Физические свойства минералов

Индивидуальность минерала определяется, как было сказано, его химическим составом и строением кристаллической решётки. А проявляется она в разнообразных свойствах минерала, из которых важнейшими для диагностики являются свойства физические.

Физическими свойствами минералов называются те, которые проявляются в их физических взаимодействиях с различными объектами. Именно физические свойства являются важнейшими диагностическими признаками минералов и положены в основу их практического определения. Некоторые из них можно определить лишь в лабораторных условиях. Но есть такие физические свойства, которые легко определяемы невооруженным глазом или при помощи несложного оборудования. Умение правильно их определять является ключом к практическому определению большинства наиболее распространенных в природе минералов. К ним относятся:

Прозрачность – способность минерала пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы делятся на 3 группы (при этом следует иметь в виду, что границы между ними условные):

1. Прозрачные (сквозь минерал можно легко видеть различные предметы) – горный хрусталь, исландский шпат, топаз и др.

2. Полупрозрачные (сквозь минерал виден свет, но контуры предметов уже не различимы) – сфалерит, киноварь и др.

3. Непрозрачные – пирит, магнетит, графит и др.

Цвет. Наиболее легко определяемый визуально признак. Не случайно у впервые приступивших к определению минералов студентов наблюдается стремление пользоваться при определении минерала только его окраской, как наиболее простым признаком. Но такой подход является неправильным, так как один и тот же минерал нередко может иметь различную окраску в зависимости от примесей или дефектов строения его кристаллической решетки. Например, флюорит может быть окрашен в зеленый, фиолетовый, бурый, желтый, цвета различных оттенков, а изредка бывает бесцветным. Турмалин бывает зеленым, розовым, бурым, синим, черным. Окраска некоторых минералов может быть неоднородной даже в одном кристалле. Поэтому цветом минералов, как диагностическим признаком, следует пользоваться с осторожностью.

В зависимости от происхождения можно выделить несколько типов окраски минералов:

- идиохроматический (от греческого идиос – собственный) – минерал имеет отчетливо выраженный собственный цвет;

- аллохроматический (от греческого аллос – чужой) – минерал окрашен примесями;

- псевдохроматический – «ложная окраска». Иногда тонкий поверхностный слой минерала имеет дополнительную окраску. Это явление называется побежалостью. Появление побежалости связано с образованием очень тонких пленок других минералов на поверхности, в связи с чем наблюдаются явления интерференции падающего и отраженного света. Кроме того, в некоторых прозрачных и полупрозрачных минералах (например, в плагиоклазах) иногда наблюдается «игра цветов», получившая название иризация, которая обусловлена интерференцией падающего цвета в связи с отражением его от внутренних поверхностей трещин внутри минерала. В некоторых минералах при повороте наблюдаются идущие из глубины кристаллов «вспышки» желтого, красного или голубого света - опалесценция (благородный опал).

Таким образом, окраска является важным диагностическим признаком только для тех минералов, окраска которых не зависит от примесей (т.е. обладающих идиохроматическим типом окраски).

Цвет черты (цвет минерала в порошке). Более постоянный и надежный по сравнению с окраской самого минерала диагностический признак. Цвет черты в ряде случаев полностью совпадает с цветом минерала в образце. Но очень многие минералы в мелкораздробленном состоянии имеют цвет, значительно отличающийся от его цвета в образце. Так, у гематита цвет стально-серый или черный, а черта красная.

Для определения цвета минерала в порошке достаточно с легким нажимом провести минералом по поверхности специальной пластинки из неглазированного фарфора. Следует иметь ввиду, что большинство светлоокрашенных и прозрачных минералов имеет белую черту, а минералы с высокой твердостью вместо черты оставляют царапину на фарфоровой пластинке. Поэтому говорить, к примеру, о цвете черты алмаза бессмысленно.

Блеск. Большинство минералов с различной интенсивностью отражают падающий на них свет, т.е. обладают блеском. Характер блеска зависит от того, насколько сильно поверхность минерала отражает падающий свет, каково соотношение отражения, поглощения и пропускания света минералом, как отражаемый свет рассеивается. Различают следующие виды блеска:

Металлический – напоминает блеск полированного металла (сталь, серебро, золото).

