Прочие свойства минералов

Плотность минералов колеблется в широких пределах (г/см³ ): галит – 2,2; гипс – 2,3; киноварь – 8,0; медь – 8,9; серебро – 11; платина – 21; иридий (са-мый тяжелый минерал) – 22,7. Большинство минералов имеет плотность 2,5…3,5 г/см³. Она определяется приблизительно на вес, когда держим в руках близкие по объему образцы.

Минералы обладают и рядом других физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью, вкусом, запахом, люминесценцией, радиоактивностью.

Для отдельных минералов прочие свойства могут быть отличительными признаками, например, галит (поваренная соль) имеет соленый вкус, графит пачкает руки, сера пахнет при горении, магнетит отклоняет магнитную стрелку компаса, кальцит реагирует с 5%-ой соляной кислотой с выделением CO₂ , барит отличается тяжелым удельным весом и т.п.

Диагностика каждого минерала (минерального вида) производится на основе определения всего комплекса свойств у отдельных минеральных индивидов (зерен, кристаллов), поскольку агрегат обладает уже другими свойствами. Минералоги для полной характеристики кроме диагностических свойств определяются генетико-информационные свойства минералов с помощью современных методов: люминесценции, ЭПР и ЯМР, электронной микроскопии и др.

Порядок выполнения практической работы

Для выполнения работы студенты должны подготовиться к ней, изучив теоретический материал по основам минералогии и усвоив основные понятия: минерал, минеральный вид, кристаллическая структура, минеральный агрегат и другие описанные выше [1, 6, 7, 8]. Приносят на практическую работу заранее подготовленную таблицу (см. табл. 1). На самом занятии студенты под руководством преподавателя приобретают навыки определения важнейших свойств минералов.

1. Познакомиться с минералами шкалы Мооса, поцарапать аккуратно 2 – 3 образца друг о друга и убедиться, что в шкале минералы располагаются в порядке увеличения относительной твердости. Затем провести ногтем по минералам и выделить группу мягких минералов. Минералами с твердостью более 3 провести с усилием по стеклу и выделить группу минералов средней твердости – не царапают стекло и не царапаются ногтем. Минералы с твердостью более 5,5 – твердые, среди которых выделяются очень твердые, оставляют царапину на кварце. Запишите в табл.1 из табл. 2 важнейшие заменители шкалы Мооса и абсолютную твердость.

2. Внимательно рассмотрите образцы, каждым из них проведите по фарфоровой пластинке, определите и запишите цвет и цвет черты минералов шкалы Мооса. Обратите внимание на неметаллический стеклянный блеск и его разновидности: жирный, перламутровый и другие, у минералов шкалы.

3. Определить и записать в 6 колонку морфологию минералов или их агрегатов, т.е. научиться различать обломки кристаллов и агрегатов, размеры и форму индивидов.

4. Определить спайность и излом у образцов в шкале: у обломков крупных кристаллов охарактеризовать поверхности сколов, у крупных чешуйчатых агрегатов попытаться отделить листочки друг от друга, у агрегатов определить размер зерен и вид их поверхностей сколов, т.е. нужно приобрести навыки наблюдения за минералами и поверхностями их скола. Практические результаты наблюдений занести в табл. 1 дополнительно.

5. Используя учебные и справочные пособия, сравнивая образцы минералов друг с другом, диагностировать другие отличительные свойства минералов.

6. Проанализируйте заполненную табл. 1, обратите внимание на свойства минералов, по которым они похожи друг на друга и принципиально различаются друг от друга.

1. 6. Контрольные вопросы

1. Какие оптические свойства характерны для минералов и как они определяются? Какова природа оптических свойств?

2. Что характерно для минералов с неметаллическим блеском? Как определить его?

3. Как отличить металлический блеск от металловидного блеска?

4. Назовите минералы шкалы Мооса в порядке увеличения их твердости? Какие используются важнейшие заменители шкалы Мооса, и какова их относительная твердость?

5. Что такое спайность? Виды спайности?

6. Какие минералы шкалы имеют совершенную спайность и в скольких направлениях?

7. Какие минералы шкалы имеют несовершенную спайность? Что для них характерно?

8. Какие минералы шкалы Мооса имеют специфический запоминающийся цвет?

9. Что называется минеральным агрегатом?

10. Что такое друза и секреция? Как они образуются?

11. Что такое конкреция? Как они образуется?

