijane od powierzchni minerału, a częściowo załamywane na tej granicy. Każda substancja charakteryzuje się pewnym współczynnikiem załamania światła. Ponieważ wskaźnik ten można mierzyć z dużą dokładnością, jest to bardzo przydatna cecha diagnostyczna minerałów.

Charakter blasku zależy od współczynnika załamania światła, a oba zależą od składu chemicznego i struktury krystalicznej minerału. Na ogół przezroczyste minerały zawierające atomy metali ciężkich charakteryzują się wysokim połyskiem i wysokim współczynnikiem załamania światła. Do tej grupy należą takie pospolite minerały jak kątsyt (siarczan ołowiu), kasyteryt (tlenek cyny) i tytanit czy sfen (krzemian wapnia i tytanu). Minerały złożone ze stosunkowo lekkich pierwiastków mogą również mieć wysoki połysk i wysoki współczynnik załamania światła, jeśli ich atomy są ściśle upakowane i utrzymywane razem przez silne wiązania chemiczne. Godnym uwagi przykładem jest diament, który składa się tylko z jednego lekkiego elementu, węgla. W mniejszym stopniu dotyczy to również korundu mineralnego (Al 2 O 3), którego przezroczyste kolorowe odmiany - rubin i szafiry - są kamieniami szlachetnymi. Chociaż korund składa się z lekkich atomów glinu i tlenu, są one tak ściśle ze sobą związane, że minerał ma dość silny połysk i stosunkowo wysoki współczynnik załamania światła.

Niektóre połyski (oleiste, woskowe, matowe, jedwabiste itp.) zależą od stanu powierzchni minerału lub struktury agregatu mineralnego; żywiczny połysk jest charakterystyczny dla wielu substancji amorficznych (w tym minerałów zawierających pierwiastki promieniotwórcze uran czy tor).

Kolor

- prosty i wygodny znak diagnostyczny. Przykłady obejmują mosiężny żółty piryt (FeS 2), szarą galenę ołowiową (PbS) i srebrzystobiały arsenopiryt (FeAsS 2). W innych minerałach kruszcowych o metalicznym lub półmetalicznym połysku charakterystyczny kolor może być maskowany przez grę światła w cienkiej warstwie powierzchniowej (nalot). Dotyczy to większości minerałów miedzi, zwłaszcza bornitu, który jest nazywany „rudą pawia” ze względu na opalizujący niebiesko-zielony odcień, który szybko rozwija się na świeżym pęknięciu. Jednak inne minerały miedzi są pomalowane na dobrze znane kolory: malachit jest zielony, a azuryt jest niebieski.

Niektóre minerały niemetaliczne są rozpoznawalne bezbłędnie po kolorze ze względu na główny pierwiastek chemiczny (żółty - siarka i czarny - ciemnoszary - grafit itp.). Wiele minerałów niemetalicznych składa się z pierwiastków, które nie nadają im określonego koloru, ale wiadomo, że mają kolorowe odmiany, których kolor wynika z obecności zanieczyszczeń pierwiastkami chemicznymi w małych ilościach, nieporównywalnych z intensywność koloru, który powodują. Takie pierwiastki nazywane są chromoforami; ich jony wyróżniają się selektywną absorpcją światła. Na przykład ciemnofioletowy ametyst zawdzięcza swój kolor znikomej domieszce żelaza w kwarcu, a ciemnozielony kolor szmaragdu związany jest z niewielką zawartością chromu w berylu. Zabarwienie normalnie bezbarwnych minerałów może pojawić się z powodu defektów w strukturze kryształu (z powodu niewypełnionych pozycji atomów w sieci lub wejścia obcych jonów), co może powodować selektywną absorpcję pewnych długości fal w widmie światła białego. Następnie minerały są malowane w uzupełniających się kolorach. Rubiny, szafiry i aleksandryty zawdzięczają swoją barwę właśnie takim efektom świetlnym.

Bezbarwne minerały mogą być zabarwione przez wtrącenia mechaniczne. Tak więc cienkie rozproszone rozproszenie hematytu nadaje kwarcowi kolor czerwony, chloryt - zielony. Kwarc mleczny jest mętny z inkluzjami gazowo-ciekłymi. Chociaż kolor minerałów jest jedną z najłatwiejszych do określenia właściwości w diagnostyce minerałów, należy go używać ostrożnie, ponieważ zależy od wielu czynników.

Pomimo zmienności barwy wielu minerałów, barwa pudru mineralnego jest bardzo stała i dlatego jest ważną cechą diagnostyczną. Zwykle kolor proszku mineralnego określa linia (tzw. „kolor linii”), którą minerał pozostawia, jeśli zostanie narysowany na nieszkliwionym talerzu porcelanowym (herbatniku). Na przykład mineralny fluoryt może być barwiony na różne kolory, ale jego linia jest zawsze biała.

Łupliwość.

