По каким свойствам и признакам характеризуют минералы

Минералами называют однородные в своей структуре и архитектуре части горных пород или даже метеоритов, прилетевших к нам из космоса. Все они образовываются из-за геологических процессов внутри планеты. На сегодняшний день известно около 5500 видов минералов, однако широко распространены лишь пара сотен. И, пусть таких и большинство, но все-таки не все из них имеют твердую форму. К примеру, самородную ртуть называют минералом. А нормальное состояние ртути – жидкость.

Занимается данным вопросом раздел геологии под названием минералогия. В данной статье мы поговорим о физических и химических свойствах минералов. Можно уточнить, что физические свойства минералов – это набор параметров, заметных и не заметных невооруженным глазом, с помощью которых можно охарактеризовать и отличить данные полезные ископаемые.

Излом

Данное физическое свойство описывает так называемый «рельеф», который образуется на поверхности минералов при их надломе, повреждении. Излом тесно связан со спайностью, о которой мы напишем ниже. Бывают зернистые, землистые, занозистые, раковистые, ровные, неровные и другие виды изломов.

Спайность

Она, в свою очередь, зависит от атомического строения вещества, его кристаллической решетки.  Кристаллы вещества, под воздействием внешних сил, могут раскалываться в какие-то определенных направлениях (плоскости спайности). В частности, гипс и всякие слюды обладают весьма совершенной спайностью, так как раскалываются на тонкие пластиночки. Им, кстати, соответствует ровный излом. Также есть спайность просто совершенная (каменная соль) средняя (лабрадор, полевые шпаты), несовершенная (апатит, оливин) и весьма несовершенная (корунд, кварц, магнетит).

Прочность

Этот параметр показывает, сколь краткий (или длительный) срок объект может сопротивляться внешним разрушающим силам, и какую величину этих сил он может выдержать без деформации. Прочность различают динамическую, статическую и усталостную. Одним из самых прочных веществ называют хром, который содержат минералы хромшпинелидов, основные базальты и ультраосновные перидотиты.

Твердость

Свойства минералов под названием твердость отвечают за то, чтобы не дать инородному предмету проникнуть в структуру вещества. Существует шкала из десяти основных делений, разработанная Фридрихом Моосом. Это шкала твердости, где на первой позиции расположен тальк, который можно поцарапать даже ногтем. А на десятой – алмаз, являющийся самым твердым природным веществом и обладающим способностью резать стекло. Вот и сама шкала:

1. тальк,
2. гипс,
3. кальцит,
4. флюорит,
5. апатит,
6. ортоклаз,
7. кварц,
8. топаз,
9. корунд,
10. алмаз.

Очевидно, что если ваш материал не царапается кварцем, но его царапает топаз, значит, твердость по Моосу у данного материала примерно 7.5.

Плотность

Также известная, как удельный вес, плотность является отношением массы к объему (г/см3). Говоря простыми словами, чем выше плотность вещества, тем тяжелее будет одна единица его объема. Минеральным образованиям характерна весьма различная плотность. У золотого самородка, например, она достигает 19.3 г/см3, а плотность карбона (уголь) – 1.45 г/см3.

Оптические свойства минералов

Кроме чисто физических свойств, наши полезные ископаемые обладают еще и следующими оптическими свойствами: блеск (способность отражать свет), цвет (окрас может зависеть от состава, освещения, облучения и т.д.), цвет черты (цвет полосы минерала, натертой о фарфор), а также дисперсия, поляризация и преломление.

Прочие свойства

Данные характеристики минералов можно назвать особыми. Речь идет о радиоактивности, свечении, электрическим свойствам и магнитности.

Радиоактивность – данное определение дают веществам, при проверке которых радиометры указывают на повышенный радиационный фон. Чаще всего речь идет о радиоактивных химических элементах, вроде урана, тория и так далее.

Прочность и твердость далеко не всегда идут рука об руку. К примеру, алмаз, являющийся эталоном твердости, очень непрочен. Потому советуем не ронять бриллиантовые украшения. От таких нагрузок камни легко могут повредиться.

Свечение – также весьма интересное свойство. Оно заставляет светиться минералы при определенном воздействии, будь то раскалывание (триболюминесценция), действие ультрафиолета (фосфоресценция), или при нагревании (термолюминесценция).

Электрическим свойством называют способность минерала проводить через себя электричество.

Магнитностью, в основной массе, обладают минералы, имеющие в составе железо в составе оксида FeO. Это можно проверить с помощью обычного магнита.

