Главные особенности минералов и их классификация 1. Структура минералов 2. Физические свойства 3. Образование минералов и горных пород 3. 1 эндогенные процессы 3. 2 экзогенные процессы 3. 3 метаморфические процессы 4. Классификация минералов
Минерал Это простое вещество или химическое соединение, возникающее в земной коре и на ее поверхности, а также полученное искусственным путем. Известно ~ 3000 минералов. Могут состоять из 1 элемента (сера, золото, графит) или нескольких (кварц, пирит, кальцит и др. ). Большинство минералов – твердые тела, но есть жидкие (ртуть, вода) и газообразные (метан, сернистый газ).
1. Структура минералов Кристаллическое строение (скрытокристаллическое) • состояние устойчивое • имеют форму многогранников • анизотропные свойства (т. е. кристаллы в разных направлениях имеют разные свойства) Аморфное состояние • состояние неустойчивое (с течением времени может переходить в кристаллическое) • не обладают кристаллическими решетками • свойства изотропны (т. е. одинаковые во всех направлениях)
Кристалл кварца и аморфный опал
Кристалл минерала Различают вершину, ребро и грань. Основной характеристикой строения кристаллов является симметрия. В каждом кристалле частицы, слагающие его, располагаются в пространстве правильными рядами, сетками и решетками. Соответственно, в кристалле выделяются ось, центр и плоскость симметрии.
Сингонии минералов Все разнообразие форм кристаллов минералов можно разделить на 7 крупных подразделений, которые называются сингониями (греч. «син» — сходно, «гония» — угол): триклинная, моноклинная, ромбическая, тетрагональная, тригональная, гексагональная и кубическая. Кристаллы триклинной, моноклинной и ромбической сингоний наименее симметричны, в них отсутствуют оси высших порядков. Тетрагональной сингонии имеют одну ось 4 -го порядка, Кристаллы гексагональной сингонии— ось 6 -го порядка кристаллы тригональной сингонии— одну ось 3 -го порядка. Кристаллы кубической сингонии обладают несколькими осями высшего порядка.
Сингонии
Формы минералов и агрегатов Все многообразие форм минералов можно условно разделить на три основные группы. Каждая группа характеризуется свойственным обликом: • одинаково развитые по всем трем измерениям— изометрические кристаллы (кубические кристаллы пирита, флюорита, галенита); • вытянутые в одном направлении— столбчатые, призматические, игольчатые (призматические кристаллы антимонита или горного хрусталя); • вытянутые в двух направлениях при сохранении третьего— таблитчатые, пластинчатые, листоватые, чешуйчатые кристаллы (тальк, биотит, гипс). В природе часто встречаются кристаллы причудливой формы, сростки минералов (двойники), конкреции, секреции, дендриты и друзы.
Габитус кристаллов и двойники I – изометрические формы: а-магнетит, в- пирит, в- гранат; II – удлиненные в одном направлении: г- барит, д- антимонит, е- кварц; III – вытянутые в 2 -х направлениях при сохранении 3 -го короткого: ж – барит, з - хлорит I – тип срастания: а – гипс, б – рутил; II – тип прорастания: в – флюорит, г – калиевый полевой шпат
Конкреции образуются при концентрации вещества вокруг центра кристаллизации (кальцит, флюорит). Концентрическое строение кристалла отражает стадийность формирования. Обычно конкреции имеют радиально лучистое округлое строение. Мелкие округлые – оолиты. Секреции образуются на внутренних стенках пустот в породах в виде минеральных наростов и кристаллов, иногда заполняют всю полость пород (горный хрусталь, кальцит). Мелкие называются миндалинами, крупные— жеодами. Сталактиты – натеки, свисающие со сводов пустот, Сталагмиты – натеки, растущие вверх со дна пещер. Дендриты— ветвящиеся сростки кристаллов (золото, серебро). Пример - зимние стекла, разрисованные ажурной мозаикой. Друзы — группа кристаллов, сросшиеся в основании (друзы кварца, кальцита, гипса, топаза, пирита и др. ) Псевдоморфозы – возникают при химических и др. внутренних изменениях, с сохранением формы.