Charakterystyczną właściwością minerałów jest ich pękanie. Na przykład kwarc i turmalin, których powierzchnia pęknięcia przypomina szklany wiór, mają pęknięcie muszlowe. W innych minerałach pęknięcie można opisać jako szorstkie, postrzępione lub drzazgowe. W przypadku wielu minerałów cechą charakterystyczną nie jest pęknięcie, ale rozszczepienie. Oznacza to, że rozszczepiają się wzdłuż gładkich płaszczyzn, które są bezpośrednio związane z ich strukturą krystaliczną. Siły wiązania między płaszczyznami sieci krystalicznej mogą być różne w zależności od kierunku krystalograficznego. Jeśli w niektórych kierunkach są one znacznie większe niż w innych, wówczas minerał rozdzieli się wzdłuż najsłabszego wiązania. Ponieważ rozszczepienie jest zawsze równoległe do płaszczyzn atomowych, można je oznaczyć kierunkami krystalograficznymi. Na przykład halit (NaCl) ma rozszczepienie kostki, tj. trzy wzajemnie prostopadłe kierunki ewentualnego podziału. Dekolt charakteryzuje się również łatwością manifestacji i jakością powstałej powierzchni łupliwości. Mika posiada bardzo idealne rozszczepienie w jednym kierunku tj. łatwo dzieli się na bardzo cienkie liście o gładkiej błyszczącej powierzchni. Topaz posiada idealny dekolt w jednym kierunku. Minerały mogą mieć dwa, trzy, cztery lub sześć kierunków łupliwości, wzdłuż których równie łatwo pękają, lub kilka kierunków łupliwości o różnym stopniu. Niektóre minerały w ogóle nie mają rozkładu. Ponieważ łupliwość jako przejaw wewnętrznej struktury minerałów jest ich niezmienną właściwością, pełni ona ważną funkcję diagnostyczną.

Twardość

- odporność, jaką zapewnia minerał po zarysowaniu. Twardość zależy od struktury kryształu: im silniej atomy w strukturze minerału są ze sobą związane, tym trudniej go zarysować. Talk i grafit to miękkie minerały płytkowe zbudowane z warstw atomów połączonych ze sobą bardzo słabymi siłami. Są tłuste w dotyku: podczas pocierania o skórę dłoni poszczególne najcieńsze warstwy zsuwają się. Najtwardszym minerałem jest diament, w którym atomy węgla są tak mocno związane, że zarysować go może tylko inny diament. Na początku XIX wieku Austriacki mineralog F. Moos ułożył 10 minerałów w kolejności rosnącej twardości. Od tego czasu są one stosowane jako wzorce twardości względnej minerałów, tzw. Skala Mohsa (Tabela 1).

Aby określić twardość minerału, konieczne jest zidentyfikowanie najtwardszego minerału, który może zarysować. Twardość badanego minerału będzie większa niż twardość minerału przez niego porysowanego, ale mniejsza niż twardość kolejnego minerału w skali Mohsa. Siła wiązania może się różnić w zależności od kierunku krystalograficznego, a ponieważ twardość jest przybliżonym oszacowaniem tych sił, może zmieniać się w różnych kierunkach. Ta różnica jest zwykle niewielka, z wyjątkiem cyjanitu, który ma twardość 5 w kierunku równoległym do długości kryształu i 7 w kierunku poprzecznym.

W praktyce mineralogicznej służy również do pomiaru bezwzględnych wartości twardości (tzw. mikrotwardości) za pomocą sklerometru, który wyraża się w kg/mm2.

Gęstość.

Masa atomów pierwiastków chemicznych waha się od wodoru (najlżejszy) do uranu (najcięższy). Przy pozostałych parametrach masa substancji składającej się z atomów ciężkich jest większa niż masy substancji składającej się z atomów lekkich. Na przykład dwa węglany - aragonit i cerusyt - mają podobną budowę wewnętrzną, ale aragonit zawiera lekkie atomy wapnia, a cerusyt zawiera ciężkie atomy ołowiu. W rezultacie masa cerusytu przekracza masę aragonitu o tej samej objętości. Masa na jednostkę objętości minerału zależy również od gęstości upakowania atomów. Kalcyt, podobnie jak aragonit, jest węglanem wapnia, ale w kalcycie atomy są mniej ciasno upakowane, ponieważ ma mniejszą masę na jednostkę objętości niż aragonit. Względna masa lub gęstość zależy od składu chemicznego i struktury wewnętrznej. Gęstość to stosunek masy substancji do masy tej samej objętości wody w temperaturze 4 ° C. Jeśli więc masa minerału wynosi 4 g, a masa tej samej objętości wody wynosi 1 g, to gęstość minerału wynosi 4. W mineralogii gęstość zwykle wyraża się wg / cm 3.

Gęstość jest ważną cechą diagnostyczną minerałów i jest łatwa do zmierzenia. Próbkę najpierw waży się w powietrzu, a następnie w wodzie. Ponieważ próbka zanurzona w wodzie jest poddawana skierowanej do góry sile wyporu, jej ciężar jest tam mniejszy niż w powietrzu. Ubytek masy jest równy ciężarowi wypartej wody. Zatem gęstość jest określana przez stosunek masy próbki w powietrzu do utraty jej masy w wodzie.

KLASYFIKACJA MINERAŁÓW

Chociaż skład chemiczny służył jako podstawa klasyfikacji minerałów od połowy XIX wieku, mineralogowie nie zawsze byli zgodni co do tego, jaka powinna być kolejność zawartych w nim minerałów. Zgodnie z jedną metodą konstruowania klasyfikacji, minerały zostały pogrupowane według tego samego głównego metalu lub kationu. W tym samym czasie minerały żelaza znalazły się w jednej grupie, minerały ołowiu w drugiej, minerały cynku w trzeciej i tak dalej. Jednak w miarę rozwoju nauki stało się jasne, że minerały zawierające ten sam niemetal (anion lub grupę anionową) mają podobne właściwości i są do siebie znacznie bardziej podobne niż minerały ze wspólnym metalem. Ponadto minerały ze wspólnym anionem występują w tym samym środowisku geologicznym i mają bliskie pochodzenie. W rezultacie we współczesnej taksonomii ( cm. patka. 2) minerały są łączone w klasy na podstawie wspólnego anionu lub grupy anionowej. Jedynym wyjątkiem są pierwiastki rodzime, które występują w przyrodzie samodzielnie, nie tworząc związków z innymi pierwiastkami.