Применение свойств

Описание и изучение свойств минералов максимально необходимо для их применения человечеством. Так, сверхтвердые минералы, вроде алмазных резцов, используются людьми в металлургии, ювелирной промышленности, токарном деле. Прочность понадобится веществам, используемым в архитектуре, производстве деталей и механизмов, и так далее.  Зная плотность материала, можно рассчитать его необходимое количество для тех или иных операций. Электрические свойства пригодятся для создания проводников. Показатели излома и спайности позволят предугадать пути возможных деформаций материалов.

Таким образом, можно сказать, что знание физических свойств добываемых полезных ископаемых жизненно необходимо для максимально эффективного их использования на нужды человечества.

Минералы — природные химические соединения или само­родные элементы, встречающиеся в земной коре. Из минералов состоят горные породы (грунты) и почвы, непосредственно находя­щиеся у нас под ногами. Распространение минералов крайне не­равномерно. Известно около 3000 минералов, широкое распростра­нение среди них имеет всего около 50. Эти минералы названы по­родообразующими. Если рассматривать отдельные геологические провинции, например, центральную часть Русской равнины, то по­родообразующих минералов на поверхности земли здесь еще меньше — около 20.

В целом химических соединений значительно больше, чем ми­нералов, но они в большинстве представляют собой вещества, по­лучаемые искусственно. В последнее время минералами стали на­зывать дополнительно еще два класса веществ:

• то, что раньше было принято называть минеральными веще­ствами, — неорганические соединения, присутствующие в пи­щевых продуктах, лекарствах, косметике;
• компоненты, образующиеся в процессе изготовления строи­тельных материалов, — кирпича, бетона, керамики и т.д.

Минералы бывают в основном твердыми, значительно реже жидкими (подземные воды) и газообразными (радон, метан). Среди твердых минералов преобладают кристаллические, аморфные и коллоидные (встречаются реже). По внешнему виду минералы очень разнообразны и обладают большим количеством особен­ностей. Одно и то же сочетание химических элементов может крис­таллизоваться в различные структуры и образовывать различные минералы — это явление называется полиморфизмом. Например, модификации углерода (С) дают графит и алмаз; сульфид железа (FS2) образует два минерала — пирит и марказит, карбонат кальция СаС03 — минералы кальцит и арагонит.

Минералы бывают изотропными и анизотропными: изотропные одинаковы по свойствам во всех направлениях, а анизотропные различны в непараллельных направлениях.

По происхождению минералы принято подразделять на эндо­генные (глубинные) и экзогенные (образовавшиеся на поверх­ности; к ним же относятся минералы, образовавшиеся на дне моря). Многие минералы могут иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. С фактором происхождения не следует объединять фактор присутствия минерала в породе — многие эндогенные ми­нералы далее слагают осадочные (экзогенные) породы или присут­ствуют в них (например, кварц, имеющий магматическое или мета­морфическое происхождение, образует пески или песчаные и пы­леватые фракции и является существенной составной частью осадочных глинистых пород).

Диагностика минералов

Минералы обладают различными свой­ствами, одни из которых могут определяться визуально, другие — при помощи специальной аппаратуры. Свойства, определяемые визуально или с помощью простейших приспособлений (соляной кислоты, лупы, ножа, шкалы твердости), называют внешними, а соответствующую диагностику — макроскопической. Обычно ее вполне достаточно, чтобы определить названия породообразующих минералов и сложенных ими пород и в предварительной, оце­ночной форме судить о свойствах геологической среды.

К внешним свойствам минералов, определяемым макроскопи­чески, относятся: форма выделения, окраска, цвет порошка (черта), блеск, излом, спайность, твердость, удельный вес и некоторые особые свойства.

Форма выделения

Наиболее распространенные формы — крис­таллические, землистые и аморфные массы. Кристаллы называют изометричными, если они примерно одинаково развиты по всем трем направлениям. Вытянутые в одном направлении кристаллы называют столбчатыми, призматическими, игольчатыми, а вытяну­тые в двух направлениях — таблитчатыми, пластинчатыми, листо­ватыми. Прочие формы — это щетки (жеоды), конкреции и секре­ции, псевдоморфозы (окаменелости), оолиты и др..

Один минерал может иметь различные формы выделения, со­храняя при этом’неизменными прочие свойства.

Окраска

Окраска — цвет минерала. В природе имеются минералы, обла­дающие как какой-либо одной окраской, так и различными окрас­ками. Графит всегда темно-серый, а полевой шпат может иметь цвет от белого до черного — розовый, красный, серый, зеленый, коричневатый.

