Сделай Сам Свою Работу на 5

ХАРАКТЕРИСТИКА ГОРНЫХ ПОРОД

ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ

 

Методические указания к лабораторным занятиям

 

Чебоксары 2014

УДК 624.131.54 Составитель: С.С. Викторова

ББК

 

 

Инженерноеобеспечение строительство методические указания к практическим занятиям / сост. С.С. Викторова. Чебоксары: Изд-во Чуваш. ун-та, 2014. с.

 

Приведены краткие справочные данные, сведения из теории и методические указания по выполнению лабораторных работ. Дана инженерно-геологическая оценка минералов и горных пород при использовании в промышленности, строительстве в плане взаимодействия грунтов и инженерных сооружений.

.

Предназначены для студентов I курса очной и заочной формы обучения строительного факультета, обучающиеся по направлению специальности «Строительство уникальных зданий и сооружений» (271101.65)

 

Утверждено Учебно-методическим советом университета в рамках реализации проекта Министерства образования и науки Российской Федерации «Кадры для регионов».

 

 

Ответственный редактор канд. техн. наук, доцент С.М.Ушков

 

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МИНЕРАЛАХ

И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Минералами (лат. «минера» - руда) называются природные тела, имеющие определенный химический состав и физические свойства, образующиеся в результате физико-химических процессов, протекающих в земной коре. В настоящее время известно около 7000 названий минералов. Из них приблизительно 2500 являются самостоятельными минералами, остальные названия относятся к их разновидностям и соединениям. Большая часть минералов встречаются очень редко и только около 50 из них составляют основную массу горных пород и называются поэтому породообразующими.

Минералы по генезису (происхождению) можно классифицировать следующим образом:

1) минералы, характерные для магматических процессов;

2) минералы вулканического происхождения;

3) минералы пегматитовых жил;

4) минералы пневматолитовых процессов;

5) минералы гидротермического происхождения;

6) минералы, образуемые при выветривании;

7) осадки морей, заливов, лагун, озер и болот;

8) минералы органогенного происхождения;

9) минералы метаморфического происхождения.

Магма – первоначальный силикатный расплав, поступающий из глубин Земли и дающий при отвердевании его изверженные горные породы и минералы. Магма расщепляется на составные части по плотности. Легкие элементы магмы концентрируются в верхней части магматического очага, а более тяжелые в нижней части. Этот процесс получил название ликвации. Он приводит к расчленению магмы на кислую, богатую кремнеземом и легкими элементами, и на основную, содержащую меньший процент кремнезема и большой процент тяжелых элементов. При дальнейшем охлаждении магмы химические элементы начинают постепенно вступать в химические реакции – образуются минералы магматического происхождения, выделяющиеся в определенной последовательности. Расщепление магмы на составные части по мере остывания и кристаллизации называется кристаллизационной дифференциацией. Кристаллы могут реагировать с остаточным расплавом и образовывать новые соединения.

Последовательность выпадения минералов зависит от:

- состава магмы;

- температуры охлаждающейся магмы и давления. В определенные моменты охлаждения магматического очага и в определенных условиях давления могут выделяться лишь определенные ассоциации минералов. Кроме того, у различных участков магматического очага может быть неодинаковая температура, что приводит к выделению в разных частях магмы разнообразных минералов;

- точки плавления и затвердевания минералов;

- процентного содержания отдельных компонентов, входящих в состав магмы.

На процессы минералообразования оказывет влияние и взаимодействие выделившихся в твердом виде минералов с остаточным расплавом. Это приводит к изменению химического состава уже выпавших минералов.

Обломки, окружающих магматические очаг горных пород, так называемые ксенолиты, попадая в магму, усваиваются (ассимилируются); магма также растворяет окружающие ее боковые породы. Этот процесс (синтексис) может привести к изменению химического состава отдельных участков магматического очага. Так например, магма, соприкасаясь с известняками, обогащается кальцием; с кварцевыми песками или песчаниками – кремнеземом; с глинистыми породами – глиноземом и т.д. Процесс дифференциации магмы и ассимиляции его окружающих пород способствует образованию магм различного химического состава и обуславливает разнообразие магматических пород.

