САМОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ простые вещества Все

САМОРОДНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ (простые вещества)

• Все простые вещества — очень редкие минералы, суммарно они слагают не более 0, 02 % массы земной коры. • Известно около 100 самородных элементов (минералов).

Самородные элементы • Газообразные (кислород, азот, водород, инертные газы); • Жидкие (ртуть, амальгамы золота и серебра); • Твердые самородные вещества (минералы).

Твердые самородные минералы • элементарные вещества (как говорят, самородные элементы), например графит С, алмаз С, медь Сu, висмут Bi делятся на: – Самородные металлы (золото, серебро, медь, железо, платина, висмут, сурьма, мышьяк и др. ); – Самородные неметаллы (сера, алмаз, графит); • твердые растворы (изоморфные смеси) металлов друге, например, минералы состава (Au, Ag), (Au, Сu), (Pt, Fe), (Os, Ir); • особые химические соединения — интерметаллиды Pt 3 Sn, Pt 2 Fe. Ni, Cu 3 Au 2, Cu 7 Hg 6 и др.

Кристаллохимические особенности • Большинство самородных металлов и твердые растворы металлов друге имеют структуру, отвечающую плотнейшим упаковкам — кубической или гексагональной. • Чем сильнее химические свойства и характер связей в простом веществе отличаются от металлических, тем более структура минерала отходит от идеальной, плотнейшей упаковки.

Формы выделений самородных элементов (минералов) разнообразны: • каплевидные зёрна; • идиоморфные или нитевидные кристаллы, проволочно-вытянутые формы; • плоские дендриты; • ксеноморфные угловатые или пластинчатые (плёночные) образования (по границам сопутствующих минеральных индивидов и по трещинам).

Морфология и физические свойства • Габитус кристаллов : – Металлы - куб, октаэдр, ромбододекаэдр; – Неметаллы – Ромбические и гексагональные пирамиды, би- и дипирамиды, комбинации с участием пинакоидов и др. (только у алмаза кристаллы изометрического габитуса кубической и октаэдрической формы)

Для металлических минералов характерно: - металлический блеск; - высокая теплопроводность; - высокая электропроводность; - ковкость; - высокий удельный вес; - у многих (Au, Ag, Cu) низкая твердость; - часто крючковатый излом - несовершенная спайность.

Для неметаллических минералов характерно: - относительно низкая плотность (до 3, 5 – алмаз); - различная твердость (от 1 до 10); - различная спайность (от совершенной до несовершенной); - плохая тепло и электропроводность (исключение графит); - раковистый и неровный излом.

Условия образования • Малая химическая активность элементов (Au, Pt, Ir, Os); • Малая химическая активность кислорода в среде минералообразования (Feтеллурическое и Cu в основных породах); • Приповерхностное окисление некоторых руд (например, халькопирита (Cu. Fe. S 2)); • биохимические реакции (S); • Падение метеоритов (Fe-метеоритное (камасит), S, C (лонсдейлит)).

Золото (Au) Форма Кристаллы – октаэдры, реже – ромбододекаэдры и кубы. Чаще в виде зерен, дендритов, пленок, вкраплений. Сингония Кубическая Цвет Золотисто-желтый Цвет черты От золотистожелтого до серебряно-белого Блеск Металлический Твёрдость 2 -3 Спайность Весьма несовершенная Излом Неровный Особое свойство Тугоплавко, растворяется только в царской водке. Очень высокая плотность – от 15 до 19.

