Лекція 15. «Мінералогія. Характеристика мінералів та їх властивості»

Мінерали - хімічні елементи або сполуки, утворені в результаті складних
фізико-хімічних процесів в земних надрах або в техніці, які характеризуються
постійним і однорідним складом, структурою, властивостями, і описуються однією
хімічною формулою. Наука, що їх вивчає - називається мінералогія. В перекладі з
латинської “minera ” - “кусок руди” з часом поширено на всі мінерали. Відомо
приблизно 2000 мінералів, ще приблизно 2000 їхні різновиди, які відрізняються за
кольором, прозорістю, що мають різну назву. В рік відкривають 20-40 нових (в
основному штучних мінералів).

За походженням мінерали поділяються на штучні і природні. Мінерали мають
велике практичне значення. Два напрямки використання:

1. Самі мінерали є корисними копалинами і використовуються в природному стані
   та дорогоцінні камені (слюда, алмаз, кварц, сірка, корунд, кам’яна сіль, флюорит);
2. Мінерали містять в своєму складі цінні компоненти, які вилучаються з них в
   процесі технологічної переробки, після чого використовуються у промисловості і
   сільському господарстві (метали, добрива, силікатний технічний камінь).

Форми реальних кристалів. Морфологія мінералів.

Залежно від умов мінерали утворюються у вигляді:

1. Окремих добре розвинутих монокристалів.
2. Закономірних зростків.
3. Випадкових незакономірних зростків.

1. В природі чи техніці рідко створюються умови для ідеального росту
кристалів, коли всі грані розвиваються в рівномірно у відповідності з їх категорій,
видом і класом симетрії, сингонії, утворюють характерні ідеальні форми. Такому
нормальному росту переважають нерівномірні потоки рідини, різна їх
концентрації, наявність домішок, зміна термодинамічних умов. Внаслідок цього
різні грані однієї простої форми ростуть з різною швидкістю і утворюються складні
форми.

За морфологією розрізняють монокристали:

• ізометричні;
• таблитчасті;
• пластинчаті;
• голчаті, призматичні, стовпчасті;
• волокнисті, лускоподібні;
• скелетні і дендритні (при швидкому рості іде ріст лише здовж
  кристалографічних осей).

За розміром монокристали можуть бути різноманітні: від кількох метрів
(кварц, гіпс, СаF₂), до сантиметрів і до мікроскопічних розмірів ( при сильних
збільшеннях) (глинисті мінерали, гідроксиди), а деякі мінерали (опал) взагалі не
зустрічаються в кристалічному стані.

По поширеності зустрічаються «1» рідко, частіше «2», в основному «3».
Морфологія агрегатів (зростків). Бувають двійники: зростання та проростання.
Вплив зовнішнього середовища може спричинити утворення двійників -
закономірних зростків кількох кристалів як не в паралельних, так і в паралельних
напрямках (рис. 1).

Закономірне зрощення кількох кристалів різних мінералів, що кристалізується
в різних сингоніях називається епітаксією. Необхідна умова: кристали повинні
бути однії сингонії та близькі за хімічним складом( FеS₂ і ромбічний марказит FеS₂;
дві поліморфні модифікації слюди -біотит і мусковіт, альбіт та ортоклаз).

Якщо агрегат складається з одного мінералу він називається
мономінеральним, якщо з кількох - полімінеральним. Розрізняють наступні
морфологічні морфологічні типи агрегатів:

Друзи - залишки добре сформованих кристалів, різних за висотою і
орієнтацією в просторі, що виросли на спільній основі. Бувають і моно- і
полімінеральні друзи. Найчастіше це крупні чисті бездефектні кристали (аметист,
гірський кварц, кришталь).

Паралельні зростки - характеризуються паралельним розміщенням окремих
кристалів ( на відміну від друз). Вони теж утворюються в тріщинах та
порожнинах, там де є місце для більшого росту в певному напрямку (хризотил,
азбест, гіпс -селеніт, кальцит).

Листоподібні агрегати - складаються із паралельно орієнтованих окремих
кристалів у фрмі листків чи луски (слюда).

