Минерал

Минералы

Что такое минералы? Минералы и геология // Клуб Архей геология (27 мар. 2022 г.) [10:40]

Минералы и их свойства. Как определить? // Клуб Архей геология (25 июл. 2021 г.) [18:50]

Индерборит — минерал класса боратов

Минерал (нем. Мineral или фр. minéral, от позднелат. (аеs) minerale — руда) — природное химическое соединение или отдельный элемент, однородные по химическому составу и внутреннему строению/

Являются продуктами различных геологических процессов (физико-химических процессов в глубине и на поверхности Земли).

Наука, изучающая минералы называется минералогией.

Количество открытых минералов растет ежегодно и в настоящее время их количество насчитывает от 2,5 тыс. до почти 5 тысяч, из них наиболее распространенные: силикаты (около 90 % общего количества минералов), окислы и гидроокислы, сульфиды и их аналоги, фосфаты, арсенаты, ванадаты. Минералы отличаются друг от друга различными химическими и физическими свойствами. Различия в химическом составе и кристаллической структуре различают разные виды, и эти свойства в свою очередь, зависят от геологического среды формирования минерала. Изменения в температуре, давлению и величине состава скал вызывают изменения в ее минералогии.

В узком смысле, минералом является природное химическое соединение кристаллической структуры, которое образовалось в результате проявления геологического процесса. В широком смысле понятия к минералам относятся также жидкости, как нефть, минеральная вода, а также природный газ.

Резюме

Для минералов характерны:

1. Образование в природных условиях;
2. Наличие определенного химического состава;
3. Кристаллическое строение;

Чаще всего агрегатное состояние минералов — твердые вещества. Минералы входят в состав горных пород в качестве главных или акцессорных компонентов.

В земной коре в настоящее время установлено около 2500 минеральных видов, что значительно уступает числу неорганических соединений, получаемых лабораторным путем, количество которых исчисляется десятками тысяч. Главные причины ограниченности видов минерального мира земной коры следующие: неустойчивость многих химических соединений в условиях земной коры и переход их в более стабильное состояние; ограниченные возможности термодинамических условий в земной коре, строго определенные границей температуры и давления; относительная распространенность химических элементов и их свойства.

Возникновение минералов обусловлено действием физических и химических законов, то есть основных законов природы. Соединения же, которые рождаются в лабораторных и заводских установках и имеют состав, аналогичный природным, называют искусственными камнями.

Внутреннее строение и состав минералов

Структурными единицами, из которых строятся минералы, являются ионы, атомы, реже молекулы, при этом большинство минералов — соединения с ионной кристаллической решеткой. Количество структурных единиц в минералах может быть весьма различным — от простых веществ и бинарных соединений до соединений сложного состава.

Типы химических связей

Кристаллическая структура алмаза, где каждый углерод ковалентно связан с четырьмя соседними атомами

В любом химическом соединении присутствуют химические связи. Ниже представлены связи, распространенные в минералах:

Ионная химическая связь образуется между катионом и анионом в результате их электростатического взаимодействия. Преимущественно ионной связью обладают хлориды и фториды, некоторые оксиды.

Ковалентная связь возникает в результате образования общих электронных пар за счет неспаренных электронов, принадлежащих взаимодействующим атомам. Ковалентная связь распространена в минералах значительно меньше ионной. Она встречается лишь у минералов, молекулы которых построены атомами одного химического элемента, например алмаз.

Донорно-акцепторная связь (от лат. «доно» — дарить, отдавать, «акцепте» — получать, принимать) заключается в использовании существующих пар электронов одного атома (донора) другим атомом (акцептором). Донорно-акцепторная связь наиболее характерна для некоторых сульфидов и их аналогов.

Химический состав минералов

Все химические элементы можно разделить на минералообразующие (входящие в состав минералов) и не минералообразующие. Минералообразующие, в свою очередь, можно разделить еще на две группы:

• Видообразующие — дающие самостоятельные минеральные виды. К ним относятся: Si, O, H, Al, Ca, Na, Mg, Cu, Pb, S.
• Рассеянные — входящие в состав минералов в виде примесей. Например Rb, Hf, Re, Ra, Ro.

Изоморфизм и полиморфизм

Состав минералов может быть постоянным, например как у галита, кальцита, гематита или кварца, или переменным, как у пирротина или большей части силикатов.

Способность к образованию соединений переменного состава основана на изоморфизме. Под изоморфизмом понимается свойство элементов замещать друг друга в структурах минералов. Образующиеся при этом вещества — изоморфные смеси или твердые растворы. Данный процесс обусловлен близостью свойств замещаемых атомов и ионов и параметрами процессов минералообразования.

Полиморфизм — способность минералов менять свою кристаллическую структуру, не меняя состава. Яркий пример этого явления — полиморфные модификации углерода — графит и алмаз.