Klasy chemiczne dzielą się na podklasy (według chemii i motywu strukturalnego), które z kolei dzielą się na rodziny i grupy (według typu strukturalnego). Poszczególne gatunki minerałów tworzące grupę mogą tworzyć rzędy, a jeden gatunek minerału może mieć kilka odmian.

Do tej pory ok. 4000 minerałów uznaje się za niezależne gatunki mineralne. Do tej listy dodawane są nowe minerały w miarę ich odkrywania i od dawna znane, ale dyskredytowane w miarę ulepszania metod badań mineralogicznych.

POCHODZENIE I WARUNKI ZNALEZIENIA MINERAŁÓW

Mineralogia nie ogranicza się do określania właściwości minerałów, zajmuje się również badaniem pochodzenia, warunków występowania i naturalnych związków minerałów. Od powstania Ziemi około 4,6 miliarda lat temu wiele minerałów zostało rozbitych przez mechaniczne kruszenie, przemiany chemiczne lub topienie. Ale pierwiastki, z których składały się te minerały, zostały zachowane, uporządkowane i utworzyły nowe minerały. Zatem minerały, które istnieją dzisiaj, są produktami procesów, które rozwinęły się w całej historii geologicznej Ziemi.

Większość skorupy ziemskiej składa się ze skał magmowych, które miejscami pokrywa stosunkowo cienka warstwa skał osadowych i metamorficznych. Dlatego skład skorupy ziemskiej w zasadzie odpowiada średniemu składowi skały magmowej. Osiem elementów ( patrz tabela. 3) stanowią 99% masy skorupy ziemskiej i odpowiednio 99% masy wchodzących w jej skład minerałów.

Pierwiastek Masa Procent Objętościowy Tlen 46,40 94,04 Krzem 28,15 0,88 Glin 8,23 ​​0,48 Żelazo 5,63 0,49 Wapń 4,15 1,18 Sód 2,36 1,11 Magnez 2,33 0,33 Potas 2,09 1,49

Według składu pierwiastkowego skorupa ziemska jest strukturą ramową składającą się z jonów tlenu związanych z mniejszymi jonami krzemu i glinu. Tak więc głównymi minerałami są krzemiany, które stanowią ok. 35% wszystkich znanych minerałów i ok. 40% to najczęściej. Najważniejszymi z nich są skalenie (rodzina glinokrzemianów zawierających potas, sód i wapń, rzadziej bar). Inne powszechne krzemiany skałotwórcze to kwarc (jednak częściej jest związany z tlenkami), miki, amfibole, pirokseny i oliwin.

Skały magmowe.

Skały magmowe lub magmowe powstają, gdy stopiona magma ochładza się i krystalizuje. Procentowa zawartość różnych minerałów, a co za tym idzie rodzaj powstałej skały, zależy od stosunku pierwiastków zawartych w magmie w momencie jej krzepnięcia. Każdy typ skały magmowej składa się zwykle z ograniczonego zestawu minerałów, zwanych głównymi formacjami skalnymi. Oprócz nich minerały drugorzędne i pomocnicze mogą być obecne w mniejszych ilościach. Na przykład głównymi minerałami granitu mogą być skaleń potasowy (30%), skaleń sodowo-wapniowy (30%), kwarc (30%), miki i hornblenda (10%). Cyrkon, sfera, apatyt, magnetyt i ilmenit mogą występować jako minerały akcesoryjne.

Skały magmowe są zwykle klasyfikowane według rodzaju i ilości każdego ze skaleni, które zawierają. Jednak skaleń jest nieobecny w niektórych skałach. Skały magmowe są dalej klasyfikowane według ich struktury, która odzwierciedla warunki, w jakich skała została zestalona. Powolnie krystalizująca się głęboko we wnętrzu Ziemi magma generuje natrętne skały plutoniczne o strukturze gruboziarnistej lub średnioziarnistej. Jeśli magma wydostaje się na powierzchnię w postaci lawy, szybko się ochładza i powstają drobnoziarniste skały wulkaniczne (wylewne lub wybuchowe). Czasami niektóre skały wulkaniczne (na przykład obsydian) stygną tak szybko, że ich krystalizacja nie ma czasu na wystąpienie; takie skały mają szklisty wygląd (szkło wulkaniczne).

Skały osadowe.

Kiedy podłoże skalne jest zwietrzałe lub erodowane, klastyczny lub rozpuszczony materiał jest włączany do skał osadowych. W wyniku wietrzenia chemicznego minerałów zachodzących na granicy litosfery i atmosfery powstają nowe minerały, np. minerały ilaste ze skalenia. Niektóre pierwiastki są uwalniane, gdy minerały (np. kalcyt) rozpuszczają się w wodach powierzchniowych. Jednak inne minerały, takie jak kwarc, nawet po rozdrobnieniu mechanicznym pozostają odporne na wietrzenie chemiczne.

Uwalniane podczas wietrzenia minerały stabilne mechanicznie i chemicznie o odpowiednio dużej gęstości tworzą osady aluwialne na powierzchni ziemi. Z placerów wydobywa się najczęściej aluwialne (rzeczne), złoto, platynę, diamenty, inne kamienie szlachetne, kamień cynowy (kasyteryt), minerały innych metali. W określonych warunkach klimatycznych tworzą się grube skorupy wietrzeniowe, często wzbogacone minerałami kruszcowymi. Wietrzejące skorupy są związane z przemysłowymi złożami boksytu (rudy aluminium), nagromadzeniami hematytu (rudy żelaza), wodnymi krzemianami niklu, minerałami niobu i innymi metalami rzadkimi.