Конкреції - утворення круглої форми (куле- чияйцеподібної), що мають
радіально-променеву будову. Утворюються при обростанні центрів кристалізації.
Характерні для осадових порід (пісковик, фосфорит, рідше - гіпс, марказит FеS₂) .
Конкреції < 0,5 мм називаються - оолітами. Вони найчастіше є зцементовані між
собою (кальцит СаСО₃, піролюзит МnО₂)

Секреції - подібні конкреціям, але утворюються в результаті відкладання речовин

на стінках - від периферії до центру. Всередині с екрецій залишається порожнина,
Якщо розмір секреції >10 мм то така порожнина може заростати друзами. Такі
конкреції називаються - жеодами (кварц, гіпс, кришталь, аметист SiO₂, агат,
халцедон).

Натічні форми утворюються в порожнинах за рахунок кристалізації гелів або
концентрованих розчинів при натіканні і обволікуванні вже відкладеної речовини.
Бувають:

• бурулькоподібні - сталактити та сталагмити;
• нирковидні та гроновидні (малаліт СuС0_3*Сu(OН)₂
• скляні голови (гематит, вулканічне скло).

Зернисті форми - агрегати, утворені скупченням зерен різних розмірів:

• грубозернисті (>5 мм)
• середньозернисті (1-5 мм)
• тонкозернисті <1 мм
• щільні - зерна видно тільки під мікроскопом в шліфах.

Зернисті форми - найбільш поширені в природі (магматичні та метаморфні
породи).

Землисті форми - рихлі, м’які маси із слабо зв’язаними між собою
частинками, які є або аморфні, або надзвичайно дрібнозернисті. Ці форми
характерні для осадових порід (глини, боксити, марганцеві руди, каолініти,
лімоніти).

Залежно від умов утворення один і той же мінерал може мати різні
морфологічні форми.

Фізичні властивості мінералів

Кожний мінерал має ряд характерних для нього властивостей, за допомогою
яких він може бути визначений макроскопічно: візуально і за допомогою
підручних засобів.

Колір - важлива діагностична ознака залежить від хімічного складу,
механічних та хімічних домішок. Відповідно один і той самий мінерал може мати
різне забарвлення, а з другого боку - один колір може мати зовсім різні за складом
мінерали.

Колір риски мінералу визначають для непрозорих і мало прозорих мінералів,
коли дійсний його колір визначити важко. Колір риски сліду визначається на
білому неполиваному фарфоровому черепку. По суті це колір мінералу у
порошкоподібному стані. Визначається для мінералів з твердістю менше 7
(твердість фарфору). Іноді колір риски співпадає з кольором мінералу: магнетит
(чорний), кіновар (червоний), лазурит (синій), а іноді відрізняється - гематит
(чорний чи червоний), пірит (жовтий до чорного). Колір риски є більш постійним
ніж колір мінералу, менше залежить від домішок і має важливе діагностичне значення.

Прозорість - визначається тільки у крупних кристалах (в дрібних агрегатах
всі мінерали здаються непрозорими). За цією ознакою кристали поділяються:

• прозорі (ісландський шпат СаСО₃, гірський кришталь);
• напівпрозорі (селеніт);
• пропускають світло (слюда);
• непрозорі (пірит, магнетит).

Блиск мінералу - виникає при відбиванні світлових променів від поверхні і
залежить від:

• типу хімічного зв’язку;
• показника заломлення;
• характеру поверхні.

За характерром блиску мінерали ділять на дві групи: мінерали з металічним
блиском та мінерали з неметалічним блиском.

Металічний блиск буває у мінералів з металічним або ковалентним зв’язком :
всі самородні метали, FeS₂ пірит, PbS галеніт, сульфіди, деякі оксиди Fe₃O₄,MnO₂ .

