Минерал

(Mineral)

Характеристика и классификация минерала

Физические и химические свойства минералов, применение минералов

Содержание

Содержание

Раздел 1. Определениеминерала.

Раздел 2. Классификация минералов.

Раздел 3. Структура и химический состав минералов.

Раздел 4. Свойства минералов.

Раздел 5. Применение минералов.

Минерал — это природное тело с определённым химическим составом и кристаллической структурой, образующееся в результате природных физико-химических процессов и обладающее определёнными физическими, механическими и химическими свойствами.

Минерал — это природное химическое соединение элементов, или самородный элемент, образовавшийся в определенных физико-химических условиях среды.

Определение минерала

Понятие «минерал» подразумевает твёрдое природное неорганическоекристаллическоевещество. Но иногда его рассматривают в неоправданно расширенном контексте, относя к минералам некоторые органические, аморфные и другие природные продукты, в частности некоторыегорные породы, в строгом смысле не могут быть отнесены к минералам.

Минералами считаются также некоторые природные вещества, представляющие собой в обычных условиях жидкости (например,самородная ртуть, которая приходит к кристаллическому состоянию при более низкой температуре).Воду, напротив, к минералам не относят, рассматривая её как жидкое состояние (расплав) минералалёд.

Некоторые органические вещества—нефть,асфальты,битумы— часто ошибочно относят к минералам, либо выделяют их в особый класс «органические минералы», целесообразность чего весьма спорна.

Некоторые минералы находятся в аморфном состоянии и не имеюткристаллической структуры.

Это относится главным образом к т. Наз.Метамиктным минералам, имеющим внешнюю форму кристаллов, но находящимся в аморфном, стеклоподобном состоянии вследствие разрушения их изначальнойкристаллической решёткипод действием жёсткого радиоактивного излучения входящих в их собственный состав радиоактивных элементов (U). Различают минералы явно кристаллические иметамиктные минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном, стеклоподобном состоянии.

«Минерал— это химически и физически индивидуализированный товар природной физико-химической реакции, находящийся вкристаллическом состоянии» (Годовиков А. А., «Минералогия», М., «недра», 1983).

По определениюакадемикаН.П.Юшкина(1977), «минералами называются естественные дискретные органически целостные системы взаимодействующихатомов, упорядоченных с трёхмерной неограниченной периодичностью их равновесных положений, являющиеся относительно неделимыми структурными элементамигорных породи дисперсных образований. Вся совокупность минералов составляет минеральный уровень структурной компании неорганической материи, спецификой которого является кристаллическое состояние, определяющее свойства, законы функционирования и методы исследования минеральных систем».

Понятие «минерал» часто употребляется в значении «минеральный вид», то есть как совокупность минеральных тел данного химического состава с даннойкристаллической структурой.

Кристаллическая структураявляется и важнейшей диагностической характеристикой минерала, и носителем заложенной в минерале генетической информации, расшифровкой которой среди прочего занимаетсяминералогия. Вопрос о целесообразности отнесения к минералам в порядке «исключений из правила»некоторыхнекристаллических продуктов является спорным и до сих пор дискутируется учеными. Вместе с тем современные исследования показали, что некоторые аморфные, как считалось ранее, геологические продукты, устроены сложнее, чем считалось ранее и обладают внутренней «структурой дальнего порядка».

Коллоидные фазы существуют лишь как промежуточные в процессах массопереноса и минерал образования и являются одной из физико-химических сред, в которых или из которых происходиткристаллизация минералов.

Минерал (Mineral) - это

Классификация минералов

Попытки систематизации минералов на различной основе предпринимались уже в античном мире. Первоначально (от Аристотеля до Сины и Бируни) их делили по внешним признакам, иногда привлекая и генетические элементы, зачастую самые фантастические. Начиная с позднего Возрождения и вплоть до начала 19 в. доминировали классификации, основанные на внешних признаках и физических свойствах минералов. Во 2-й половине 19 — начале 20 вв. исключительное распространение получили химические классификации минералов (труды П. Грота, В. И. Вернадского и др.). С 20-х гг. 20 в. всё большую роль начинают играть кристаллохимические классификации, в которых за основу принимаются в равной мере химический состав и кристаллическая структура минералов. В современной минералогии имеется много различных вариантов минералогической систематики. В CCCP наиболее распространена классификация минералов на типы и классы по химическому составу.

