Свойства минералов геология кратко

Обновлено: 04.07.2024

Физические свойства минералов имеют существенное значение для их макроскопической диагностики. Свойства минерала зависят от его строения и химического состава. Главнейшими физическими свойствами являются цвет, блеск, плотность, твердость, спайность и т. д.

Цвет – способность минерала отражать или пропускать через себя ту или иную часть видимого спектра.

Цвет минерала может быть обусловлен:

наличием в его структуре элементов-хромофоров (Cu, Fe, Ti, V, Cr, Mn, Co, Ni и др.);
дефектами кристаллической решетки;
примесями, как изоморфными, т. е. входящими в структуру минерала, так и механическими.

Элементы-хромофоры могут окрашивать минералы в разные цвета в зависимости от их валентности, концентрации, присутствия других химических элементов и соединений и пр.

Fe₃+ – красно-бурый ( сидерит Fe CO₃, лимонит Fe₂O₃ n H₂O, гидрогётит FeOOH n H₂O)
Fe₂+ – зеленый ( анапаит Ca₂Fe₂+[PO₄]₂ 4H₂O)
Mn₃+ – розовый ( родонит Ca Mn₄v [Si₃O₉])
Cr₃+ – зеленый ( уваровит Ca₃Cr₂[SiO₄]₃) и красный ( рубин Al₂O₃), в зависимости от содержания окиси хрома
Cr₆+ – оранжевый ( крокоит Pb [CrO₄])
Cu₂+ – зеленый ( малахит Cu₂[CO₃]₂ OH₂) и синий ( азурит Cu₃[CO₃]₂ OH₂), в зависимости от количества кристаллизационной воды
Co₂+ – розовый ( эритрин Co₃[AsO₄]₂ 8H₂O)
Ni₂+ – зеленый и желтый ( гарниерит Ni [Si₄O₁₀] (OH)₄ 4H₂O)
V₃+ – зеленый ( смарагдит Ca₂(Mg, Fe₂+)5[Si₈O₂₂]OHv2)
Ti₄+ – синий ( сапфир Al₂O₃), в присутствии ионов гидроксила и наличии железа

Дефектами кристаллической структуры обусловлена, например, голубая и синяя окраска галита (NaCl), возникающая в результате радиоактивного облучения K₄₀, Rb₈₇.

Примером окраски минерала механической примесью другого вещества может служить зеленый кварц ( празем ), цвет которого обусловлен мельчайшими включениями чешуек зеленого хлорита или иголочек актинолита. Механическая примесь гематита часто вызывает красную или бурую окраску минералов, например галита и сильвина, агатов .

В отдельных случаях окраска минерала может быть вызвана иризацией и побежалостью.

Иризация – цветной отлив на гранях или плоскостях спайности некоторых минералов (например, лабрадор), обусловленный наличием тонких включений или трещин, вызывающих интерференцию лучей света.
Побежалость – цветная пленка на слегка окислившейся поверхности минерала (халькопирит, борнит).

При описании минералов обычно используется физическая шкала цветов в сочетании с бытовой.

Физическая шкала: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый; дополнительно: белый, серый, черный, пурпурный, коричневый.
Бытовая шкала объединяет хорошо знакомые всем цвета: вишневый, яблочный, медовый и пр. Эти цвета часто применяют для уточнения оттенка цвета минерала, например вишнево-красный, оловянно-белый , латунно-жёлтый , соломенно-желтый и т.п.

Цвет черты – цвет минерала в порошке на белом фоне. Для определения цвета черты используют неглазурованную поверхность фарфора (бисквит). По сравнению с окраской минералов цвет черты является более постоянным, вследствие чего имеет важное диагностическое значение.
Минералы с металлическим блеском, как правило, имеют черную черту с разными оттенками, минералы со стеклянным блеском – белую, реже слабоокрашенную. Цвет минерала часто не совпадает с цветом его черты.

