Макроскопическое определение породообразующих минералов
1.Физические свойства минералов.
Физические свойства минералов имеют большое практическое значение и очень важны для их диагностики. Они зависят от химического состава и типа кристаллической структуры. Физические свойства могут представлять скалярную величину (независимо от направления), например плотность, или быть векторными (зависящими от направления), например твердость, спайность, оптические свойства.
Плотность (г/см3). Подавляющая масса минералов имеет плотность от 2,5 до 3,5, что и обусловливает плотность земной коры, равную примерно 2,7-2,8. Минералы по плотности условно можно разделить на три группы: легкие (плотность до 3,0), средние (плотностью от 3,0 до 4) и тяжелые (плотность более 4).
Наибольшую плотность имеют самородные элементы – золото, серебро, минералы группы платины. В кристаллах одного и того же состава плотность определяется характером упаковки атомов в единичной структурной ячейке. Примером могут служить алмаз и графит с плотностями соответственно 3,5 и 2,2.
Задание№1: Определить плотность минерала с помощью пикнометра.
Вымытый и высушенный пикнометр взвешивают на аналитических весах с точностью до 0,0001 г. Затем его наполняют дистиллированной водой до метки. Протирают с поверхности фильтрованной бумагой и снова взвешивают. Затем выливают из пикнометра воду, высушивают его, помещают в пикнометр столько воды, чтобы объем минерала и воды не превышал 2/3 объема пикнометра, и кипячением удаляют пузырьки воздуха из воды; затем доливают воду до метки и взвешивают.
Плотность минерала:
d =P/V=(P3-P1)·dt / (P2-P1)-(P4-P3)
где Р1- масса пустого пикнометра;
Р2-масса пикнометра с водой;
Р3-масса пикнометра с минералом;
Р4- масса пикнометра с минералом и водой;
dt- плотность воды при температуре взвешивания.
2.Оптические свойства.
Цвет. Минералы могут иметь самые различные цвета и оттенки. Одни минералы имеют определенный цвет, по которому можно их безошибочно определить, например красная киноварь, золотистый пирит, зеленый малахит, синий лазурит. Другие минералы, такие, как турмалин, берилл, гранат, флюорит, кварц, могут быть различно окрашенными. Турмалин бывает черным, розовым, зеленым, бесцветным.
Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей и главным образом от присутствия элементов-хромоформов (Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U), т. е. носителей окраски.
Побежалость – пестрая или радужная окраска приповерхностного слоя. Она объясняется появлением тонких поверхностных пленок за счет изменения, например окисления, минералов.
Цвет черты. Минералы, твердость которых невелика, оставляют черту на неглазурованной фарфоровой пластинке. Цвет черты, или цвет минерала в порошке может отличаться от цвета самого минерала. Так, черные по внешнему виду гематит, хромит, сфалерит оставляют соответственно вишнево-красную, желтую и темно-коричневую черту.
Блеск. Различают минералы с металлическим и неметаллическим блеском. Металлический блеск имеют те минералы, которые дают черную черту. Минералы с металлическим блеском напоминают блеск отполированной поверхности металла. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих любую цветную или белую черту. Минералы с неметаллическим блеском обычно прозрачные или полупрозрачные. Среди них выделяют несколько разновидностей блеска: стеклянный (кальцит, горный хрусталь); жирный (тальк, сера, нефелин); перламутровый - отливает радужным цветом (гипс, кальцит); алмазный- яркий, искрящийся; шелковый- характерен для минералов волокнистого строения; смолистый – подобен жирному блеску, но свойствен темноокрашенным минералам; восковой – некоторые светлоокрашенные минералы с тонкозернистым или тонковолокнистым строением (халцедон); матовый – обычно минералы в виде землистых скоплений (глинистые минералы каолинит, монтмориллонит).
Прозрачность - свойство минерала пропускать через себя свет (прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные).
3.Электрические свойства.
Пироэлектричество- электричество, возникающее в кристаллах в связи с изменением температуры.
Пьезоэлектричество – электричество, возникающее в кристаллах при растяжении или сжатии.
Магнитность – способность минералов притягивать магнитную стрелку. Минералы, обладающие сильным полярным магнетизмом, называются ферромагнитными. Железосодержащие минералы с более слабым магнетизмом называются парамагнитными.
Магнитность мелких зерен минерала проверяют притяжением их к магниту.
Люминесценция. Некоторые минералы при воздействии на них ультрафиолетовых, катодных или рентгеновских лучей могут излучать свет («холодное свечение»). Минералы люминесцируют также при растрескивании, расщеплении, нагревании.
Радиоактивность – содержание радиоактивных элементов в минералах (уран, радий и др.). Радиоактивностью называется превращение неустойчивых изотопов одного химического элемента в изотопы другого с излучением элементарных частиц.
4. Механические свойства минералов обнаруживаются при механическом воздействии (сжатии, растяжении, ударе) на них. Они различны в разных направлениях и связаны с анизотропией кристаллов.
Спайность – способность кристаллов раскалываться по определенным кристаллографическим плоскостям с образованием блестящих поверхностей. Спайность может проявляться в одном, двух, трех, четырех и шести кристаллографических направлениях.
Для оценки спайности существует следующая шкала:
1. Спайность весьма совершенная – кристалл колется на тончайшие пластинки с зеркальной поверхностью (слюда, гипс).
2. Спайность совершенная – кристалл в любом месте колется по определенным направлениям, образуя ровные поверхности; неправильный излом получается крайне редко (кальцит, галит, галенит).
3. Спайность средняя – при расколе образуются как ровные спайные поверхности, так и неровные поверхности излома (полевые шпаты, роговая обманка).
4. Спайность несовершенная – ровные спайные поверхности редки, при разломе большей частью образуется неправильный излом (берилл, апатит).
5. Спайность весьма несовершенная – практически нет спайности, кристаллы имеют неровные поверхности излома при расколе (кварц, касситерит).
Минералы, не имеющие спайности или имеющие несовершенную спайность, раскалываются по неровным плоскостям излома.
Излом в минералах может быть неровный (самородная сера, апатит, касситерит), ступенчатый (полевые шпаты), занозистый (актинолит, тремолит), раковистый (кварц, халцедон, опал), крючковатый (самородные элементы – золото, медь, платина) и других видов.
Твердость – способность кристалла сопротивляться механическому воздействию более прочного тела. Твердость диагностируемого минерала сравнивается «царапанием» с эталонным набором – шкалой Мооса.
Шкала Мооса включает 10 минералов, твердость которых последовательно возрастает на единицу:
1.Тальк 4. Флюорит 7. Кварц 10. Алмаз
2.Гипс 5. Апатит 8. Топаз
3.Кальцит 6. Полевой шпат 9. Корунд
Эталоны шкалы Мооса могут заменить следующие предметы: лезвие стального ножа – твердость около 5,5, напильник – около 7, простое стекло – 5, медная монета – около 3; минералы, имеющие твердость 2, легко чертятся ногтем. Точное определение твердости получают с помощью специальных приборов склерометров (твердомеров).
Задание №2 По диагностическим признакам определить название минерала, руководствуясь схемой определения минерала (смотри ниже): прежде всего, определяется твердость минерала, которая предположим, оказывается равной 3. Следовательно, минерал относится ко второй группе по твердости, то есть к группе минералов с твердостью 2-3). Затем определяется блеск минерала. Для этого необходимо найти свежую поверхность скола. Допустим, что блеск минерала стеклянный. Обращаемся к подгруппе 2 (минералы со стеклянным или перламутровым блеском). В этой подгруппе имеется пять номеров: 34,32,31,13,15, каждому из которых присуще то или иное определенное свойство. Например, для №34 характерны зеленый цвет, мелкие зерна и черта зеленая; для №32 – черный цвет и способность расщепляться на тонкие листочки, для №31 – светлый цвет и расщепляемость на тонкие листочки, для №13 – соленость, для №15 – «вскипание» с соляной кислотой.
Оказывается, что определяемый минерал не соленый и не расщепляется на листочки, но от действия слабой соляной кислоты на свежую поверхность бурно «вскипает». Минерал с подобными свойствами имеет №15. Далее следует перейти к таблице 2, где главные породообразующие минералы распределены по минералогическим классам, и под этим номером находим, что это кальцит. Определив все остальные свойства минерала, по схеме, приведенной выше, окончательно убеждаемся в правильности нашей характеристики (название, химический состав, цвет, цвет черты, спайность и излом, форма кристаллов, плотность, формы нахождения в природе и специфические диагностические свойства).