Główna masa produktów wietrzenia jest przenoszona przez system cieków wodnych do jezior i mórz, na dnie których tworzy warstwową warstwę osadową. Łupki składają się głównie z minerałów ilastych, a piaskowiec składa się głównie ze scementowanych ziaren kwarcu. Rozpuszczony materiał może zostać usunięty z wody przez żywe organizmy lub wytrącony w wyniku reakcji chemicznych i odparowania. Węglan wapnia jest wchłaniany z wody morskiej przez mięczaki, które budują z niego swoje twarde skorupy. Większość wapienia powstaje z nagromadzenia muszli i szkieletów organizmów morskich, chociaż część węglanu wapnia wytrąca się chemicznie.

Osady ewaporatów powstają w wyniku parowania wody morskiej. Ewaporaty to obszerna grupa minerałów, do której należą halit (sól kuchenna), gips i anhydryt (siarczany wapnia), sylvin (chlorek potasu); wszystkie mają ważne zastosowania praktyczne. Minerały te wytrącają się również podczas parowania z powierzchni słonych jezior, ale w tym przypadku wzrost stężenia rzadkich pierwiastków może prowadzić do dodatkowego wytrącania się niektórych innych minerałów. W tym środowisku powstają borany.

Skały metamorficzne.

Metamorfizm regionalny.

Zakopane na dużych głębokościach skały magmowe i osadowe ulegają przemianom zwanym metamorficznymi pod wpływem temperatury i ciśnienia, podczas których zmieniają się początkowe właściwości skał, a pierwotne minerały rekrystalizują lub całkowicie się przekształcają. W rezultacie minerały są zwykle ułożone wzdłuż równoległych płaszczyzn, nadając skałom wygląd łupków. Cienkie skały metamorficzne schistose nazywane są łupkami. Często są wzbogacone o minerały krzemianowe płytkowe (mika, chloryt lub talk). Bardziej gruboziarniste łupkowe skały metamorficzne to gnejsy; naprzemiennie występują pasma kwarcu, skalenia i minerałów maficznych. Kiedy łupki i gnejsy zawierają jakiś typowo metamorficzny minerał, znajduje to odzwierciedlenie w nazwie skały, na przykład sylimanit lub łupek staurolitowy, cyjanit lub gnejs granatowy.

metamorfizm kontaktowy.

Gdy magma przedostaje się do górnych warstw skorupy ziemskiej, skały, w które się wdarła, zwykle ulegają przemianom, tzw. metamorfizm kontaktowy. Zmiany te przejawiają się w rekrystalizacji pierwotnego lub powstawaniu nowych minerałów. Stopień metamorfizmu zależy zarówno od rodzaju magmy, jak i rodzaju skały, przez którą przenika. Iły i skały im bliskie składem chemicznym przekształcają się w hornfelsy kontaktowe (biotyt, kordieryt, granat itp.). Najintensywniejsze zmiany zachodzą, gdy magma granitowa wnika w wapienie: działanie termiczne jest przyczyną ich rekrystalizacji i powstawania marmuru; w wyniku chemicznego oddziaływania z wapieniami roztwory wydzielone z magmy tworzą dużą grupę minerałów (krzemiany wapnia i magnezu: wollastonit, granaty gruboziarniste i andradytowe, vesuvian czy idocras, epidot, tremolit i diopsyd). W niektórych przypadkach metamorfizm kontaktowy wprowadza minerały rudy, co czyni skały cennymi źródłami miedzi, ołowiu, cynku i wolframu.

Metasomatoza.

W wyniku metamorfizmu regionalnego i kontaktowego nie dochodzi do istotnych zmian w składzie chemicznym pierwotnych skał, a jedynie zmienia się ich skład mineralny i wygląd. Kiedy roztwory wprowadzają niektóre pierwiastki i usuwają inne, następuje znacząca zmiana w składzie chemicznym skał. Takie nowo utworzone skały nazywane są metosomatycznymi. Na przykład oddziaływanie wapieni z roztworami uwalnianymi przez magmę granitową podczas krystalizacji prowadzi do powstawania stref rud kontaktowo-metasomatycznych wokół masywów granitowych - skarp, w których często występują mineralizacje.

ZŁOŻA RUDY I PEGMATYTY

Skład chemiczny granitu gruboziarnistego może znacznie różnić się od składu pierwotnej magmy. Badanie skał wykazało, że minerały są uwalniane z magmy w określonej kolejności. Minerały bogate w żelazo i magnez, takie jak oliwin i pirokseny, a także minerały pomocnicze, krystalizują jako pierwsze. Ze względu na większą gęstość niż otaczający wytop, osiadają w wyniku procesu segregacji magmy. Uważa się, że w ten sposób powstają wydmy - skały składające się prawie wyłącznie z oliwinu. Podobne pochodzenie przypisuje się niektórym dużym nagromadzeniom magnetytu, ilmenitu i chromitu, które są odpowiednio serią żelaza, tytanu i chromu.

Jednak skład wytopu pozostałego po usunięciu minerałów przez segregację magmową nie jest całkowicie identyczny ze składem powstałej z niego skały. Podczas krystalizacji stopu zwiększa się w nim stężenie wody i innych lotnych składników (np. struktury krystaliczne minerałów skałotwórczych. Płyny wodne uwalniane z krystalizującej magmy mogą wznosić się szczelinami na powierzchnię Ziemi, w rejony niższych temperatur i ciśnień. Powoduje to odkładanie się minerałów w pęknięciach i powstawanie złogów żył. Niektóre żyły składają się głównie z minerałów niemetalicznych (kwarc, kalcyt, baryt i fluoryt). Inne żyły zawierają minerały, takie jak złoto, srebro, miedź, ołów, cynk, cyna i rtęć; w związku z tym mogą stanowić cenne złoża rudy. Ponieważ takie osady powstają przy udziale ogrzanych roztworów wodnych, nazywane są hydrotermalnymi. Należy powiedzieć, że największe złoża hydrotermalne nie są żyłkowane, ale metasomatyczne; są to łupkowate lub inne formy osadów powstałych w wyniku zastąpienia skał (najczęściej wapieni) roztworami rudonośnymi. Mówi się, że minerały tworzące takie osady są pochodzenia hydrotermalno-metasomatycznego.