Диагностические свойства минералов

Для определения минералов в полевых условиях, необходимо знать их физические и химические свойства, не требующие наличия точного лабораторного оборудования, называемые диагностическими свойствами минералов.К диагностическим относятся следующие свойства минералов:

Кальцит способен преломлять проходящие через него лучи, а так же обладает флюоресценцией. На данной фотографии представлены флюоресценция и двойное лучепреломление лазерного луча с длиной волны 445 нм в кристалле кальцита

Оптические свойства

1. Цвет - окраска минералов может быть постоянной, как у хлорита, рубина или киновари. Постоянная окраска обусловлена кристаллохимическими особенностями самого минерала и вызывается наличием в минерале элементов-хромофоров. Иногда цвет минералов связан с присутствием посторонних механических примесей, как у кварца: сам кварц бесцветный или белый, но в зависимости от примесей может быть фиолетовым аметистом, желтым цитрином или черным морионом. На поверхности некоторых минералов можно наблюдать такие оптические явления, как иризация (у лабрадора) или побежалость (у борнита).
2. Цвет черты — цвет минерала в порошке. Можно получить, прочертив минералом линию о фарфоровый бисквит.
3. Блеск — свойство минерала отражать падающий на него поток света. Блеск нужно определять на свежей поверхности минерала, он не зависит от цвета, но зависит от формы выделения минерала.
4. Прозрачность — способность пропускать свет. Прозрачные — кварц, топаз; полупрозрачные — халцедон, полевой шпат; непрозрачные — пирит, магнетит.
5. Флюоресценция и фосфоресценция — фосфоресценция — длительное свечение, которое можно наблюдать, например, у алмаза, и флюоресценция — короткое свечение, возможное у опала под воздействием внешнего возбудителя-излучателя.

Соответственно шкале Мооса тальк — самый мягкий минерал, который можно поцарапать даже ногтем, а алмаз — самый твердый, он царапает все другие минералы, твердостью меньше 10

Механические свойства

1. Твердость — для определения твердости минералов используется шкала Мооса.
2. Спайность — различают виды спайности от весьма совершенной, которой обладают слюды, тальк, или хлорит, до весьма несовершенной, как у корунда или магнетита.
3. Излом — вид поверхности, образующийся при раскалывании минерала по случайным направлениям.

Прочие свойства

1. Плотность — зависит от химического состава минерала и определяется путем взвешивания минералов на руке с примерной оценкой легкий-тяжелый. Например, барит — самый тяжелый из светлых минералов, это является одним из его диагностических признаков.
2. Вкус — свойство, которое является диагностическим только для галита и сильвина, так как они обладают ярким характерным соленым или горько-соленым вкусом.
3. Магнитность — при поднесении к компасу магнетит или пирротин будут менять направление его стрелки, то есть проявлять магнитные свойства.
4. Реакция с соляной кислотой — для минералов-карбонатов характерна реакция с соляной кислотой. В такой реакции поверхность определяемого минерала начинает шипеть или пениться, оставляя после себя след.

Классификация минералов

Основная общепринятая классификация минералов основана на их принадлежности к одному из классов химических соединений. Данная классификация организована по принципу: тип — класс — подкласс — группа — подгруппа — минерал.

Тип простые вещества

Самородок золота

К простым веществам относятся самородные элементы и интерметаллические соединения, в основном представлены металлами Au, Ag, Pt, Fe, Cu, полуметаллами As, Sb, Bi, и металлоидами: алмаз, графит, самородная сера. Характерны соединения переменного состава — твердые растворы Ag+Au, Pt+Cu, Pt+Fe.

Самородные металлы обладают хорошей теплопроводностью и электропроводностью, металлическим блеском, большой плотностью, ковкостью, отсутствием спайности и чаще всего невысокой твердостью. Многие физические свойства самородных металлов обусловлены металлическим типом связи между атомами пространственной решетки.

Тип сульфиды и их аналоги

Киноварь на Доломите

Минералами этого типа являются соединения — соли сероводородной кислоты, также к ним относят соли теллуровой и селеновой кислот. Сернистые и аналогичные им соединения составляют 0,15 % от массы земной коры. Описано более 300 минералов, относящихся к данному типу. Сульфиды и их аналоги имеют обширное практическое значение — это важнейшие руды свинца, цинка, меди, никеля, кобальта, молибдена, сурьмы, ртути и других металлов. Происхождение сульфидов, главным образом, гидротермальное, магматическое и скарновое.

К важнейшим диагностическим свойствам минералов этого типа можно отнести сильно металлический блеск (кроме сфалерита и киновари), черную черту (сфалерит — коричневая, киноварь — красная) и твердость не больше 5 (исключение: пирит и арсенопирит).