Пример:
пирит – цвет минерала соломенно-желтый, черта черная
халькопирит – цвет минерала латунно-желтый, черта черная с зеленоватым оттенком
гематит – цвет минерала стально-серый, черта вишнево-красная
магнетит – цвет минерала черный, черта черная
актинолит – цвет минерала зеленый, черта белая

Блеск – способность минерала отражать свет. Интенсивность и характер блеска зависит от показателя преломления (N), отражательной способности (R) и характера поверхности, от которой отражается свет. При условии, что свет отражается от ровной гладкой поверхности (грани, плоскости спайности), выделяют следующие типы блеска по возрастанию яркости:

стеклянный– характерен для прозрачных и полупрозрачных минералов (N = 1,3–1,9; R 3,0; R > 26 %, например, пирит

Кроме основных типов блеска выделяют:

жирный– у минералов со стеклянным и алмазным блеском на скрытобугорчатой поверхности излома (кварц, нефелин);

восковый– у скрытокристаллических масс и твердых гелей (кремни, опал);

матовый– у пористых тонкодисперсных масс (мел, каолин, лимонит).

У минералов, обладающих явно выраженной ориентировкой элементов строения, возникает отлив:

шелковистый– в минералах с параллельно-волокнистым строением (асбест, селенит);
перламутровый– у прозрачных минералов с весьма совершенной спайностью (мусковит, гипс).

Прозрачность – способность минерала пропускать через себя свет. Оценивается на качественном уровне путем просмотра минерала на просвет. По степени прозрачности минералы условно делят на:

прозрачные– хорошо пропускают свет. Видны внутренние дефекты (трещины, включения);
полупрозрачные– просвечивают в тонких осколках или шлифах;
непрозрачные (как правило, минералы с металлическим блеском)

Спайность – способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием гладких параллельных поверхностей, называемых плоскостями спайности. Спайность обусловлена внутренней структурой минерала и не зависит от внешней формы кристалла или зерна минерала.
Спайность в минерале проходит по направлениям, параллельным плоским сеткам с максимальной ретикулярной плотностью атомов, но наиболее слабо связанным между собой.
Чтобы охарактеризовать спайность определяют:

степень ее совершенства;
простую форму, по которой кристалл раскалывается;
в некоторых случаях указывают угол между плоскостями спайности.

Степень совершенства спайности определяют по следующей условной шкале:

весьма совершенная– минерал легко раскалывается или расщепляется на тонкие пластинки или листы (минералы со слоистой структурой: слюды, графит и пр.);
совершенная– кристаллы колются на более толстые пластинки, бруски с ровными поверхностями (кальцит, галенит);
средняя– поверхность скола не всегда ровная и блестящая (полевые шпаты);
несовершенная– обнаруживается с трудом, поверхность скола неровная (апатит, нефелин).

Ряд минералов не имеет спайности (магнетит и т. д.).

В зависимости от простой кристаллографической формы кристалл может раскалываться по одному, двум, трем и более направлениям:

по пинакоиду – одно направление
по ромбической или тетрагональной призме – два;
по гексагональной призме, ромбоэдру и кубу – три;
по октаэдру – четыре;
по ромбододекаэдру – шесть.

Отдельность – расколы кристаллов по плоскостям их физической неоднородности. Плоскостями отдельности могут быть:

плоскости срастания двойников (например, корунд )
поверхности зон и секторов роста кристаллов;
плоскости мельчайших включений других минералов.

В отличие от спайности отдельность проявляется по всему кристаллу, расколы в случае отдельности более грубые и четкие.

Излом – раскол минерала в направлениях, где нет спайности. Различают изломы:

Твердость – степень сопротивления минерала механическому воздействию (давлению, сверлению, царапанию, шлифованию и т.п.) В обычной минералогической практике определяют относительную твердость путем царапанья одного минерала другим. Для этого используют шкалу Мооса, в которой имеется 10 эталонных минералов, пронумерованных в порядке увеличения твердости:

Минералы - это относительно конкретные и достаточно устойчивые химические соединения и самородные элементы, характеризующиеся строго постоянным внутренним строением. Обычно к минералам относят природные образования, возникшие в результате физико-химических процессов в недрах и на поверхности земной коры.

На текущее время известно до 4000 минералов.

Основные свойства минералов

В данной таблице учтены физичесике и химичесике как основные (химизм, строение, минеральные агрегаты, твердость, плотность, спайность, излом, цвет, черта, блеск, генезис), так и дополнительные (магнитные и электрические свойства, гигроскопичность, запах, вкус, горючесть, упругость, ковкость, радиоактивность) свойства и приведены сведения относительно практического использования минералов.

