Минералы, их основные свойства и классификация

 

 

 

Тарский филиал

Федерального государственного бюджетного

Образовательного учреждения

Высшего профессионального образования

«Омский государственный аграрный университет»

Им. П.А. Столыпина

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

 

 

 

Реферат

на тему: «Минералы, их основные свойства и классификация»

 

 

 

 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

  Выполнила: студентка Борисюк М.В.

 

      Руководитель:  Банкрутенко А.В 

 

 

  

 

 

 

 

 

Тара 2011

 

СОДЕРЖАНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………...	3
ПОНЯТИЕ МИНЕРАЛЫ………………………………………………………	4
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ……………………………………	5
-Физические свойства…………………………………	5
-Механические свойства………………………………	13
-Прочие свойства минералов…………………………	14
КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ………………………………………….	14
ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………….	20
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………...	21

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Земная кора состоит в основном из веществ, называемых минералами - от редких и чрезвычайно ценных алмазов до различных руд, из которых получают металлы для наших повседневных нужд.

Минералы сыграли важнейшую роль в развитии человека и создании цивилизации. В каменном веке люди пользовались кремниевыми орудиями труда. Около 10 000 лет назад человек освоил способ получения меди из руды, а с изобретением бронзы (сплава меди и олова) начался новый век - бронзовый.

С начала железного века 3300 лет назад, человек осваивал все больше и больше способов использования полезных ископаемых добытых из земной коры. Современная промышленность по-прежнему зависит от минеральных ресурсов Земли. Знания о том, что они собой представляют, умение отличить их друг от друга позволяют грамотно их использовать в производственных целях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПОНЯТИЕ МИНЕРАЛЫ

 

 Минералы — твердые природные или искусственные тела, обладающие сравнительно постоянным химическим составом, границами раздела с другими твердыми, жидкими и газообразными телами. Минералы состоят из правильно повторяющихся в трехмерном пространстве групп ионов, атомов или молекул различных элементов.

Известно около 2200 минералов, а число их названий с разновидностями более 4000. Последнее объясняется тем, что многие минералы имеют несколько названий (синонимы). Кроме того, разновидности минералов получают самостоятельные названия благодаря отклонениям от химического состава, цвета и других свойств. Широко распространенных  в природе минералов насчитывается около 450 видов, остальные встречаются редко.

Названия минералов даются по характерным физическим свойствам, по химическому составу или по месту, где они были впервые обнаружены. Многие минералы названы в честь учёных открывших или описавших их.

Многие называют минералами все, что добывают из земли. Они относят к этому разряду также ископаемое топливо, например, уголь. Однако, минералоги - люди, которые профессионально изучают минералы - считают, что уголь, нефть и природный газ - органические субстанции, поскольку образовались из остатков когда-то живых растений и животных, а потому минералами не являются.

  У минералов определенный химический состав. Они всегда однородны, другими словами, все части минерала одинаковы. Этим они отличаются от горных пород, состоящих из нескольких минералов.

Минералы состоят из химических элементов, т. е. веществ, которые уже нельзя разложить на другие вещества химическим путем. Из 107 известных науке элементов 90 встречаются в естественном виде в земной коре. Некоторые, их называют самородными элементами, пребывают в земной коре в чистом или почти чистом виде. Существует 22 самородных элемента, среди них - золото, серебро и алмазы (одна из форм углерода).

     Часто встречающиеся минералы, такие как полевые шпаты, кварц и слюда, называются породообразующими. Это отличает их от минералов, которые находят только в небольших количествах. Кальцит - еще один породообразующий минерал. Он формирует известняковые породы.

     В природе существует так много минералов, что минералогам пришлось выработать целую систему их определения, основанную на физических и химических свойствах. Иногда распознать минерал помогают очень простые свойства, например, цвет или твердость, а порой для этого требуются сложные тесты в лабораторных условиях с применением реагентов.

 

СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

Физические свойства

Физические свойства минералов имеют большое практическое значение и очень важны для их диагностики. Они зависят от химического состава и типа кристаллической структуры. Выделяют основные свойства и особые.

Все основные свойства проявляются (кроме особых) у каждого минерала. Часто разные по химическому составу минералы бывают внешне похожи по одному или нескольким свойствам. Например, по цвету, блеску, прозрачности минералы кварц и кальцит похожи и их трудно отличить по этим свойствам. Но по другим свойствам - твердости и спайности они резко отличаются друг от друга. Эти свойства для них являются диагностическими признаками. Таким образом, свойства минералов, по которым их можно определить или отличить друг от друга являются их диагностическими признаками.

