Структура та основні поняття курсу «Мінералогія та петрографія».

Структура та основні поняття курсу «Мінералогія та петрографія».

Мінералóгія – наука про мінерали, що вивчає їх фізичні властивості, хімічний склад, умови утворення і поширення в природі, а також можливість використання у народному господарстві.

Структура мінералогії

Традиційно навчальна мінералогія ділиться на дві великі частини: загальну або теоретичну та описову або систематичну (опис мінералів). Опис мінералів є повним тільки в тому випадку, якщо він належним чином теоретично обґрунтований. Теоретичні розробки є надбанням всіх напрямків сучасної мінералогії, але з неоднаковим співвідношенням в них обсягів теорії, емпіричного та описового матеріалу. Розділи сучасної М.: кристалохімія мінералів, фізика мінералів, морфологія мінералів, генезис мінералів, регіональна мінералогія (топомінералогія), систематична мінералогія, експериментальна мінералогія, прикладна мінералогія, космічна мінералогія, екологічна мінералогія, техногенна мінералогія.

Кристалохімія мінералів – майже суто теоретичний розділ мінералогії (її ще називають теорією атомної структури кристалів), основним завданням якого є вивчення закономірних зв’язків між хімічним складом, кристалічною структурою, властивостями та умовами утворення мінералів.

Фізика мінералів – тісно пов’язаний з кристалохімією розділ мінералогії, покликаний вивчати будову та природу фундаментальних фізичних властивостей мінералів та їх зв’язок з умовами утворення та перебування у природі. В дійсності, сучасна фізика мінералів вийшла далеко за рамки одного розділу мінералогії і набула всеосяжного значення для пізнання природи мінеральної речовини, відіграє істотну роль у створенні наукових засад генетичної, пошукової, технологічної мінералогії, мінералогічного матеріалознавства, гемології, мінералургії. Морфологія мінералів – розділ мінералогії, у рамках якого вивчається форма мінеральних індивідів, агрегатів та її зв’язок з конституцією та генезисом мінералів.

Генетична мінералогія – вчення про закони утворення, перетворення та руйнацію мінеральних індивідів і агрегатів. Воно охоплює такі явища: зародження, ріст, перетворення мінералів, способи їх утворення, геологічні процеси мінералоутворення.

Регіональна мінералогія (топомінералогія) вивчає просторові закономірності формування та розподілу мінералів у геологічних об’єктах – масивах, родовищах, регіонах, земній корі тощо. Цей напрямок забезпечує чи не найбільший обсяг первинних мінералогічних знань.

Систематична мінералогія – великий розділ мінералогії, у якому систематизуються всі знання, що стосуються окремих мінералів. Мінерали описуються в послідовності, що відповідає їх знаходженню у науковій класифікації. У цьому розділі всі якості та умови утворення мінералів розглядаються як взаємопов’язані чинники, що визначають самостійність мінерального виду – основної таксономічної одиниці систематичної мінералогії.

Експериментальна мінералогія – науково-технічний розділ, покликаний з’ясовувати умови вирощування мінералів штучних та моделювати механізми, явища, процеси мінералоутворення у широкому діапазоні фізико-хімічних умов кристалізації. М. доповнює генетичну М. лабораторним моделюванням природних процесів мінералоутворення і вивченням фіз.-хім. систем, що відтворюють природні мінеральні парагенезиси і обстановку їх формування. Модельний експеримент використовується також як критерій оцінки теоретичних напрацювань, напр., з кристалохімії, морфології мінералів.

Прикладна мінералогія напрацьовує наукові засади практичного використання мінералів – для пошуку та оцінки родовищ корисних копалин, створення високих економічно прибуткових та екологічно чистих технологій переробки мінеральної сировини, створення нових видів сировини, синтезу технічно корисних кристалів – дефіцитних аналогів мінералів, виявлення корисних (лікарських), шкідливих для здоров’я людини властивостей, декоративних якостей мінералів тощо.

