Классификация минералов по химическому составу кратко

Обновлено: 05.07.2024

Минералы представляют собой химические природные соединения с кристаллической структурой. Они образовались на земле в результате геохимических и геологических процессов. С античных времён было обнаружено большое количество их разновидностей. И уже тогда начала свой длительный путь формирования современная, общепринятая классификация минералов по видам и разновидностям.

Минеральный вид – это любая минеральная целостность, которую можно выделить в отдельную категорию по следующим признакам:

Структурно-групповой;
Химический состав, который может меняться в зависимости от термодинамических условий его нахождения. Многолетние геологические исследования современности показали, что в земной коре расположилось до 4 тысяч типов минеральных пород.

Разновидности минералов одного типа с неизменной структурой могут иметь кристалломорфологические, химические и физические отличительные признаки. По этим критериям, например, различны между собой минералы одного вида типа сапфира, рубина и корунда, аметиста и кварца, цитрина и горного хрусталя.

Наиболее распространённой в современной практике считается классификация минералов по химическому принципу, включая такие характеристики минералов, как:

Тип химического соединения;
Химический состав;
Разновидность химических связей.

Базовая классификация

1. Минералы с гомоатомарной структурой

Общее содержание в почве (3,7%). Это самородные кристаллические формации (серебро, золото, платина), а также интерметаллиды (графит, алмаз, сера).

В природе обнаружено порядка сорока кристаллических целостностей с различной химической структурой. Однако большая их часть встречается в естественных условиях крайне редко.

В природе самородные металлы можно встретить в виде Al, Zn, Hg, Sn, Pb, Fe, Cu, Ag, Pt, Au – причём, типичными и распространёнными считаются соединения нескольких металлических единиц (Pt+Fe+Ni).

Существуют и самородные полуметаллы (интерметаллиды), среди которых наиболее распространены Te, Se, Sb и As. Из самородных неметаллических пород можно выделить С-модификации типа алмаза и графита, а также S-целостности. Сера и графит, как правило, участвуют в формировании особо крупных природных месторождений.

2. Сульфиды

Общее содержание в почве (16%). Халькогениды или, как их ещё называют, сернистые соединения. По сути, это формации катионов с сульфидами (с серой). На сегодняшний день выделено более двухсот соединений сернистой природы. Однако лишь 10 % из них обнаружены в существенных количествах. Самые яркие их представители, сульфидные соединения с Hg, Sb, Zn, Pb, Cu, Fe.

Сульфиды различаются цветовой гаммой и представлены в природе чёрным, свинцово-серым, жёлто-латунным, оранжевым, жёлто-медным, красным и жёлтым оттенками. Твёрдость таких разностей по шкале Мооса составляет 1-6,5, а плотность варьируется в пределах средних и высоких значений.

Большая часть сульфидов образована в ходе геотермальных процессов, однако встречаются и разновидности с метаморфическим магматическим генезисом. Ещё реже можно встретить сульфидные минеральные соединения, образованные в результате экзогенных процессов.

Наиболее востребованы в рудной промышленности, а также в качестве сырья для получения тяжёлых, цветных, рассеянных и отдельных, редких металлов и металлических сплавов.

3. Соединения с кислородной основой

Общее содержание в почве (75%). Оксиды и гидрооксиды относятся к классу минералов с кислородными соединениями. В гидрооксидах помимо кислорода присутствует вода. В земной коре обнаружено немногим менее 20% таких соединений от общего количества известных минералов. Из них 12 % занимает кремнезём, а гидроксиды и оксиды – почти 4%. Наиболее распространённые минералы этой категории – гидроокислы и окислы титана, марганца и алюминия.

По своим физическим свойствам представленные минералы различны между собой. Большая их часть имеет высокий показатель твёрдости. По природе происхождения это гидротермальные, пегматитовые и магматические породы. Однако большая часть окислов образована под действием экзогенизации в верхних литосферных слоях.

Эндогенные разности в процессе выветривания подвержены химическому разрушению с переходом в гидроокислы и окислы – эти соединения более устойчивы к поверхностным условиям. По своей химической и физической структуре многие типы окислов весьма устойчивы, вследствие чего происходит их постепенное накопление в россыпях.

Также таблица минералов, классифицирующая эту категорию, включает в себя сульфаты, силикаты, фосфаты и карбонаты.