Более мелкие таксоны внутри классов (подклассы, отделы, группы и др.) выделяют по типу структуры (силикаты) и в соответствии со степенью усложнения состава. При выделении дробных таксонов основываются также на группировке близких в геохимическом и кристаллохимическом отношении катионов и анионов. Ведутся специальные исследования в направлении создания естественной генетико-структурной и химико-структурной систематики минералов.

Существует много вариантов классификаций минералов. Большинство из них построено по структурно-химическому принципу.

По распространённости минералы можно разделить на породообразующие — составляющие основу большинства горных пород, акцессорные — часто присутствующие в горных породах, но редко слагающие больше 5 % породы, редкие, случаи, нахождения которых единичны или немногочисленны, и рудные, широко представленные в рудных месторождениях.

Наиболее широко используется классификация по химическому составу и кристаллической структуре. Вещества одного химического типа часто имеют близкую структуру, поэтому минералы сначала делятся на классы по химическому составу, а затем на подклассы по структурным признакам.

Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все их на классы и выглядит следующим образом:

Самородные элементы.

Это минералы, состоящие из одного элемента. Хотя они встречаются редко и составляют всего 0,1% от веса земной коры, их значение для человека велико. Достаточно перечислить представителей этой группы:

Алмаз С

Графит С

сера S

золото Аu

серебро Аg

медь Сu

Минерал (Mineral) - это

Значительно реже в самородном виде встречается железо, которое более склонно формировать химические соединения. Крайне редки в природе самородки редких металлов: палладия (Pd), осмия (Os), иридия (Ir). Большинство минералов этой группы встречается преимущественно или только в самородном виде (Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Os). Происхождение почти всех самородных элементов эндогенное, чаще всего гидротермальное. Исключением является сера, которая может иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. Отдельно рассматривается самородный углерод, образующий две базовых полиморфных модификации: алмаз и графит. Алмаз образуется в результате магматических процессов; чаще всего он встречается в кимберлитах.

Графит формируется из богатых органическим веществом осадочных пород в результате процессов метаморфизма.

платина height="550" src="/pictures/investments/img778314_6_Samorodnyie_elementyi_mineralov_platina.jpg" title="6. Самородные элементы минералов, платина" width="558" />

II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения.

1. Класс Сульфиды и им подобные соединения.

2. Класс Сульфосоли.

К рассматриваемому разделу относятся сернистые, селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов. К ним принадлежит весьма значительное количество важных в промышленном отношении минералов, играющих существенную роль в составе многочисленных месторождений металлических полезных ископаемых.

Наибольшее число минералов представлено сернистыми соединениями (сульфидами, сульфосолями). Все они, за исключением сероводорода, в природе распространены в твердом состоянии.

III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды).

1. Класс Фториды.

2. Класс Хлориды, бромиды и иодиды.

Начиная с этого типа соединений, мы будем иметь дело с минералами, резко отличающимися по своим свойствам рассмотренных.

В подавляющей массе это будут уже соединения с типичной ионной связью, обусловливающей совсем другие свойства минералов. Наиболее яркими представителями их являются галоидные соединения металлов.

С химической точки зрения, относящиеся сюда минералы, представлены солями кислот: HF, HCl, НВr и HJ; соответственно этому среди этих минералов различают фториды, хлориды, бромиды и иодиды.

IV. Раздел Оксиды и гидроксиды.

1. Класс Оксиды.

2. Класс Гидроксиды.

К этому классу относятся минералы, представляющие собой соединения различных элементов с кислородом, а в гидроксидах присутствует также и вода. По количеству входящих в него минералов он стоит на одном из первых мест, на его долю приходится около 17% массы всей земной коры (из них на долю оксидов кремния – около 12,5 % и оксидов железа – 3,9%). Минералы этого класса образуются как в эндогенных, так и в экзогенных условиях.