Цвет порошка (черта)

Как правило, цвет минерала имеет более темный оттенок, чем цвет минерала в порошке. Многие цветные минералы имеют белый порошок. Порошок получают посредством черчения образцом по фарфоровой пластинке — отсюда название свойства — черта. При черчении по фарфору получается идеальный порошок, тонким слоем лежащий на белом фоне. Про минералы с твердостью больше, чем у фарфора (> 6,5), говорят, что они черты не дают. Некоторые минералы хорошо диагностируются с по­мощью черты (например, черная роговая обманка имеет темно-зе­леную черту, черный лабрадор (полевой шпат) — белую или светло­серую, темно-серый гематит — вишневую).

Формы выделения минералов (схемы)

а — вытянутые кристаллы; б — плоские; в — изометричные; г — кристаллическая масса (порода); д — окаменелость (псевдоморфоза); е — дендрит; ж — почковидная натечная форма; з — сталактиты; и — сталагмиты; к — конкреция; л — секреция; м,н — оолиты; о — щетка (друза, жеода); п — роза (розетка)

Блеск

Блеск — это свойство минералов, как и всех предметов, отражать, преломлять, поглощать лучи света, а также наше восприятие отра­женного света. Блеск минерала следует определять по тем местам, где он блестит ярче всего — по поверхностям свежего скола (при необходимости скол надо получить). У одного минерала может на­блюдаться различный блеск (например, у пластинчатого гипса — стеклянный и перламутровый; у кварца — жирный на сколах и стек­лянный на выросших гранях). Назовем виды блеска, расположив их в списке по мере убывания интенсивности отраженного света.

• металлический. Минералы похожи на металлические пред­меты;
• полуметаллический, алмазный смоляной. Это яркие виды блеска; минералы, обладающие ими, довольно редки в природе, многие являются ценными полезными ископаемыми, но вряд ли будут встречаться при работах в области природообустройства;
• жирный. Поверхность минерала производит впечатление по­крытой тонким слоем масла. Чаще наблюдается у минералов, имеющих неровную поверхность, например, у кварца и опала;
• перламутровый. Наблюдается на ровных гладких поверх­ностях, дает легкий цветной отлив (примеры: тальк, в меньшей сте­пени гипс, слюды);
• стеклянный. Наблюдается на ровных гранях многих мине­ралов. Блестит одновременно вся поверхность (примеры: кальцит, ангидрит, полевые шпаты);
• шелковистый. Наблюдается у минералов с игольчатым из­ломом, когда поверхность скола напоминает длинные нитки блес­тящей капроновой ткани (примеры: асбест, роговая обманка, во­локнистый гипс);
• . матовый (слабый, тусклый). Поверхность даже на свежем сколе блестит слабо (примеры: кремень, халцедон, фосфорит в кон­крециях);
• минералы без блеска (примеры: фосфорит в землистых массах, монтмориллонит, каолинит).

Излом

Излом — форма поверхности минерала, получающаяся при раз­ламывании образца. Излом одного и того же образца можно оха­рактеризовать несколькими словами, которые без противоречия будут дополнять друг друга. Например, излом лимонита землистый и неровный одновременно, излом сахаровидного гипса зернистый и неровный у всего образца и ступенчатый, если присмотреться к кристаллам. Некоторые виды излома, поддающиеся схематич­ному изображению, представлены ниже.

Некоторые виды излома (схемы)

а — ступенчатый в кристалле; б — ступенчатый в кристаллической массе; в — игольчатый в кристаллической массе; г — крупнозернистый; д — раковистый

Виды излома:

• ступенчатый. Легко определяется у одиночных кристаллов, имеющих плоскости излома, например, у кальцита и слюд. Сложнее бывает увидеть ступенчатый излом у кристаллов внутри кристалли­ческих масс. В таких случаях следует найти кристаллы и обратить внимание на небольшие плоскости у них, в то время как весь об­разец будет производить впечатление неровного или зернистого, как, например, у лабрадора или доломита;
• игольчатый (занозистый, волокнистый). Похож на излом древесины или какого-то волокнистого материала; наблюдается у роговой обманки, асбеста;
• зернистый (сахаровидный). Наблюдается у минералов с мел­кокристаллической формой выделения; кристаллы еще видны, а их излом виден уже плохо (примеры: ангидрит, мелкокристаллический апатит);
• землистый. Наблюдается у минералов с негладкой поверх­ностью, у которых кристаллы не видны из-за малых размеров. Об­разцы похожи на сухую землю, не имеют блеска, часто пачкают руки (примеры: лимонит, фосфорит, глинистые минералы);
• раковистый. Чаще наблюдается у аморфных минералов. По­верхности излома блестящие, выпуклые или вогнутые, гладкие,
  с острыми краями, что использовалось древними людьми при изго­товлении инструмента и оружия (примеры: кремень, халцедон, об­сидиан, кварц);
• неровный. Минерал при раскалывании образует непра­вильные, незакономерные поверхности (примеры: мелкокристал­лический кварц, фосфорит).

Спайность

Спайность — это способность кристаллических минералов рас­калываться по особым направлениям кристаллической решетки. У предметов, окружающих нас в повседневной жизни, это свойство не наблюдается. За счет спайности при раскалывании минералов могут образовываться плоскости, иголки или волокна. Спайностью обладает большинство кристаллических минералов и не могут об­ладать аморфные минералы. Поверхности спайности не следует пу­тать с гранями, образовавшимися при росте кристалла. Спайность хорошо видна в крупных кристаллах (пример: слюда или полевой шпат). В разбитых образцах крупнокристаллических масс спай­ность определяется уже потому, что видны сами кристаллы — каждый дал свою плоскость, отличную от соседней.

Схема спайности

а — крупный кристалл расколется только по трещинам, параллельным граням; б — в кристаллической массе хорошо видны сколы, проходящие по плоскостям спайности

Спайность бывает различной. Она может проявляться очень хорошо, как у слюды, и отсутствовать, как у кристаллов кварца. По степени совершенства выделяется пять видов спайности: весьма совершенная, совершенная, средняя, несовершенная, весьма несо­вершенная (спайности фактически нет). Если спайности нет, часто бывает невозможно понять, где закончился один кристалл и на­чался следующий. Спайность совсем не видна у минералов, пред­ставленных землистыми массами. В этом случае она определяется под микроскопом, а данные публикуются. Вследствие анизотро­пии кристаллов даже внутри одного минерала спайность может проявляться по-разному, например, полевой шпат имеет совер­шенную спайность по двум направлениям и среднюю — по треть­ему. Слюды имеют весьма совершенную спайность в одном направлении и не имеют ее по двум другим.

Кристалл слюды

Спайность в одном направлении, по двум другим направлениям спайности нет, слюда разрывается наподобие листа бумаги. Выросшие грани не учитываются.

Как можно понять из сказанного, спайность довольно тесно свя­зана с изломом. Она имеется у минералов со ступенчатым, игольча­тым и крупнозернистым изломом и отсутствует у минералов с ра­ковистым изломом. О спайности минералов с мелкозернистым, землистым, неровным изломом следует читать в справочниках.

Плотность (удельный вес)

Определяется она на глаз. Боль­шинство минералов имеет плотность 2,5—3,5 г/см3. Плотность по­могает узнать легкие породы — трепел, опоку, диатомит, высохшую глину, так как у них плотность менее 2,0 г/см3, у тяжелых мине­ралов плотность более 4 г/см3.

Твердость

Твердость — сопротивление поверхности материала царапанью, резанию, вдавливанию, истиранию. Это очень удобное свойство для простейшей диагностики минералов. У минералов постоянная твердость. Образец всегда можно попробовать поцарапать ногтем,

ножом, кусочком стекла. Можно также острым углом образца по­царапать другие материалы.

В геологической практике при простейшей диагностике принято сравнивать рассматриваемый образец с минералами-эталонами путем царапанья их друг о друга. В качестве эталона используется шкала немецкого геолога Фридриха Мооса. Шкала в условных еди­ницах имеет размах от 1 до 10.

Твердость минералов

С помощью шкалы Мооса удается измерить твердость мине­ралов с точностью до 0,5 или 1. Полученный результат объявляется, например, так: доломит имеет твердость 3,5.

Особые свойства. Сюда относятся необычные свойства, име­ющиеся лишь у отдельных минералов.

1. Реакция с кислотами. В нее вступают кальцит, доломит и другие карбонаты: СаС03 (кальцит) + 2НС1 (соляная кислота) —> СаС12 + Н20 + С02↑.
2. Запах при трении. Его может иметь фосфорит.
3. Соленый вкус имеет галит (NaCl), горький вкус — сильвин (КС1).
4. Восприятие на ощупь. Жирными, скользкими могут быть тальк и каолинит.
5. Иризация — появление красивого синего отблеска на сколах спайности лабрадора.
6. Магнитность. Проверяется по реакции стрелки компаса. Ею обладают некоторые минералы, содержащие железо, кобальт, никель.
7. Двойное лучепреломление. Некоторые прозрачные минералы раздваивают изображение. Хорошо видно, если положить такой об­разец на текст и смотреть сквозь него.