Сингония – это классификация кристаллографических групп симметрии, кристаллов и кристаллических решёток в зависимости от системы координат (координатного репера); группы симметрии с единой координатной системой объединяются в одну сингонию. Кристаллы, принадлежащие к одной и той же сингонии, имеют подобные углы и рёбра элементарных ячеек.

Спайность – это способность минералов раскалываться (расщепляться) по параллельным ровным блестящим поверхностям, именуемым плоскостям спайности. Спайность - свойство исключительно кристаллических минералов.

Излом – это поверхности раскола, ориентированные вопреки спайности. Различают раковистый (халцедон, кремень, кварц), занозистый (селенит, асбест), зернистый (горные породы), землистый (боксит, лимонит, ступенчатый (ортоклаз, галенит) и другие поверхности излома.

Черта (цвет черты) - это след, который остается на неглазурованной фарфоровой пластинке (бисквите), если чертить по ней минералом.

Минералами называют однородные в своей структуре и архитектуре части горных пород или даже метеоритов, прилетевших к нам из космоса. Все они образовываются из-за геологических процессов внутри планеты. На сегодняшний день известно около 5500 видов минералов, однако широко распространены лишь пара сотен. И, пусть таких и большинство, но все-таки не все из них имеют твердую форму. К примеру, самородную ртуть называют минералом. А нормальное состояние ртути – жидкость.

Занимается данным вопросом раздел геологии под названием минералогия. В данной статье мы поговорим о физических и химических свойствах минералов. Можно уточнить, что физические свойства минералов – это набор параметров, заметных и не заметных невооруженным глазом, с помощью которых можно охарактеризовать и отличить данные полезные ископаемые.

Излом

Спайность

Она, в свою очередь, зависит от атомического строения вещества, его кристаллической решетки. Кристаллы вещества, под воздействием внешних сил, могут раскалываться в какие-то определенных направлениях (плоскости спайности). В частности, гипс и всякие слюды обладают весьма совершенной спайностью, так как раскалываются на тонкие пластиночки. Им, кстати, соответствует ровный излом. Также есть спайность просто совершенная (каменная соль) средняя (лабрадор, полевые шпаты), несовершенная (апатит, оливин) и весьма несовершенная (корунд, кварц, магнетит).

Прочность

Этот параметр показывает, сколь краткий (или длительный) срок объект может сопротивляться внешним разрушающим силам, и какую величину этих сил он может выдержать без деформации. Прочность различают динамическую, статическую и усталостную. Одним из самых прочных веществ называют хром, который содержат минералы хромшпинелидов, основные базальты и ультраосновные перидотиты.

Твердость

Свойства минералов под названием твердость отвечают за то, чтобы не дать инородному предмету проникнуть в структуру вещества. Существует шкала из десяти основных делений, разработанная Фридрихом Моосом. Это шкала твердости, где на первой позиции расположен тальк, который можно поцарапать даже ногтем. А на десятой – алмаз, являющийся самым твердым природным веществом и обладающим способностью резать стекло. Вот и сама шкала:

тальк,
гипс,
кальцит,
флюорит,
апатит,
ортоклаз,
кварц,
топаз,
корунд,
алмаз.

Очевидно, что если ваш материал не царапается кварцем, но его царапает топаз, значит, твердость по Моосу у данного материала примерно 7.5.

Плотность

Также известная, как удельный вес, плотность является отношением массы к объему (г/см 3 ). Говоря простыми словами, чем выше плотность вещества, тем тяжелее будет одна единица его объема. Минеральным образованиям характерна весьма различная плотность. У золотого самородка, например, она достигает 19.3 г/см 3 , а плотность карбона (уголь) – 1.45 г/см 3 .

Оптические свойства минералов

Кроме чисто физических свойств, наши полезные ископаемые обладают еще и следующими оптическими свойствами: блеск (способность отражать свет), цвет (окрас может зависеть от состава, освещения, облучения и т.д.), цвет черты (цвет полосы минерала, натертой о фарфор), а также дисперсия, поляризация и преломление.