Полуметаллический – подобен металлическому, но более тусклый (как у потускневших от времени металлов или как у грифеля простого карандаша).

Алмазный – сильный блеск, обусловленный неоднократным отражением света от внутренних поверхностей прозрачных и полупрозрачных минералов (алмаз, сера, сфалерит, киноварь)

Стеклянный – поверхность минерала блестит как стекло (но значительно слабее, чем у минералов с алмазным блеском). Стеклянным блеском обладает большинство (около 70%) прозрачных и полупрозрачных минералов.

Перламутровый – минерал блестит и переливается как поверхность перламутра или жемчуга. Наблюдается у прозрачных и просвечивающих минералов, имеющих тонкое пластинчатое строение. Свет одновременно отражается от множества поверхностей внутри минерала, в результате чего возникают перламутровые «переливы».

Шелковистый – обусловлен волокнистым строением минерала, поэтому минерал блестит и переливается, как шелк или моток шелковых нитей.

Жирный – поверхность минерала кажется смазанной жиром или покрытой маслянистой пленкой. Возникает тогда, когда поверхность минерала покрыта мельчайшими неровностями.

Смоляной – блеск, напоминающий блеск застывшей смолы или гудрона. Аналог жирного блеска для минералов с темной окраской.

Восковой – полуматовый блеск, напоминающий блеск пчелиного воска, характерный для минералов, равномерно рассеивающих свет (халцедон, серпентин).

Наконец, если минерал представлен тонкодисперсными, землистыми массами, то он не блестит, т.е. является матовым. Это происходит потому, что весь свет при отражении рассеивается совершенно равномерно.

Твердость – устойчивость минерала к царапанию. Является одним из главных и надежных диагностических признаков минералов. По твердости все минералы условно разделяются на 10 групп, в соответствии с предложенной австрийским минералогом Фридрихом Моосом шкалой твердости. Набор условных эталонов твердости, состоящий из 10 минералов, в его честь получил название шкала Мооса. Минералы в ней подобраны таким образом, что каждый последующий минерал в ней оставляет царапину на предыдущем. Причем получается углубленная царапина, не исчезающая при легком стирании пальцем. Относительная твёрдость выражается условными единицами твёрдости от 1 до 10, соответствующими номеру эталонного минерала шкалы Мооса (от самого мягкого до самого твёрдого) (табл. 2).

Таблица 2

Шкала Мооса

Единица твердости	Эталонный минерал
	Тальк
	Гипс
	Кальцит
	Флюорит
	Апатит
	Ортоклаз
	Кварц
	Топаз
	Корунд
	Алмаз

Минерал-эталон, который оставляет на другом царапину, считается более твёрдым. Если минерал оставляет на другом минерале черту (пишет), то он является более мягким.

Спайность и излом. Спайностью называется способность кристаллов раскалываться (расщепляться) по определенным кристаллографическим направлениям параллельным действительно наблюдаемым или возможным граням кристалла, с образованием ровных блестящих плоскостей скола. В зависимости от того, насколько легко раскалываются минералы, различают следующие степени совершенства спайности (в порядке убывания):

Весьма совершенная – спайность в одном направлении, когда минерал очень легко (иногда даже руками) разделяется на все более тонкие пластинки или листочки.

Совершенная – при любом ударе молотком по минералу он рассыпается на обломки, ограниченные ровными спайными плоскостями (кубики, ромбоэдры, октаэдры и т.д.).

Средняя – при раскалывании минерала с одинаковой частотой образуются как ровные спайные поверхности, так и неправильные поверхности излома по случайным направлениям.

Несовершенная и весьма несовершенная – при раскалывании минерала подавляющая часть обломков ограничена неправильными неровными поверхностями излома.

Спайность может наблюдаться по одному, двум, трем, четырем и шести направлениям. Степень совершенства спайности зависит от строения кристаллической решетки каждого минерала, так как разрыв по некоторым плоскостям (плоским сеткам) этой решетки из-за более слабых связей происходит гораздо легче, чем по другим направлениям. В случае одинаковых сил сцепления между частицами кристалла, спайность отсутствует.