Пневматолитовый процесс получил свое название от греческого слова «пневма» - газ, в связи с тем, что нем активное участие принимают летучие вещества. Пневматолиз – процесс образования минералов за счет взаимодействия с горными породами газов и летучих веществ, или их возгонки (отложения в твердом виде), или взаимодействия газов. Путем пневматолиза из магм выносятся многие металлы и металлоиды.

В земной коре широко распространены жильные скопления минералов. Жила – минеральное тело, заполняющее трещину в горной породе. Упругие летучие вещества создают благоприятные условия для роста кристалла. Жилы, в которых происходит образование крупных кристаллов и зерен минералов, называются пегматитовыми. Пегматитовые и пневматолитовые минералы особенно часто бывают связаны по происхождению с породами гранитного типа, более богатыми летучими соединениями.

Минералы гидротермического происхождения возникают в одну из последних фаз охлаждения магматического очага и имеют близкую генетическую связь с магматическими процессами.

Летучие компоненты магмы, циркулируя по трещинам и порам пород, окружающих магматический очаг, и перемещаясь, в основном, по направлению к поверхности Земли, в значительной степени охлаждаются. А так как они еще находятся в условиях довольно большого давления, водяной пар сгущается в воду при более высокой температуре, чем это наблюдается на поверхности Земли. Такая вода обладает большой растворяющей способностью и несет в растворенном виде золото, серебро, медь, цинк, свинец и другие элементы. Из этих растворов высокотемпературной воды, перемещающейся по трещинам, образуются минералы гидротермального происхождения, к которым принадлежат и минералы рудных жил. Гидротермальные жилы делятся на глубинные (гипотермальные) с температурой образования 300-374о (располагаются вблизи глубинных магматических пород или в самих магматических породах); средней глубины (мезотермальные) с температурой образования 150-300о (эти жилы более удалены от магматического очага, чем гипотермальные); поверхностные (эпитермальные) с температурой образования 50-150о.

Вулканические процессы сопровождаются выделением газообразных веществ и излиянием жидкой лавы. Лава на поверхности теряет летучие соединения, становится вязкой и, затвердевая, образует плотную или тонкозернистую массу вулканических пород, в которой нередко встречаются кристаллы многих силикатов (оливин, роговая обманка, авгит, полевые шпаты). Вулканические газы, вступая в реакцию друг с другом и с газами атмосферы, образуют на стенках кратеров минералы: серу, хлорное железо, пирит и др.

Выветриванием называют процессы разрушения и изменения минералов, протекающие на поверхности Земли.

Магматические и метаморфические породы, образовавшиеся на глубине и в условиях высокой температуры и высокого давления, при выходе на дневную поверхность попадают в новые физико-химические условия, и многие из них становятся неустойчивыми соединениями. По характеру выветривание бывает физическое и химическое.

При физическом выветривании меняются внешние особенности минералов, но химический состав при этом остается без изменений. В результате физического выветривания горные породы покрываются сетью трещин. Эти трещины в дальнейшем расширяются, разветвляются и, таким образом, горные породы разбиваются на отдельные обломки различной формы и величины.

При химическом выветривании меняются не только внешние особенности пород, но и химический состав - в результате минералы, подвергшиеся химическому выветриванию, превращаются в совершенно новые химические соединения – новые минералы. Основные агенты данного типа выветривания: кислород (приводит к окислению), вода (растворяет) и углекислота (разрушает).

Процессы химического и физического разрушения минералов идут одновременно. Зона, в которой происходят процессы выветривания, называется зоной выветривания или окисления. Под ней находится зона цементации.

В процессе выветривания принимают участие растения и животные.

Поверхностные водные потоки выносят в моря, озера, болота горные породы в растворенном и нерастворенном виде. Если озера, морские заливы, лагуны находятся в областях с жарким климатом, наблюдается интенсивное испарение воды, что приводит к выпадению растворенных веществ в твердом виде.