Pegmatyty są genetycznie spokrewnione z krystalizującą się magmą granitową. Masa wysoce ruchliwego płynu, wciąż bogatego w pierwiastki wchodzące w skład minerałów skałotwórczych, może zostać wyrzucona z komory magmowej do skał macierzystych, gdzie krystalizuje tworząc gruboziarniste ciała złożone głównie z skałotwórczych minerały - kwarc, skaleń i mika. Takie ciała skalne, zwane pegmatytami, charakteryzują się dużą zmiennością wielkości. Maksymalna długość większości ciał pegmatytów wynosi kilkaset metrów, ale największe z nich osiągają długość 3 km, a dla małych mierzona jest w kilku metrach. Pegmatyty zawierają duże kryształy poszczególnych minerałów, w tym największe na świecie kryształy skalenia o długości kilku metrów, mikę do 3 m średnicy, kwarc do 5 ton.

Rzadkie pierwiastki są skoncentrowane w niektórych płynach tworzących pegmatyt (często w postaci dużych kryształów), na przykład beryl w berylu i chryzoberylu, lit w spodumenie, petalityt, amblygonit i lepidolit, cez w semicycie, bor w turmalinie, fluor w apatycie i topaz. Większość z tych minerałów ma odmiany klejnotów. Przemysłowe znaczenie pegmatytów wynika częściowo z faktu, że są źródłem kamieni szlachetnych, ale przede wszystkim - wysokogatunkowego skalenia potasowego i miki, a także rud litu, cezu i tantalu, częściowo berylu.

Literatura:

Minerały: podręcznik, tt. 1–4. M., 1960–1992
Fleisher M. Słownik gatunków mineralnych. M., 1980
Encyklopedia mineralogiczna. L., 1985
Berry L., Mason B., Dietrich R. Mineralogia. M., 1987

Obecnie znanych jest ponad 3000 minerałów. Współczesna klasyfikacja minerałów opiera się na zasadach, które uwzględniają najważniejsze cechy gatunków minerałów – skład chemiczny i strukturę krystaliczną.

Za główną jednostkę w tej klasyfikacji przyjmuje się gatunek minerału, który ma pewną strukturę krystaliczną i pewien stabilny skład chemiczny. Gatunki mineralne mogą mieć odmiany. Przez odmianę rozumie się minerały tego samego typu, które różnią się od siebie jakąś cechą fizyczną, na przykład kolorem minerału kwarcowego w wielu odmianach (czarny - morion, przezroczysty - kryształ górski, fioletowy - ametyst).

W związku z tym klasyfikację można przedstawić w następującej formie:

1. Rodzimy

2. Siarczki

3. Halogenki

4. Tlenki i wodorotlenki

5. Węglany

6. Siarczany

7. Fosforany

8. Krzemiany

1. Pierwiastki rodzime (minerały).

Ta klasa obejmuje minerały, które składają się z jednego pierwiastka chemicznego i są nazwane na cześć tego pierwiastka. Na przykład: rodzime złoto, siarka itp. Wszystkie dzielą się na dwie grupy: metale i niemetale. Pierwsza grupa obejmuje natywne Au, Ag, Cu, Pt, Fe i kilka innych, druga - As, Bi, S i C (diament i grafit).

Genesis (pochodzenie) – powstały głównie podczas procesów endogenicznych w skałach natrętnych i żyłach kwarcu, S (siarka) – podczas wulkanizmu. Podczas procesów egzogenicznych dochodzi do destrukcji skał, uwalniania rodzimych minerałów (ze względu na ich odporność na wpływy fizyczne i chemiczne) oraz ich koncentracji w miejscach do tego sprzyjających. W ten sposób można formować placery ze złota, platyny i diamentu.

Zastosowanie w gospodarce narodowej:

1- produkcja biżuterii i rezerwy walutowe (Au, Pt, Ag, diamenty);

2- przedmioty i przybory kultu (Au, Ag),

3- radioelektronika (Au, Ag, Cu), jądrowa, przemysł chemiczny, medycyna, narzędzia skrawające - diament;

4- rolnictwo - siarka.

2. Siarczki- sole kwasu siarkowodorowego.

Podzielony na prosty o wzorze ogólnym A m X p i sulfosole– A m B n X p , gdzie – A to atom metalu, B to atom metalu i metaloidu, X to atom siarki.

Siarczki krystalizują w różnych syngonach - sześciennych, sześciokątnych, rombowych itp. W porównaniu z rodzimymi mają szerszy skład kationów elementarnych. Stąd większa różnorodność gatunków minerałów i szerszy zakres tej samej właściwości.

Typowe właściwości siarczków to metaliczny połysk, niska twardość (do 4), szare i ciemne kolory oraz średnia gęstość.

Jednocześnie między siarczkami występują różnice w takich właściwościach, jak łupliwość, twardość i gęstość.

Siarczki są głównym źródłem rud metali nieżelaznych, a ze względu na zanieczyszczenia metalami rzadkimi i szlachetnymi zwiększa się wartość ich wykorzystania.

Geneza - różne procesy endogenne i egzogenne.

3. Halogenki. Najbardziej rozpowszechnione fluorki i chlorki to związki kationów metali z jednowartościowym fluorem i chlorem.