Блеск стеклянный, в изломе жирноватый. Твердый. Бесцветный, белый, сероватый, дымчатый черный, розовый, фиолетовый, зеленый. Черты не дает. Спайность отсутствует. Излом неровный. Сплошной плотный, рыхлый (кварцевый песок); кроме того вкрапления, отдельные кристаллы или друзы. Кристаллы имеют форму шестигранной призмы, увенчанной пирамидой. Грани кристаллов покрыты поперечной штриховкой. Сингония тригональная. Кристаллы наросшие или вросшие. В Казахстане найден кристалл горного хрусталя величиной с двухэтажный дом, его вес 70 т.

В районах распространения песков (в пустынях) встречаются кристаллы и друзы гипса (псевдоморфозы кварца по гипсу), пронизанные зернами песка, что сообщает этим образованиям большую твердость, не присущую гипсу.

V. Раздел Кислородные соли (окси соли).

1. Класс Нитраты.

2. Класс Карбонаты.

3. Класс Сульфаты.

4. Класс Хроматы.

5. Класс Вольфрама.

6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты.

7. Класс Бораты.

8. Класс Силикаты.

А. Островные силикаты.

Б. Цепочечные силикаты.

В. Ленточные силикаты.

Г. Слоистые силикаты.

Д. Каркасные силикаты.

Среди солей, прежде всего, различают соли безводные и водные (т. Е. содержащие в своем составе молекулы Н2O).

VI. Раздел Органические соединения.

В систематике минералов класс Органические минералы стоит как бы особняком от других, поскольку входящие в него продукты хоть и являются природными химическими веществами с достаточно определённым постоянным составом и свойствами, но лишены кристаллической структуры.

Они не могут быть охарактеризованы с кристаллохимической точки зрения, но традиционно относятся к минералам, имея с ними гораздо больше черт родства, чем различий. Заметим, однако, что такова не вся природная органика, и отнесение в этот раздел каждого конкретного природного органического товара требует вдумчивого и ответственного подхода.

Структура и химический состав минералов

В зависимости от химического состава минералов и физико-химических параметров находится тип химической связи между отдельными элементами и, как следствие, закономерность их пространственного распределения в кристаллической структуре минералов.

Значительное изменение состава вызывает изменение структуры и переход к веществу с новой структурой, т.е. к другому минералу. Обычные отклонения реальной структуры минералов от идеальной — вакансии в отдельных узлах кристаллической решётки, связанные с появлением, например, примесей в междоузлиях, изменением валентности части катионов (анионов).

В результате различных дефектов (вакансий, примесных, радиационных и других дефектов, вхождения посторонних ионов или молекул, например воды в каналы и другие полости решётки, изменения заряда катионов и анионов и т.д.) и дислокаций кристаллы минералов могут приобретать блочное строение. Реальные минералы образуют иногда т.н. упорядочивающиеся серии (например, полевые шпаты), когда распределение различных катионов по структурным позициям в той или иной степени отклоняется от правильного порядка, присущего идеальным кристаллам, и с понижением температуры проявляет тенденцию к упорядочению.

Не менее широко распространены явления распада твёрдых растворов (смешанных кристаллов), находящие выражение в специфических структурах минералов.

Для минералов со слоистыми кристаллическими решётками (например, слюд, молибденита, сфалерита, глинистых минералов, хлоритов, графита и др.) характерно явление поли типии, при котором смежные слои (или пакеты слоев) оказываются несколько повёрнутыми один относительно другого.

В результате такого поворота возникают модификации (или политипы), элементарные ячейки которых имеют одинаковые параметры по двум осям и различные — по третьей. Образование политипов объясняется условиями роста кристаллов (в частности, кинетическими факторами и механизмом спирального роста).

В случае изоморфных рядов при выделении минеральных видов руководствуются следующими правилами: в двухкомпонентных (бинарных) твёрдых растворах различают два минеральных вида (с содержанием конечных членов от 0 до 50 и от 50 до 100 молекулярных %), в трёхкомпонентных — три. Ранее и в бинарных изоморфных смесях выделялось по три минеральных вида, названия которых закрепились в минералогической номенклатуре.

Наряду с этим в минералогии бытуют и некоторые другие принципы выделения минеральных видов. Так, если представители данного ряда имеют особое значение по распространённости и отдельные промежуточные члены ряда твёрдых растворов типичны для определённых парагенезисов, выделение минерального вида становится дробным и часто базируется на номерной основе. Примером являются плагиоклазы, среди которых выделяют альбит.