Минералы метаморфического происхождения образуются путем глубоких изменений (метаморфизации) минералов осадочного и магматического происхождения. Большое значение имеют высокая температура, высокое давление и химически активные вещества.

Большинство встречающихся в природе минералов относятся к телам кристаллическим, атомы которых расположены в четком порядке, образуя кристаллическую решетку, подчиняясь законам пространственной симметрии.

Основными свойствами кристаллических тел являются:

- анизотропность - изменение свойств вещества с изменением направления;

- однородность – любые два участка одного и того же кристалла облают одинаковыми свойствами;

- способность самоограняться – принимать в условиях свободного роста в подходящей среде форму правильных многогранников.

Поверхность кристаллов ограничена плоскостями – гранями, которые пересекаются по прямым линиям – ребрам. Такие пересечения ребер образуют вершины.

В кристаллах наблюдаются следующие элементы симметрии:

- плоскость симметрии (Р) – воображаемая плоскость, которая делит кристаллы на две равные части, причем одна из частей является как бы зеркальным отражением другой (рис. 1а);

- ось симметрии (L) – линия, при вращении вокруг которой на 360о кристалл несколько раз повторяет свое начальное положение в пространстве. В кристалле может быть несколько осей симметрии:

а) ось симметрии второго порядка (L2) , когда при вращении вокруг этой оси на 360о кристалл повторяет свое начальное положение в пространстве два раза (рис. 1б):

б) ось симметрии третьего порядка (L3) – начальное положение повторяется три раза (рис. 1в);

в) ось симметрии четвертого порядка (L4) – начальное положение повторяется четыре раза (рис. 1г);

г) ось симметрии шестого порядка (L6) – начальное положение повторяется шесть раз (рис. 1д).

Ось симметрии пятого порядка в кристаллах не наблюдается, а ось симметрии первого порядка не учитывается;

- центр симметрии (С) –воображаемая точка, расположенная внутри кристалла, в которой пересекаются и делятся пополам линии, соединяющие соответствующие точки на поверхности кристалла (рис. 1е);

- единичное направление – единственно не повторяющееся в кристалле направление. Например, в призме является направление, параллельное граням призмы и проходящее через центр симметрии. В кубе любое направление повторяется несколько раз, ему всегда соответствует другое подобное, равное по величине, направление. Следовательно, в кубе единичное направление отсутствует. Чем более симметричен кристалл, тем меньше в нем единичных направлений, вплоть до полного исчезновения.

Совокупность всех элементов симметрии данного кристаллического многогранника называется видом симметрии. В кристаллографии возможно всего 32 вида симметрии, установленные А.В. Гадолиным. Все известные виды симметрии подразделяются на семь кристаллографических систем или сингоний (греч. «сходноугольность»).

Сингонией называется группа видов симметрии, обладающая одним или несколькими элементами симметрии при одинаковом числе единичных направлений. Сингонии в порядке возрастания степени симметрии можно расположить в следующем порядке: триклинная, моноклинная, ромбическая, тригональная, тетрагональная, гексагональная, кубическая.

Сингонии, в свою очередь, группируются в три категории – низшую, среднюю и высшую. Их характеристика приведена в табл. 1.

Таблица 1

Характеристика кристаллографических сингоний и категорий

 

    Категория     Сингония   Число единичных направлений   Характерные элементы сингоний Примеры минералов, кристаллизующихся в данной сингонии
Низшая     Единичных направлений – 3 и более; нет осей симметрии порядка выше второго   Триклинная     Моноклинная     Ромбическая Все     Множество   Три С или отсутствуют   Повторяющиеся элементы симметрии отсутствуют   L2 2P, 3L2 3PC Альбит, анортит, микроклин, дистен Ортоклаз, тальк, эпидот, роговая обманка, гипс, арсенопирит Оливит, топаз, барит, антимонит, марказит
Средняя   Единичное направление одно, совпадает с единственной осью порядка выше второго   Тригональная     Тетрагональная   Гексагональная Одно, совпадает     Одно, совпадает с L4 или Li4 Одно, совпадает с L6 L3 L4 или Li4 L6 или Li6 Кальцит, доломит, магнезит, гематит, киноварь Халькопирит, касситерит, шеелит   Нефелин, берилл, апатит
Высшая Единичных направлений нет; Присутствует несколько осей симметрии порядка выше второго Кубическая Нет 4L3 Гранат, галит, сильвин, флюорит, алмаз, хромит, пирит, галенит

 

По внешнему огранению кристаллы могут быть разделены на две группы. Многогранники первой группы представляют собой простые формы – совокупность граней, связанных между собой элементами симметрии. Многогранники второй группы – комбинации простых форм. Всего в кристаллографии известно 47 типов простых форм.