 

 

 

 

 

 

 

Цвет- способность минерала отражать или пропускать через себя ту или иную часть видимого спектра.

Минералы могут иметь самые различные цвета и оттенки. Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей и главным образом от присутствия элементов-хромофоров, т.е. носителей окраски. Известны многие элементы-хромофоры: таковы хром, ванадий, титан, марганец, железо, никель, кобальт, медь, уран,  и некоторые другие. Эти элементы могут быть в минерале главными, или могут быть в виде примесей.

                                 Минералы - эталоны цвета

синий - азурит, сапфир	бурый – лимонит
зеленый - малахит	свинцово-серый – молибденит
красный - киноварь	черный – магнетит
золотисто-желтый - золото	латунно-желтый - халькопирит

 

В отдельных случаях окраска минерала может быть вызвана:

Иризацией – цветным отливом на гранях или плоскостях спайности некоторых минералов (например, лабрадор), обусловленного наличием тонких включений или трещин, вызывающих интерференцию лучей света.

Побежалостью – цветной пленкой на слегка окислившейся поверхности минерала (халькопирит, борнит).

Цвет черты - это цвет минерала в порошке на белом фоне. Для определения цвета черты используют неглазурованную поверхность фарфора (бисквит). По сравнению с окраской минералов цвет черты является более постоянным, вследствие чего имеет важное диагностическое значение. Минералы с металлическим блеском, как правило, имеют черную черту с разными оттенками, минералы со стеклянным блеском белую, реже слабоокрашенную. Цвет минерала часто не совпадает с цветом его черты.

Определение цвета черты

Цвет черты определяется путем царапания минералом по шероховатой белой поверхности (обычно используются фарфоровые пластинки — «бисквит»), на которой и остаётся «черта» характерной окраски.

Ощутимо надавливая на минерал, проведем на пластинке широкую черту. Если она недостаточно ярка, то следует провести ее еще несколько раз. У некоторых минералов уже первая черта хорошо заметна и густа (непросвечивающая) и иногда так интенсивно окрашена, что выглядит черной. Такую черту следует размазать, чтобы точно определить ее цвет.  
     В некоторых случаях, особенно когда минерал тверже, чем пластинка, черты не образуется. Тогда осколок минерала разбивается молотком или размалывается в ступке, а цвет полученного порошка определяется, на белом фоне.

Если минерал тверже бисквита, а у него твердость 5-6 ( шкала Мооса), то считается, что цвета черты у него нет.

Блеск

Большинство минералов обладает способностью отражать своими поверхностями свет, что и обуславливает блеск минералов.

Различают минералы с металлическим и неметаллическим блеском. Металлический блеск имеют те минералы (не зависимо от их окраски), которые дают чёрную черту на бисквите (неглазированная поверхность фарфора).

Металловидный или полуметаллический блеск имеют темноокрашенные минералы, дающие, однако, более слабую темную или цветную густо окрашенную черту (например хромит, лимонит).

 

 

Среди неметаллических блесков выделяют:

1. Алмазный — очень интенсивный, характерный для некоторых прозрачных минералов с высоким показателем преломления (алмаз, сфалерит, реальгар и др.). Алмазный блеск переходит в металлический при уменьшении прозрачности минерала;
2. Стеклянный — подобный отражению света от стекла, имеет обширные пределы. Типичный пример этого блеска можно наблюдать на кристаллических плоскостях кварца;
3. Жирный имеющий меньшую интенсивность, чем стеклянный, похожий на отражение света от замасленной гладкой белой бумаги. Из минералов жирным блеском обладает опал;
4. Матовый — имеет незначительную интенсивность или же практически ее лишен. Проявляется главным образом у землистых веществ, таких как каолин, вад и др.

Характерные типы блеска, обусловленные структурой минералов, следующие:

• перламутровый — аналогичен отражению света от внутренних сторон раковин моллюсков. Он свойствен минералам тонкополосчатого строения (некоторые кальциты и опалы), а также обладающим совершенной спайностью (слюды, гипсы и др.). При такой спайности в минерале возникают тонкие трещинки вдоль плоскостей спайности, от которых отражается свет; наложение (интерференция) отраженного света и проявляется в виде пестрых окрасок;
• шелковистый — характерный для волокнистых минералов, таких как хризотил, гипс, волокнистый кварц и др.
• Восковой блеск - если не знаете, как выглядит воск, то, в принципе, можно посмотреть на стеариновую свечку. Что значит, не блестит? Блестит, точнее, отсвечивает тусклым блеском.