Сульфатные минералы – класс, представленный солями серной кислоты природного происхождения. Сегодня выделено более 190 типов минералов, представляющих собой простейшие соли безводного типа, а также сложные соли с кристаллизационной и конституционной структурой H₂O в составе. Все они имеют общую структурную единицу [SO₄] 2 . Катионы представлены соединениями на основе Mg 2+ , Ba 2+ , Ca 2+ .

Для этих минералов характерен низкий показатель твёрдости, порядка 2 – 35 единиц по шкале Мооса, а также гигроскопичность и хорошая водная растворимость. Сульфатные соединения формируют в условиях окисления в местах скопления сульфидных руд, в коре, где происходит активное выветривание пород.

Сульфаты эндогенного типа обнаруживаются в низкотемпературных и среднетемпературных гидротермальных жилах. Намного реже их встречаются в виде продуктов вулканической активности.

Фосфаты представлены ортофосфорно-кислотными солями и в природе обнаружены в виде 230 сложных и простых соединений на водной и безводной основе. Анионный радикал – это главная структурная единица фосфатов. Формирование различных видов фосфатов происходит при их смешивании с типообразующими катионами TR 3+ , Mg 2+ , Fe 2+ , Ca 2+ и прочих.

В геологических слоях фосфатные соединения можно встретить в форме листовых таблитчатых и уплощённых кристаллических образцов, а также чешуеобразных агрегатов. По своим оптическим свойствам это бесцветные либо сильно окрашенные кристаллы синих оттенков.

Также для фосфатных кристаллов характерна люминисценция и средняя твёрдость от 3 до 5 единиц по Моосу. Их плотность составляет порядка 1,5-7 граммов на кубический сантиметр. По своему природному происхождению это экзогенные, гидротермальные и магматические минеральные породы.

Карбонаты природно сформированы солями угольной кислоты при участии ведущих катионов. В эту группу минералов входит до 120 видов, большинство из которых широко распространены в своём роде. В природе карбонатные минеральные соединения можно встретить в форме крупных огранённых кристаллов, а также зернистой массы, формирующей плотные слои мономинералов. Также можно встретить почковые, игольчатые, лучистые и натечные, агрегированные формы и тонкие смеси с другими минеральными породами.

В большинстве своём угольно-кислотные минеральные соли имеют бесцветный вид или белый окрас. Карбонаты приобретают цветовую характеристику ха счёт примесей, включая механические, тонкодисперсные формы битума и гематита, а также ионы хроморфного типа.

Показатель твёрдости составляет не более 3-4,5 единиц по шкале Мооса. Карбонаты, за исключением Ba, Pb и Zn –формаций обладают невысокой плотностью. Они вступают в реакцию с кислотами HNO₃, HC, вскипая и выделяя углекислый газ.

Карбонаты сформированы в виде химических и биохимических осадков, а также осадочно-метаморфических минеральных целостностей. Для окисленных зон характерно формирование поверхностных форм. Также встречаются среднетемпературные, метасоматические и гидротермальные разности, периодически кристаллизующиеся на основе содовых и кальцитовых магма-вулканических лав.

Среди неметаллических ископаемых карбо-минералы представляют особую ценность, как и в составе Cu, Fe, Zn и Pb – металлических руд. Присутствуют горные породы практически мономинеральной структуры, сформированные карбонатами (мрамор, доломит, известняк).

Последняя подкатегория – силикаты или кремне-кислотные соли. Эти минеральные соединения составляют порядка 75% от массы всей земной коры и 25% от общего количества минеральных разностей. Силикаты природного происхождения представлены более чем 700 разновидностями, к числу которых можно отнести слюду, амфиболы, пироксены и полевые шпаты, являющиеся важными породообразующими минералами.

Основополагающей составляющей всех силикатов принято считать радикалы тетраэдрического типа [SiO₄] 4- с рядом ведущих катионов Мn 2+ , К + , Fe 2,3+ , Ca 2+ , Al 3+ , Mg 2 и Na + . Структура кремнекислородных радикалов определяют структурное разнообразие этих минеральных разностей. По этому признаку можно выделить каркасные, листовые, ленточные, цепочечные и островные силикаты.

Островной тип представлен минералами с тетраэдрами изолированного типа и их группами. Каждый из 4-х атомов кислорода в составе тетраэдров [SiO₄] 4- обладает свободной валентностью. Непосредственной связи между отдельными тетраэдрами нет. Их сочленение происходит при участии катионов Zr, Al, Fe и Mg. Островные силикаты отличаются высокой плотностью и твердостью и представлены изометрическими минеральными образцами типа оливина.