Космічна мінералогія вивчає мінерали планет, астероїдів, метеоритів, комет, космічного пилу. Активно розвиваються два нових розділи мінералогії – біомінералогія та наномінералогія. Всі розділи сучасної мінералогії, незважаючи на їх специфіку, відмінності у змісті та завданнях, насправді мають умовні межі, органічно пов’язані між собою та спільно інтеґрують нову якість – сучасну мінералогічну науку. Див. також наномінералогія. До сучасної мінералогії входить також екологічна мінералогія яка вивчає на мінеральному рівні природу всіх чинників забруднення навколишнього середовища та його зміни, спричинені природними процесами та втручанням людини. До цього напрямку входить також мінералогія техногенезу яка вивчає процеси мінералоутворення в геотехногенних системах мінерально-сировинного комплексу.

Основними поняттями мінералогії є: мінерал, мін.індивід, мін.зерно, кристал, мін.агрегат, мін вид, мінеральний вид та різновид.

Мін.індивід – це реальне фіз. природ. тіло, яке за певними ознаками виокремлюється серед подібних собі утворень. Становлять конкретну форму існування мін.видів. До мін індивідів відноситься кожен окремий кристал і окреме зерно.

Кристал - мін індивід у вигляді багатогранника

Мін.зерно - мін індивід без ознак зовнішнього огранування.

Мін.агрегат – це сукупність мін.індивідів будь-якої форми, розміру та якості, що складають єдине природне тіло, обмежене у просторі.

Мін вид – умовно виділена група мін індивідів з певними ознаками подібності за якими вони відрізняються від решти.

Структура кристалографії: геометрична, хімічна та фізична кристалографія, їх завдання та предмет вивчення

Кристалографія – наука. Яка займається всебічним вивченням кристалів. Найбільш точна з усіх наук про Землю.

Основні розділи кристалографії — геометрична кристалографія (симетрія, структура і морфологія кристалів), кристалогенез (утворення й ріст кристалів), фізична кристалографія (фізичні властивості кристалів).

кристалохімія- розділ кристалографії, наука про просторове розміщення структурних частинок (молекул, атомів, йонів) у кристалах та залежність фізико-хімічних властивостей кристалічних речовин від їхньої структури. прикладна кристалографія (методи й апаратура для вирощування кристалів і використання їх у техніці). Розвивається новий напрям — космічна кристалографія.

Основні закони геометричної кристалографії.

Один і той самий мінерал може утворювати кристали різних форм і розмірів, з різним співвідношенням граней та ребер, які, до того ж, часто бувають деформованими. Але для усіх криста­лів однієї і тієї ж речовини, при однакових умовах росту, ку­ти міме відповідними гранями залишаються завжди однако­вими. Це твердження називають основним законом кристало­графії, або законом рівності гранних кутів.

Ця особливість мінералів була виявлена незалежно трьома дослідниками. Вперше цей закон був встановлений данським вченим Ніколаусом Стено у 1669 р. на кристалах гематиту і гір­ського кришталю. Згодом, у 1763 р., він був підтверджений ро­сійським вченим Михайлом Ломоносовим і у 1772 р. - францу­зьким мінералогом Жан-Батістом Роме де Лілем. Тому закон рівності гранних кутів іноді ще називають законом Стено - Ломоносова - Роме де Ліля.

Основний закон кристалографії дозволяє відрізняти міне­рали один від одного навіть в найдрібніших уламках криста­лів. Основним приладом для визначення кутів між гранями кристалів є гоніометр.

Фіз. властивості кристалів

Кожен мінерал характеризується якимись особливими ознаками, по яких його можна завжди відрізнити від інших. Потрібно відмітити, що для багатьох мінералів існують специфічні, лише кожному з них окремо властиві, тонкі особливості, які при першому знайомстві нелегко схопити і передати словами. Серед найголовніших властивостей мінералів, які мають найбільше діагностичне значення відносяться наступні: морфологічні особливості — форма кристалів, двійники, штриховка граней; оптичні — прозорість, колір мінералів, колір риски, блиск; механічні — спайність, злам, твердість, крихкість, ковкість, пружність; а також такі властивості, як питома вага, магнітність, радіоактивність і ін.

Ізоморфізм та поліморфізм.

Поліморфізм - здатність кристалічної речовини при зміні зовн. факторів видозмінювати кристалічну структуру, а відпов. до цього змін. фізичні властивості. Стійкі в певних фіз-хім умовах різновиди крист. речов. назив - поліморфними мофифікаціями. Серед мінер. розріз. сполуки постійного і змінного складу. Постійного - завжд. зберігають одне і те ж кількісне співвідношення хім елементів. Змінного - можуть містити домішки у вигляді окремих хім. елементів. Ізоморфізм - явище заміщення в кристал. грядці іонів або атомів одних хім.елементів іншими без порушення іх структури. Такі заміщення можливі якщо іони або атоми мають подібний іонний і атомний радіус. (найбільш поширені в польових шпатах. Розрізняють досконалий ізоморфізм (датність до заміщення одного елемента іншим в необмеж. к-ті), та обмежений (заміна іонів здійснюеться в обмеж к-ті)

 

 

ВОДА В МІНЕРАЛАХ

Розрізняють водні та безводні мінерали. Перші утворюються, як правило, в результаті екзогенних процесів, а другі є - продук­том ендогенних процесів.Вода в мінералах може знаходитись у формі молекул Н₂0 або гідроксильних груп ОН". Виділяють два основні види води в мі­нералах: кристалізаційну та адсорбційну.

Кристалізаційна вода входить до складу кристалічної ґрат­ки мінералів у вигляді молекули Н₂0 (молекулярна вода) та іонів ОН" (гідроксильна вода). Мінерали, які містять кристаліза­ційну воду, називаються кристалогідратами. За хімічною фор­мулою мінералу можна визначити, який тип кристалізаційної во­ди входить до його складу: молекулярну воду записують у вигля­ді молекул Н₂0 і вказують їх кількість (наприклад, гіпс СаS0₄^х2Н₂0, мірабіліт Nа2SО4*10Н₂О); гідроксильна вода позна­чається іоном ОН (наприклад, мусковіт КА1₂[А180₃Ою](ОН)₂, каолініт АІ4[Sі₄О1о](ОН)₈та ін).

Молекулярна вода виділяється з мінералів, як правило, при нагріванні їх від ПО до 300°С. При цьому кристалічна ґратка мінералу стрибкоподібно руйнується або перебудовується, і він переходить в інший мінерал. Таке явище поширене серед сульфатів, карбонатів, боратів. Наприклад, гіпс СаS0₄^х2Н₂0 при температурі 170°С спочатку переходить у ангідрит з мен шою кількістю води СаSО4^х0,5Н₂О, а згодом, у безводний ан­гідрит СаS0₄.

Гідроксильна вода більш міцно утримується мінералами в кристалічній ґратці і може бути виділена з них в обмеженій кі­лькості в результаті нагрівання при температурі більше 300°С. При цьому кристалічна ґратка мінералу руйнується. Виділення води з кристалогідратів має ендотермічний характер, тобто від­бувається з поглинанням тепла.

Різновидом кристалізаційної води є цеолітна. Вона може по­ступово видалятися з мінералу і знову поглинатися ним, не руй­нуючи його кристалічної ґратки, але змінюючи властивості. Та­ка вода у формулах мінералів, як правило, записується у вигляді пН₂0. Типові представники мінералів, що містять таку воду -мінерали групи цеолітів та деяких глин.

Адсорбційна вода механічно накопичується на поверхні граней кристалів, в капілярах, порах. Така вода виділяється з мінералів при нагріванні від 20 до 110°С і не призводить до руй­нування кристалічної ґратки. Адсорбційна вода характерна для багатьох глинистих мінералів.

Для деяких мінералів поведінка їх при нагріванні використо­вується при діагностиці. Термічний аналіз широко використову­ється для діагностики мінералів групи глин.

Алохроматичне забарвлення

- Залежить від присутності в мінералах різноманітних тверд., газоподібних домішок і непов’яз. З хім.. складом.

Колір риски

- це колір порошку, який залишає мінерал про дряпанні ним по неглазурованій порцеляновій пластинці(бісквіт)

Бісквіт = 6тверд.

Визначається для непрозорих мінералів з металічним або напівметалічним блиском,які мають відносну твердість меншу 6. Для визначення кольору риски більш твердих мінералів треба отримати спочатку порошок сталевим напилком, а потім його розтерти на пластинці (відносна твердість самої пластинки близько 6).