Физические свойства минералов.Физические свойства минералов имеют большое практическое значение (радиоактивность, люминесценция, магнитность, твёрдость, оптические свойства и др.) и очень важны для их диагностики. Они зависят от химического состава и типа кристаллической структуры. Например, радиоактивные свойства минералов зависят от химического состава - наличие радиоактивных элементов, спайность минералов зависит от особенностей их кристаллической структуры, плотность - от химического состава и от типа кристаллической структуры. Физические свойства могут представлять скалярную величину (независимы от направления), например плотность, или быть векторными (зависящими от направления), например твёрдость, спайность, оптические свойства.

Плотность. Плотности минералов (в г/см3) колеблются от величин, примерно равных единицы, до 23.0 (платинистый иридий). Подавляющая масса минералов имеет плотность от 2.5 до 3.5, что обуславливает плотность земной коры, равную примерно 2.7-2.8.

Минералы по плотности условно можно разделить на три группы: лёгкие (плотность до 3.0), средние (плотность от 3.0 до 4) и тяжёлые (плотность более 4).

Некоторые минералы легко узнаются по большой плотности (барит4.6, церуссит 6.5). Как правило, минералы, содержащие тяжёлые металлы, имеют большую плотность. Наибольшую плотность имеют самородные элементы - золото, серебро, минералы группы платины. В кристаллах одного и того же состава плотность определяется характером упаковки атомов в единичной структурной ячейке.

Для минералов, представляющих изоморфные ряды, увеличение (или уменьшение) плотности пропорционально изменению химического состава.

Механические свойства минералов обнаруживают при механическом действии на них: при сжатии, растяжении и ударе. Так же, как и оптические свойства, они различны в разных направлениях и связаны с анизотропией кристаллов. К числу важнейших механических свойств относят спайность и твёрдость.

Спайностью – называется способность кристаллических минералов раскалываться при ударе с образованием гладких плоскостей в определенном направлении, всегда параллельном одной грани кристалла. Спайность вызывается слабыми силами сцепления (притяжения) между элементами кристаллической решетки. Спайность бывает:

1. Спайность весьма совершенная - кристалл колется на тончайшие пластинки с зеркальной поверхностью (слюда, гипс).

2. Спайность совершенная - кристалл в любом месте колется по определённым направлениям, образуя ровные поверхности; неправильный излом получается крайне редко (кальцит, галит, галенит).

3. Спайность средняя - при расколе образуются как ровные спайные поверхности, так и неровные поверхности излома (полевые шпаты, роговая обманка).

4. Спайность несовершенная - ровные спайные поверхности редки, при изломе большей частью образуется неправильный излом (берил, апатит).

5. Спайность весьма несовершенная - практически нет спайности, кристаллы имеют неровные поверхности излома при расколе (кварц, касситерит).

В различных направлениях спайность кристалла может быть одинаковой или разной по степени совершенства. Спайность отсутствует, если при ударе минерал распадается на обломки без признаков плоскостей спайности (кварц, змеевик).

У плотных, землистых, порошковатых и волокнистых разностей минералов спайность не проявляется. У минералов зернистого строения спайность наблюдается у каждого зерна в отдельности

Твёрдость. Под твёрдостью кристалла понимается его сопротивление механическому воздействию более прочного тела.

Существует несколько методов определения твёрдости. В минералогической практике принята шкала Мооса. Необходимо отметить относительность шкалы: если тальк имеет твёрдость 1, а гипс твёрдость 2, то это не означает, что гипс в 2 раза твёрже талька. Тоже самое можно сказать и относительно других минералах-эталонах. Твёрдость их условна, и при определении другими методами получены другие значения.