Неровная поверхность, получающаяся при раскалывании минералов или минеральных агрегатов, называется излом. Различают следующие виды излома:

Раковистый – похожий на внутреннюю поверхность раковины (кварц, халцедон, обсидиан). С раковистым изломом кремня человек познакомился в каменном веке – ведь именно этот тип излома дает такие острые режущие края.

Занозистый – напоминает поперечный излом древесины и свойственен волокнистым минеральным агрегатам – (асбест, амфиболы).

Крючковатый – поверхность излома как бы покрыта мелкими крючочками (самородная медь, серебро и другие ковкие металлы).

Землистый – поверхность излома матовая и как бы покрыта мелкой пылью (каолин)

Ровный – свойственен очень мелкозернистым агрегатам, например, яшмам.

Ступенчатый – возникает у минералов с хорошей спайностью или отдельностью.

Удельный вес(плотность) – соответствует массе минерала в граммах, заключенной в одном кубическом сантиметре его объема и является важным диагностическим признаком, так как колеблется в широких пределах – от 1,5 (бура, мирабилит) до 19-21 (золото и самородная платина). Важно научиться хотя бы приблизительно определять удельный вес минералов, взвешивая кусок минерала на ладони, чтобы различать минералы легкие, средние, тяжелые и очень тяжелые.

К прочим диагностическим признакам можно отнести магнитность, двупреломление, ковкость, гибкость, упругость, запах, вкус, радиоактивность, люминесценция и т.д.

Классификация минералов.

Так как свойства минералов зависят от их химического состава и кристаллической структуры, то классификация минералов основана на этих характеристиках. Классы минералов выделяют по их химическому составу, в соответствии с классами химических соединений. Классы, представленные большим числом минеральных видов с разнообразным кристаллическим строением, подразделяются на подклассы, различаемые по типу структуры кристаллической решётки. Наибольшей распространённостью в природе пользуются минералы следующих классов:

1. Самородные элементы – наиболее простые. К ним относятся минералы, каждый их которых сложен атомами какого-либо одного химического элемента. Примерами являются графит, алмаз (модификации углерода), сера, самородные металлы (золото, медь, серебро, платина и др.).

2. Галогениды – это соединения галогенов (Cl, F, Br, J) со щелочными и щелочноземельными элементами. Наибольшим распространением среди них пользуются хлоридные и фторидные соединения. К их числу относятся галит, сильвин, флюорит.

3. Сульфиды – сернистые соединения металлов и полуметаллов. Химически это соли сероводородной кислоты. Примеры – пирит, халькопирит, галенит, молибденит, антимонит, киноварь.

4. Оксиды и гидрооксиды. Данный тип включает соединения металлов и металлоидов с кислородом и гидроксильной группой (ОН)^-. К их числу относится кварц и множество его разновидностей (горный хрусталь, аметист, халцедон и т.д.), а также корунд, магнетит, гематит и др.

5. Сульфаты – это соли серной кислоты (Н₂SO₄). Самые распространённые – гипс, ангидрит, барит.

6. Карбонаты представляют собой соли угольной кислоты (Н₂СО₃). Самый распространённый минерал этого класса – кальцит; из примеров можно отметить доломит, магнезит, сидерит, малахит, азурит.

7. Фосфаты – соли фосфорной кислоты. Из них самым широким распространением пользуется апатит.

8. Силикаты представляют собой с химической точки зрения природные соли кремниевой кислоты (H₄SiO₄). Это наиболее распространённый в природе класс минералов. Химический состав силикатов сложный и непостоянный. Строение кристаллической решётки силикатов может быть весьма различным, что обуславливает чрезвычайное разнообразие их свойств. В связи с этим практикуется разделение класса силикатов на подклассы, различающиеся типом кристаллической структуры. К числу силикатов относятся такие группы минералов, как полевые шпаты, слюды, пироксены, амфиболы, гранаты, глинистые минералы и многие другие.

Кроме этого, в природе встречаются минералы, являющиеся представителями иных классов. К ним относятся нитраты, бораты, хроматы, вольфраматы, арсенаты, ванадаты и т.д.

Дата добавления: 2014-01-07