Fluorki to minerały lekkie, o średniej gęstości i twardości. Reprezentantem jest fluoryt CaF2. Chlorki to minerały halit i selwin (NaCl i KCl).

W przypadku halogenków powszechna jest niska twardość, krystalizacja w syngoni sześciennej, doskonałe rozszczepianie, szeroka gama kolorów i przezroczystość. Halit i sylvin mają szczególne właściwości - słony i gorzko-słony smak.

Fluorki i chlorki różnią się genezą. Fluoryt jest produktem procesów endogenicznych (hydrotermalnych), podczas gdy halit i sylwin powstają w warunkach egzogenicznych w wyniku opadów atmosferycznych podczas parowania w zbiornikach wodnych.

W gospodarce narodowej fluoryt jest wykorzystywany w optyce, metalurgii, do otrzymywania kwasu fluorowodorowego. Halit i sylwin są wykorzystywane w przemyśle chemicznym i spożywczym, w medycynie i rolnictwie oraz w fotografii.

4. Tlenki i wodorotlenki- reprezentują jedną z najpowszechniejszych klas, obejmującą ponad 150 gatunków minerałów, w których atomy metali lub kationy tworzą związki z tlenem lub grupą hydroksylową (OH). Wyraża się to ogólnym wzorem AX lub ABX - gdzie X to atomy tlenu lub grupa hydroksylowa. Najszerzej reprezentowane tlenki to Si, Fe, Al, Ti, Sn. Niektóre z nich tworzą również postać wodorotlenku. Cechą większości wodorotlenków jest spadek wartości właściwości w porównaniu z formą tlenkową tego samego atomu metalu. Uderzającym przykładem są formy tlenkowe i wodorotlenkowe Al.

Tlenki ze względu na skład chemiczny i połysk można podzielić na: metaliczne i niemetaliczne. Pierwsza grupa charakteryzuje się średnią twardością, ciemnymi kolorami (czarny, szary, brązowy), średnią gęstością. Przykładem są minerały hematyt i kasyteryt. Druga grupa charakteryzuje się niską gęstością, wysoką twardością 7-9, przezroczystością, szeroką gamą kolorów, brakiem łupliwości. Przykład p- minerały kwarc, korund.

W gospodarce narodowej tlenki i wodorotlenki są najczęściej wykorzystywane do otrzymywania Fe, Mn, Al, Sn. Przezroczyste, krystaliczne odmiany korundu (szafir i rubin) oraz kwarcu (ametyst, kryształ górski itp.) są używane jako kamienie szlachetne i półszlachetne.

Geneza - w procesach endogennych i egzogennych.

5. Węglany- sole kwasu węglowego, wzór ogólny to ACO3 - gdzie A to Ca, Mg, Fe itp.

Właściwości ogólne - krystalizują w układach rombowych i trygonalnych (dobre formy krystaliczne i łupliwość wzdłuż rombu); niska twardość 3-4, przeważnie jasna barwa, reakcja z kwasami (HCl i HNO3) z uwolnieniem dwutlenku węgla.

Najczęściej spotykane to: kalcyt CaCO3, magnezyt Mg CO3, dolomit CaMg (CO3) 2, syderyt Fe CO3.

Węglany z grupą hydroksylową (OH): Malachit Cu2 CO3 (OH) 2 - barwa zielona i reakcja z HCl, Lazuryt Cu3 (CO3) 2 (OH) 2 - barwa niebieska, przeźroczysta w kryształkach.

Geneza węglanów jest różnorodna - osadowa (chemiczna i biogenna), hydrotermalna, metamorficzna.

Węglany są jednym z głównych minerałów skałotwórczych skał osadowych (wapienia, dolomity itp.) oraz metamorficznych - marmurów, skarnów. Znajdują zastosowanie w budownictwie, optyce, metalurgii, jako nawozy. Malachit jest używany jako kamień ozdobny. Źródłem żelaza i magnezu są duże nagromadzenia magnezytu i syderytu.

6. Siarczany- sole kwasu siarkowego tj. mają rodnik SO4. Najbardziej powszechnymi i znanymi siarczanami są Ca, Ba, Sr, Pb. Wspólne dla nich właściwości to i-krystalizacja w układach jednoskośnych i rombowych, jasna barwa, niska twardość, szklisty połysk, doskonała łupliwość.

Minerały: gips CaSO4 · 2H2O , anhydryt CaSO4 , baryt BaSO4 (wysoka gęstość), celestyt SrSO4 .

Powstają w warunkach egzogennych, często razem z halogenkami. Niektóre siarczany (baryt, celestyt) mają pochodzenie hydrotermalne.

Zastosowanie - budownictwo, rolnictwo, medycyna, przemysł chemiczny.

7. Fosforany- sole kwasu fosforowego tj. zawierające PO4.

Liczba gatunków mineralnych jest niewielka, rozważymy minerał apatyt Ca(PO4)3(F,Cl,OH). Tworzy agregaty krystaliczne i ziarniste, twardość 5, syngonia heksagonalna, łupliwość niedoskonała, barwa zielononiebieska. Zawiera zanieczyszczenia strontu, itru, pierwiastków ziem rzadkich.

Geneza jest magmowa i osadowa, gdzie tworzy fosforyt w mieszaninie z cząstkami gliny.

Zastosowanie - surowce rolne, produkcja chemiczna oraz w wyrobach ceramicznych.

8. Krzemiany- najpowszechniejsza i najbardziej zróżnicowana klasa minerałów (do 800 gatunków). Taksonomia krzemianów oparta jest na czworościanie krzemowo-tlenowym -4. W zależności od struktury, jaką tworzą po połączeniu, wszystkie krzemiany dzielą się na: wyspę, warstwę, wstęgę, łańcuszek i ramkę.