У прозорих і напівпрозорих різновидах мінералів, порошок, як правило, безбарвний, білий або зі слабким кольоровим відтінком. Тому, найбільше діагностичне значення колір риски має для не­прозорих або напівпрозорих яскраво забарвлених мінералів.

За кольором риски всі мінерали можна поділити на такі групи:

> мінерали, колір яких співпадає з кольором риски (кіновар, малахіт, азурит, магнетит та ін.);

> мінерали, колір яких не співпадає з кольором риски (пірит - солом'яно-жовтий, риска - чорна; халькопірит - латунно-жовтий, риска - зелено-чорна та ін.);

> мінерали, колір яких у кристалічних та пухких різновидах є різним, але колір риски залишається постійним і відповідає одному з кольорів у штуфі (гематит - вишнево-червоний, сталево-сірий або чорний, його риска - вишнево-червонаКолір риски, порівняно з кольором мінералу, є більш надій­ною діагностичною ознакою.

ТИП ПРОСТИХ РЕЧОВИН

До типу простих речовин відносяться природні утворення, що є окремими хімічними елементами і знаходяться у природ­них умовах у вільному (самородному) стані. Таких елементів нараховано понад ЗО, вони утворюють 95 мінеральних видів. В природі значного поширення такі мінерали не мають. їх частка у загальній масі земної кори складає менше 0,1%.

Назви мінералів даного типу відповідають назві хімічного елементу, що їх утворює, а типова формула складається з сим­волу цього хімічного елементу.

У вільному стані в природі зустрічаються метали, неметали та напівметали (металоїди). З металів найбільш поширеними є золото, мідь, срібло, платина, залізо; з неметалів - сірка, графіт, алмаз. Рідше зустрічаються металоїди - миш'як, сурма, вісмут. Відповідно, мі­нерали типу простих речовин поділяються на класи: самородних металів, самородних неметалів та самородних металоїдів.

Для багатьох простих речовин характерні явища поліморфіз­му та ізоморфізму. Деякі з них знаходяться у вигляді твердих розчинів та природних сплавів декількох металів - інтерметалі-чних сполук.

Походження самородних мінералів пов'язане з ендогенними (магматичними, гідротермальними), матаморфогенними та екзо­генними (гіпергенними, осадовими) процесами мінералоутворення.

Клас самородних металів

До цього класу належать самородні гомоатомні метали, а та­кож інтерметалічні сполуки. До останніх відносяться електрум (Аи,А§), амальгама срібла (Н§,А§), амальгама олова (8п,Н§), стібіопаладініт (Ра,8Ь) та інші утворення. Інтерметалічні сполу­ки також отримують і штучним шляхом.

У мінералів даного класу переважають атомні структури з найщільнішою упаковкою і металічним типом хімічного зв'язку. Самородні метали кристалізуються у кубічній сингонії, зу­стрічаються у вигляді зерен неправильної форми, окремих лусо­чок, вкраплень у породі. Можуть утворювати щільні агрегати, які називаються самородками, та різноманітні дентритоподібні форми. Окремі кристали зустрічаються рідко.

Мінерали цього класу є непрозорими, мають сильний металіч­ний блиск, високу відбивну здатність, середню твердість (2,5-4), високу ковкість, найбільшу з усіх мінералів питому вагу, харак­теризуються високою електро- і теплопровідністю. За рахунок ковкості, злам не характерний для цих мінералів.

За походженням самородні метали бувають ендогенними та екзогенними. Промислові родовища багатьох із них відносяться до розсипів.

Самородні метали мають велике значення у металургії, хіміч­ній промисловості, ювелірній справі, радіо- та електротехніці.

З класу самородних металів розглянемо такі мінерали: мідь, золото, срібло, залізо, платину.

Клас самородних неметалів

До класу самородних неметалів належать різноманітні гомо-атомні мінерали, що у хімічному відношенні є неметалами. Се­ред них поширені поліморфні модифікації вуглецю - алмаз та графіт, самородної сірки - а-сірка, (3-сірка та аморфна сірка.

Мінерали мають різну структуру, переважно з ковалентним або змішаним типами хімічного зв'язку.

Самородні неметали кристалізуються у кубічній, гексагональ­ній та ромбічній сингоніях. Утворюють ізометричного обрису кристали (алмаз, сірка), щільні, лускуваті (графіт), зернисті (сір­ка) агрегати.

Походження самородних неметалів пов'язано з магматични­ми, метаморфічними та екзогенними процесами.

Мінерали даного класу використовуються у різних галузях промисловості.

Клас самородних металоїдів

До цього класу належать перехідні за хімічними властивос­тями між металами та неметалами самородні елементи. Це са­мородний миш'як, самородний вісмут, самородна сурма, само­родний алюміній.

В природних умовах ці мінерали зустрічаються дуже рідко і не утворюють великих скупчень.

Для самородних металоїдів характерна атомна структура з ковалентним типом хімічного зв'язку.

Мінерали цього класу кристалізуються в тригональній син-гонії. В природі вони зустрічаються у вигляді окремих зерен, вкраплених в породі, та натічних агрегатів. Кристали зустріча­ються дуже рідко.

Самородні металоїди характеризуються малою твердістю, досконалою спайністю, металічним та напівметалічним блиском.

Походження самородних металоїдів, переважно, гідротер­мальне.

Клас хроматів

Хромати є солями хромових кислот - хромової (Н₂Сг0₄), хромистої (НСг0₂), дихромової (Н₂Сг₂0₇).

Поширення мінералів даного класу в природі обмежене, в ньому встановлено лише 9 мінеральних видів.

Основою структури хроматів є аніонна група [Сг0₄]³~. Відомі також мінерали, в яких можуть бути додатково присутні інші аніони, наприклад, [Р0₄]³~, [А80₄]³~, [8Ю₄]⁴~ та молекули води. Головними катіонами хроматів є РЬ²⁺,К⁺ та Са²⁺.

Структури хроматів належать до острівного типу.

Більшість хроматів кристалізується у нижчих сингоніях. Утво­рюють дрібні призматичні, голчасті, таблитчасті кристали та їх зростки, а також волокнисті, дрібнозернисті натічні агрегати.

Для них характерні яскраві жовті, оранжеві та червоні кольо­ри, що пов'язані з наявністю основного хромофору - Сг^б+, твер­дість 2,5-3,5, питома вага 5,8-6,6. Хромати калію легко розчи­няються у воді.

Хромати утворюються переважно в зоні гіпергенезу. Хрома­ти свинцю характерні для зони окислення рудних родовищ, що залягають серед серпентинітів. Хромати калію зустрічаються переважно в родовищах натрієвої селітри. Іноді вони зустріча­ються разом з сульфатами.

Головними мінералами класу є: крокоїт, хроматит, тарапакаїт, лопецит, іраніт, фенікохроїт. Серед них найбільш поширеним у природі є крокоїт.

Структура та основні поняття курсу «Мінералогія та петрографія».

Мінералóгія – наука про мінерали, що вивчає їх фізичні властивості, хімічний склад, умови утворення і поширення в природі, а також можливість використання у народному господарстві.

Структура мінералогії

Традиційно навчальна мінералогія ділиться на дві великі частини: загальну або теоретичну та описову або систематичну (опис мінералів). Опис мінералів є повним тільки в тому випадку, якщо він належним чином теоретично обґрунтований. Теоретичні розробки є надбанням всіх напрямків сучасної мінералогії, але з неоднаковим співвідношенням в них обсягів теорії, емпіричного та описового матеріалу. Розділи сучасної М.: кристалохімія мінералів, фізика мінералів, морфологія мінералів, генезис мінералів, регіональна мінералогія (топомінералогія), систематична мінералогія, експериментальна мінералогія, прикладна мінералогія, космічна мінералогія, екологічна мінералогія, техногенна мінералогія.

Кристалохімія мінералів – майже суто теоретичний розділ мінералогії (її ще називають теорією атомної структури кристалів), основним завданням якого є вивчення закономірних зв’язків між хімічним складом, кристалічною структурою, властивостями та умовами утворення мінералів.