Так же, как и спайность, твёрдость кристаллов обнаруживает анизотропию. Кристаллы алмаза имеют наибольшую спайность на гранях октаэдра, меньшую на гранях ромбододекаэдра, ещё меньшую на гранях куба.

По твердости все минералы разбиваются на четыре группы:

1 – мягкие минералы. Ноготь оставляет царапину на минерале, они легко крошатся ногтем (тальк, графит, гипс);

2 – минералы средней твердости. Ноготь не оставляет царапины на минерале, минерал не оставляет царапины на стекле (кальцит, халькопирит);

3 – твердые минеры. Минерал оставляет царапину на стекле, но не оставляет царапины на горном хрустале (кварц, полевые шпаты);

4 – очень твердые минералы. Минерал оставляет царапины на горном хрустале (топаз, корунд, алмаз).

Относительная твердость определяется по шкале Мооса (табл. 2), в которую входят 10 минералов, расположенных в таком порядке, что каждый предыдущий минерал чертится последующим.

Таблица 2

Шкала твердости (Мооса)

Эталонные минералы Твердость Визуальные признаки
Тальк Чертится грифелем карандаша
Гипс Чертится ногтем
Кальцит Чертится гвоздем
Флюорит Чертится ножом
Апатит Чертится ножом
Ортоклаз Царапает стекло
Кварц Царапает стекло
Топаз Режет стекло
Корунд Режет стекло
Алмаз Режет стекло

 

Излом. При расколе у минералов возникают поверхности, определяющие так называемый излом. Минералы, обладающие спайностью дают, равный излом. Минералы, лишенные спайности, имеют неровный излом (кварц - раковистый излом). Виды излома:

- раковистыйизлом характеризуется наличием вогнутых и выпуклых участков с концентрическими «рёбрами», напоминающих створку раковины (часто наблюдается у аморфных и скрытокристаллических минералов - магнезит аморфный, халцедон);

- зернистый излом отличают по неровной поверхности, на которой заметны или ощутимы зерна исследуемого минерала (апатит, авгит);

- занозистый излом напоминает поверхность неоструганой доски или древесины поперек волокна (обычен у волокнистых или игольчатых минералов (асбест, актинолит);

- ступенчатыйизлом наблюдается в тех случаях, когда раскол проходит частично по направлению спайности, частично под углом к ней (полевые шпаты - ортоклаз, микроклин);

- землистыйизлом - поверхность раскола шероховатая, матовая, покрытая порошком этого же минерала (каолинит);

- неровныйизлом (кварц).

Оптические свойства. В естественном свете колебания электрического и магнитного векторов совершаются в каждый момент в различных направлениях, всегда перпендикулярных к направлению распространения световой волны (т.е. перпендикулярно к световому лучу).Такой свет носит название неполяризованного, или простого.

При прохождении через оптически анизотропную среду свет становится поляризованным. Колебания поляризованного света проходят лишь в одной плоскости, проходящей через направление движения световой волны.

Поляризация света происходит при прохождении через все кристаллы, за исключением кристаллов кубической сингонии; последние в оптическом отношении изотропны. Естественный свет, поступающий в кристалл, распадается на две световые волны, распространяющиеся с различными скоростями. Обе волны становятся поляризованными, причём плоскости их колебаний взаимно перпендикулярны. Это явление называется двупреломлением, или двойным светопреломлением. Двупреломление было открыто Бартолином в 1669 г. и в дальнейшем было изучено Х. Гюйгенсом.

В кристаллах тригональной, тетрагональной и гексагональной сингоний имеется только одно направление, по которому не происходит двойного светопреломления. Это направление называется оптической осью, оно совпадает с осью симметрии высшего порядка. Поэтому кристаллы средних сингоний называются оптически одноосными. В кристаллах триклинной, моноклинной и ромбической сингоний имеются два направления, по которым не происходит двойного светопреломления; они в оптическом отношении двуосны.