Силикаты цепочечной структуры состоят из тетраэдров со сдвоенными цепочками, поясами, лентами. Зачастую имеют включения ионов (OH) ‾ ₂, а также амфиболы. Ленточные и цепочечные силикаты, как правило, имеют вытянутую форму и характерную столбчатую кристаллическую структуру, наряду с агрегатами волокнистого, а также игольчатого типа.

Силикаты листового типа представлены разностями непрерывных слоёв тетраэдров с кремнекислородной структуры. Радикал имеет следующую форму – [Si₂O₅] 2- . Такие минералы имеют разделённые между собой тетраэдрические непрерывные слои, которые сочленены друг с другом при помощи катионных связей Ni + , Al 3+ , Fe 3+ и Mg 2+ . В их составе присутствуют ионы (OH, F)₂ и (OH)₂, включая хлориты, слюду, минералы глинистого типа, серпентин и тальк.

Совершенная спайность – одна из ключевых характеристик листовых силикатов. Основной внешний признак – листоватый облик минеральных формаций, за счёт высокой прочности кремнекислотных тетраэдрических слоёв с менее прочными катионными межслойными связями.

Каркасный тип силикатов имеют трёхмерную каркасную структуру непрерывного типа на основе кремнекислородных и алюминиевых тетраэдров. При этом кислородные составляющие – общие для всех тетраэдров, а валентности распределяются с образованием связи с катионами. При этом сами каркасы нейтральны, а радикал имеет вид [SiO₂] , в полной мере отвечающий кварцевой структуре. Именно по этой причине кварц относят к каркасным силикатам.

В большинстве своём силикаты представлены белыми или бесцветными минеральными образцами. Характерный окрас придают такие сопутствующие элементы, как Zr, Ni, Mn и Fe. Породы имеют алмазный либо стеклянный блеск, совершенную спайность по 2-3 направлениям, плотность порядка 2-6,5 грамм на кубический сантиметр. По шкале Мооса имеют довольно разнообразный показатель твёрдости от 1 до 8.

Все силикатные минералы имеют полигенную природу, кристаллизуясь из магматических пород и образуясь при метаморфических процессах в местах окисленных рудных месторождений.

4. Галогениды (соединения галоидного типа)

В эту категорию входят хлориды и фториды. Первые представляют собой соляно-кислотные соли. В природе обнаружено примерно 100 минеральных разностей. Хлориды имеют белый природный окрас. Их кристаллы в чистом виде прозрачны и не имеют цвета.

Благодаря механическим примесям, включая органические вещества и железистые гидроокислы, кристаллы получают красный, серый, бурый жёлтый и др. окрас. Твёрдость хлоридов невысока и варьируется в пределах 1-3,5 по шкале Мооса. Плотность составляет 1,5 – 8 г/см 3 . Эти формации отличаются гигроскопичности и хорошо растворимы в воде.

Вторая подкатегория – фториды представлены природными соединениями на основе Mg, Ca, K, Na и прочих элементов в сочетании с фтором, откуда, собственно, и произошло их название. Среди фторидов наиболее ценными образцами считаются флюриты, которые можно встретить в составе грейзеновых, пневматолитовых и гидротермальных месторождений.

Другие типы классификации камней

По форме происхождения:

Натуральные – органические (жемчуг, янтарь и коралл) и минеральные (топаз, известняк, хрусталь горный, мрамор, яшма и гранит).
Искусственные – органические (искусственный жемчуг) и минеральные (алмаз, сапфир и рубин).

По предназначению:

Поделочные
Декоративные
Камни ювелирные
Строительные

По степени твёрдости:

Твёрдые камни (7-10), включая аметист, алмаз, агат, авантюрин, жадеит, гранит, бирюзу, аметист, амазонит, базальт, яшму, топаз, родонит, обсидиан, лазурит, ортоклаз, опал, лазурит, кремень и корунд.
Средне-твёрдые (4-6) – флюорит, нефрит, мрамор, малахит, известняк мраморовидный, доломит и азурит.
Мягкие (не более 3 баллов по шкале Мооса) – янтарь, тальк, сланец, серпентин, селенит, песчаник, мергель, кальцит, обыкновенный известняк, гагат и алебастр.

Основные классы ювелирных камней

Ювелирные камни представляют собой минеральные агрегаты и природные минералы, которые используются в производстве ювелирных украшений. Как правило, это редко встречающиеся в природе, высокодекоративные камни с хорошей износостойкостью. Современное ювелирное производство работает более чем с 300 разновидностями природных минеральных разностей.