Кристаллы реальных минералов часто обнаруживают зонарное или секторное, блочное или доменное строение; изоморфные примеси могут распределяться в них статистически (беспорядочно), занимать строго определённые структурные позиции или группироваться в кластеры; обнаружено вхождение в минералы примесных компонентов в форме плоских встроек и т.д.

Изучение реального строения и состава кристаллов минералов даёт важную информацию об условиях минерал образования.

Химический состав и конституция, химические и кристаллохимические формулы. В состав минералов входят все стабильные и долгоживущие изотопы элементов периодической системы, кроме инертных газов (гелий и аргон могут накапливаться в структурных каналах и полостях кристаллических решёток минералов как радиогенные продукты или вследствие захвата из атмосферы). Но минералообразующая роль различных элементов неодинакова. Примеси могут входить в минералы не только изоморфно, но и путём сорбции, а также в виде механических минеральных или газово-жидких микровключений. Эти ряды (серии) определяют границы вариаций состава минералов, а тем самым и колебания их физических свойств: плотности, твёрдости, оптических, магнитных и других параметров элементарной ячейки, температуры плавления и т.д.

Около 25% общего числа минеральных видов в земной коре — силикаты и алюмосиликаты; около 18% приходится на фосфаты, арсенаты и их аналоги, около 13% — на сульфиды и их аналоги, около 12% — на оксиды и гидроксиды. Минералы, относящиеся к другим классам химических соединений, составляют около 32%.

По распространённости в земной коре резко доминируют алюмосиликаты (особенно полевые шпаты) и силикаты, за ними следуют оксиды (прежде всего кварц) и гидроксиды и далее карбонаты; в сумме они слагают около 98% верхней части земной коры (до глубины 16 км).

Состав минералов выражается его химической формулой — эмпирической, полуэмпирической, кристаллохимической. Эмпирическая формула отражает лишь отношение между собой отдельных элементов в минералах. В ней элементы располагаются слева направо по мере увеличения номера их групп в периодической системе, а для элементов одной группы — по мере уменьшения их порядковых номеров, т.е. по мере увеличения их силовых характеристик.

Элементы, образующие изоморфные смеси, приводятся в круглых скобках через запятую, располагаясь в зависимости от их содержания в минералах. После расшифровки кристаллических структур подавляющего большинства минералов и уточнения позиций различных элементов в их кристаллической решётке стало возможным введение в минералогию понятия о основного Закона государства минералов, в которой химический состав минералов тесно увязывается с их структурой. Выражением основного Закона страны минералов служат т.н. структурные, или кристаллохимические формулы, составляемые и записываемые по определённым правилам. В этих формулах элементы, играющие роль нормальных катионов, записываются в их начале в том же порядке, что и в эмпирических формулах.

Быстрая кристаллизация минералов приводит к искажению формы их кристаллов, возникновению скелетных, дендритных, нитевидных форм.

Кристаллы минералов нередко несут на гранях характерную штриховку, фигуры роста и растворения. Массовая кристаллизация (например, при образовании изверженных горных пород) создаёт обстановку стеснённого роста, и минералы образуют зёрна неправильной формы.

Минеральные индивиды и минеральные агрегаты слагают минеральные тела.

Свойства минералов

Физические свойства минералов обусловлены их внутренним строением и химическим составом. Наблюдаемые у реальных минералов колебания физических свойств вызваны явлениями изоморфизма, структурными дефектами, различной степенью упорядоченности (иногда даже в пределах одного зерна) и другими факторами. Физические свойства минералов наряду с их морфологией — основа их диагностики, поисков, а в ряде случаев и практического использования.

По плотности минералы подразделяют на лёгкие (до 2500 кг/м3), средние (2500-4000 кг/м3), тяжёлые (4000-8000 кг/м3) и весьма тяжёлые (более 8000 кг/м3). Плотность минералов определяется его составом (содержанием тяжёлых катионов) и типом структуры, степенью её совершенства.

Механические свойства включают твёрдость минералов, упругие свойства, излом, спайность минералов и отдельность. Качественное определение упругих свойств минералов производится визуально, по их реакции на механические напряжения (характеру деформаций).

