Полная версия

Главная arrow География arrow ГЕОЛОГИЯ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Наиболее распространенные минералы

Минералы — это природные химические соединения или отдельные химические элементы, представляющие собой обособления с кристаллической структурой.

Все горные породы состоят из минералов, иногда из нескольких, а нередко из одного, например мрамор, состоящий только из кальцита (СаС03). Большая часть минералов находится в кристаллическом состоянии и лишь незначительная — в аморфном.

Все свойства минералов определяются их внутренней структурой и химическим составом. Внутренняя структура минералов — это их кристаллическая структура, т. е. кристаллическая решетка и разные расстояния между элементарными частицами в узлах решетки. Именно эти обстоятельства определяют различные свойства минералов, даже состоящих из одинаковых элементов. Например, алмаз и графит, состоящие из одного и того же химического элемента — углерода, обладают совершенно разными свойствами. Алмаз — самый твердый в природе минерал, а графит — очень мягкий, способный расщепляться на чешуйки. Все дело в том, что эти два минерала обладают различной кристаллической структурой. В алмазе связи между атомами углерода одинаковые и очень прочные, а в графите имеются плоские слои кристаллической решетки, в которой атомы углерода располагаются близко друг к другу, зато расстояния между слоями намного больше, поэтому графит расщепляется на чешуйки.

Свойства минералов. Среди свойств минералов можно выделить механические, оптические, физические и химические.

Механические свойства. Одно из важных свойств минерала — твердость, т. е. способность противостоять внешнему механическому воздействию. Относительную твердость определяют царапаньем некоторым эталонным минералом по определяемому минералу. Если эталон более твердый, то он всегда оставляет царапину на образце. Существует шкала твердости Мооса, в которую входят 10 эталонных минералов (табл. 1.1).

Обычно ноготь имеет твердость 2—2,5, железный гвоздь — 4, стекло — 5, стальная игла — 5,5—6. Их также можно использовать для определения твердости.

Таблица 1.1

Шкала твердости Мооса

Минерал

Формула

Твердость

Тальк

Mg3[Si4O10] (ОН)2

1

Гипс

CaS04 • 2Н20

2

Кальцит

СаС03

3

Флюорит

CaF2

4

Апатит

Ca5(P04)3[F, Cl, ОН]

5

Ортоклаз

K[AlSi3Og]

6

Кварц

Si02

7

Топаз

Al2[Si04] • (F, OH)2

8

Корунд

A1203

9

Алмаз

c

10

Спайность минерала — это его способность раскалываться по плоскости наименьшей силы связи частиц в кристаллической структуре. Если минерал легко расщепляется на плоские чешуи, то спайность у него весьма совершенная, если хуже, то совершенная средняя или несовершенная. Спайность может быть выражена в различных направлениях.

К оптическим свойствам минералов относят их цвет, прозрачность и блеск. Один и тот же минерал в зависимости от содержания примесей может иметь различную окраску. Цвет непрозрачных минералов определяют в порошке (он отличается от цвета в куске). Для определения цвета используют специальную фарфоровую пластинку — бисквит. Блеск минерала зависит от показателя преломления и от характера отражающей поверхности. Есть минералы с металлическим, алмазным, матовым, жирным, стеклянным, перламутровым и т. д. блеском.

К физическим свойствам минералов относят форму их кристаллов, которую можно наблюдать невооруженным глазом. Морфология кристаллов — важный признак минералов. Все разнообразие форм кристаллов подразделяют на шесть сингоний, отражающих степень их симметричности. Есть, например, сингония кубическая, объединяющая наиболее симметричные кристаллы, гексагональная и др.

К химическим свойствам минералов относится, например, вскипание кальцита (СаС03) при его взаимодействии с соляной кислотой (НС1).

Формы нахождения минералов в природе. Они весьма разнообразны и зависят от условий образования минералов.

Среди обособленных минеральных скоплений часто встречаются друзы — группы кристаллов, приросших к стенкам пустот или трещин. Известны прекрасные друзы кристаллов кварца. Секреции — это минеральное вещество, заполнившее какую-либо пустоту в горной породе и обладающее концентрическим строением. Конкреции представляют собой округлые образования минерального вещества вокруг какого-либо центра кристаллизации. Они нередко имеют радиально-лучистое строение. Наиболее широко развиты скопления минералов кристаллического или скрытокристаллического, а также аморфного строения. Они образуются при одновременном росте из расплавов или растворов множества минеральных частиц.

Встречаются и такие минеральные образования, состав которых не соответствует форме, которую они слагают, их называют псевдоморфозами (от греч. pseudos — ложь, morphe — форма). Таковы, например, псевдоморфозы пирита (FeS2) по древесине.