Определение блеска минерала

Металлический и неметаллический блеск различаются на глаз. Переходную форму — полуметаллический блеск — очень тяжело определить однозначно.   

 Степень  интенсивности металлического блеска  обычно не определяется, но в большинстве случаев он сильный (как, например, у пирита или галенита).  
     Отражение света при неметаллическом блеске связано с рядом таких факторов, как гладкость отражательной поверхности, прозрачность минерала, величина двупреломления, строение агрегата (т. е. сростка кристаллов) и т. п. Поэтому при неметаллическом блеске мы различаем как степень его интенсивности, так и его виды, обусловленные структурой минерала.    

Блеск лучше наблюдать на свежем изломе минерала.

Твердость

Твердость минералов— сопротивление минерала внешнему механическому воздействию другого более твёрдого тела. Обусловлена главным образом прочностью кристаллической решётки  и её механическими параметрами(упругостью, пластичностью, хрупкостью, наличием и плотностью различных видов дислокаций).

Для практических целей пользуются эмпирической шкалой твердости, предложенной в начале XIX в. австрийским минералогом Моосом.

Шкала Мооса

1. тальк
2. гипс 
3. кальцит
4. флюорит ( плавиковый шпат)
5. апатит
6. полевой шпат
7. кварц
8. топаз
9. корунд
10. алмаз

 

 

Встречающиеся в природе минералы, по твердости можно разделить на 4 группы:

1. Мягкие минералы (ноготь оставляет царапину на минерале). Примеры: тальк, графит ,гипс и др.
2. Минералы средней твердости (ноготь не оставляет царапины на минерале, минерал не оставляет царапины на стекле). Примеры: кристаллический кальцит, халькопирит, ангидрит.
3. Твердые минералы (минерал оставляет царапину на стекле, но не оставляет её на горном хрустале). Примеры: кварц, полевые шпаты.
4. Очень твердые минералы (минерал оставляет царапину на горном хрустале). Примеры: топаз, алмаз.

 

Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям с образованием гладких параллельных поверхностей, называемых плоскостями спайности. Спайность возникает в тех направлениях, где химические связи решётки ослаблены. Она обусловлена внутренней структурой минерала и не зависит от внешней формы кристалла или зерна минерала.

 Чтобы охарактеризовать спайность  определяют:

• степень её совершенства;
• простую форму, по которой кристалл раскалывается;
• в некоторых случаях указывают угол между плоскостями спайности.

 

 

Степень совершенства проявления спайности исследуемого минерала определяется путем ее сопоставления, с данными следующей 5-ступенчатой шкалы:

1. Спайность весьма совершенная проявляется в способности кристалла расщепляться на тонкие пластинки. Получить излом иначе, чем по спайности в этих кристаллах чрезвычайно трудно (слюда, молибденит).  
2. Спайность совершенная проявляется при ударе молотком в виде выколов, представляющих собой уменьшенное подобие разбиваемого кристалла. Так, при разбивании галита получают мелкие правильные кубики, при дроблении кальцита – правильные ромбоэдры (топаз, хромдиопсид, флюорит, барит).  
3. Спайность средняя  (ясная) характеризуется тем, что на обломках кристаллов отчетливо наблюдаются как плоскости спайности, так и неровные изломы по случайным направлениям (полевые шпаты, пироксены).
4. Спайность несовершенная обнаруживается с трудом при тщательном осмотре неровной поверхности скола минерала (апатит, касситерит).  
5. Весьма несовершенная, т.е. практически отсутствует.(кварц, пирит, гранат)

Ряд минералов не имеет спайности (магнетит и т.д.).

 

Излом

При раскалывании минералов, лишенных спайности или обладающих плохой спайностью, возникают незакономерные поверхности излома, который по внешнему облику характеризуется как:

• раковистый (опал),
• неровный (пирит),
• ровный (вюрцит),
• занозистый (актинолит),
• крючковатый (самородное серебро),
• шероховатый (диопсид),
• землистый (лимонит).
• сахаровидный(апатит)
• ступенчатый излом (галенит, галит)

Для минералов с весьма совершенной и совершенной спайностью  чаще наблюдается ровный и ступенчатый изломы.

 

Плотность ( удельный вес) минералов

 

 

   Плотность минералов измеряется в граммах на см3 (г/см3) и в значениях, у разных минералов, колеблется от 1 (жидкие битумы) до 23 (осмистый иридий). Основная масса минералов имеет плотность от 2,5 до 3,5, что определяет среднюю плотность земной коры в 2,7 - 2,8 г/см3.