Прочие свойства

Данные характеристики минералов можно назвать особыми. Речь идет о радиоактивности, свечении, электрическим свойствам и магнитности.

Радиоактивность – данное определение дают веществам, при проверке которых радиометры указывают на повышенный радиационный фон. Чаще всего речь идет о радиоактивных химических элементах, вроде урана, тория и так далее.

Прочность и твердость далеко не всегда идут рука об руку. К примеру, алмаз, являющийся эталоном твердости, очень непрочен. Потому советуем не ронять бриллиантовые украшения. От таких нагрузок камни легко могут повредиться.

Свечение – также весьма интересное свойство. Оно заставляет светиться минералы при определенном воздействии, будь то раскалывание (триболюминесценция), действие ультрафиолета (фосфоресценция), или при нагревании (термолюминесценция).

Электрическим свойством называют способность минерала проводить через себя электричество.

Магнитностью, в основной массе, обладают минералы, имеющие в составе железо в составе оксида FeO. Это можно проверить с помощью обычного магнита.

Применение свойств

Описание и изучение свойств минералов максимально необходимо для их применения человечеством. Так, сверхтвердые минералы, вроде алмазных резцов, используются людьми в металлургии, ювелирной промышленности, токарном деле. Прочность понадобится веществам, используемым в архитектуре, производстве деталей и механизмов, и так далее. Зная плотность материала, можно рассчитать его необходимое количество для тех или иных операций. Электрические свойства пригодятся для создания проводников. Показатели излома и спайности позволят предугадать пути возможных деформаций материалов.

Таким образом, можно сказать, что знание физических свойств добываемых полезных ископаемых жизненно необходимо для максимально эффективного их использования на нужды человечества.

Определение минералов производится по физическим свойствам, которые обусловлены вещественным составом и строением кристаллической решетки минерала. Это цвет минерала и его порошка, блеск, прозрачность, характер излома и спайности, твердость, удельный вес, магнитность, электропроводность, ковкость, хрупкость, горючесть и запах, вкус, шероховатость, жирность, гигроскопичность. При определении некоторых минералов может быть использовано отношение их к 5-10 % соляной кислоте (карбонаты вскипают).

Цвет минерала

Вопрос о природе цветовой окраски минералов очень сложен. Природа окрасок некоторых минералов еще не определена. В лучшем случае цвет минерала определяется спектральным составом отражаемого минералом светового излучения или обуславливается его внутренними свойствами, каким-либо химическим элементом, входящим в состав минерала, тонко рассеянными включениями других минералов, органического вещества и другими причинами. Красящий пигмент иногда бывает, распространен неравномерно, полосами, давая разноцветные рисунки (например, у агатов).

Неравномерные полосы агата

Цвет некоторых прозрачных минералов меняется в связи с отражением падающего на них света от внутренних поверхностей, трещин или включений. Это явления радужной окраски минералов халькопирита, пирита и иризации – голубые, синие переливы лабрадора.

Некоторые минералы многоцветны (полихромные) и имеют разную окраску по длине кристалла (турмалин, аметист, берилл, гипс, флюорит и др.).

Цвет минерала иногда может быть диагностическим признаком. Например, водные соли меди имеют зеленый или синий цвет. Характер цвета минералов определяется визуально обычно путем сравнения наблюдаемого цвета с общеизвестными понятиями: молочно-белый, светло-зеленый, вишнево-красный и т.п. Этот признак не всегда характерен для минералов, так как цвета многих из них сильно варьируют.

Зачастую цвет обусловливается химическим составом минерала или наличием разных примесей, в которых присутствуют химические элементы-хромофоры (хром, марганец, ванадий, титан и др.). Механизм появления той или иной окраски на самоцветах до сих пор не всегда понятен, так как один и тот же химический элемент может окрашивать разные драгоценные камни в разный цвет: присутствие хрома делает рубин красным, а изумруд зеленым.

Цвет черты

Более надежным диагностическим признаком, чем цвет минерала, является цвет его порошка, оставляемого при царапании испытуемым минералом матовой поверхности фарфоровой пластинки. В ряде случаев цвет черты совпадает с цветом самого минерала, в других он совсем иной. Так, у киновари окраска минерала и порошка красные, а у латунно-желтого пирита черта зеленовато-черная. Черту дают мягкие и средней твердости минералы, а твердые лишь царапают пластинку и оставляют на ней борозды.