Ювелирные минералы делятся по основному признаку – традиционности:

Традиционные – те камни, которые с давних времён принято использовать в производстве ювелирных украшений, включая гелиодор, сапфир, аквамарин, александрит, изумруд, рубин, алмаз, опал, гранатовые минералы, топазы, шпинель, полевые шпаты и кварц (циркон, диопсид, хризолит, лазурит, бирюза, малахит, родонит, нефрит, жадеит, яшма, серпентин, обсидиан).
Нетрадиционные – те камни, которые стали применять для дизайна ювелирных изделий в последнее время. К таковым можно отнести дианит, танзанит и чароит.

Так как каждый минерал представляет собой определенное химическое соединение с характерной структурой, современная классификация минералов исходит из химического состава и кристаллического строения. Существует десять классов минералов: силикаты, карбонаты, окислы, гидроокислы, сульфиды, сульфаты, галоиды, фосфаты, вольфраматы
и молибдаты, самородные элементы.

Соотношения между количествами минеральных видов по классам и их содержанием в земной коре приводятся в таблице -1. Как видно из этой таблицы, наиболее распространены силикаты и алюмосиликаты, а также оксиды и карбонаты, почти 94% слагающие земную кору, что соответствует общей распространенности химических элементов в природе ( см. таблицу-2 . Систематика всех химических элементов земной коры по их количественной роли в составе минералов была проведена А.С.Поваренных ( смотри таблицу-3 ).

Для наиболее распространенных в природе минералов класса силикатов широко используется классификация по структурным признакам : островные -оливни, гранат, силлиманит, мелинит; кольцевые -берилл; цепочечные-пироксены; ленточные-амфиболы, роговые обманки; листовые-слюды, хлориты, каркасные-полевые шпаты, фельдшпатоиды. Характеристики основных породообразующих минералов приводятся ниже.

Таблица-1. Распределение минеральных видов между отдельными классами минералов и их содержания в земной коре

Силикаты. Наиболее многочисленный и распространенный класс минералов. Для силикатов характерен сложный химический состав
и изоморфные замещения одних элементов и комплексов элементов другими. Общим для всех силикатов является наличие в анионной группе
кремнекислородных тетраэдров [SiO4]4- в различных сочетаниях. Общее количество минеральных видов силикатов около 800. По распространенности на долю силикатов приходится более 75% от всех минералов литосферы.

Силикаты являются важнейшими породообразующими минералами, из которых сложена основная масса горных пород (полевые шпаты, слюды, роговая обманка, пироксены, оливин, хлорит, глинистые минералы). Самыми распространенными в природе являются минералы группы полевых шпатов.

2. Карбонаты. Карбонаты – соли угольной кислоты. Это многочисленная группа минералов, из которых многие имеют значительное распространение. Наиболее широко они распространены на земной поверхности и в верхней части земной коры. Карбонаты встречаются, в основном, в осадочных и метаморфических (мрамор) горных породах. Большинство карбонатов безводные и представляют собой простые соединения, главным образом Ca, Mg и Fe с комплексным анионом [CO3]2-. Характерные представители класса карбонатов кальцит, доломит, малахит, сидерит, магнезит.

3-4.Окислы и гидроокислы. Окислы – соединения элементов с кислородом, в гидроокислах присутствует также вода. В земной коре на долю окислов и гидроокислов приходится около 17%. Наиболее распространенными минералами этого класса являются окислы Si, Al, Fe, Mn, Ti, при этом минерал кварц SiO2 – самый распространенный минерал на земле (около 12 %). В кристаллических структурах минералов класса окислов катионы металлов находятся в окружении анионов кислорода О2- (в окислах) или гидроксила [ОН] 1- (в гидроокислах). Характерные представители: кварц, корунд, магнетит, гематит– окислы; лимонит, боксит– гидроокислы.

Таблица-2. Средняя распространенность для первых десяти химических элементов в земной коре, % по массе и их минеральная продуктивность.

Таблица-3. Средний состав Земли и земной коры, % по массе ( по Беусу А.А,1972 г.)

5.Сульфиды. Сернистых и аналогичных им минералов насчитывается более 200 видов, но общее их содержание в земной коре не велико, около 1%. С химической точки зрения они являются производными сероводорода H2S. Происхождение сульфидов главным образом гидротермальное, а также магматическое, редко – экзогенное. Минералы класса сульфидов образуются, как правило, на глубине, ниже границы проникновения в земную кору кислорода атмосферы.

Попадая в приповерхностную область, сульфиды разрушаются, кроме того, реагируя с водой и кислородом, они образуют серную кислоту, которая агрессивно воздействует на горные породы. Таким образом, сульфиды являются вредной примесью в природных строительных материалах. Наибольшее распространение имеют сульфиды железа– пирит, халькопирит; другие представители
–галенит, сфалерит, киноварь.

6.Сульфаты. Сульфаты – соли серной кислоты. Многие из них растворимы в воде, поскольку являются осадками морских или озерных соленых водоемов. Некоторые сульфаты являются продуктами зоны окисления; известны сульфаты и как продукты вулканической деятельности. На долю сульфатов приходится 0,5% массы земной коры. Различают сульфаты безводные и водные, содержащие кроме общего для всех анионного комплекса[SO4]2- также добавочные анионы(ОН)1-.Представители: барит, ангидрит – безводные, гипс, мирабилит – водные.

7.Галоиды. К этому классу относятся фтористые, хлористые и очень редкие бромистые и йодистые соединения. Фтористые соединения, большей частью, связаны с магматической деятельностью, они являются возгонамивулкановили продуктами гидротермальных процессов, иногда имеют осадочное происхождение. Хлористые соединения Na, K и Mg преимущественно являются химическими осадками морей и озер и главными минералами соляных месторождений. Галоиды составляют около 0,5% массы земной коры. Типичные представители: флюорит (плавиковый шпат), галит (каменная соль), сильвин, карналлит.

8.Фосфаты. Минералы этого класса представляют собой соли фосфорной кислоты; кристаллическая структура этих минералов характеризуется наличием анионных комплексов [РО4]3-.Преимущественно это редкие минералы; наиболее широко распространены минерал-магматического происхождения апатит и имеющие тот же химический состав осадочные биогенные фосфориты.

9. Вольфраматы и молибдаты. Этот класс содержит небольшое количество минеральных видов; по составу минералы отвечают солям
33 вольфрамовой и молибденовой кислот. Главные представители вольфрамит и шеелит.

10. Самородные элементы. В самородном состоянии в природе известно около 40 химических элементов, но большинство из них встречается очень редко; вообще самородные элементы составляют около 0,1% массы земной коры. В самородном состоянии встречаются металлы– Au, Ag, Cu, Pt, Sn, Hg; полуметаллы – As, Sb, Bi и неметаллы – S, C (алмаз и графит).

1.3.Класификация минералов по химическому составу. Изучение и описание минералов основных классов из учебной коллекции

Задание 1.На основе учебной коллекции изучить и описать основные свойства минералов следующих классов: 1) самородные элементы, 2) сульфиды, 3) галогениды, 4) оксиды и гидроксиды, 5) карбонаты, 6) сульфаты, 7) фосфаты, 8) вольфраматы, и 9) силикаты и алюмосиликаты.

Задание 2. На примере минералов класса силикатов и алюмосиликатов проследить зависимость внешнего облика минералов от строения кристаллической решетки.

Примечание. Данная тема изучается на протяжении четырех занятий.

Теоретическая часть

Современная классификация минералов основана на их химическом составе и кристаллической структуре. Главнейшие породообразующие и рудные минералы, изучение которых входит в программу курса, объединяются в несколько классов.

1.Самородные элементы . В этот класс входят минералы, состоящие из одного элемента. Известно около 45 минералов этого класса, составляющих 0,01 % массы земной коры. К нему относятся: самородное золото Au , серебро Ag , медь Cu , платина Pt , графит C , алмаз C , сера S и др.

2.Сульфиды – соединения различных элементов с серой. Они также имеют небольшое значение в строении земной коры, но включают ряд минералов – важнейших руд на свинец, медь, цинк, молибден и др. К ним относятся: пирит (серный колчедан) FeS ₂ , халькопирит (медный колчедан) CuFeS ₂ , борнит Cu ₅ FeS ₄ , галенит (свинцовый блеск) PbS , сфалерит (цинковая обманка) ZnS , молибденит (молибденовый блеск) MoS ₂ , киноварь HgS и др.

3.Галоидные соединения . Минералы этого класса в химическом отношении представляют собой соли галоидоводородных кислот. Наиболее распространены хлористые и фтористые соединения. К ним относятся галит (поваренная соль) NaCl , сильвин KCl , флюорит (плавиковый шпат) CaF ₂ .

4.Оксиды и гидроксиды . В этот класс объединены минералы – соединения различных элементов с кислородом и гидроксильной группой. По количеству входящих в него минералов занимает одно из первых мест; на его долю приходится около 17 % массы земной коры. Минералы этого класса подразделяются на две группы: 1) оксиды и гидроксиды кремния (группа кварца) SiO ₂ и 2) оксиды и гидроксиды металлов. Кварц – один из наиболее распространенных минералов в земной коре, составляющий по весу около 12 % ее и входящий в состав почти всех генетических типов горных пород. К разновидностям кварца относятся: прозрачный горный хрусталь, фиолетовый аметист, дымчатый раухтопаз, черный морион и некоторые другие минералы. Скрытокристаллической разновидностью кварца является минерал халцедон; полосчатая разновидность халцедона – агатом; халцедон, загрязненный примесями, - кремнем. Гидроксид кремния представлен минералом, называемым опалом SiO ₂ · nH ₂ O .

В класс оксидов и гидроксидов металлов входит ряд важнейших рудных минералов: магнетит (магнитный железняк) FeO Fe ₂ O ₃ , гематит (железный блеск или красный железняк) Fe ₂ O ₃ , корунд Al ₂ O ₃ , хромит FeCr ₂ O ₄ ; из гидроксидов – лимонит (бурый железняк) Fe ₂ O ₃ nH ₂ O , гидроксиды алюминия – минералы гиббсид Al ( OH )₃ и диаспор AlO ( OH ), входящие в состав бокситов (алюминиевой руды).

5. Карбонаты – соли угольной кислоты ( H ₂ CO ₃ ). В класс карбонатов входят минералы: кальцит (известковый шпат) CaCO ₃ , прозрачная разность которого называется исландским шпатом, доломит CaMg ( CO ₃ )₂, сидерит FeCO ₃ , магнезит MgCO ₃ . К водным карбонатам относится красивый поделочный минерал малахит Cu ₂ CO ₃ ( OH )_2.

6. Сульфаты – соли серной кислоты ( H ₂ SO ₄ ). К ним относится гипс C а SO ₄ ·2 H ₂ O , ангидрит (безводный сульфат кальция) CaSO ₄ , барит BaSO ₄ и др.

7. Фосфаты – соли ортофосфорной кислоты ( H ₃ PO ₄ ). Наиболее распространенными среди фосфатов является минералы апатит С a ₅ [ PO ₄ ]₃( F , OH , Cl ) и скрытокристаллическая разность того же состава –фосфорит. Широко используются для производства удобрений и в химической промышленности.

8. Вольфраматы – соли вольфрамовой кислоты ( H ₂ WO ₄ ). К ним относятся минералы вольфрамит ( Fe , Mn ) WO ₄ и шеелит CaWO ₄ , являющиеся рудой на вольфрам.

9.Силикаты – соли гипотетической кремниевой кислоты (одна из формул кислоты H ₄ SiO ₄ ). В этот класс входят наиболее распространенные в земной коре породообразующие минералы, чрезвычайно сложные по химическому составу и участвующие в строении всех типов горных пород, особенно магматических и метаморфических. Они составляют примерно одну треть всех известных минералов. По Н. В. Белову, силикаты, включая и кварц, относящийся по структуре также к силикатам, составляют по весу более 90 % всей земной коры. Стройная классификация этого сложного класса минералов стала возможной лишь благодаря кристаллохимическим исследованиям, установившим тесную связь их структуры с химическим составом.

В основе кристаллической решетки всех силикатов лежит ионная четырехвалентная группировка [ SiO ₄ ] 4- , образующая тетраэдры, различное сочетание которых определяет структуру силикатов (рис.11).

Рис. 11. Строение кремнекислородного тетраэдра

Все силикаты по внутренней структуре делятся на: 1) островные, структура которых состоит из изолированных тетраэдров (например, минералы группы оливинов); 2) кольцевые, кремнекислородные тетраэдры которых, соединяясь друг с другом, образуют замкнутые кольца (например минерал берилл); 3) цепочечные – те силикаты, в которых тетраэдры соединяются в непрерывные цепочки (например группа пироксенов); 4) ленточные – в них цепочки тетраэдров, соединяясь друг с другом, образуют обособленные ленты или полосы (например, группа амфиболов); 5) слоевые или листовые силикаты объединяют многие минералы, структура которых обусловлена сцеплением лент в виде одного непрерывного слоя (например, минералы группы слюд, глинистые минералы, серпентинит); 6) каркасные силикаты, в которых кремнекислородные тетраэдры сцеплены через все четыре вершины, что создает каркас (рис. 12).