В кристаллах средних сингоний скорость распространения световых волн различна. Световая волна, распространяющаяся с одинаковой скоростью во всех направлениях, называется обыкновенной, а распространяющаяся в различных направлениях с различной скоростью - необыкновенной. Поверхностью первой световой волны является шар, а второй - эллипсоид вращения.

Цвет. 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 Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo и некоторые другие. Эти элементы могут быть в минерале главными, или могут быть в виде примесей.

Побежалость - пёстрая или радужная окраска приповерхностного слоя. Она объясняется появлением тонких поверхностных плёнок за счёт изменения, например окисления, минералов.

Цвет черты. Минералы, твёрдость которых невелика, оставляют черту на неглазурованной фарфоровой пластинке. Цвет черты, или цвет минерала в порошке может отличатся от цвета самого минерала.. Например, у минералов пирита цвет латунно-желтый, порошок – черный.

Для получения порошка минерала применяется шероховатая фарфоровая пластина, так называемый бисквит. Если провести минералом по поверхности бисквита, минерал оставляет след (черту). Твердые и очень твердые минералы, как правило, черты не дают. Эти минералы могут царапать бисквит и создавать впечатление черты. Можно считать, что минерал дает черту, если черта стирается пальцем.

Блеск. Различают минералы с металлическим и неметаллическим блеском. Металлический блеск имеют те минералы (не зависимо от их окраски), которые дают чёрную черту. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих цветную или белую черту. Исключением являются только самородные элементы.

Наличие блеска обуславливается показателем преломления и коэффициентом поглощения. В зависимости от проявления этих факторов блеск у минералов может быть различен:

- металлический – у непрозрачных минералов, обладающих большим коэффициентом поглощения, напоминает блеск поверхности свежего излома металлов. Металлический блеск характерен для минералов, являющихся рудами различных металлов, наблюдается у самородных элементов у сульфидов и у некоторых окислов (пирит);

- стеклянный – у минералов с меньшим, чем у предыдущих показателем преломления, напоминает блеск поверхности стекла, наблюдается у галогенидов, окислов, карбонатов, силикатов (галит, кварц);

- алмазный – у прозрачных минералов, не сильно поглощающих свет, но обладающих большой величиной показателя преломления (алмаз, сфалерит);

- жирный – у минералов, на поверхности которых образовались мельчайшие неровности и бугорки, отчего отраженный свет частично рассеивается, характерен для мягких минералов, поверхность которых как бы смазана жиром (тальк, нефелин);

- перламутровый – вызван явлением интерференции света от тонких пластинок или трещинок по спайности, аналогичен блеску перламутра, с радужными переливами (слюда, тальк);

- шелковистый – у минералов, имеющих параллельно-волокнистое строение кристаллов (асбест, игольчатый гипс);

- матовый – у минералов, очень слабо отражающего свет, поверхность которых практически не блестит (каолинит, бурый железняк).

Блеск лучше наблюдать на свежем изломе минерала. При определении блеска цвет минерала не принимается во внимание.

Магнитность. Это свойство характерно для немногих минералов. Наиболее сильными магнитными свойствами обладает магнетит. Минералы обладающие сильным полярным магнетизмом, называются ферромагнитными.

Существуют ещё: люминесценция, пироэлектричество, радиоактивность и др.

Агрегатное состояние. Агрегатами называются естественные скопления минералов. Наиболее часто встречающие агрегаты:

- зернистые – сросшиеся зерна минералов (апатит);

- плотные – контуры отдельных зерен нельзя различить даже в лупу (халцедон);

- землистые – напоминают внешним видом рыхлую почву, легко растираются между пальцами (каолинит);

- игольчатые, призматические – кристаллы имеют удлиненную форму (роговая обманка);

- листовые, пластинчатые – пластинки отделяются кончиком перочинного ножа (слюды);

- чешуйчатые – состоят из чешуек, легко отделяемых кончиком ножа (слюды, тальк);

- натечные формы – образуются в результате выделения минералов в твердом виде из раствора при испарении последнего, в пустотах, пещерах имеет вид сосулек (сталактиты), почек и т.д. Сталактиты часто образуют лимонит, в виде почек часто встречаются малахит и гематит;