Фізика мінералів – тісно пов’язаний з кристалохімією розділ мінералогії, покликаний вивчати будову та природу фундаментальних фізичних властивостей мінералів та їх зв’язок з умовами утворення та перебування у природі. В дійсності, сучасна фізика мінералів вийшла далеко за рамки одного розділу мінералогії і набула всеосяжного значення для пізнання природи мінеральної речовини, відіграє істотну роль у створенні наукових засад генетичної, пошукової, технологічної мінералогії, мінералогічного матеріалознавства, гемології, мінералургії. Морфологія мінералів – розділ мінералогії, у рамках якого вивчається форма мінеральних індивідів, агрегатів та її зв’язок з конституцією та генезисом мінералів.

Генетична мінералогія – вчення про закони утворення, перетворення та руйнацію мінеральних індивідів і агрегатів. Воно охоплює такі явища: зародження, ріст, перетворення мінералів, способи їх утворення, геологічні процеси мінералоутворення.

Регіональна мінералогія (топомінералогія) вивчає просторові закономірності формування та розподілу мінералів у геологічних об’єктах – масивах, родовищах, регіонах, земній корі тощо. Цей напрямок забезпечує чи не найбільший обсяг первинних мінералогічних знань.

Систематична мінералогія – великий розділ мінералогії, у якому систематизуються всі знання, що стосуються окремих мінералів. Мінерали описуються в послідовності, що відповідає їх знаходженню у науковій класифікації. У цьому розділі всі якості та умови утворення мінералів розглядаються як взаємопов’язані чинники, що визначають самостійність мінерального виду – основної таксономічної одиниці систематичної мінералогії.

Експериментальна мінералогія – науково-технічний розділ, покликаний з’ясовувати умови вирощування мінералів штучних та моделювати механізми, явища, процеси мінералоутворення у широкому діапазоні фізико-хімічних умов кристалізації. М. доповнює генетичну М. лабораторним моделюванням природних процесів мінералоутворення і вивченням фіз.-хім. систем, що відтворюють природні мінеральні парагенезиси і обстановку їх формування. Модельний експеримент використовується також як критерій оцінки теоретичних напрацювань, напр., з кристалохімії, морфології мінералів.

Прикладна мінералогія напрацьовує наукові засади практичного використання мінералів – для пошуку та оцінки родовищ корисних копалин, створення високих економічно прибуткових та екологічно чистих технологій переробки мінеральної сировини, створення нових видів сировини, синтезу технічно корисних кристалів – дефіцитних аналогів мінералів, виявлення корисних (лікарських), шкідливих для здоров’я людини властивостей, декоративних якостей мінералів тощо.

Космічна мінералогія вивчає мінерали планет, астероїдів, метеоритів, комет, космічного пилу. Активно розвиваються два нових розділи мінералогії – біомінералогія та наномінералогія. Всі розділи сучасної мінералогії, незважаючи на їх специфіку, відмінності у змісті та завданнях, насправді мають умовні межі, органічно пов’язані між собою та спільно інтеґрують нову якість – сучасну мінералогічну науку. Див. також наномінералогія. До сучасної мінералогії входить також екологічна мінералогія яка вивчає на мінеральному рівні природу всіх чинників забруднення навколишнього середовища та його зміни, спричинені природними процесами та втручанням людини. До цього напрямку входить також мінералогія техногенезу яка вивчає процеси мінералоутворення в геотехногенних системах мінерально-сировинного комплексу.

Основними поняттями мінералогії є: мінерал, мін.індивід, мін.зерно, кристал, мін.агрегат, мін вид, мінеральний вид та різновид.

Мін.індивід – це реальне фіз. природ. тіло, яке за певними ознаками виокремлюється серед подібних собі утворень. Становлять конкретну форму існування мін.видів. До мін індивідів відноситься кожен окремий кристал і окреме зерно.

Кристал - мін індивід у вигляді багатогранника

Мін.зерно - мін індивід без ознак зовнішнього огранування.

Мін.агрегат – це сукупність мін.індивідів будь-якої форми, розміру та якості, що складають єдине природне тіло, обмежене у просторі.

Мін вид – умовно виділена група мін індивідів з певними ознаками подібності за якими вони відрізняються від решти.