Мінерали з неметалічним блиском як правило прозорі або напівпрозорі. Серед
них виділяють декілька різновидностей блиску:

алмазний блиск надзвичайно яскравий, іскристий, характерний для мінералів
з високими значеннями показника заломлення (від 1,9 до 3,0): алмаз, сфалерит
ZnS), кіновар (HgS);

скляний блиск мають мінерали з ковалентним зв’язком: гірський кришталь
SiO₂ ), кальцит (CaCO₃ );

перламутровий (грає кольорами веселки), характерний для мінералів з
досконалою спайністю - гіпс, тальк, слюда, кальцит;

шовковистий характерний для мінералів паралельно-волокнистої будови -
селеніт, хризотил, азбест;

жирний (масний) - поверхня мінералу як би змащена жиром, характерний
для світло-зафарбованих мінералів: тальк, сірка, кварц, нефелін;

смолистий блиск за характером подібний до жирного, але характерний для
темно-забарвлених мінералів (шунгіт);

восковий блиск спостерігається у світло-забарвлених мінералів: кремінь,
халцедон;

матовий блиск - коли поверхня мінералу не блищить, тоді вона має матовий
блиск. Такий блиск характерний для землистих агрегатів мінералів: каолініту,
аморфоного магнезиту, піролюзиту.

Прозорість. За ступенем прозорості мінерали, що спостерігаютьяс в крупних
кристалах поділяються:

прозорі, скрізь які добре видно зображення (гірський кришталь, ісландський
шпат);

напівпрозорі, скрізь які предмети важко розпізнаються (гіпс);

мінерали, що просвічуються - прозорі тільки в тонких краях;

непрозорі, що зовсім не пропускають світло.

Злам. Поверхня розлому, що перейшла в мінерал у випадковому напрямку, а
не на площинах спайності, називається зламом. Злами утворюються у мінералів з
недосконалою спайністю при її відсутності а також у деяких агрегатах.
Розрізрізняють:

рівний злам, поверхня розколу рівна, але не дзеркально гладка (халькопірит,
пірит);

нерівний злам - поверхня розколу нерівна (нефелін, апатит);

ступінчастий злам спостерігається тоді, коли злом утворюється частково по
спайності, а частково під кутом (польові шпати);

землистий злам - поверхня мінералу шороховата, матова, якби покрита
пилом (каолініт, гетит, піролюзит);

зернистий злам - на поверхні зламу чітко видно окремі зерна,що складають
агрегат (хроміт, мармур);

гачкуватий злам - поверхня зламу має ніби гості гачечки, такий злам
характерний для металів (золото, срібло, мідь);

занозистий - нагадує повехню неструганої дошки (азбест, селеніт).

Спайність. Здатність мінералу розчеплятися або розколюватись по площинах
спайності віддалених просторових ґраток з утворенням гладких поверхонь.
Розрізняють спайність:

досить досконалу - мінерал легко розчеплюється на окремі пластинки
(слюда, гіпс);

досконалу - мінерал розколюється при легкому ударі на куски, обмежені
площами спайності (галіт, кальцит, галеніт);

середня спайність - мінерал розколюється при ударі на куски, обмежені як
площинами спайності так і випадковими зламами (найбільш характерні для
силікатів - польові шпати, амфіболи);

недосконала спайність - мінерал розколюється на куски, звідки лише можна
виявити окремі ділянки рівних поверхонь (олівін (Fе, Мg)Sі0₄, S, Fе₂О₃);

досить недосконала - спайність відсутня, при ударі утворюється випадковий
злам (SіО₂, Al2O₃, Au).

Спайність може проявлятись по одному напрямку (слюда), в двох -
(польовий шпат, піроксени, амфібол), трьох - (галіт, кальцит, галеніт), чотирьох -
(СаF₂).

Твердість - ступінь протидії мінералу механічним і поверхневим діям у
вигляді дряпання вдавлювання свердління, шліфування.

Твердість залежить від типу хімічного зв’язку і щільності розміщення
матеріальних частинок на поверхні просторових сіток. Способи визначення
твердості:

• методом дряпання;
• вдавлюванням алмазної пірамідки і вимірюванням глибини відбиванням;
• шліфуванням і визначенням втрати маси.

Із мінералогії найбільш поширений є спосіб визначення твердості за
допомогою шкали Мооса. За нею виділені 10 мінералів-еталонів, твердість яких
умовно позначена цілими числами від 1 до 10. Вони розміщенні так, що кожен
наступний дряпає попередній. За цим принципом і визначаємо твердість: більш
твердий мінерал шкали лишає подряпину на більш м’якому досліджуваному
мінералі і навпаки.