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА 2

ВАЖНЕЙШИЕ ПОРОДООБРАЗУЮЩИЕ МИНЕРАЛЫ

Цель – научиться определять по физико-диагностическим свойствам важнейшие породообразующие минералы, запомнить их отличительные свойства, происхождение (генезис) и значение. Приобрести умения и навыки по определению важнейших породообразующих минералов.

Оборудование – коллекция породообразующих минералов (на двух студентов своя коллекция), стеклянные пластинки, керамические пластинки (бисквит), 5..10 %-ный раствор соляной кислоты, определители минералов в различных пособиях [1, 6, 7].

Для выполнения работы студентам рекомендуется самостоятельно изучить теоретический материал по минералогии, используя конспекты лекций, учебники, пособия [1, 2, 6, 8]. На самой практической работе нужно непосредственно определить все минералы выданной коллекции, используя навыки, приобретенные на 1-ой практической работе, простейший определитель минералов (табл. 3). Рекомендуется дома разобраться с отличительными свойствами важнейших породообразующих минералов и заполнить колонки таблицы 4, увеличив ширину строк при описании каждого минерала: кварц, халцедон, опал, кальцит, доломит, магнезит, гипс, ангидрит; полевые шпаты: лабрадор, микроклин, ортоклаз; нефелин, пироксен - авгит; амфибол – роговая обманка; слюды - биотит, мусковит; серпентин, тальк, глинистые минералы: каолинит, глаукофан; пирит, лимонит, графит, галит и сильвин.

Классификации минералов

В настоящее время установлено более 3 000 минералов. Однако они распространены в земной коре крайне неравномерно: лишь около 50 минералов встречаются достаточно часто, слагают горные породы на 50 …100 % и называются породообразующими минералами. Другие минералы встречаются в подчиненном количестве (менее 1…5 %) – второстепенные минералы. Некоторые из второстепенных минералов (акцессорные) характерны только для горных пород определенного происхождения (хромит – для магматических пород - дунитов, циркон - для магматических щелочных пород, гипс – для осадочных одноименных пород). Практическое значение имеют около 300 минералов, в т. ч. и многие породообразующие и второстепенные. Если отдельные минералы и агрегаты удовлетворяют требованиям человека, промышленности, то их называют уже рудными минералами.

На практическом занятии в коллекциях представлены преимущественно породообразующие минералы, которые слагают часто встречающиеся горные породы. Важно обратить внимание на генетическую классификацию минералов – условия образования минералов: осадочные, магматические или метаморфические, т.к. минералы определенного генезиса будут слагать породы соответствующего происхождения. При этом следует запомнить типоморфные минералы, которые образуются только при определенных условиях, т.е. имеют конкретный генезис и встречаются в породах соответствующего происхождения.

Преимущественно осадочное происхождение имеют глинистые минералы, галит, гипс, кальцит, лимонит и некоторые другие; эндогенное магматическое и метаморфическое – многие породообразующие силикаты; только магматическое – лабрадор, нефелин, оливин; только метаморфическое – графит, серпентинит, тальк, хлорит, серицит и другие. Кварц – вездесущий минерал, является породообразующим для магматических кислых пород – гранита – риолита, для осадочных – песка, песчаника, суглинков, супесей и даже глинистых пород; для метаморфических – кварцитов, гнейсов и многих других. При этом в метаморфических породах кварц находится в ассоциации с такими темными силикатами, с которыми он никогда не образуется при кристаллизации магмы и не входит в состав магматических пород.

В основе современной классификации минералов лежат их химический состав и кристаллическая структура – кристаллохимическая классификация. Наиболее важные кристаллохимические классы минералов приведены в табл. 5.