Krzemiany wyspowe - w nich połączenie między izolowanymi czworościanami odbywa się za pośrednictwem kationów. Do tej grupy należą minerały: oliwin, topaz, granaty, beryl, turmalin.

Krzemiany warstwowe - reprezentują ciągłe warstwy, gdzie czworościany są połączone jonami tlenu, a pomiędzy warstwami połączenie odbywa się za pośrednictwem kationów. Dlatego mają wspólny rodnik we wzorze 4-. Do tej grupy należą minerały miki: biotyt, talk, muskowit, serpentyna.

Łańcuch i wstążka - czworościany tworzą pojedyncze lub podwójne łańcuchy (wstążki). Łańcuch - mają wspólny rodnik 4- i obejmują grupę piroksenów.

Krzemiany wstążkowe z 6-rodnikowymi wiązaniami mineralnymi z grupy amfiboli.

Krzemiany szkieletowe - w nich czworościany są połączone wszystkimi atomami tlenu, tworząc szkielet z rodnikiem. Do tej grupy należą skalenie i plagioklazy. Skalenie łączą minerały z kationami Na i K. Te minerały to mikroklina i ortoklaz. W plagioklazach Ca i Na są kationami, natomiast stosunek tych pierwiastków nie jest stały. Dlatego plagioklazy to izomorficzna seria minerałów: albit - oligoklaza - andezyna - labrador - bytownit - anortyt. Od albitu do anortytu zawartość Ca wzrasta.

W skład kationów w krzemianach najczęściej wchodzą: Mg, Fe, Mn, Al, Ti, Ca, K, Na, Be, rzadziej Zr, Cr, B, Zn pierwiastki rzadkie i promieniotwórcze. Należy zauważyć, że część krzemu w czworościanach można zastąpić Al, a wtedy minerały klasyfikujemy jako glinokrzemiany.

Złożony skład chemiczny i różnorodność struktury krystalicznej razem dają szeroki zakres właściwości fizycznych. Nawet na przykładzie skali Mohsa widać, że twardość krzemianów wynosi od 1 do 9.

Dekolt od bardzo idealnego do niedoskonałego.

Często krzemiany są pogrupowane według koloru - ciemne, jasne. Jest to szczególnie szeroko stosowane w przypadku krzemianów - minerałów skałotwórczych.

Krzemiany powstają głównie podczas formowania się skał magmowych i metamorficznych w procesach endogenicznych. Duża grupa minerałów ilastych (kaolin itp.) powstaje w warunkach egzogennych podczas wietrzenia skał krzemianowych.

Wiele krzemianów to minerały i są wykorzystywane w gospodarce narodowej. Są to materiały budowlane, kamienie okładzinowe, ozdobne i szlachetne (topaz, granaty, szmaragd, turmalin itp.), rudy metali (Be, Zr, Al) i niemetali (B), pierwiastki rzadkie. Znajdują zastosowanie w przemyśle gumowym, papierniczym, jako materiały ogniotrwałe i surowce ceramiczne.

Oprócz klasyfikacji chemii krystalicznej istnieją inne klasyfikacje minerałów oparte na innych zasadach. Na przykład klasyfikacja genetyczna opiera się na rodzaju genezy minerałów, w technologii przeróbki rud stosuje się klasyfikacje na podstawie ich właściwości fizycznych (separacyjnych), np. magnetyzmu, gęstości, rozpuszczalności, topliwości i innych cech .

Chociaż skład chemiczny służył jako podstawa klasyfikacji minerałów od połowy XIX wieku, mineralogowie nie zawsze byli zgodni co do tego, jaka powinna być kolejność zawartych w nim minerałów. Zgodnie z jedną metodą konstruowania klasyfikacji, minerały zostały pogrupowane według tego samego głównego metalu lub kationu.

W tym samym czasie minerały żelaza znalazły się w jednej grupie, minerały ołowiu w drugiej, minerały cynku w trzeciej i tak dalej. Jednak w miarę rozwoju nauki stało się jasne, że minerały zawierające ten sam niemetal (anion lub grupę anionową) mają podobne właściwości i są do siebie znacznie bardziej podobne niż minerały ze wspólnym metalem.

Ponadto minerały ze wspólnym anionem występują w tym samym środowisku geologicznym i mają bliskie pochodzenie. W rezultacie we współczesnej taksonomii minerały są pogrupowane w klasy w oparciu o wspólną grupę anionową lub anionową.

Jedynym wyjątkiem są pierwiastki rodzime, które występują w przyrodzie samodzielnie, nie tworząc związków z innymi pierwiastkami.

Minerały dzieli się ze względu na skład chemiczny i strukturę krystaliczną na następujące grupy:

• elementy rodzime;
• siarczki i sulfosole;
• związki halogenowe (halogenki);
• tlenki;
• sole tlenowe (węglany, siarczany, wolframiany, fosforany, krzemiany).

Obecnie przyjęta klasyfikacja minerałów opiera się na składzie chemicznym i budowie. Wiele uwagi poświęca się także genezie (gr. „genesis” – pochodzenie), dzięki której można poznać schematy rozmieszczenia minerałów w skorupie ziemskiej.

rodzime elementy

Skorupa ziemska zawiera nie więcej niż 0,1% (masowo) pierwiastków rodzimych (83 minerały). Ich wydobycie wiąże się ze znacznymi trudnościami, w związku z czym wiele z nich jest szczególnie cenionych i jako standardy pracy ludzkiej są wykorzystywane w rezerwach złota krajów jako zabezpieczenie waluty narodowej w handlu międzynarodowym. Genetycznie powiązany z procesami krystalizacji magmy (Pt, diament, grafit), procesami hydrotermalnymi (Au) i sedymentacyjnymi (S). Rodzime żelazo jest często pochodzenia kosmicznego.