- конкреция – характеризуется шарообразной формой и имеет радиально0лучистое строение внутри. Кристаллы нарастают в виде радиально расположенных лучей, начиная от центра к периферии (фосфорит);

- оолиты – представляют небольших размеров шарики, имеющие концентрически-скорлуповатое строение. Оолиты бывают или сцементированы плотной основой, или находятся в рыхлом состоянии (оолитовый известняк, боксит);

- друзы – представляют кристаллы, прикрепленные одним концом к общему основанию (горный хрусталь);

- дендриты. При быстрой кристаллизации в тонких трещинах или вязком веществе не образуется кристалла полногранной формы, а возникает скелетное образование, напоминающее по форме ветви дерева, потому что отдельные кристаллы нарастают друг на друга (самородная медь).

Реакция с НCl (5% раствор). Действие соляной кислоты используют для обнаружения таких минералов как кальцит и доломит. Кальцит бурно вскипает при действии соляной кислоты, реакция сопровождается заметным выделением углекислого газа. Доломит вскипает под действием разбавленной соляной кислоты только в порошке при нагревании.

Химический состав. По химической классификации минералы делятся на следующие классы:

I – самородные элементы – металлы и металлоиды, встречающиеся в природе в свободном состоянии (золото, платина, графит, алмаз, сера, серебро).

В самородном состоянии в природе известны около 40 химических элементов, но большинство из них встречается очень редко.

Нахождение элементов в самородном виде связано со строением их атомов, имеющих устойчивые электронные оболочки. Химически инертные в природных условиях элементы называются благородными; самородное состояние для них является наиболее характерным. К ним относятся золото Au, серебро Ag, платина Pt и элементы группы платины. Очень часто в самородном состоянии встречаются углерод С, сера S и медь Cu.

Реже встречаются так называемые полуметаллы: мышьяк As, сурьма Sb, висмут Bi. Такие минералы как железо Fe, свинец Pb, олово Sn, ртуть Hg, встречаются как самородные крайне редко и нахождение их представляет лишь научный интерес. Некоторые элементы (хром, алюминий) вообще не встречаются в самородном виде.

II – сульфиды – соли сероводородной кислоты (молибденит, антимонит, галенит, аргенит, пирит, халькопирит, киноварь).

Сернистых и аналогичных им минералов насчитывают более 200 видов, но общее содержание их в земной коре невелико и не превышает 0.15%.

С химической точки зрения они являются в основном производными сероводорода H2S. В некоторых редких минералах место серы занимают Se и Te. По аналогии с сульфидами также выделяют арсениды и антимониды. Во всех этих соединениях широко развиты изоморфные замещения одних элементов другими.

Наибольшее распространение имеют дисульфиды и сульфиды железа, на долю которых приходится около 4/5 всех сульфидов. Обычными сульфидами являются сульфиды меди, свинца, цинка, серебра, сурьмы и т.д. В виде изоморфных примесей в состав сульфидов входит целый ряд редких и рассеянных элементов, не образующих самостоятельных минералов.

Сульфиды за небольшим исключениями имеют металлический блеск, большую плотность и невысокую твёрдость. Встречаются они в виде кристаллов, друз, чаще - в виде сплошных зернистых масс и вкрапленников.

Происхождение сульфидов главным образом гидротермальное, а также магматическое, скарновое и для некоторых экзогенных - осадочное.

При окислении сульфиды разлагаются и легко переходят в различные вторичные минералы: карбонаты, сульфаты, окислы и силикаты, устойчивые в поверхностных условиях.

Сульфиды имеют большое практическое значение - это важнейшие руды свинца, цинка, меди, серебра, никеля и других металлов.

По структурному принципу среди сульфидов можно выделить сульфиды координационной, цепочечной, слоистой и других структур. Так, например, сульфиды можно классифицировать, выделяя структурные мотивы: координационный, островной, цепочечный, слоистый.