Различают минералы хрупкие (большинство) и ковкие (некоторые самородные металлы и сульфиды), а среди листоватых и чешуйчатых минералов — гибкие упругие (слюды) и неупругие, а также негибкие (хрупкие слюды). Волокнистые минералы бывают ломкими и гибкими (хризотил-асбест).

Излом — важное диагностическое свойство минерала, характеризует поверхность обломков, на которые он раскалывается (не по спайности) при ударе. Предварительная полевая диагностика минералов производится по внешним признакам и простым физическим свойствам: морфологии выделений, относительной твёрдости и плотности, цвету черты, блеску, побежалости, спайности, излому, люминесценции и пр.

Для определения карбонатов используются методы окрашивания, "вскипание" с HCl. Иногда прибегают к простейшим качественным химическим реакциям (например, на фосфор с молибденово-кислым аммонием). Многие распространённые минералы, породообразующие и рудные, уже в полевых условиях удаётся определить достаточно надёжно.

Высокодисперсные минералы, например глинистые, дающие на рентгенограммах нечёткие диффузные линии, уверенно диагностируются лишь под электронным микроскопом, с применением метода электронографии. Тот же метод позволяет точно диагностировать минералы, политипы листоватых и чешуйчатых минералов. Карбонаты и другие минералы, содержащие летучие компоненты, определяются при помощи термического анализа.

Важнейшими характеристиками минералов являются кристаллохимическая структура и состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны. Важнейшие свойства минералов, являющиеся диагностическими признаками и позволяющие их определять, следующие:

Габитус кристаллов. Выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа

Твердость. Определяется по шкале Мооса.

Блеск — световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.

Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям.

Излом — специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.

Цвет — признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины).

Цвет черты — цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита.

Хрупкость — прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз).

Получение объективных количественных данных о генезисе минералов позволяет реконструировать геологические процессы и историю формирования месторождений полезных ископаемых, т.е. создать научную основу для их поисков, разведки и промышленной оценки.

Применение

В технике и промышленности используется около 15% всех известных минеральных видов. Минералы представляют практическую ценность как источники получения всех металлов и других химических элементов (руды чёрных и цветных металлов, редких и рассеянных элементов, агрономические руды, сырьё для химической промышленности). Техническое применение многих минералов базируется на их физических свойствах.

Твёрдые минералы (алмаз, корунд, гранат, агат и др.) используются как абразивы и антиабразивы;

минералы с пьезоэлектрическими свойствами (кварц и др.) — в радиоэлектронике;

слюды (мусковит, флогопит) — в электро- и радиотехнике (благодаря их электроизоляционным свойствам);

асбесты — как теплоизолятор;

тальк — в медицине и в смазках;

кварц, флюорит, исландский шпат — в оптике;

кварц, каолинит, калиевый полевой шпат, пирофиллит — в керамике;

магнезит, форстерит — как магнезиальные огнеупоры и т.д.

Ряд минералов является драгоценными и поделочными камнями. В практике геологоразведочных работ широко используются минералогические поиски и оценка месторождений полезных ископаемых.

На различиях физических и химических свойств минералов (плотности, магнитных, электрических, поверхностных, радиоактивных, люминесцентных и других свойств), а также на цветовых контрастах основаны методы обогащения руд и сепарации минералов, равно как геофизические и геохимические методы поисков и разведки месторождений минерального сырья.

В широких масштабах осуществляется промышленный синтез монокристаллов искусственных аналогов ряда минералов для радиоэлектроники, оптики, абразивной и ювелирной промышленности.

На сегодняшний день известно более 4 тысяч минералов. Ежегодно открывают несколько десятков новых минеральных видов и несколько «закрывают»— доказывают, что такой минерал не существует.

Четыре тысячи минералов— это очень не много по сравнению с числом известных неорганических соединений (более миллиона).

Источники

Википедия – Свободная энциклопедия, WikiPedia

geoman.ru – Библиотека о природе и географии

mining-enc.ru – Горная энциклопедия

xumuk.ru – Сайт о химии

agrofak.com – Помощник агронома

iznedr.ru – Из недр Земли

webois.org.ua – Портал о камнях и минералах

catalogmineralov.ru – Каталог минералов

Источник: http://forexaw.com/