Рис.12.Структура силикатов: а) кольцевая; б) цепочечная, в) ленточная; г) слоистая, или листовая; д) каркасная.

К каркасным силикатам относится, в частности, очень важная группа породообразующих минералов – полевые шпаты. Минералы группы полевых шпатов пользуются широким распространением в земной коре, составляя в ней около 50 %, являются породообразующими минералами многих магматических и метаморфических горных пород. По химическому составу полевые шпаты делятся на две подгруппы: 1) калий-натриевые полевые шпаты, составляющие подгруппу ортоклаза, к которой относится собственно ортоклаз, микроклин, его разновидность зеленого цвета – амазонит и др. и 2) известково-натриевые, или натриево-кальциевые, полевые шпаты, или плагиоклазы. Плагиоклазы представляют собой непрерывный ряд изоморфных минералов от альбита до анортита: альбит, олигоклаз, андезин, лабрадор, битовнит, анортит. Крайними членами этого ряда являются натриевый плагиоклаз альбит Na [ AlSi ₃ O ₈ ] и кальциевый плагиоклаз анортит Ca [ Al ₂ Si ₂ O ₈ ]. Все промежуточные минералы этого ряда представляют собой смесь альбитовых и анортитовых молекул в различных соотношениях. В соответствии с этим плагиоклазы подразделяются на кислые (альбит, олигоклаз), средние (андезин, лабрадор) и основные (битовнит и анортит).

В щелочных магматических породах развиты минералов группы фельдшпатоидов, состоящие из тех же химических элементов, что и полевые шпаты, но с меньшим содержанием оксида кремния. Среди них наиболее распространен минерал нефелин.

Методические рекомендации

Данная работа выполняется в течение четырех занятий.

Используя описание минералов в данном пособии (смотри ниже), а также другие справочные материалы и определители, имеющиеся в кабинете геологии, студенты изучают минералы из учебной коллекции, описывая их в рабочей тетради по следующему плану:

1. Название класса минералов.

2. Название и химическая формула минерала.

3. Основные его физические свойства.

4. Отличительные признаки.

На первом занятии студенты изучают минералы первых трех классов: самородные элементы (сера, графит, шунгит); сульфиды (пирит, халькопирит, пирротин, галенит, сфалерит, киноварь, молибденит, антимонит, аурипигмент); галогениды (галит, или поваренная соль, флюорит).

На втором занятии студенты изучают минералы класса оксиды и гидроксиды. Этот класс делится на две группы: а) оксиды и гидроксиды кремния - это кварц и его разновидности: горный хрусталь, аметист, морион, раух-топаз, халцедон, сердолик, агат, кремень; и б) оксиды и гидроксиды металлов (гематит, лимонит, магнетит, мартит, титаномагнетит, хромит, касситерит, пиролюзит, псиломелан).

Третье занятие посвящается изучению минералов классов: карбонаты (кальцит, исландский шпат, мраморный оникс, доломит, магнезит, сидерит и водный карбонат меди малахит); сульфаты (гипс, гипс-селенит, барит, целестин, ярозит, алунит); фосфаты (апатит, фосфорит); вольфраматы (шеелит, вольфрамит).

На четвертом занятии студенты изучают минералы класса силикаты и алюмосиликаты, которые делятся на: а) островные (минералы гр. оливинов, в частности форстерит; минералы группы гранатов: альмандин, уваровит, андрадит; дистен, сфен); б) кольцевые (берилл и его разновидность ярко зеленого цвета – изумруд; сюда же относится сложный алюмоборосиликат турмалин, в частности его розовая разновидность – руббелит; хризоколла); в) цепочечные (минералы группы пироксенов: диопсид, геденбергит, диаллаг, эгирин-авгит); г) ленточные (минералы гр. амфиболов: роговая обманка уралит, актинолит, тремолит); д) слоевые, или листовые (минералы гр. слюд: тальк, флогопит, лепидолит; глинистые минералы: каолинит, монтмориллонит; серпентин, или змеевик, а также его тонковолокнистая разность - хризотил-асбест); е) каркасные ( гр. полевых шпатов, которая делится на 1) калий-натриевые пол.шпаты, представленные ортоклазом, микроклином и зеленой разновидностью микроклина – амазонитом; и 2) натрий-кальциевые пол. шпаты, или плагиоклазы, представленные в учебной коллекции альбитом и лабрадором; группа нефелина).