Медь (Cu) Форма Кристаллы редки (куб, октаэдр, ромбододекаэдр). Чаще в виде дендритов, тонких пластинок, порошковатых скоплений и сплошных масс. Сингония Кубическая Цвет Медно-красный Цвет черты Медно-красный, блестящий Блеск Металлический Твёрдость 2, 5 -3 Спайность Весьма несовершенная Излом Крючковатый, неровный Особое свойство Иногда имеет побежалость

Платина (поликсен) Pt Форма Кристаллы редки. Встречается в виде самородков, неправильных зерен, конкреций, сталактитовых форм Сингония Кубическая Цвет Разный: сероватосеребристый, свинцово-серый, желтоватый, черный Цвет черты Стально-серый Блеск Яркий или тусклый металлический Твёрдость от 4 до 7 Спайность Весьма несовершенная Излом Крючковатый, неровный Особое свойство Иногда магнитен. Очень высокая плотность (выше 19)

Самородное железо (теллурическое) Fe Форма Кристаллы редки. Встречается в виде плотных зерен с неправильными извилистыми очертаниями, губчатых скоплений в базальтовых породах Сингония Кубическая Цвет Стально-серый в свежем изломе Цвет черты Блестящий серочерный Блеск Металлический Твёрдость 4 -5 Спайность Весьма несовершенная Излом Крючковатый, неровный Особое свойство Сильно магнитен.

Серебро (Аg) Форма Кристаллы редки (куб, октаэдр). Встречается в виде дендритов, волосовидных образований (часто скрученных и изогнутых), неправильных зерен, самородков. Сингония Кубическая Цвет Серебряно-белый свежем изломе Цвет черты Белый, блестящий Блеск Металлический Твёрдость 4 -5 Спайность Весьма несовершенная Излом Крючковатый

Алмаз (С) Форма Кристаллы обычны. Облик кристаллов октаэдрический, реже кубический, ромбо- и тетраэдрический. Сингония Кубическая Цвет Бесцветный водянопрозрачный, но может быть и окрашенным Блеск Алмазный до жирного Твёрдость 10 Спайность Средняя Излом Раковистый Особое свойство Самый твердый минерал на Земле

Графит (С) Форма Тонкочешуйчатые, землистые агрегаты, пластинки и сферические радиальнолучистые агрегаты. Сингония Гексагональная Цвет Темно-серый, железочерный Цвет черты Темно-свинцовосерая Блеск Полуметаллический, матовый Твёрдость 1 Спайность Совершенная Излом Зернистый, ровный Особое свойство Тепло- и электропроводен, жирен на ощупь

Cера (S) Форма Сплошные массы, натечные, шаровидные, почковидные и сталактитовые образования. Кристаллы бипирамидального и толстотаблитчатого вида. Сингония Ромбическая и две моноклинные Цвет Желтый, зеленоватый Цвет черты Бесцветный Блеск Алмазный на гранях, жирный на изломе Твёрдость 1 -2 Спайность Несовершенная Излом Неровный Особое свойство Хороший изолятор

Сульфиды

Сульфиды природные соединения металлов и некоторых неметаллов с S. В химическом отношении - соли сероводородной кислоты H 2 S. • Главнейшие элементы, образующие сульфиды: Fe, Zn, Cu, Mo, Ag, Hg, Pb, Bi, Ni, Co, Mn, V, As, Sb. • К сульфидам относят и близкие к ним по свойствам антимониды, арсениды, селениды и теллуриды. • Отмечается изоморфное замещение одних химических элементов другими и примесь редких элементов (Cd, Ga, In, Re и др. ) • .

• Сульфиды составляют около 0, 15 % массы земной коры. • Выделяют около 600 минеральных видов сульфидов и их аналогов.

С позиций общей химии сернистые соединения можно разбить на четыре класса: 1. простые сульфиды - соли сероводородной кислоты (сфалерит Zn. S, киноварь Hg. S, сульфид молибдена (IV) — молибденит Mo. S 2 и др. );

2. сложные сульфиды, это двойные и многокомпонентные соли сероводородной кислоты (халькопирит Cu. Fe. S 2, борнит Cu 5 Fe. S 4, станнин Cu 2 Fe. Sn. S и др. );

3. Соли тиокислот (сульфокислот), т. е. бескислородных кислот, в которых роль кислорода играет сера. Например, прустит Ag 3(Sb. S 3) — это серебряная соль сурьмяной сульфокислоты H 3 Sb. S 3;

4. полисернистые соединения (персульфиды), они формально трактуются как соли полисернистой кислоты H 2 S 2 со своеобразным комплексным двухзарядным анионом (S 2)2 - в их кристаллических сруктурах (дисульфид железа (II) — пирит Fe(S 2) и др. ).

• Для сульфидов характерно сочетание в кристаллических постройках этих минералов типичного ионообразователя (серы) и типичных металлов (железа, меди, свинца, цинка и др. ). Важно и соотношение их размеров: радиус S 2 - составляет 0, 184 нм, радиусы Pb 2+, Fe 2+, Co 2+, Zn 2+, — соответственно 0, 119, 0, 078, 0, 075, 0, 074 нм

Разница в ионных радиусах приводит к формированию неплотных упаковок атомов и ионов, что вызывает низкую химическую устойчивость атомов в кристаллических структурах. Атомы серы способны к легкой поляризации ионов, что вызывает возникновение ионно-ковалентнометаллических химических связей.

Все разнообразие кристаллических структур сульфидов и их аналогов подразделяется на следующие условные типы: координационные, островные, цепочечные (ленточные), слоистые, с комплексными анионами.

Физические свойства сульфидов очень специфичны. Внешне они подобны металлам - непрозрачны, имеют металлический или металловидный блеск, цвета, как и у металлов, в большинстве случаев серочерные и желтые (реже — красные и синие) разной интенсивности и оттенков, электропроводны, высокая плотность. (Все эти особенности физических свойств обусловлены смешанным, частично металлическим характером химических связей в сульфидах. )

Все сульфиды, за исключением персульфидов, обладают относительно низкой твердостью — от 1 до 5 (т. е. мягче стекла). Твердость персульфидов (пирита, кобальтина, марказита, арсенопирита) равна или более 5, что предопределено проявлением в них преимущественно ковалентных, сильных связей внутри островных группировок

• • • Сульфиды железа Пирит Fe. S 2 Марказит Fe. S 2 Пирротин Fe. S Пентландит [Fe, Ni]9 S 8 Арсенопирит Fe. As. S

Сульфиды меди • Халькопирит Cu. Fe. S 2 • Халькозин Cu 2 S • Ковеллин Cu. S

Сульфиды остальных металлов • Галенит Pb. S • • Cфалерит Zn. S Киноварь Hg. S Молибденит Mo. S 2 Аурипигмент As 2 S 3

Класс оксиды и гидроксидов

Оксиды и гидроксиды - соединения металлов и металлоидов с кислородом и гидроксилом (ОН) • Слагают около 17% массы земной коры; • Общее количество – около 300 минералов; • Наиболее распространены оксиды и гидрооксиды Si (12, 6% массы земной коры), Fe (4%), Al, Mn, Ti, Cr; • Преобладает ионный тип химической связи; • Кристаллохимические структуры обычно характеризуются тетраэдрической и октаэдрической группировкой кислорода и гидроксильных групп.

• Физические свойства оксидов связаны с кристаллохимической структурой. Оксиды, как правило, имеют большую твердость, высокую химическую стойкость, тугоплавкость, низкую растворимость. Удельный вес зависит от состава катионов.

• Гидроксиды за счет присутствия гидроксил-ионов имеют менее плотную упаковку частиц. Это приводит к меньшей твердости, более яркому цвету и лучшей спайности. • Гидроксиды трехволентных металлов обычно более твердые, чем гидроксиды двухвалентных и металлов с переменной валентность (Fe).

Цвет – разнообразен. • Оксиды Mg, Al, P в чистом виде бесцветны; • Оксиды Mn, Fe, Cr – как правило окрашены в различные цвета (в т. ч. черный) и чеще всего непрозрачны. Плотность – повышенная (у оксидов значительно больше плотности гидрооксидов).

Большинство оксидов имеет эндогенное происхождение (магматическое и метаморфическое), а также гидротермальное. Большинство гидроксидов образуется на поверхности ( в результате выветривания (гипергенеза)) и окисления эндогенных минералов.