Таблица 3

Определитель минералов по физическим свойствам

Название, химическая формула, кристаллохимический класс	Главнейшие физические свойства: - цвет, черта, блеск, - спайность, твердость Другие отличительные особенности	Сингония. Форма минеральных зерен - индивидов и агрегатов
I группа. Минералы мягкие (с твердостью ниже 2,5); чертятся ногтем А. Минералы с металлическим блеском
Графит, С, самородный элемент	Цвет железо-черный до темного, стально-серого,черта серовато-черная, блестящая, блеск металловидный, спайность весьма совершенная, тонкие листочки гибкие, но не упругие, твердость 1, пишет на бумаге, жирен на ощупь. Проводник электричества	Гексагональная. Таблички и чешуйки, сплошные или землистые массы, реже кристаллы в виде шестиугольных пластинок
Б. Минералы с неметаллическим блеском
Каолинит, слоистый (или листовые) силикат из подгруппы глинистых минералов	Цвет белый до серого, от примесей может быть разных оттенков, черта белая, спайность весьма совершенная, твердость 1…2,5, на ощупь жирный, в сухом состоянии легко поглощает влагу, в высушенном виде липнет к языку, во влажном состоянии образует пластическую массу. При выдыхании ощущается запах глины	Моноклинная. Обычны тонкодисперсные (< 0,005 мм) плотные массы, также землистые, порошковатые и чешуйчатые агрегаты
Тальк (жировик, мыльный или горшковый камень), Mg3[Si4O10](OH)2 , слоистый силикат	Цвет белый или желтоватый, зеленоватый, серо-зеленый, черта белая, блеск перламутровый, спайность весьма совершенная, листочки гибкие, но не упругие, твердость 1, жирный на ощупь	Моноклинная. Листоватые, чешуйчатые крупные кристаллы – благородный тальк (см. рис.1), или сплошные плотные массы – мыльный камень
Сера самородная, S, самородный элемент	Цвет серо-желтый; бурый и черный от включения битумов, черта светло-желтая, бесцветная, блеск жирный до алмазного, спайность несовершенная, излом раковистый до неровного, твердость 1,5…2. Очень хрупкая, загорается в пламени свечи, горит синим пламенем, издавая резкий запах S02. При трении заряжается отрицательно	Ромбическая. Кристаллы усеченные дипирамиды; друзы, плотные массы, зернистые агрегаты, корки, налеты

Продолжение табл. 3

Каменная или поваренная соль (галит), NaCl, галогенид - хлорид	Цвет белый, бесцветный, от примесей окрашивается в светлые тона: серый, синеватый, красноватый, ерта прозрачна или просвечивает, блеск стеклянный, спайность совершенная по кубу – раскалывается на кубики, твердость около 2. Растворяется в воде, вкус соленый	Кубическая. Кристаллы в виде кубов; обычны сплошные, плотные зернистые массы, сплошные пласты; реже корочки, налеты, выцветы
Гипс (легкий шпат), CaSO4·2H2O, сульфат	Цвет белый, иногда желтый или розоватый, красный (от примесей), черта белая, блеск стеклянный, у волокнистых разностей шелковистый. спайность весьма совершенная – у листоватых кристаллов, листочки гибкие, но не упругие; совершенная – у других кристаллов, твердость 2. Слабо растворим в воде	Моноклинная. Сплошной, зернистый, плотный, землистый, с матовым блеском - алебастр. Волокнистый с шелковым блеском - селенит. Кристаллы толсто-и тонкопластинчатые, очень крупные. Иногда двойники, напоминающие «ласточкин хвост», друзы
II группа. Минералы средней твердости (с твердостью выше 2,5 и ниже 5,5); не чертятся ногтем и не царапают стекло А. Минералы с металлическим блеском
Медный колчедан (халькопирит), CuFeS2, сульфид	Цвет латунно-желтый, часто покрыт пестрой побежалостью, черта черная с зеленоватым оттенком, спайность несовершенная, излом раковистый до неровного, твердость 3,5…4	Тетрагональная. Сплошные и плотные, зернистые массы; кристаллы редки. Важнейший рудный минерал для выплавления меди
Б. Минералы без металлического блеска
Биотит (черная магнезиальная слюда), слоистый силикат	Цвет черный или черно-бурый, черта белая, блеск стеклянный, спайность весьма совершенная – легко расщепляется на тонкие, упругие и гибкие листочки, твердость 2…3	Моноклинная. Листоватые и чешуйчатые сплошные массы; кристаллы в виде тонких листочков, реже бочонковидные
Мусковит (белая калийная слюда), слоистый силикат	Цвет серебристо-белый, светло-желтый, светло-коричневый, иногда бесцветный, прозрачный, блеск перламутровый, спайность весьма совершенная –расщепляется на тонкие, гибкие и упругие листочки, твердость 2…3. Диэлектрик	то же (см. рис. 1), иногда имеют псевдогексагональный облик