Metale rodzime charakteryzują się niezwykle wysoką ciągliwością, metalicznym połyskiem, plastycznością, przewodnictwem cieplnym i elektrycznym, dzięki metalicznemu wiązaniu w sieci krystalicznej.

Charakterystyczne są również wysokie gęstości. Posiadają je najcięższe minerały: nevyanskit (do 21,5 g/cm3) i syssertskite (do 22,5 g/cm3).

Oprócz metali rodzimych (Ru, Rh, Pd, Ag, Os, Ir, Pt, Au, Fe, Cu, Ni, Hg) występują również metaloidy rodzime (As, Sb, Bi) i niemetale (S, Se, Te, C) .

Żelazo meteorytowe jest czasami obserwowane w postaci regularnych kostek (żelazo sześciościenne) i ośmiościanów (żelazo ośmiościenne). Zwykle w postaci roztopionych mas o niezaokrąglonym kształcie z charakterystycznymi zagłębieniami w kształcie palców na powierzchni. Tak zwane „żelazo Pallasa” zawiera wtrącenia oliwinu (MgFeSiO 4).

siarczki

Skorupa ziemska zawiera nie więcej niż 0,15% (masowo) minerałów z tej grupy (230 minerałów). Z chemicznego punktu widzenia związki te są solami kwasu siarkowodorowego. Istnieją zarówno siarczki o ściśle stechiometrycznym składzie (FeS 2, CuFeS 2 itp.), Jak i związki, w których zawartość siarki zmienia się w pewnych granicach (polisiarczki, na przykład FeS x, gdzie x \u003d 1,0,1 - 1,14).

Charakterystyczne są jonowe sieci krystaliczne. Większość siarczków jest ciężka, miękka, błyszcząca. Mają wysoką przewodność elektryczną. W większości przypadków pochodzenia hydrotermalnego, czasem produkt krystalizacji magmy siarczkowej.Podczas wietrzenia w strefie utleniania siarczki przechodzą najpierw w siarczany, a następnie w tlenki, wodorotlenki, węglany.

Siarczki są podstawą rud metalurgii metali nieżelaznych oraz surowcem do produkcji kwasu siarkowego. Ponieważ siarka nadaje stali czerwoną kruchość, obecność siarczków w rudach żelaza obniża ich jakość. Przed wytopem wielkopiecowym pylące rudy żelaza poddawane są aglomeracji w spiekalniach. Podczas aglomeracji możliwe jest usunięcie z rudy do 99% siarki siarczkowej.

Związki halogenowe

Skorupa ziemska zawiera około 0,5% (wagowo) związków halogenowych, które są pochodzenia hydrotermalnego lub osadowego. Fluoryt często występuje w żyłach pegmatytu. Z chemicznego punktu widzenia minerały te są solami kwasów: HF, HI, HBr, HCI. Charakterystyka: szklisty połysk, mała gęstość, rozpuszczalność w wodzie. Związki halogenowe mają sieci jonowe.

Metalurgia wykorzystuje duże ilości fluorytu do upłynniania żużli. Związki halogenowe są szeroko stosowane w chemii, rolnictwie (nawozy) oraz w przemyśle spożywczym.

tlenki

Skorupa ziemska zawiera do 17% (wagowo) tlenków. Najczęściej spotykane są kwarc (12,6%), tlenki i wodorotlenki żelaza (3,9%), tlenki i wodorotlenki Al, Mn, Ti, Cr. Przypomnijmy, że główna masa rudy żelaza i manganu ma pochodzenie osadowe. Minerały z grupy tlenków są podstawą rud metalurgii żelaza. Najważniejsze minerały kruszcowe rud żelaza i manganu: hematyt (Fe 2 O 3), magnetyt (Fe 3 O 4), ruda żelaza brunatnego (Fe 2 O 3 . H 2 O), piroluzyt (MnO 2), brownit (Mn 2 O 3), hausmanit (Mn 3 O 4), psylomelan (MnO 2 . MnO . n H 2 O), mangan (MnO 2 . Mn(OH)2.

Sieci krystaliczne tlenków charakteryzują się wiązaniem jonowym. Tlenki Fe, Mn, Cr, Ti mają półmetaliczny połysk i ciemną barwę. Minerały te są nieprzezroczyste. Dla magnetytu (Fe3O4) i ilmenitu (FeO.TiO2) charakterystyczną właściwością jest ich magnetyzm.

Węglany, siarczany, wolframiany, fosforany

Węglany, które stanowią około 1,7% masy skorupy ziemskiej, są minerałami osadowymi lub hydrotermalnymi. Z chemicznego punktu widzenia są to sole kwasu węglowego - H2CO3. Węglany mają jonowe sieci krystaliczne; charakteryzuje się małą gęstością, szklistym połyskiem, jasnym kolorem (poza węglanami miedzi), twardością 3-5, reakcja z rozcieńczonym HCl. Węglany są szeroko stosowane w metalurgii żelaza jako topnik oraz jako surowiec do produkcji materiałów ogniotrwałych i wapna.

Skorupa ziemska zawiera 0,1% (wagowo) siarczanów, które są głównie pochodzenia chemicznego i są solami kwasu siarkowego H2SO4. Zwykle są to miękkie, lekkie, lekkie minerały. Zewnętrznie są podobne do węglanów, ale nie reagują z HCl. Siarczany stosowane są w przemyśle chemicznym i budowlanym. Są wyjątkowo szkodliwym zanieczyszczeniem rud żelaza, ponieważ podczas aglomeracji możliwe jest usunięcie do fazy gazowej nie więcej niż 60-70% siarki siarczanowej.