Тип галогениды

Файл:9104 - Milano - Museo storia naturale - Fluorite - Foto Giovanni Dall'Orto 22-Apr-2007.jpg

Флюорит

К данному типу минералов относятся соединения галогенов в основном с щелочными или щелочноземельными металлами. Известно около 100 минералов, слагают около 0,5 % массы земной коры. Хлориды — это типичные ионные соединения, что определяет их прозрачность, стеклянный блеск, небольшие плотность и твердость, легкую растворимость в воде, к хлоридам относятся галит, сильвин. Фториды нерастворимы в воде, твёрдость и плотность большие, их представитель — флюорит Для всех характерна совершенная спайность.

Тип кислородные соединения

Файл:Apatite.jpg

Апатит (зеленоватый) на кальците

Поскольку кислород является самым распространенным элементом земной коры, он входит в состав абсолютного большинства минералов (около 97 %), которые и называют кислородными соединениями. В зависимости от типа соединения или кислотного остатка их делят на целый ряд классов:

• Оксиды и гидроксиды — соединения металлов с кислородом или целой гидроксильной группой. Минералы этого класса составляют 17 % массы земной коры, их общее количество превышает 200 минералов. В качестве одних их важнейших представителей можно привести лимонит, гематит, гидроксиды алюминия.
• Карбонаты — соли угольной кислоты. На долю карбонатов в земной коре приходится около 2 % ее массы, причем около 1 ,5 % — на долю кальцита. Общее количество карбонатов — более 60. Карбонаты имеют осадочное происхождение. Они слагают мощные толщи осадочных и метаморфических горных пород — известняков, доломитов, мела, мрамора. Карбонаты — важнейшие неметаллические полезные ископаемые, а также ценные руды на Fe, Zn, Pb, Cu.
• Фосфаты — соли фосфорной кислоты. Слагают 0,7 % массы земной коры, описано около 300 минеральных видов. Важнейшим представителем фосфатов является апатит — основная руда на фосфор, сырье для фосфорных удобрений.
• Вольфраматы — соли вольфрамовой кислоты. Таких минералов немного, но они являются важнейшими рудами на вольфрам. Например, вольфрамит.
• Сульфаты — соли серной кислоты. Составляют около 0,5 % массы земной коры, насчитывается 130+ минеральных видов. Основные представители — барит и гипс.
• Силикаты и алюмосиликаты — соли кремниевой кислоты, часто комплексные соединения. Общее количество видов силикатов — 800, на них приходится около 75 % массы земной коры, так как они являются важнейшими породообразующими минералами. Из них самые важные это полевые шпаты, кварц. Данный класс делится на подклассы и группы.

См. также

• Горная порода
• Минералогия
• Минерализация
• Минералогический музей имени А. Е. Ферсмана
• А. Е. Ферсман
• Кристаллография
• Геохимия

Литература

• Собрание сочинений: в 24 т. / В. И. Вернадский; под ред. академика Э. М. Галимова; Ин-т геохимии и аналитической химии им. В. И. Вернадского; Комиссия РАН по разработке научного наследия академика В. И. Вернадского. — М.: Наука, 2013- . — ISBN 978-5-02-038093-6. Т. 2. Опыт описательной минералогии (1908—1914) / науч. ред. и сост. академик Э. М. Галимов. — 2013. — 572 c. — ISBN 978-5-02-038095-0 (в пер.).
• Основы геологии: Учеб. для вузов / Под ред. В. А. Ермолова. — 2-е изд., стер. — М.: Издательство Московского государственного горного университета, 2008. — 598 с.: ил. (ГЕОЛОГИЯ)
• Практическое руководство по общей геологии: учеб. пособие для студ. вузов / А. И. Гущин, М. А. Романовская, А. Н. Стафеев, В. Г. Талицкий; под ред. Н. В. Короновского. — 2-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2007. — 160 с.
• Булах А. Г. / Общая минералогия. Изд. второе, испр. и перераб.: Учебник.— СПб.: Изд-во С.-Петерб. ун-та, 1999. — 356 с. ISBN 5-288-01757-3
• Руперт Хохляйтнер / Драгоценные и полудрагоценные камни. Иллюстрированный справочник —Харьков, Белгород.: Изд-во «Клуб Семейного Досуга», 2011. — 256 с. ISBN 978-5-9910-1502-8

Одним из источников, использованных при создании данной статьи, является статья из википроекта «Рувики» («ruwiki.ru») под названием «Минерал», расположенная по адресу: — https://ru.ruwiki.ru/wiki/Минерал Материал указанной статьи полностью или частично использован в Циклопедии по лицензии CC-BY-SA 4.0 и более поздних версий. Всем участникам Рувики предлагается прочитать материал «Почему Циклопедия?».