III – галогениды-хлориды – соли соляной кислоты (галит, сильвин, карнаглит);

IV – нитриты – соли азотной кислоты (натриевая и кальциевая селитра);

V – карбонаты – соли угольной кислоты (кальцит, доломит, магнезит, сидерит, малахит, азунит).

Карбонаты - многочисленная группа минералов, которые имеют широкое распространение. В структурном отношении все карбонаты относятся к одному основному типу - анионы [CO3]2- представляют собой изолированные радикалы в форме плоских треугольников.

Большинство карбонатов безводные простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом [CO3]2-. Менее распространены сложные карбонаты, содержащие добавочные анионы (OH)-, F- и Cl-. Среди наиболее распространённых безводных карбонатов различают карбонаты тригональной и ромбической сингоний.

Карбонаты обычно имеют светлую окраску: белую, розовую, серую и т.д., исключение представляют карбонаты меди, имеющие зелёную или синюю окраску. Твёрдость карбонатов около 3-4.5; плотность невелика, за исключением карбонатов Zn, Pb и Ba.

Важным диагностическим признаком является действие на карбонаты кислот (HCl и HNO3), от которых они в той или иной степени вскипают с выделением углекислого газа.

По происхождению карбонаты осадочные (биохимические или химические осадки) или осадочно-метаморфические минералы; выделяются также поверхностные, характерные для зоны окисления и иногда низкотемпературные гидротермальные карбонаты.

Сульфаты - соли серной кислоты. Они имеют светлую окраску, небольшую твёрдость, многие из них растворимы в воде.

Основная масса сульфатов имеет осадочное происхождение - это химические морские и озёрные осадки. Многие сульфаты являются минералами зоны окисления, известны сульфаты и как продукты вулканической деятельности.

Различают сульфаты безводные, водные и сложные, содержащие кроме общего для всех анионного комплекса [SO4]2- также добавочные анионы (ОН)-.

VI – сульфаты – соли серной кислоты (ангидрит, гипс, мирабилит);

VII – фосфаты – соли фосфорной кислоты (апатит, фосфорит);

VIII – окислы и гидроокислы - кислородные и водные соединения металлов и металлоидов (кварц, халцедон, корунд, магнетит, хромит, пиролюзит, гематит, касситерит, опал, лимонит, боксит.

Окислы - соединения элементов с кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре на долю окислов и гидроокислов приходится около 17%, из них на долю кремнезёма (SiO2) около 12.5%.

Наиболее распространёнными минералами этой группы являются окислы кремния, алюминия, железа, марганца и титана.

В кристаллических структурах минералов класса окислов катионы металлов находятся в окружении анионов кислорода (в окислах) или гидроксила (в гидроокислах). Среди окислов можно выделить простые окислы, в которых отношения между катионами и анионами изменяются в пределах от 2:1 до 1:2 (R2O, R2O3, RO2) и сложные окислы, для которых характерны двойные соединения типа RO*R2O3.

Происхождение минералов класса окислов различное - магматическое, пегматитовое, гидротермальное, но большинство окислов образовалось в результате экзогенных процессов в верхних слоях литосферы. Многие эндогенные минералы при выветривании разрушаются и переходят в окислы и гидроокислы.

Физические свойства окислов различны: для большинства из них характерна высокая твёрдость. Минералы класса окислов имеют большое практическое значение

IX – силикаты – соли кремниевых кислот (ортоклаз, лабрадор, нефелин, топаз, берилл, оливин, роговая обманка, авгит, слюды, хлорит, тальк, каолинит).

Для определения минералов существуют следующие методы:

- кристаллографический – изучение кристаллов минералов, измерение углов между гранями, установление вида симметрии;

- рентгенометрический – установление внутренней кристаллической структуры;

- химический - проведение полного химического анализа;

- кристаллооптический – определение ряда оптических показателей, свойственных данному минералу.

Однако все эти методы требуют сложного оборудования и довольно дороги, поэтому на практических занятиях минералы можно определять по их главным внешним признакам.

 

Работа 1. Определение минерала по главным внешним признакам

 

Задание. Изучить основные свойства минералов. Ознаком



©2015- 2017 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.