Минерал
Минерал (нем. Мineral или фр. minéral, от позднелат. (аеs) minerale — руда) — природное химическое соединение или отдельный элемент, однородные по химическому составу и внутреннему строению, являющиеся 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[править]
Для минералов характерны:
- Образование в природных условиях;
- Наличие определенного химического состава;
- Кристаллическое строение;
Чаще всего агрегатное состояние минералов — твердые вещества. Минералы входят в состав горных пород в качестве главных или акцессорных компонентов.[1]
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[править]
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.[2]
Типы химических связей[править]
В любом химическом соединении присутствуют химические связи[3]. 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.[4]
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[править]
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[5][править]
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[править]
Для определения минералов в полевых условиях, необходимо знать их физические и химические свойства, не требующие наличия точного лабораторного оборудования, называемые диагностическими свойствами минералов[6].К диагностическим относятся следующие свойства минералов:
Оптические свойства[править]
- 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).
- Цвет черты — цвет минерала в порошке. Можно получить, прочертив минералом линию о фарфоровый бисквит.
- 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.
- Прозрачность — способность пропускать свет. Прозрачные — кварц, топаз; полупрозрачные — халцедон, полевой шпат; непрозрачные — пирит, магнетит.
- Флюоресценция и фосфоресценция — фосфоресценция — длительное свечение, которое можно наблюдать, например, у алмаза, и флюоресценция — короткое свечение, возможное у опала под воздействием внешнего возбудителя-излучателя.
Механические свойства[7][править]
- Твердость — для определения твердости минералов используется шкала Мооса.
- Спайность — различают виды спайности от весьма совершенной, которой обладают слюды, тальк, или хлорит, до весьма несовершенной, как у корунда или магнетита.
- Излом — вид поверхности, образующийся при раскалывании минерала по случайным направлениям.
Прочие свойства[править]
- 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.
- Вкус — свойство, которое является диагностическим только для галита и сильвина, так как они обладают ярким характерным соленым или горько-соленым вкусом.
- Магнитность — при поднесении к компасу магнетит или пирротин будут менять направление его стрелки, то есть проявлять магнитные свойства.
- 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[править]
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.[8]
Тип простые вещества[править]
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.[9]
Тип сульфиды и их аналоги[править]
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[править]
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.[10]
Тип кислородные соединения[править]
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.[11][12]
См. также[править]
- Горная порода
- Минералогия
- Минерализация
- Минералогический музей имени А. Е. Ферсмана
- А. Е. Ферсман
- Кристаллография
- Геохимия
Источники[править]
- ↑ Минералы статья БРЭ. Проверено 17 октября 2023.
- ↑ Булах А.Г., Золотарёв А.А., Кривовичев В.Г. Структура, изоморфизм, формулы, классификация минералов. — СПб.: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2014. — С. 7—15. — 133 с. — ISBN 978-5-288-05483-9.
- ↑ Громаков Н. С. Химическая связь: Учебное пособие по химии для студентов дневной, заочной и дистанционной форм обучения. — Казань: КГАСУ, 2011. — С. 4. — 60 с. — ISBN 5-7829-0133-0.
- ↑ Кожина Л.Ф., Захарова Т.В., Пожаров М.В. Химическая связь: теория и практика. Учебно-методическое пособие. — Саратов, 2016. — С. 19. — 59 с.
- ↑ Булах А.Г., Золотарёв А.А., Кривовичев В.Г. Структура, изоморфизм, формулы, классификация минералов. — СПб: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2014. — С. 6, 56. — 133 с. — ISBN 978-5-288-05483-9.
- ↑ Возная А.А. Минералогия. Диагностические свойства минералов. — Кемерово: КузГТУ им. Т.Ф.Горбачева, 2009. — С. 23—36. — 38 с.
- ↑ Юшкин Н. П. Механические свойства минералов. — Ленинград: Наука, 1971. — 284 с.
- ↑ Булах А.Г., Золотарёв А.А., Кривовичев В.Г. Структура, изоморфизм, формулы, классификация минералов. — СПб: Издательство Санкт-Петербургского университета, 2014. — С. 108. — 133 с. — ISBN 978-5-288-05483-9.
- ↑ Вернадский В. И. Опыт описательной минералогии. Том 1. Выпуск 1. Самородные элементы. — Санкт-Петербург: Типография Императорской Академии Наук, 1908.
- ↑ Чухров Ф. В Минералы. Справочник. Том 2. Выпуск 1. Галогениды. — Москва: Издательство Академии наук СССР, 1963. — 295 с.
- ↑ Силикаты и алюмосиликаты. Проверено 17 октября 2023.
- ↑ Вернадский В.И., Курбатов С.М. Земные силикаты, алюмосиликаты и их аналоги. — Ленинград-Москва: ГОНТИ НКТП, 1937. — 379 с.
Литература[править]
- 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 этой статьи является статья в википроекте «Рувики» («Багопедия», «ruwiki.ru») под названием «Минерал», находящаяся 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. |