Удельные веса (плотность) минералов определяются в основном двумя способами:

• Методом вытеснения жидкости, т. е. путем взвешивания образца и измерения объема вытесненной им воды в сосуде. Так называемый весовой метод.
• Путем определения потери в весе минерала, погруженного в воду (абсолютный вес образца делят на потерю им веса в воде), т.е согласно закону Архимеда.

Минералы по плотности условно можно разделить на три группы:

• Легкие, плотность до 3,0 г/см3
• Средние, от 3,0 до 4,0 г/см3
• Тяжелые, плотность более  4.0 г/см3

 

 

 

Агрегаты

Агрегатами называют естественные скопления минералов.

 Выделяют:

1.Зернистые – сросшиеся зерна минералов;

2.Плотные- контуры отдельных зерен неразличимы;

3.Землистые- внешним видом напоминают почву;

4.Игольчатые, призматические –кристаллы имеют удлиненную форму;

5.Листовые, пластинчатые;

6.Чешуйчатые- состоящие из легко отделяемых чешуек;

7.Натечные формы- образуются в результате выделения минералов в твердом виде из раствора в пещерах, пустотах;

8.Конкреция- характеризуется шарообразной формой и имеет радиально-лучистое внутреннее строение;

9.Оолиты- шарики небольших размеров, имеющие  концентрически-скорлуповатое строение;

10. Друзы-  кристаллы, прикрепленные одним  концом к общему основанию;

11.Дендриты- стеклянное образование, древовидной  формы;

 

Механические свойства

 

Магнитность. Это свойство характерно для немногих минералов. Наиболее сильными магнитными свойствами обладает магнетит. Минералы обладающие сильным полярным магнетизмом, называются ферромагнитными. Магнитность  зависит от содержания главным образом двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита.

Хрупкость — это  способность минерала разрушаться при механическом воздействии, прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании.

 

 

Ковкость

Ковкость минералов заключается  в том, что они могут быть легко расплющены на тонкие пластинки. Пример: самородное золото, медь и т.п.

Гибкость

Гибкость- это свойство изгибаться, характерное для многих минералов.

        

 

Прочие свойства минералов

 

К прочим свойствам минералов относят:

• Пьезо- и пироэлектрические свойства минералов- это явление, когда под действием давления, вдоль полярной оси кристалла на её концах концентрируются положительные и отрицательные заряды.
• Растворимость и вкус
• Запах минералов

                                                               

 

 

КЛАССИФИКАЦИЯ 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:

 

Класс 1.Самородные элементы

Самородные минералы представляют элементы в химическом свободном  состоянии.  Сюда относятся металлы- золото, серебро, платина, медь;

полуметаллы- мышьяк, сурьма, висмут; неметаллы- сера, алмаз, графит (углерод) и пр., а также природные сплавы и амальгамы. Самородные элементы слагают ничтожную часть земной коры и, за исключением углерода и серы, не играют заметной роли в её жизни. Однако для человечества многие из них имеют важное значение.

 

Класс 2. Сульфиды

К этому классу принадлежит свыше трехсот минералов, являющихся главным образом солями сероводородной кислоты H2S. Образование сульфидов в общем связано с процессом остывания под землей расплавленной магмы, в массе которой рассеяны в ничтожной концентрации металлы. Многие металлы в форме летучих и растворенных соединений вместе с водяными парами отделяются от остывающих магм и поднимаются из глубин в верхние зоны земной коры. Благодаря своему сродству с серой эти металлы в виде сернистых соединений(сульфидов) выпадают из горячих водных растворов в разных условиях глубины, температуры и давления, образуя рудные жилы и другие минеральные залежи, и в таком виде становятся доступными человеку.

Количество месторождений, несущих сульфиды, огромно; они известны на всех континентах и в большинстве стран, но весовое количество их по отношению к весу земной коры ничтожно. Однако в промышленности сульфиды играют большую роль, являясь рудами для получения таких ценных металлов, как ртуть, кобальт, никель, молибден, свинец, медь, цинк, мышьяк, сурьма, висмут и др.

Сульфиды в присутствии воды и кислорода, т.е. в условия поверхности Земли, окисляются и разлагаются. Серная кислота и некоторые сульфаты, оказывают сильное растворяющее действие на многие рудные минералы и горные породы и этим вызывают перемещение (миграцию) элементов в виде различных кислот и солей с образованием новых минералов. Таким образом возникает зона окисления в верхней, близкой к поверхности части сульфидных рудных тел. Другая часть новых минералов легкорастворима и, вымываясь из руд и пород, частью переносится в реки и моря, частью, мигрируя в почвах, вовлекается в биологический цикл, входит в пищу растений и животных.