2. Свойства минералов • физические показатели: внешняя форма, твердость, плотность, • оптические показатели: окраска, цвет черты, прозрачность, блеск, • механические свойства: спайность, хрупкость. Для отдельных минералов свойственны такие характеристики как вкус, запах, магнитность, радиоактивность, растворимость в воде или кислотах и т. д. малахит – только зелёный, кальцит – растворим в соляной кислоте, галит (поваренная соль) – растворяется в воде, алмаз – исключительно прочный, слюда – имеет листоватое строение, асбест – волокнистое строение и т. д.
Плотность Определяется визуально, путем взвешивания минерала на ладони. По этому принципу минералы делятся на легкие, средние и тяжелые. Легкие минералы имеют плотность от 1 до 3 г/см 3 (гипс, кварц, полевой шпат, галит). Средние минералы характеризуются условно плотностью от 3 до 4 г/см 3 (апатит, роговая обманка). Тяжелые минералы обладают плотностью свыше 4 г/см 3 (галенит, пирит, киноварь, вольфрамит, барит, гематит). Средняя плотность: осадочных пород – 2, 4 -2, 5 г/м 3, гранита, большинства метаморфических – 2, 7 -2, 8, основных магматических пород – 2, 9 -3, 0 г/м 3.
Твердость Это способность минералов противостоят внешним механическим воздействиям (например, царапанью). Различают твердости: 1) относительную (показывает твердость минералов по отношению друг к другу) 2) абсолютную (определяется прибором склерометром, который дает значения в МПа) Для определения относительной твердости используется 10 -балльная шкала твердости Мооса, состоящая из 10 эталонных минералов различной твердости. С помощью этих минералов путем царапанья можно определить ориентировочную твердость других минералов.
Твердость минералов (шкала Мооса) Эталонные минералы Относительная твердость Абсолютная твердость, МПа Тальк Mg 3(ОН)2[Si 4 O 10] 1 (карандаш) 24 Гипс – Са. SO 4· 2 H 2 O 2 (соль) 360 3 (2, 5 -3 -ноготь; 1090 3 (медная монета) 4 (железный 1890 гвоздь) Кальцит – Са. СО 3 Флюорит – Ca. F 2 Апатит Ca 5(F, Cl)[PO 4]3 – 5 (стекло) 5360 Ортоклаз – КAl[Si 3 O 8] 6 (стальной нож) 7967 Кварц – Si. O 2 7 (напильник) 11200 Топаз Al 2(F, OH)2[Si. O 4] Корунд – Al 2 O 3 – 8 14270 9 20600
Оптические свойства минералов Цвет определяется способностью минералов поглощать ту или иную часть спектра, часто обеспечен наличием элементов- хромофоров, примесями или дефектами кристаллической решетки (признак весьма условный, используется совместно с другими признаками). Турмалин бывает синий, розовый, зеленый, даже черный, Анапаит, уваровит, малахит – все могут быть зеленого цвета. Цвет черты, оставляемой минералом на фарфоровой пластинке. Для некоторых минералов черта является характерным признаком, может не совпадать с цветом минерала. Например, гематит и магнетит часто трудно отличить визуально, а по черте легко: гематит оставляет черту вишневого цвета, а магнетит— черного. Иризация – цветной отлив на гранях или плоскостях спайности, обусловленный включениями или трещинами, вызывающими интерференцию лучей света (лабрадор). Побежалость – цветная пленка на слегка окислившейся поверхности (халькопирит, борнит)
Лимонит, красно-бурый цвет обусловлен элементомхроматофором Fe 3+ Малахит, натечный почковидный агрегат, хроматофор – Cu 2+
Борнит, эффект побежалости Лабрадорит, с эффектом иризации
Блеск минералов Металлический (руды металлов – пирит, галенит, халькопирит) Неметаллический • алмазный блеск (алмаз, сфалерит и др. ); • стеклянный блеск (кварц, кальцит, полевой шпат и др. ); • жирный блеск (сера, нефелин и др. ); • шелковистый блеск (асбест, халцедон и др. ); полуметаллический (графит, гематит); • перламутровый (тальк).
Гипс, блеск стеклянный, отлив шелковистый Друза кристаллов сфалерита с кальцитом, блеск алмазный
Прозрачность Способность минералов пропускать свет. Многие минералы прозрачны. Например, кварц, гипс, алмаз и др. К непрозрачным относятся: магнетит, хромит, галенит, золото и др. Исландский шпат
Спайность Способность минералов при ударе раскалываться по определенным плоскостям. Различают несколько видов спайности: 1—весьма совершенная, 2—совершенная, 3—несовершенная. Весьма совершенная — минерал легко раскалывается на тонкие листочки или пластинки (тальк, мусковит, биотит, гипс). Совершенная— минерал раскалывается по нескольким направлениям (кальцит, флюорит, галенит). Несовершенная—при ударе образуются обломки с неровными поверхностями или вообще не образуется поверхностей (апатит, халькопирит, кварц).
Излом — вид поверхности, получаемый при ударе не по плоскости спайности. Все минералы отличаются по виду излома. Виды излома следующие: 1— раковистый, 2— занозистый, 3— зернистый и др. Раковистый излом— напоминает строение раковины (кварц, опал). Занозистый излом— имеет занозистое строение (асбест, роговая обманка). Зернистый излом— поверхность сложена зернами (ангидрит, галит). Крючковатый излом – редко, но встречается, типичный для самородных элементов (золото, серебро, медь).
Химические и специфические свойства Магнитность можно определить с помощью магнитной стрелки компаса (магнетит). Двойное лучепреломление наблюдается у кальцита (прозрачная разновидность). Для определения лучепреломления кристалл оптического кальцита следует положить на шрифт и наблюдать двойное лучепреломление. По вкусу можно отличить галит (он соленый) от сильвина (он горький). Реакция с 5% соляной кислотой характерна для минералов класса карбонатов (Са. СО 3+НСl=Са. Сl 2++СO 2+H 2 O). Жирность на ощупь свойственна минералам тальк, сера, молибденит и др. Штриховатость на гранях минерала является важным диагностическим признаком. Например, кристаллы кварца имеют штриховку, перпендикулярную вытянутым граням, а у турмалина ориентирована вдоль длинной стороны кристалл. Радиоактивность - обладают 97 природных минералов за счет содержания радиоактивных хим. элементов (U 238, Th 232, Ra, K 40 и др), дают излучение, интенсивность зависит от вида и количества этих элементов
3. Образование минералов и горных пород Эндогенный процесс – рождаются в недрах земной коры из магмы, которая представляет собой алюмосиликатный огненножидкий расплав. При остывании магмы, образуются минералы – кристаллические, плотные, с большой твердостью. Они хорошо противостоят воде, кислотам, щелочам. В этом процессе рождается около 700 минералов, например, такие как кварц Экзогенный процесс развит на поверхности Земли. Минералы рождаются на суше и в водной среде. Образование связано с процессом выветривания и разрушения горных пород и минералов, залегающих на поверхности земли. Из продуктов разрушения создаются новые минералы, более устойчивые к данной среде.
3. 1. Эндогенные процессы Магматический процесс обусловлен кристаллизацией минералов непосредственно из расплавленной магмы при ее остывании на глубине или во время ее движения к поверхности Земли при излиянии вулканов. Пегматитовый процесс наблюдается в последнюю стадию остывания силикатной магмы, насыщенной щелочами и газами, которая внедряется в трещины, линзы и полости, и по мере охлаждения кристаллизуется в крупные пегматитовые тела. Пневматолитовый процесс имеет место при кристаллизации расплава, насыщенного летучими компонентами, в условиях пониженного внешнего давления (осаждаются сера, флюорит, рудные минералы) Гидротермальный процесс – кристаллизация минералов при остывании горячего водного раствора.
3. 2. Экзогенные процессы Активную роль в этих процессах играет энергия солнца, ветра и воды. Минералы, образовавшиеся в экзогенный этап, подразделяются на осадочного генезиса, химического и органического. • Осадочные минералы и горные породы формируются в момент осадконакопления и изменения осадка; • Химические минералы, выделившиеся из пересыщенного водного раствора в основном под влиянием энергии Солнца (галит, карналит, ангидрит и другие); • Органические или биогенные (самородная сера, фосфориты, руды марганца и железа, каустбиолиты и другие).