Продолжение табл. 3

Глауконит (калиево - магнезиально-железистая гидрослюда), слоистый гидросиликат	Цвет зеленый разных оттенков, черта зеленая, блеск матовый, спайность весьма совершенная, твердость 2…3. Листочки не упругие	Моноклинная. Землистые, реже тонкочешуйчатые или зернистые массы. Мелкие округлые агрегаты в осадочных породах
Кальцит (известковый шпат), Са[СОз] карбонат	Бесцветный, белый или светлоокрашенный (желтый, голубой), черта белая, спайность совершенная в 3 направлениях - легко разбивается на ромбоэдры, твердость 3. Прозрачная разновидность – исландский шпат, удваивает линии – двулучепреломление. Сильно вскипает от действия слабого раствора – 5…10 %-ой соляной кислоты	Тригональная. Часто кристаллы в виде ромбоэдров, скаленоэдров. Щетки и друзы. Сталактиты, сталагмиты, оолиты («гороховый камень»). Сплошные зернистые агрегаты (у мрамора), землистые (у мела) или тонкозернистые (у известняка, мергеля и др. осадочных пород)
Арагонит, Са[СОз], карбонат	Цвет белый, желтоватый, серый, блеск стеклянный, спайность ясная в одном направлении, излом раковистый, твердость 3,4…5 Сильно вскипает от действия соляной кислоты	Ромбическая. Шестоватые, волокнистые, радиально- лучистые агрегаты, натечные, ветвистые формы, оолиты
Доломит (горький шпат), , карбонат	Цвет белый, желтый, серый, светло-бурый за счет механических примесей, черта белая, спайность совершенная по ромбоэдру, твердость 3,5… 4. Слабо вскипает от действия соляной кислоты только в порошке	Тригональная. Сплошные зернистые мраморовидные или плотные массы; пористые и землистые массы. Кристаллы ромбоэдры редки
Магнезит, , карбонат	Цвет белый, серый, желтый, черта белая, блеск часто шелковистый и матовый у плотных агрегатов, спайность совершенная в 3 направлениях как у кальцита, твердость 3,5…4,5. Вскипает от нагретой соляной кислоты	Тригональная. Грубозернистые мраморовидные метаморфического генезиса или плотные фарфоровидные, скрытокристаллические массы осадочного генезиса
Барит (тяжелый шпат), Bа[SО4] сульфат	Бесцветный, белый, голубой, красный, бурый, черта белая, блеск стеклянный, спайность совершенная, твердость 3…3,5. Тяжелый, плотность 4,5	Ромбическая. Кристаллы призматические, щетки, друзы, агрегаты зернистых и пластинчатых кристаллов

Продолжение табл. 3

Ангидрит, Cа[SО4], сульфат	Цвет белый, голубой, сероватый, иногда бесцветный, черта белая, блеск стеклянный, иногда перламутровый по плоскостям спайности, спайность совершенная, твердость 3…3,5. Похож на гипс, но не царапается ногтем	Ромбическая. Кристаллы толстотаблитчатые; мелко- зернистые, сплошные агрегаты, плотные массы
Плавиковый шпат (флюорит), CaF2 галогенид – фторид	Цвет фиолетовый, желтый, зеленый, розовый, белый, бесцветный до черного, нередко различная окраска в разных частях образца, черта белая, реже бледно-фиолетовая, блеск стеклянный, спайность совершенная по октаэдру – в четырех направлениях, твердость 4.	Кубическая. Характерные кристаллы в виде кубов и октаэдров. Друзы кристаллов или чаще вкрапления и зернистые агрегаты
Серпентин (змеевик), слоистый силикат	Цвет от светло- зеленоватого до темно-зеленого, местами черного, часто наблюдается изменение окраски в разных частях образца, черта белая или зеленоватая, блеск стеклянный, жирный или восковой, шелковистый, спайность совершенная, чешуйки ломкие, излом неровный, занозистый, твердость около 2,5…4	Моноклинная. Листоватые, сплошные плотные массы тонкочешуйчатого или волокнистого строения Волокнистая разновидность – асбест с шелковым блеском, легко разделяется на мягкие волокна, похожие на лен («горный лен»), образует прожилки в змеевике
III группа. Минералы твердые (с твердостью от 5,5 до 7) Царапают стекло и чертятся кварцем. А. Минералы с металлическим блеском
Гематит (красный железняк, железный блеск), Fe2O3 оксид	Цвет от красновато-бурого до железо-черного, черта вишнево-красная независимо от цвета агрегата – образца, блеск металловидный, спайность отсутствует, излом полураковистый до неровного, твердость 5…6. Немагнитен	Тригональная. Чешуйки, таблички и розетки (железная роза). Друзы. Часто тонкозернистые агрегаты