Ниже зоны окисления за счет принесенных сверху растворенных веществ в сульфидных месторождениях может возникнуть зона вторичного обогащения, повышающая экономическую ценность месторождений, в особенности медных.

 

Класс3. Окислы и гидроокислы

К этому классу принадлежат простейшие соединения металлов и других элементов с кислородом, гидроокислом, и водой. Кислород- самый распространенный элемент земной коры, широко представленный также в гидросфере, атмосфере и биосфере. В насыщенной кислородом среде интенсивно протекают процессы образования окислов, и в верхних оболочках Земли, биосфере. Развивается жизнь.

Главные минералы класса окислов: кварц, магнетит, гематит, лимонит, окислы марганца, хромит, корунд, касситерит, уранинит.

 

 

 

 

Класс4. Галоиды

Сюда относят минералы, являющиеся солями галоидоводородных кислот. В большинстве галоиды легко растворимы, широко рассеяны, обладают невысокой твердостью и светлой окраской.

Первоисточником их являются магматические эманации, выносящие в виде галогенных соединений огромные количества различных металлов. Главные минералы класса галоидов: флюорит, галит, сильвин, карналлит.

 

Класс 5. Карбонаты

Карбонаты играют очень большую роль в составе и геологической жизни земной коры. Наиболее распространенными являются минерал кальцит. Будучи сравнительно легкорастворимым, кальций переносится в моря, где усваивается организмами и после их гибели накапливается на дне морей в виде кальцита, образуя мощные толщи известняков, широко распространенных пород осадочного генезиса. Карбонаты- обычные компоненты разнообразных минеральных ассоциаций, характерных для поверхностных зон земной коры.

 

Класс 6. Сульфаты

В условиях поверхности Земли, т.е. при обилии кислорода и воды, сульфиды неустойчивы, разлагаются и переходят в соли серной кислоты- сульфаты.

Многие сульфаты являются растворимыми и только некоторые, как например англезит и барит трудно растворимыми.

Растворяясь в поверхностных водах, сульфаты переносятся в моря. При высыхании морских лагун сульфатные соли вместе с карбонатами, галоидами и прочими образуют мощные толщи гипсов и ангидритов, ценных для промышленности пород.

 

 

Класс7. Вольфраматы

В жизни земной коры соли вольфрамовой кислоты не играют значительной роли, однако в технике их значение очень велико. Прибавка вольфрама вызвала переворот в производстве качественных сталей. Кроме того, вольфрам входит в состав особо твердых сплавов.

 

Класс8. Фосфаты

Фосфаты-соли и эфиры фосфорных кислот, основное применение — фосфорные удобрения. Фосфаты широко используются в синтетических моющих средствах для связывания ионов кальция и магния. Важное место фосфаты занимают и в биохимии, а именно в синтезе множества биологически активных веществ, а также в энергетике всех живых организмов.

 

Класс 9. Бораты

Относятся соли борных и полиборных кислот. Соединения бора легко подвижны, они отделяются от магматических расплавов и далеко продвигаются в толщи пород кровли. Бор используется в металлургии для получения сверхтвердых сплавов, в химии, медицине.

 

Класс 10. Силикаты

 Этот класс включает наибольшее  количество минеральных видов; их насчитывается свыше тысячи. Силикаты составляют 75-80% веса земной коры. Многие силикаты являются породообразующими минералами, многие сами по себе являются полезными ископаемыми (асбест, каолин, полевые шпаты и др.) или драгоценными и поделочными камнями( изумруд, топаз, нефрит и др.).

Химический состав и структура силикатов обычно сложны.  Силикаты довольно устойчивы на поверхности земли, но, постепенно разрушаясь механически, они изменяются химически: теряют отдельные компоненты, вступают в соединения с водой, переходят в минералы группы глин и в виде этих минералов являются более устойчивыми в условиях поверхности.

Продукты разрушения силикатных горных пород в виде глин и песка сносятся в моря, на дне которых они отлагаются, образуя слои рыхлых осадков. Эти осадки опускаются иногда на значительные глубины- 5-20км, в других же случаях, даже на малых глубинах, подвергаются действию тепловых потоков, идущих с больших глубин Земли. И в условиях повышенной температуры и давления уплотняются, перекристаллизовываются и превращаются снова в породы с составом минералов, устойчивым в условиях большой глубины.