3. 3. Метаморфические процессы Процессы изменения уже существующих минералов и горных пород под действием температуры и давления в земной коре. Возникшие при этом минералы— МЕТАМОРФОГЕННЫЕ. ИЗОМОРФИЗМ. Это свойство элементов замещать друга в кристаллических решетках минералов не нарушая их строения. Изоморфизм более характерен для минералов группы силикатов. ПОЛИМОРФИЗМ— способность двух или нескольких веществ одинакового состава кристаллизоваться в разных формах, иначе— изменение кристаллической решетки минералов под действием температуры и давления (алмаз и графит. Состав одинаковый-углерод, а кристаллизуются они в разные структуры: у алмаза- кубическая, у графита— гексагональная. Алмаз— самый твердый из минералов, а графит— самый мягкий. Физические свойства у этих минералов разные). Устойчивые разности одного вещества- модификации.
ПСЕВДОМОРФИЗМ Процесс замещения одного минерала другим при сохранении внешней формы замещаемых кристаллов. Псевдоморфозы превращения, вытеснения и выполнения. • Псевдоморфозы превращения одного минерала в другой с сохранением части входивших в них элементов. • Псевдоморфозы вытеснения выделяют в случае полного замещения первоначального вещества новым. • Псевдоморфозы выполнения образуются в случае заполнения новым веществом пустот, образовавшихся при выщелачивании первичного минерального вещества.
4. Классификация минералов по хим. составу N п/п Классы Минералы 1 Силикаты Ортоклаз– КAl[Si 3 O 8] 2 Карбонаты Кальцит – Са. СО 3 3 Оксиды Кварц – Si. O 2 4 Гидрооксиды Опал – Si. O 2·n. H 2 O 5 Сульфиды Пирит – Fe. S 2 6 Сульфаты Гипс – Са. SO 4· 2 H 2 O 7 Галоиды Галит – Na. Cl 8 Фосфаты Апатит – Ca 5(F, Cl)[PO 4]3 9 Вольфраматы Вольфрамит – (Fe, Mn)WO 4 10 Самородные элементы Алмаз – С
Соотношение между классами минералов Силикаты (80%) – наиболее многочисленный класс, включающий в себя до 800 минералов. Это алюмосиликаты, являющиеся основой магматических и метаморфических пород. В состав класса входят полевые шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др. Оксиды и гидрооксиды (17%) объединяют до 200 минералов. На их долю приходится до 17% массы земной коры. Наибольшее распространение: кварц, опал, лимонит. Карбонаты (1, 7%). Более 80 минералов, чаще всего встречаются кальцит, магнезит и доломит. Сульфаты (0, 1%) объединяют до 260 минералов. Среди них наибольшее значение имеют гипс и ангидрит. Сульфиды (0, 26%) - до 200 минералов. Пирит. Галоиды (менее 0, 5%) - до 100 минералов. Галит (поваренная соль).
Искусственные минералы Известно более 150 искусственно созданных минералов. Они создаются в двух направлениях: 1) как аналоги природных минералов, 2) как техногенные образования. Аналоги – копируют природные минералы: алмаз(С), корунд (Al 2 O 3), кварц в виде горного хрусталя (Si. O 2), барит (Ва. SO 4) и др. Часто превосходят природные по огранке и чистоте. Техногенные минералы создаются в промышленных условиях (в природе нет), представляют интерес для дорожного строительства, т. к. входят в дорожностроительные материалы (вяжущие, шлаки и др. ). Из них состоят цементы, огнеупоры, абразивы, керамика и т. д. Каждый минерал имеет строго определенные свойства. 1) Вяжущие св-ва: алит (3 Са. О·Si. O 2) и белит (2 Са. О·Si. O 2), входящие в цементы, 2) огнеупорными являются муллит (3 Аl 2 О· 2 Si. O 2) и периклаз (Мg. О), 3) высокую прочность имеют карбид кремния (Si. C) и т. д.
Скачать презентацию Главные особенности минералов и их классификация 1. Структура
Л.2 Минералы .ppt