Оксиды кремния Кварц Si. O 2 В основе строения кварца –кремнекислородные тетраэдры - тетраэдрические группировки анионов О 2, между которыми располагается катион Si Связь - КОВАЛЕНТНАЯ Si. O 4 4 - - Кремнекислородный тетраэдр

Кристаллохимическая структура кварца Высокотемпературный кварц, устойчивый при t 573 -867*C, – менее плотный каркас, гексагональная сингония Кристаллохимическая структура – каркас кремнекислородных тетраэдров Низкокотемпературный кварц, устойчивый при t ниже 573*C, – более плотный каркас, тригональная сингония

Свойства кварца Форма Кристаллы гексагональные, трапецоэдрические, бипирамидальные. Характерны друзы, щетки, жеоды, кристаллические и зернистые агрегаты Сингония Тригональная у альфакварца, гексагональная у бета-кварца Цвет Бесцветен. Окраска обусловлена механическими включениями и дефектами в кристаллической решетке Блеск Стеклянный на гранях, жирный на изломе Твёрдость 7 Спайность Весьма несовершенная Излом Раковистый, неровный

Разновидности кварца Горный хрусталь Аметист Цитрин Белый кварц Празем Розовый кварц Морион Раухтопаз

Халцедон Si. O 2 скрытокристаллическая разновидность кварца Форма Сплошные массы, натечные, почковидные, сталактитоподобные образования Цвет Зависит от примесей Блеск Восковой, матовый Твёрдость 7 -8 Спайность Отсутствует Излом Раковистый, неровный

Разновидности халцедона Сердолик Оникс Кахалонг Кремень Хризопраз Яшма

Разновидность халцедона - агат

Опал Si. O 2 n. H 2 O (аморфный) Форма Плотные стеклоподобные натечные массы, конкреции, корки, оолиты, псевдоморфозы Цвет Зависит от примесей Блеск Восковой, матовый Твёрдость от 1 до 6 Спайность Отсутствует Излом Раковистый Молочный опал Огненный опал

Разновидности опала

О к с и д ы и г и д р оо к с и д ы ж е л е з а Гётит Fe. OOH и Гидрогётит Fe. OOH n. H 2 O Форма Кристаллы – волокнистые, игольчатые, столбчатые – редки. Сплошные, пористые, ноздреватые массы. Почковидные, сталактитовые, оолитовые образования Сингония Ромбическая Цвет Темно-бурый, черный, ржаво-бурый Цвет черты Желтовато-бурый Блеск Полуметаллический, матовый Твёрдость 5 -5, 5 Спайность Совершенная Гётит Гидрогётит

Гематит Fe 2 O 3 и Гидрогематит Fe 2 O 3 n. H 2 O Гематит Гидрогематит - тонкокристаллический гематит, содержащий до 8% воды. Форма Кристаллы пластинчатые и ромбоэдрические, реже призматические и скаленоэдрические. Натечные, почковидные массы. Землистые, чешуйчатые, зернистые агрегаты Сингония Тригональная Цвет Стально-серый, у скрытокристаллических агрегатов – матово-красный Черта Вишнево-красная Блеск Полуметаллический, матовый Твёрдость 5 -6 Спайность Отсутствует

Формы выделений гематита Скрытокристаллический Натечные массы агрегат Железная слюдка Почковидные массы Крупнокристаллический агрегат Гематитовая «роза»

Магнетит Fe. Fe 2 O 4 (магнитный железняк) Псевдоморфоза гематита по магнетиту Форма Кристаллы октаэдрического, реже додекаэдрического облика. Кристаллические и зернистые массы, вкрапления в изверженных породах Сингония Кубическая Цвет Железо-черный Черта Черная Блеск Полуметаллический, матовый Твёрдость 5, 5 -6 Спайность Отсутствует Излом Неровный Особое свойство Сильно магнитен

Хромит Fe. Cr 2 O 4 (хромистый железняк) Форма Зернистые массы, вкрапленные округлые зерна, редко кристаллы октаэдрического облика. Сингония Кубическая Цвет Черный Черта Коричневая, бурая Блеск Металлический Твёрдость 5, 5 -7, 5 Спайность Отсутствует Излом Неровный

Оксиды и гидроксиды алюминия Боксит – сложная смесь минералов гидроксидов Al и Fe с глинистыми минералами. Представлен рыхлыми глинистыми массами, оолитами, реже – уплотненными породами.

Гидроксиды алюминия Гидраргиллит (гиббсит) Al(OH)3 Форма Кристаллы таблитчатого или столбчатого вида. Листоватые, чешуйчатые, волокнистые, натечные образования Сингония Ромбическая Цвет Белый, желтовато-бурый, серый, зеленоватый, розовый Черта Белая Блеск Стеклянный, перламутровый Твёрдость 2 - 3 Спайность Совершенная

Гидроксиды алюминия Диаспор Al. OOH Форма Кристаллы таблитчатого или столбчатого вида. Листоватые, чешуйчатые, волокнистые, натечные образования Сингония Ромбическая Цвет Белый, желтовато-бурый, серый, зеленоватый, розовый Черта Белая Блеск Стеклянный, перламутровый Твёрдость 6, 5 -7 Спайность Совершенная Полиморфная модификация – бёмит (менее твердый-3, 5)

Корунд Al 2 O 3 Форма Кристаллы призматические, дипирамидальные, бочонкообразные. Мелкозернистые агрегаты. Сингония Тригональная Цвет Обычно синевато- или желтовато-серый Блеск Стеклянный, алмазный Твёрдость 9 Спайность Отсутствует Излом Неровный, раковистый

Драгоценные разновидности корунда Сапфир Рубин Ограненный кристалл сапфира

Пиролюзит Mn. O 2 Форма Кристаллы призматические, но встречается, как правило, в землистых, сажистых, сплошных кристаллических и скрытокристаллических массах. Иногда лучистые агрегаты. Корки. Конкреции. Сингония Тетрагональная Цвет Черный, на кристаллах стально-серый Черта Черная Блеск Металлический, матовый Твёрдость 6 -6, 5 для кристаллов, 1 -2 для землистых разностей Спайность Совершенная Излом Неровный, раковистый

Касситерит Sn. O 2 Форма Кристаллы дипирамидальные, призматические – хорошо выражены. Встречается в кристаллических агрегатах и вкрапленниках в горные породы. Сингония Тетрагональная Цвет Разный, от бесцветного до черного Блеск От алмазного до смоляного, полуметаллического и матового Твёрдость 6 -7 Спайность Несовершенная Излом Неровный, полураковистый

Соли кислородных кислот Для всех этих минералов характерно наличие в их структуре комплексных анионов с ковалентной связью внутри аниона по донорноакцепторному механизму. Между комплексным анионом и катионом связь, как правило, ионная.

Химические связи в молекулах кальцита (Ca. CO 3)и ангидрита (Ca. SO 4)

Соли кислородных кислот • Карбонаты – соли угольной кислоты, анион (CO 3)2 -; • Сульфаты – соли серной кислоты, анион (SO 4)2 -; • Фосфаты –соли фосфорной кислоты, анион (PO 4)3 -

Минералы этих классов – соединения соответствующих анионов с двухвалентными щелочно-земельными металлами (Ca, Mg, Ba, Sr, реже Fe, Cu, Pb, Zn). Общие свойства: светлые, низкая твердость, низкая плотность, часто средняя и совершенная спайность, стеклянный блеск.

Карбонаты (кальцит)

Карбонаты Сидерит Доломит Магнезит

Карбонаты Смитсонит Арагонит

Малахит

Азурит

Сульфаты (гипс)

Сульфаты (ангидрит)

Сульфаты (барит, целестин )

Сульфаты (ярозит)

Фосфаты (апатит)

Фосфорит (тонкозернистый апатит)

Галогенные соединения • Катионы – щелочные (K, Na) и щелочноземельные (Ca, Mg) металлы, реже Fe, Pb; • Анионы – Cl, F, Br, I. Отличаются координационно-ионной структурой, кристаллизуются в кубической сингонии. Твердость – низкая, плотность – средняя, спайность – часто совершенная. Многие минералы хорошо растворимы в воде.

Галит

Сильвин

Флюорит