5.На основе изучения минералов класса силикатов и алюмосиликатов сделайте письменное заключение о зависимости внешнего облика минералов от строения его кристаллической решетки. Приведите примеры.

Контрольные вопросы

1. Приведите примеры минералов следующих классов: карбонатов, сульфидов, сульфатов, вольфраматов.

2. Какие полиморфные разновидности минералов группы углерода встречаются в земной коре?

3. Какими признаками отличается гематит от лимонита?

4.Назовите свойства и отличительные признаки минералов - сульфидов свинца, сурьмы и ртути. Какое происхождение имеет название природного сульфида ртути?

5. Перечислите разновидности минералов группы кварца.

6.Как называется порода, в составе которой преобладают минералы – гидроксиды алюминия?

7.Назовите минералы из класса сульфидов, являющиеся рудами на медь, цинк, молибден? Напишите их химические формулы.

8. К какому классу относятся следующие минералы: лабрадор, роговая обманка, гранат, амазонит?

9. Как называются разновидности кварца фиолетового, черного, дымчатого цвета? Как называется прозрачный кварц?

10. Назовите минерал из группы карбонатов, являющийся ценным поделочным камнем?

11. Как называется полосчатая разновидность халцедона?

12. Назовите минералы состава Si О₂, Si О₂ n Н₂О, используемые в ювелирном деле и как поделочные камни.

13.Минералы какого класса составляют около 75% от массы земной коры?

14. Какие руды называются полиметаллическими?

15. Как взаимодействуют с соляной кислотой кальцит, доломит, магнезит и сидерит?

Рекомендуемая литература

2. Короновский Н. В. , Ясаманов Н. А. Геология. - М.: ACADEMA , 2003.

Химический состав минералов может быть выражен химическими формулами – эмпирическими и структурными. Эмпирические формулы показывают количественное соотношение элементов, входящих в состав минерала. Например, эмпирическая формула ортоклаза может иметь вид K2 Al2 Si6O16. Эта формула очень удобна для описания состава, но она не отражает характера взаимодействия связи элементов в структуре минерала. Эту же формулу можно дать в виде молекулярных соединений различных оксидов, что удобно для выражения реакций, в которых участвуют минералы. Такая формула будет называться структурной и ее можно записать в таком виде: K2 ОAl2 О 3 6SiO2

Химический состав минералов различает две основные группы:

Постоянного химического состава (например SiO2, FeS2). Эту группу минералов изучать достаточно просто;
Минералов, образующие непосредственные соединения, довольно сложные для изучения. К этим соединениям относятся минералы, имеющие различные примеси (газы, растворы, взвешенные частицы и в виде отдельных элементов, входящих в кристаллическую решетку вещества, не нарушая ее формы).

Многие минералы, имея один и тот же химический состав, могут иметь различную структуру и внешний облик кристаллов, текстуру, а значит и различные физические свойства. Такое свойства минералов называется полиморфизмом. Примером полиморфизма может служить углерод. В зависимости от условий кристаллизации он может образовать две полиформных разновидностей – алмаз и графит, имеющие различное расположение атомов углерода в пространстве.

Вода, входящая в химический состав, подразделяется по прочности связи: конституционная (наиболее прочно связана с кристаллической решеткой, кристаллизационная (тоже связанная с кристаллической решеткой, но менее прочно и поэтому может быть удалена при высоких температурах); циолитная (вода как бы растворенная в кристалле). Присоединение конституционной воды означает образование особой формы минерала, а ее удаление разрушает минерал.

Присоединение кристаллизационной воды и ее удаление при высоких температурах заметно отражается на многих физических и химических свойствах минерала. Например, присоединяя кристаллизационную воду, ангидрит переходит в гипс. При этом увеличивается его объем до 60%. Циолитовую воду минералы могут относительно просто терять и восстанавливать, изменяя при этом некоторые свои свойства (показатель преломления, структуру).

Посмотрите также:

Выветривание горных пород Выветривание горных пород – это процесс изменения и разрушения состава и состояния горных пород под воздействием физических.

Антисейсмическое строительство Наиболее удачное Антисейсмическое строительство — это легкие бревенчатые здания с хорошо связанными перекрытиями и легкой крышей. Хорошо зарекомендовали.

Задачи инженерной геологии. Основные задачи инженерной геологии являются определение геологических условий производства инженерных работ, эксплуатации сооружений и реконструкции зданий.

Читайте также: