Основные сведения по минералогии

Минералогия - наука о минералах. Изучение минералов невозможно без предварительного знакомства с основными понятиями кристаллографии, так как среди природных минералов 98% имеют кристаллическое строение. Мы живем в мире кристаллов. Из них состоят не только горные породы, минералы и металлы, но и такие вещества, как каучук, сажа, шерсть, шелк, целлюлоза.

Минералы, характеризующиеся кристаллическим строением, имеют упорядоченное расположение слагающих их мельчайших частиц: атомов, ионов и молекул. Примерами минералов кристаллического строения могут служить кварц, кальцит, полевой шпат и др.

Минералы аморфного строения характеризуются беспорядочным, хаотическим расположением мельчайших частиц (например, опал).

Существует три типа решеток кристаллических минералов: 1. Атомная, где в узлах кристаллической решетки находятся атомы (например, алмаз, сера). 2. Ионная, где в узлах решетки расположены ионы (например, каменная соль, пирит). 3. Молекулярная - в узлах решетки находятся молекулы (сахар, аспирин).

Различие во внутреннем строении кристаллических и аморфных минералов сказывается и в различии их свойств.

Для кристаллических тел характерна анизотропность (векториальность). Она выражается в том, что большинство физических свойств, кристаллов (твердость, цвет, электропроводность и др.) являются одинаковыми по параллельным направлениям и различаются по непараллельным. В отличие от кристаллических анизотропных тел, аморфные тела являются изотропными, т. е. характеризуются одинаковыми физическими свойствами в различных направлениях.

Легко убедиться в различии свойств изотропных и анизотропных тел, проделав следующий опыт. Возьмем пластинку стекла и кристалл кварца. Покроем поверхность стекла и одну из граней кристалла кварца тонким слоем парафина или воска. Прикоснемся к поверхностям, покрытым парафином, нагретой стеклянной палочкой. Теплота, распространяясь по стеклянной пластинке и кристаллу, растопит парафин и приведет к образованию фигур таяния: на стекле в форме круга, на кварце в виде эллипса. Этот пример показывает, что в стекле, представляющем собой аморфное изотропное тело, тепло распространяется равномерно во все стороны, а в кварце - кристаллическом анизотропном минерале - распространение тепла идет быстрее вдоль кристалла, нежели поперек.

Многие минералы образуют хорошо выраженные правильные многогранники. Комбинации многогранников дают кристаллы. Каждому минералу присуща своя определенная форма кристаллов. Например, кристаллы горного хрусталя имеют вид шестигранных призм, ограниченных шестигранными пирамидами. Кристаллы каменной соли, пирита и флюорита часто встречаются в виде хорошо развитых кубических форм.

Законы построения кристаллов сформулировали русский кристаллограф Е. С. Федоров и немецкий кристаллограф А. Шенфис, причем Е. С. Федоров сделал это за 27 лет до практического подтверждения своих выводов с помощью рентгеновых лучей.

В мире кристаллов, как и в живой природе, существует симметрия. Элементами кристаллической симметрии являются плоскость симметрии, обладающая свойством зеркальности, ось симметрии (в том числе инверсионные оси симметрии), центр симметрии. В кристаллах элементы симметрии находятся во взаимосвязи. Установлено, что возможны только 32 комбинации различных их группировок, или 32 кристаллографических класса.

Кристаллографические классы объединяются в более крупные группировки, называемые системами или сингониями. Таких сингоний выделяется семь.

1. кубическая
2. гексагональная
3. тетрагональная
4. тригональная
5. ромбическая
6. моноклинная
7. триклинная

Кристаллы, объединяющиеся в средних сингониях, обладают только одной осью порядка выше второго. В кристаллах низших сингоний совсем отсутствуют оси симметрии или присутствуют только оси второго порядка.

Многообразие внешнего облика кристаллов, встречающихся в природе, обусловлено различными сочетаниями или комбинациями простых форм. Простой формой называется совокупность тождественных граней, связанных элементами симметрии. Для более точной характеристики кристалла определяют взаимное расположение его граней в пространстве по отношению к определенным координатным осям и некоторой исходной грани. Для определения грани применяют так называемые кристаллографические символы. При описании кристаллов и определении кристаллографических символов мы получаем для каждой простой формы или комбинации простых форм совокупность символов многих граней. Например, для куба мы будем иметь символы шести его граней: (100), (010), (001), (100), (010) и (00?).

При диагностике минералов их внешний облик является нередко одним из характерных признаков. При детальной диагностике исследуются также такие физические свойства, как твердость, цвет, блеск, спайность, излом, прозрачность и особые свойства (двойное лучепреломление, магнитность, штриховка на гранях, растворимость, вкус, запах и т. д.).

Рассмотрим подробнее твердость, являющуюся одним из важных физических свойств минералов. Твердость минералов определяется сопротивлением, которое оказывает минерал при его царапании определенными стандартными минералами (из шкалы твердости или шкалы Мооса).

Более точно твердость минералов определяют на специальных приборах, называемых склерометрами, по глубине вдавливания алмазной пирамидки.

В настоящее время известно более 2000 минералов. Минералы могут состоять из одного химического элемента (сера, алмаз, графит, золото и др.), либо из нескольких (кварц, кальцит, полевой шпат и др.). Большинство минералов являются твердыми телами. Однако есть жидкие минералы (вода, ртуть) и газообразные минералы (метан, сернистый газ, углекислый газ).

В основу современной классификации минералов положены два основных признака: химический состав и структура. Все минералы можно подразделить на природные образования и искусственные соединения.

Общая классификация минералов может быть представлена в упрощенном виде следующей схемой (по Бондареву В. П.):

1. самородные элементы;
2. сернистые соединения (сульфиды);
3. галоидные соединения (галогениды);
4. окислы и гидроокислы;
5. соли кислородных кислот: нитраты; карбонаты; сульфаты; хроматы; молибдаты и вольфраматы; фосфаты, арсенаты и ванадаты; бораты, силикаты.

Минералы и горные породы Сырьевые материалы силикатной промышленности Самородные элементы