Цвет черты минералов на фарфоровой пластинке

Прозрачность

По своей способности пропускать свет минералы делятся на несколько групп:

прозрачные (горный хрусталь, каменная соль) – пропускающие свет, через них ясно видны предметы;
полупрозрачные (халцедон, опал) – предметы, через них плохо видны предметы;
просвечивающие только в очень тонких пластинках;
непрозрачные – свет не пропускают даже в тонких пластинках (пирит, магнетит).

Блеск

Блеском называется способность минерала отражать свет. Строгого научного определения понятия блеск не существует. Различают минералы с металлическим блеском как у полированных минералов (пирит, галенит); с полуметаллическим (алмазным, стеклянным, матовым, жирным, восковым, перламутровым, с радужными переливами, шелковистым).

Спайность

Явление спайности у минералов определяется сцеплением частиц внутри кристаллов и обусловлено свойствами их кристаллических решеток. Раскол минералов происходит легче всего параллельно наиболее плотным сеткам кристаллических решеток. Эти сетки наиболее часто и в наилучшем развитии проявляются и во внешнем ограничении кристалла.

Количество плоскостей спайности у разных минералов неодинаково, достигает шести, причем степень совершенства разных плоскостей может быть неодинаковой. Различают следующие виды спайности:

Излом

Характер поверхности, образующейся при разломе (расколе) минерала различный:

Ровный излом, если раскол минерала происходит по плоскостям спайности, как, например, у кристаллов слюды, гипса, кальцита.
Ступенчатый излом получается при наличии в минерале пересекающихся плоскостей спайности; он может наблюдаться у полевых шпатов, кальцита.
Неровный излом характеризуется отсутствием блестящих участков раскола по спайности, как, например, у кварца.
Зернистый излом наблюдается у минералов с зернисто-кристаллическим строением (магнетит, хромит).
Землистый излом характерен для мягких и сильно пористых минералов (лимонит, боксит).
Раковистый – с выпуклыми и вогнутыми участками как у раковин (апатит, опал).
Занозистый (игольчатый) – неровная поверхность с ориентированными в одном направлении занозами (селенит, хризотил-асбест, роговая обманка).
Крючковатый – на поверхности раскола возникают крючковатые неровности (самородная медь, золото, серебро). Этот вид излома характерен для ковких металлов.

Ровный излом на слюде Неровный излом на розовом кварце Ступенчатый излом на галите. © Роб Лавински Зернистый излом хромита. © Петр Сосоновски
Землистый излом лимонита Раковистый излом на кремени Занозистый излом на актинолите. © Роб Лавински Крючковатый излом на меди

Твердость

Твердость минералов – это степень сопротивляемости их наружной поверхности проникновению другого, более твердого минерала и зависит от типа кристаллической решетки и прочности связей атомов (ионов). Определяют твердость царапанием поверхности минерала ногтем, ножом, стеклом или минералами с известной твердостью из шкалы Мооса, в которую входят 10 минералов с постепенно возрастающей твердостью (в относительных единицах).

Относительность положения минералов по степени возрастания их твердости видна при сравнении: точные определения твердости алмаза (твердость по шкале равна 10) показали, что она более чем в 4000 раз выше, чем у талька (твердость – 1).

Шкала Мооса

Минерал	Твердость
Тальк	1
Гипс	2
Кальцит	3
Флюорит	4
Апатит	5
Полевой шпат	6
Кварц	7
Топаз	8
Корунд	9
Алмаз	10

Главная масса минералов имеет твердость от 2 до 6. Более твердые минералы – это безводные окислы и некоторые силикаты. При определении минерала в породе необходимо убедиться, что испытывается именно минерал, а не порода.

Удельный вес

Легкие (с удельным весом до 2,5 г/см 3 ) – сера, каменная соль, гипс и другие минералы.
Средние (2,6 – 4 г/см 3 ) – кальцит, кварц, флюорит, топаз, бурый железняк и другие минералы.
С большим удельным весом (больше 4). Это барит (тяжелый шпат) – с удельным весом 4,3 – 4,7, сернистые руды свинца и меди – удельный вес 4,1 – 7,6 г/см 3 , самородные элементы – золото, платина, медь, железо и т.д. с удельным весом от 7 до 23 г/см 3 (осмистый иридий – 22,7 г/см 3 , платиновый иридий – 23 г/см 3 ).

Магнитность

Свойство минералов притягиваться магнитом или отклонять магнитную стрелку компаса является одним из диагностических признаков. Сильно магнитными минералами являются магнетит и пирротин.

Ковкость и хрупкость

Ковкими являются минералы, изменяющие свою форму при ударе молотком, но не рассыпающиеся (медь, золото, платина, серебро). Хрупкие – рассыпаются при ударе на мелкие кусочки.

Электропроводность

Электропроводность минералов – это способность минералов проводить электрический ток под действием электрического поля. В противном случае минералы относятся к диэлектрикам, т.е. не проводящим ток.

Горючесть и запах

Некоторые минералы загораются от спички и создают характерные запахи (сера – сернистого газа, янтарь – ароматический запах, озокерит – удушливый запах угарного газа). Запах сероводорода появляется при ударе по марказиту, пириту, при растирании кварца, флюорита, кальцита. При трении кусочков фосфорита друг о друга появляется запах жженой кости. Каолинит при смачивании приобретает запах печки.

Вкусовые ощущения вызывают только хорошо растворимые в воде минералы (галит – соленый вкус, сильвин – горько соленый).

Шероховатость и жирность

Жирными, слегка мажущими являются тальк, каолинит, шероховатыми – боксит, мел.

Гигроскопичность

Это свойство минералов увлажняться, притягивая молекулы воды из окружающей среды, в том числе из воздуха (карналлит).

Некоторые минералы реагируют с кислотами. Для опознавания минералов, которые по химическому составу являются солями угольной кислоты, удобно пользоваться реакцией вскипания их со слабой (5 – 10%) соляной кислотой (кальцит, доломит).

Радиоактивность

Радиоактивность может служить важным диагностическим признаком. Некоторые минералы, содержащие радиоактивные химические элементы (как уран, торий, тантал, цирконий, торий) нередко обладают значительной радиоактивностью, которую легко обнаружить бытовыми радиометрами. Для проверки радиоактивности сначала измеряют и записывают фоновую величину радиоактивности, затем к детектору прибора подкладывают минерал. Увеличение показаний более чем на 15% говорит о радиоактивности минерала. Радиоактивными минералами являются: абернатиит, баннерит, гадолинит, монацит, ортит, циркон и др.

Свечение

Некоторые минералы, которые сами по себе не светятся, начинают светиться при различных специальных условиях (нагревание, облучение рентгеновскими, ультрафиолетовыми и катодными лучами; при разламывании и даже царапании ). Различают следующие виды свечения минералов:

Фосфоресценция — способность минерала светиться минуты и часы после воздействия на него определенными лучами (виллемит светится после облучения короткими ультрафиолетовыми лучами).
Люминесценция — способность светиться в момент облучения некоторыми лучами (шеелит светится синим при облучении ультрафиолетовыми и лучами).
Термолюминесценция — свечение при нагревании (флюорит светится фиолетово-розовым цветом).
Триболюминесценция — свечение в момент царапания ножом или раскалывания (корунд).

Астеризм

Эффект астеризма или звездчатости

Астеризм или эффект звездчатости, присущ немногим минералам. Он заключается в отражении (дифракции) лучей света от включений в минерале, ориентированных вдоль определенных кристаллографических направлений. Лучшими представителями этого свойства являются звездчатый сапфир и звездчатый рубин.

В минералах с волокнистым строением (кошачий глаз), наблюдается тонкая полоска света, способная менять свое направление при повороте камня (переливчатость). Играющий свет на поверхности опала или сияющие павлиньи цвета лабрадора объясняются интерференцией света — смешением лучей света при их отражении от слоев упакованных шариков кремнезема (в опале) или от тончайших пластинчатых кристаллических вростков (лабрадор, лунный камень).

Читайте также: