Диагностические свойства минералов

Цель работы: научится определять диагностические свойства минералов.

Материалы и оборудование: 1) коллекция минералов, 2) шкала твердости Мооса, 3) бисквит, 4) компас, 5) лупа, 6) 10 % соляная кислота.

Ход выполнения работы: последовательно определить диагностические свойства минералов по следующему плану:

1. Цвет

2. Цвет черты

3. Блеск

4. Прозрачность

5. Твердость

6. Спайность

7. Излом

8. Удельный вес

9. Особые свойства (магнитность, реакция с HCl, вкус, растворимость в воде или кислотах, иризация, побежалость, двулучепреломление и т.д.).

 

Кристаллические вещества построены из частиц (атомов, ионов, радикалов), закономерно расположенных в пространстве, наподобие узлов пространственных решеток. Грани кристаллов совпадают с плоскими сетками пространственных решеток с наибольшей густотой расположения частиц. Ребра кристаллов (линии пересечения соседних граней) соответствуют рядам с наибольшей густотой расположения частиц. Соответственно внешняя форма кристалла отражает внутреннее его строение - характер пространственной кристаллической решетки. Грани в кристаллах характеризуются не только наибольшей плотностью, но и максимальной симметричностью расположения частиц. По внешнему облику различают кристаллы:

1) изометричные — все грани кристалла примерно одинаковой величины;

2) таблитчатые — две противоположные грани значительно больше других;

3) пластинчатые и листоватые;

4) столбчатые;

5) игольчатые.

В курсе общей геологии минералы распознаются путем изучения их физических свойств, которые можно установить без специальных приборов, визуально на глаз. Определение минералов по внешним признакам (макроскопический метод) - это наиболее доступный и простой метод их изучения. Для определения минералов исследуют их физические свойства: морфологию, цвет, блеск, твердость и т.д.

Цвет минералов в ряде случаев может быть важнейшим диагностическим свойством. Название многих минералов дано по их цвету. Например, лазурит и азурит голубого цвета; хлорит - зеленого цвета (греч. «хлорос» - зеленый); родонит - розовый (греч. «родон» - роза); рубин - красный (лат. «рубенс» - красный); аурипигмент - золотисто-желтый (аурум - золото, пигмент-окраска); гематит - буро-красный (греч. «гематос» - кровь); альбит - белый (лат. «альбус» - белый).

Однако у многих минералов окраска не постоянна. Ряд минералов меняет свой цвет в зависимости от различных примесей и условий образования. Так, широко распространенный минерал кварц может быть бесцветным (горный хрусталь), дымчатым (раухтопаз), черным (морион), фиолетовым (аметист), желтым (цитрин), молочно-белым и других оттенков. Турмалин встречается черной окраски (шерл), розовой (рубеллит), зеленой и даже бывает многоцветным (полихромным), когда один кристалл окрашен розовым, зеленым, бурым и другими цветами, концентрически-зонально расположенными в минерале.

Часто на поверхности прозрачных и полупрозрачных минералов можно видеть игру цветов, обусловленную интерференцией света, отражающегося от внутренних граней кристаллов, плоскостей спайности или микроскопических включений другого минерала. Это явление называется иризация. Она характерна, например, для таких широко распространенных минералов, как полевые шпаты, в том числе - лабрадор.

На поверхности некоторых непрозрачных минералов, главным образом сульфидов, также образуются радужные пестрые пленки, например у борнита (фиолетово-синие), халькопирита (пестрые малиново-желто-сине-зеленые), антимонита (темно-синие) и др. Это явление у непрозрачных минералов называется побежалостью.

Цвет черты. В ряде случаев для диагностики минералов используют свойство минералов давать окрашенную черту на фарфоровой пластинке, имеющей матовую, не глянцевую поверхность. Цвет черты минерала - это цвет минерала в тонком порошке.

Часто цвет черты минерала совпадает с цветом самого минерала. Так, цвет черты азурита - голубой, аурипигмента - желтый, малахита - зеленый. У некоторых минералов цвет черты иной, нежели цвет самого минерала. Так, пирит по внешнему виду - соломенно-желтый, бронзово-желтый, а цвет черты - черный, зеленовато-черный.

Цвет черты помогает безошибочно определять минералы - руды на железо: гетит, гематит, магнетит. Нередко эти минералы бывают очень похожи друг на друга. Цвет черты помогает их легко распознать: у гетита черта желто-бурая, у гематита вишнево-красная, у магнетита - черная.

Минералы полупрозрачные и прозрачные, как правило, дают бесцветную или светлоокрашенную черту. Минералы с металлическим блеском обычно дают черную черту независимо от их цвета.

Следует иметь в виду, что черту на фарфоровой пластинке дают минералы с твердостью не более 6, так как твердость фарфоровой пластинки равна 5,5—6.

Блеск. Интенсивность отраженного света от поверхности минерала известна под названием блеск. Блеск зависит от многих причин: показателя преломления минерала, характера отражающей поверхности, включений, трещиноватости. Блеск не зависит от твердости и окраски минералов.

По блеску все минералы могут быть подразделены на три группы:

1) минералы с металлическим блеском;

2) минералы с полуметаллическим (металловидным);

3) минералы с неметаллическим блеском.

Многие рудные минералы (пирит, галенит, халькопирит и др.) характеризуются металлическим блеском. Таким же блеском обладают металлы, откуда и произошло это название.

Полуметаллический блеск является промежуточным видом блеска. В качестве примера минерала с полуметаллическим блеском можно привести графит.

Неметаллический блеск широко распространен среди нерудных и породообразующих минералов. Неметаллический блеск имеют кварц, кальцит, слюда, полевой шпат и многие другие минералы. Разновидности неметаллического блеска:

- алмазный блеск - наиболее интенсивный, яркий блеск, свойствен алмазу, киновари, сере (на гранях);

- стеклянный блеск широко распространен среди прозрачных минералов. Стеклянный блеск имеют кальцит, флюорит, кварц (на гранях);

- перламутровый блеск характерен в основном для минералов с весьма совершенной спайностью, в том числе для слюд, талька;

- шелковистый блеск встречается среди волокнистых минералов - гипса, асбеста;

- жирный блеск - поверхность минерала с жирным блеском как бы смазана жиром: нефелин, кварц, сера (на изломе);

- матовый блеск – характерен для землистых порошковатых агрегатов минералов: падающий свет рассеивается, и поверхность минерала выглядит матовой, как у каолинита;

- восковой блеск характерен для минералов с аморфным или скрытокристаллическим строением, например для опала, халцедона.

Прозрачность - способность минералов пропускать свет без изменения направления его распространения.

Прозрачность зависит от кристаллической структуры минерала, интенсивности его окраски, наличия тонкодисперсных включений, газово-жидких включений и прочих особенностей его строения, состава и условий образования. По степени прозрачности минералы делятся на:

Прозрачные — пропускают свет по всему объему. Через такие минералы можно видеть, как через оконное стекло (горный хрусталь).

Полупрозрачные — через них видны лишь очертания предметов. Свет проходит сквозь минерал, как через матовое стекло (опал).

Просвечивающие — пропускают свет по тонкому краю или в тонких пластинках (ортоклаз).

Непрозрачные — не пропускают света даже в тонких пластинках (магнетит).

При прочих равных условиях более мелкозернистые агрегаты кажутся менее прозрачными

Твердость - это величина сопротивления минерала усилию, разъединяющему его частицы. Твердость минералов определяется сопротивлением, которое оказывает минерал при его царапании определенными стандартными минералами. Минералы, используемые для определения твердости, сведены в так называемую шкалу твердости, или шкалу Мооса, названную так в честь ее составителя. В шкале твердости минералы располагаются в порядке возрастания твердости от 1 до 10. Шкала, таким образом, состоит из 10 стандартных минералов, каждый последующий из которых царапает острым концом все предыдущие и в свою очередь царапается последующими минералами.

Шкала Мооса

перед названием каждого минерала стоит цифра, обозначающая относительную твердость соответствующего минерала:

1. Тальк

2. Гипс

3. Кальцит

4. Флюорит

5. Апатит

6. Ортоклаз

7. Кварц

8. Топаз

9. Корунд

10. Алмаз

Определение минералов с помощью шкалы твердости проводится царапанием неизвестного минерала острым концом эталонного, входящего в шкалу твердости. Например, если неизвестный минерал царапается ортоклазом (твердость 6) и не царапается апатитом (твердость 5), то твердость определяемого минерала - 5,5.

У большинства минералов на различных сколах и гранях твердость является величиной более или менее постоянной. Однако, в природе встречаются минералы, у которых твердость зависит от направления царапания. Например, у дистена твердость в направлении удлинения кристалла на грани (100) составляет 4,5, а в поперечном направлении—6; на гранях (010) п (110) твердость равна 7. Таких минералов с резко выраженной анизотропией твердости немного. Более точное определение твердости минералов проводят на специальных приборах, называемых склерометрами или микротвердометрами. Основной частью таких приборов является алмазная игла или пирамидка, по глубине вдавливания которых определяется твердость минерала.

В полевых условиях при отсутствии шкалы твердо­сти используют заменители шкалы твердости: мягкий карандаш 1; ноготь 2,5; «медная» монета (1, 2, 3, 5-копеечные монеты) 3—4; стекло 5; лезвие бритвы, стального ножа 5—6; напильник 7. В практике полевого определения твердости минералов они вполне заменяют шкалу твердости, их достаточно для определения широко распространенных минералов.

Спайность и излом. Спайностью называют способность кристаллов и минералов кристаллического строения раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям.

Спайность зависит от внутреннего строения минерала и не зависит от внешней формы кристаллов.

Спайность различается по совершенству, а также по числу и ориентации направлений, вдоль которых она наблюдается.

По совершенству принято выделять следующие типы спайности:

- весьма совершенная - слюды, слоистые силикаты, гипс.

- совершенная - кальцит,

- средняя – полевые шпаты,

- несовершенная - оливин,

- весьма несовершенная - кварц. 

Отдельность - схожее со спайностью свойство – характеризует способность кристалла раскалываться по плоскостям напряжений или поверхностям вдоль которых при росте кристалла произошло оседание посторонних частиц. Отличается отдельность тем, что при ней невозможно сколь угодно мелкое расщепление кристалла.

Излом. Структура минерала, наличие спайности, твердость определяют вид поверхности, получающейся при раскалывании минерала. Ее называют изломом.

Плотность минералов колеблется в широких пределах — от значений меньше единицы (природные газы, жидкие битумы) до 23 (некоторые минералы группы осмистого иридия). В ряде случаев это физическое свойство является хорошим диагностическим признаком. Даже взвешивая минералы просто на ладони, можно примерно определить их плотность. Большинство минералов имеет плотность в пределах от 2,5 до 3,5, рудные и самородные минералы— больше 4.

По плотности все минералы можно объединить в три группы:

•легкие - с плотностью до 2,5,

•средние - от 2,5 до 4,

•тяжелые - более 4. К группе тяжелых минералов относятся рудные минералы. Исключение из этого правила составляет барит, имеющий плотность 4,5— 4,7, не являющийся рудным минералом. Большой плотностью обладают: магнетит 5,5—6; галенит (свинцовый блеск) 7,5; киноварь 8 и др. Самородные элементы имеют в своем большинстве большую плотность: медь 8,9; висмут 9,7; серебро 11; ртуть 13,6; золото 15—19; платина 14—20; иридий и осмий 17—23.

Плотность возрастает с увеличением атомного веса слагающих структуру минерала атомов и с ростом компактности самой структуры, так, графит и алмаз, химически идентичные, различаются по плотности более чем в полтора раза.

Особые физико-химические свойства минералов. Изменение минерала при механическом воздействии характеризуют: хрупкость (способность к крошению), ковкость (способность к сохранении целостности при неупругих деформациях), упругость.

Специфическими физическими свойствами являются магнитность, радиоактивность, электрические свойства – способность к электризации, пироэлектрический и пьезоэлектрический эффекты.

Из химических свойств главными являются способность минерала взаимодействовать с кислотами и щелочами. В минералогической диагностике наиболее широко применяются водные растворы соляной кислоты, по реакции с которыми диагностируется ряд карбонатных и других минералов. Другое важно химическое свойство – растворимость минерала в воде, которая может меняться в широких пределах. Сюда же относятся поведение минерала при нагревании (плавление, возгорание, растрескивание).

К особым физико-химических свойствам относятся свойства поверхности минерала – гигроскопичность (способность впитывать воду), смачиваемость водой и другими жидкостями.

Специфические свойства минералов, характеризующие физиологическую реакцию человека – вкус (наблюдается у некоторых легкорастворимых минералов), запах при горении или ударе, ощущение поверхности – шероховатость, жирность и т.п.

Псевдоморфозы. В природных условиях иногда встречаются минералы с совершенно не свойственными им кристаллическими формами. Например, гипс, кри­сталлизующийся в моноклинной сингонии и дающий своеобразные кристаллы, был встречен в виде кубических форм. Это объясняется тем, что гипс заполнил при кристаллизации полости, образовавшиеся путем растворения кристаллов галита водой. Такие образования получили название псевдоморфоз (греч. «псевдос»—ложь, «морфис» — образование). Псевдоморфозы могут возникать и путем замещения одного минерала другим с сохранением его внешней формы. Так, наблюдаются псевдоморфозы гидрогётита по пириту с характерной кубической формой. Часто встречаются псевдоморфозы по органическим остаткам, например, опала или пирита по дереву, кальцита и фосфорита по раковинам моллюсков и др.