Классификация минералов и их описание. В настоящее время известно более 3 тыс. минералов. Чтобы разобраться в таком большом количестве минералов, их надо классифицировать. В основе современной классификации минералов лежат химический состав и структура.

Наиболее важные минералы, чаще всего встречающиеся в природе и слагающие горные породы, относят к следующим химическим классам:

  • 1. Самородные элементы.
  • 2. Сульфиды.
  • 3. Галоиды.
  • 4. Оксиды и гидроксиды.
  • 5. Карбонаты.
  • 6. Фосфаты.
  • 7. Сульфаты.
  • 8. Силикаты.
  • 1. Самородные элементы. Всего их известно около 45. К важнейшим из них относятся: медь, золото, серебро, платина, графит, алмаз, сера и некоторые другие. Их доля в породах земной коры меньше 0,1%.
  • 2. Сульфиды — это соединения разных химических элементов с серой. Широко распространены: пирит (FeS2; серный колчедан), халькопирит (CuFeS2; медный колчедан), галенит (PbS; свинцовый блеск), сфалерит (ZnS; цинковая обманка), молибденит (MoS2; молибденовый блеск), киноварь (HgS). Многие из перечисленных минералов являются важнейшими рудами.
  • 3. Галоиды. Самые распространенные из них: галит (NaCl; поваренная соль), флюорит (CaF2), сильвин (КС1) и карналлит (КС1 • MgCl2 • 6Н20) — важнейшие удобрения.
  • 4. Оксиды и гидроксиды. К минералам этой группы относят соединения некоторых элементов с кислородом (окислы) и гидроксильной группой ОН (гидроокислы). Важнейший из оксидов — окись кремния, или кварц (Si02), на долю которого приходится 12% массы земной коры. Гидроксид кремния (Si02 • пН20) называют опалом.

Окислы и гидроокислы металлов входят в состав многих руд. Таковы, например, магнетит (Fe-Fe204; магнитный железняк), гематит (Fe203; железный блеск), хромит (FeCr204; хромистый железняк), корунд (А1203), лимонит (Fe203 • nH20; бурый железняк).

5. Карбонаты — соли угольной кислоты. В состав этой группы входят такие распространенные минералы, как кальцит (СаС03; если он прозрачный, то его называют исландским шпатом), доломит (CaMg(C03)2), сидерит (FeC03), магнезит (MgC03).

  • 6. Фосфаты — соли фосфорных кислот. Самые важные минералы этой группы — апатит (Ca5(Fe, С1)[Р04]3) и примерно такой же по составу, но скрытокристаллический фосфорит. Эти минералы входят в состав удобрений.
  • 7. Сульфаты. Соли серной кислоты — гипс (CaS04 • 2Н20), ангидрит (CaS04), барит (BaS04)— довольно широко распространены.
  • 8. Силикаты представляют собой самые распространенные в земной коре (примерно 30—35% ее массы) минералы, которые входят в состав всех горных пород (табл. 2.1).

Силикаты обладают сложными формулами, а их классификация обусловлена их структурой, так как в основе кристаллической решетки силикатов находится группировка Si04, которая образует кремнекислородные тетра эдры (от греч. tetra — четыре, hedra — грань) (рис. 2.5). Эти тетраэдры могут соединяться различным образом: в виде колец, цепочек, лент или образуя каркас (рис. 2.6). Формулы силикатов достаточно сложные, поэтому мы приведем только наиболее простые (см. табл. 2.1).

_ Таблица 2.1

Силикатные минералы

Структура

силикатов

Группировка

Минерал

Примеры

Островная

(Si04)<-

Оливин

Форстерит Mg2Si04

Цепочечная (одна цепь)

(Si03)2-

Пироксен

Авгит (Ca(Mg, Fe, Al) • (Si, A1)206)

Ленточная

(двойная

цепь)

(Si4On)6-

Амфибол

Роговая обманка (Ca, Na)2 (Mg, Fe2+)4 (Al, Fe3+) • (OH)2 • [(Al, Si)40,1]2

Листовая

(слоевая)

(Si205)2-

Слюда

Мусковит

KA12(0H)2 • [AlSi3Ou]

Каркасная

(Si02)

Кварц, полевой шпат

Кварц (Si02), ортоклаз (KAlSi3Og)

Среди силикатов велика доля (более 50% от их общей массы) группы полевых шпатов. Их относят к группе каркасных силикатов, так как кремнекислородные тетраэдры соединяются друг с другом всеми своими четырьмя вершинами, образуя как бы каркас.

Структура кремнекислородного тетраэдра. В центре тетраэдра — кремний, окруженный четырьмя крупными ионами кислорода

Рис. 2.5. Структура кремнекислородного тетраэдра. В центре тетраэдра — кремний, окруженный четырьмя крупными ионами кислорода

Полевые шпаты подразделяют на плагиоклазы (известковонатриевые) и калиево-натриевые.

Плагиоклазы образуют непрерывный ряд минералов, обладающих явлением изоморфизма (от греч. isos — равный, morphe — форма). Это явление заключается в том, что химические элементы в них могут заменять друг друга, причем образуются смешанные минералы, но одной и той же кристаллической формы.

Поэтому в ряду плагиоклазов есть два крайних члена этого ряда: альбит Na(AlSi303) и анортит — Ca(Al2Si208). Один натриевый, а другой кальциевый. Между ними располагаются все другие виды плагиокла-

Структура минералов

Рис. 2.6. Структура минералов: а — цепочечная; б — ленточная (двойная цепь); в — листовая (слоевая)

Химические элементы, ионы и группы, наиболее распространенные в минералах

Таблица 2.2

Элемент

Символ

Анион

Катион

Группа

Символ

Алюминий

А1

Al3+

Кальций

Са

Ca2+

Углерод

С

C4+

Карбонаты

(С03)2-

Хлор

С1

ci-

Медь

Си

Cu2+

Фтор

F

F-

Водород

Н

H+

Гидроксил

(ОН)

Железо

Fe

Fe2+,

Fe3+

Свинец

Pb

Pb2+

Магний

Mg

Mg2+

Кислород

О

О2'

Фосфор

Р

рз-

Фосфаты

(Р04)3-

Калий

К

K+

Кремний

Si

Si4+

Силикаты

(Si04)4-

Натрий

Na

Na+

Сера

S

s2-

Сульфаты

(S04)2-

Цинк

Zn

Zn2+

зов, и от альбита к анортиту содержание окиси кремния Si02 уменьшается. В зависимости от содержания Si02 плагиоклазы подразделяют на кислые (альбит, олиго- клаз), средние (андезин, лабрадор) и основные (битовнит, анортит). Термин «кислые» означает, что в этих плагиоклазах много оксида кремния.

К калиево-натриевым полевым шпатам относится также широко распространенный минерал ортоклаз — K[AlSi308].

Среди островных силикатов наиболее распространен оливин, часто встречающийся в основных и ультраос- новных породах. К цепочечным силикатам относятся важные минералы пироксены, а к ленточнымроговая обманка. Среди листовых (слоевых) силикатов очень важное значение имеют всем хорошо известные слюды, пластинчатые минералы. Это мусковит (от Московии) — бесцветная слюда с калием; биотит — черная слюда с содержанием железа и магния.

Существует еще много различных минералов, относящихся к разнообразным силикатам, но они имеют подчиненное значение в горных породах.

Все перечисленные выше минералы обладают только им присущими свойствами (твердостью, спайностью, чертой, сингонией, реакцией с соляной кислотой), по которым их и можно визуально определять.

Вопросы

  • 1. Что представляет собой минерал?
  • 2. Чем определяются свойства минералов?
  • 3. В чем различие кристаллических решеток алмаза и графита?
  • 4. Какие свойства минералов вы знаете и от чего они зависят?
  • 5. Что представляет собой шкала Мооса?
  • 6. Что такое спайность минерала?
  • 7. От чего зависит блеск минерала?
  • 8. Что такое сингония минералов?
  • 9. Каковы формы нахождения минералов в природе?
  • 10. По каким признакам классифицируют минералы? Сколько всего их известно?

КОЕ-ЧТО О МИНЕРАЛАХ

Что представляют собой минералы? Это природные химические соединения, состоящие из различных атомов. Сейчас известно около 3 тыс. минералов, но обычно их встречается гораздо меньше, несколько сотен, и только несколько десятков из них наиболее распространены. Химические элементы, известные нам из таблицы Менделеева, входят в состав минералов далеко не одинаково. Так, например, кислород (О) входит в состав почти половины минералов (1364), а второй по распространенности кремний (Si) — только в 430. Еще шесть элементов — алюминий (AI), железо (Fe), кальций (Са), магний (Мд), калий (К) и натрий (Na) — являются обязательными почти для всех других минералов. Дело в том, что остальные химические элементы не столь активны. В наши дни детально известно, из каких минералов состоят все горные породы и какие химические элементы в них присутствуют.

Но Земля — лишь одна из планет Солнечной системы, а Солнце — лишь одна из 100 тыс. миллионов звезд только одной Галактики Млечный Путь. В космическом же пространстве 75% водорода (Н) и 24% гелия (Не), а на восемь перечисленных выше элементов приходится... 1%.

Один из наиболее распространенных минералов на Земле — кварц, или оксид кремния (Si02). Он имеет множество разновидностей и цветов. Кварц пропускает ультрафиолетовые и инфракрасные лучи (в отличие от стекла). Он обладает к тому же пьезоэффектом, т. е. колеблется под воздействием магнитного поля, поэтому его используют в кварцевых часах и во многих электронных приборах.

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>