Продолжение табл. 3

Продолжение табл. 3

Продолжение табл. 3

Окончание табл. 3

IV группа. Минералы очень твердые (с твердостью больше 7 – режут стекло); без металлического блеска
Кварц, SiO2 оксид или каркасный силикат семейства кремнезема	Цвет белый, розовый, черный (морион), прозрачные и бесцветные кристаллы (горный хрусталь), фиолетовый (аметист), дымчатый (дымчатый кварц или раухтопаз), черты не дает – царапает, блеск стеклянный, на сколах жирный, спайность отсутствует, излом раковистый, твердость 7. Физически и химически устойчивый минерал	Тригональная. Встречаются кристаллы удлиненной призматической формы с пирамидальными «головками» (см. рис.1). Характерна поперечная штриховка на гранях призмы. Друзы, сплошные зернистые или сливные массы в жилах
Гранаты, островные силикаты	Цвет темно-красный (пироп), темно-красный, буроватый (альмандин), зеленовато-желтый (гроссуляр), темно-бурый, черный (андрадит), розовый (спессартин), изумрудно-зеленый (уваровит), черты не дает, блеск стеклянный, на изломе жирный, спайность несовершенная, излом раковистый, неровный, твердость 7	Кубическая. Кристаллы – изомеричные многогранники: ромбододекаэдры и др., или сплошные зернистые массы
Топаз, Al2[SiO4](F, OH)2 островной силикат	Цвет голубоватый, желтоватый, розовый, дымчатый, бесцветный, черты не дает, блеск стеклянный, сильный, прозрачный, спайность совершенная в одном направлении, излом неровный, твердость 8	Ромбическая. Кристаллы призматические с грубой штриховкой вдоль вертикальной оси кристалла; друзы, сплошные зернистые массы; окатанные кристаллы
Корунд, Al2O3 (наждак – сплошная зернистая порода, голубовато-серая, с примесями гематита, магнетита ), оксид	Цвет синеватый, красный, серый, блеск стеклянный, прозрачный синий (сапфир), кроваво-красный (рубин), спайность отсутствует, излом неровный, твердость 9	Тригональная. Бочковидные кристаллы, часто на гранях косая штриховка. Мелкозернистые сплошные массы – наждак
Алмаз, С самородные элементы	Цвет белый, голубой, зеленый, желтовато-коричневый, черный (карбонадо), бесцветный, блеск алмазный, Прозрачный или просвечивает; спайность средняя по октаэдру, излом раковистый, твердость 10	Кубическая. Обычны кристаллы октаэдры; радиально-лучистые шарики (борт); плотные черные или бурые массы (карбонадо)

Таблица 4

Характеристика важнейших породообразующих минералов

Выполнил Проверил

Анализ табл. 5, показывает, что в земной коре преобладают силикаты и особенно каркасные силикаты группы полевых шпатов. На предыдущей работе мы обращали внимание на то, что полевые шпаты отличаются твердостью и совершенной спайностью в двух направлениях – это характерные свойства, по которым они определяются визуально. Кроме того, группа полевых шпатов (ПШ)

Таблица 5

Основные кристаллохимические типы и классы минералов

делится на виды в зависимости от их химического состава – наличия и количества катионов, от которых зависят оптические микроскопические свойства. По химическому составу выделяются подсемейства (подгруппы) Ca–Na–ПШ – плагиоклазы (табл. 6) и K–Na–ПШ – щелочные полевые шпаты. К последним относятся ортоклаз (прямо раскалывающийся), микроклин, санидин.. Полевые шпаты отличаются слабой атмосферостойкостью – в субтропическом климате их структура разрушается из-за гидролиза, и образуются глинистые минералы: каолинит, монтмориллонит, глауконит.

Обратим еще раз внимание на то, что вид полевых шпатов определить визуально практически невозможно, но знать виды нужно, поскольку в различных магматических горных породах преобладают разные виды полевых шпатов. Именно разные виды полевых шпатов лежат в основе классификации пород и будут написаны в учебниках и пособиях.

Таким образом, при описании минералов студентам следует обратить внимание на принадлежность их к кристаллохимическому, генетическому классу, а

Таблица 6

Виды (название) плагиоклазов (Pl)

также на практическое значение минералов, то есть разобраться, в каких конкретно горных породах они будут породообразующими, а также в каких отраслях хозяйства они используются человеком?

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: