Школьникам и первокурсникам о минералогии

Физические свойства минералов

Внешняя форма и свойства минералов зависят от многих факторов, главными из которых являются их химический состав и внутреннее строение. Методы определения минералов и изучения их свойств весьма разнообразны. Для этих целей в лабораториях используют различные оптические и электронные микроскопы, рентгеновские установки и другую более сложную аппаратуру. В полевой практике минералы обычно определяются визуально, или макроскопически (по внешним признакам). Важнейшими физическими свойствами, позволяющими проводить макродиагностику минералов являются цвет минерала в куске и порошке, блеск, излом, спайность, твердость, удельный вес и некоторые другие.

Следует иметь в виду, что некоторые физические свойства могут быть одинаковыми у различных минералов и, наоборот, какие-либо свойства (например, цвет или удельный вес) могут изменяться у одного и того же минерала. Поэтому при макродиагностике минерала необходимо установить возможно большее число его свойств. Случаи, когда определенное свойство позволяет уверенно диагностировать минерал (например, магнитные свойства магнетита) являются скорее исключением из правил и не могут быть распространены на все многообразие минералов. Полевую визуальную диагностику минералов следует в камеральных условиях подтверждать более точными методами (определение оптических констант минералов, пьезоэлектрических и магнитных свойств, радиоактивности и характера люминесценции, определение химического состава, изучение поведения минерала при нагревании, привлечение разнообразных рентгеноструктурных и рентгеноспектральных методов анализа).

горный хрусталь

Цвет минералов может быть самым разнообразным. Нередко окраска одного и того же минерала весьма изменчива, что зависит от вхождения в его состав разнообразных примесей. Иногда для одного и того же минерала в зависимости от его цвета используют разные названия. Например, кварц обычно бесцветен и его прозрачная разновидность, представленная хорошо огранеными кристаллами, получила название горный хрусталь. Но тот же кварц может быть окрашен в желтый (цитрин), фиолетовый (аметист), зеленый (празем), дымчатый (раухтопаз), черный (морион) или другие цвета.

аметист

Некоторые минералы, например, лабрадор, изменяют свой цвет в зависимости от условий освещения, приобретая при этом красивую радужную окраску. Такое свойство минералов получило название иризация (интерференция белого света при прохождении сквозь микроскопические параллельно ориентированные пластинки или трещины).

Иногда на поверхности рудных минералов наблюдается тонкая пестроокрашенная пленка, образование которой связано с протеканием различных химических реакций при выветривании или окислении минерала. Природа окраски этой пленки также связана с интерференцией света, однако в данном случае это явление получило название побежалость.

Цвет черты минерала. Многие минералы в порошкообразном состоянии имеют другой цвет, чем цвет в куске. Обычно для определения цвета минерала в порошке проводят кусочком минерала черту на белой шероховатой поверхности неглазурированного фарфора. Этот метод диагностики весьма важен. Например, цвет черты соломенно-желтого пирита - черный, черного гематита - вишнево-красный, а черного магнетита - черный. В случае если твердость минерала выше, чем твердость фарфоровой пластинки, то минерал не дает черты, а образует на фарфоре царапину.

Рутил в кварце

Киноварь

Прозрачность. Под этим термином подразумевается способность вещества пропускать свет. В зависимости от степени прозрачности все минералы подразделяются на прозрачные (горный хрусталь, исландский шпат), полупрозрачные (сфалерит, киноварь) и непрозрачные (пирит, галенит). Некоторые непрозрачные минералы, например, скрытокристаллическая разновидность кварца, получившая название халцедон, просвечивается в краях - в тонких обломках. Некоторые прозрачные минералы, например, исландский шпат, обнаруживают эффект двулучепреломления: просматривающиеся через исландский шпат буквы или штриховые рисунки удваиваются.

Пирит

Блеск является свойством минерала отражать свет. Различают следующие виды блеска. Металлический блеск - сильный блеск, свойственный минералам, дающим черную черту и самородным металлам, не дающим черной черты (золото, серебро, медь). По уменьшению степени неметаллического блеска различают алмазный и стеклянный блеск. Иногда выделяют промежуточный блеск между металлическим и алмазным, получивший название полуметаллический или металловидный. На характер блеска влияет и состояние поверхности минерала. Наличие неровностей является причиной возникновения жирного или воскового блеска. Перламутровый блеск возникает за счет интерференции света в тонких пластинах. При параллельно-волокнистом строении агрегатов минералов возникает шелковистый блеск. Некоторые тонкозернистые агрегаты обладают матовым блеском (например, писчий мел).

Спайность - способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием относительно гладких поверхностей. По характеру раскалывания и гладкости образуемой поверхности выделяют следующие виды спайности. Весьма совершенная спайность - минерал без особых усилий расщепляется на тонкие пластины; плоскости спайности - зеркальные, ровные (например, слюда). Совершенная спайность - минерал легко раскалывается с образованием ровных блестящих плоскостей. Средняя спайность - минерал раскалывается при ударе на осколки, ограниченные примерно в одинаковой степени как плоскостями спайности, так и неправильными плоскостями излома. Несовершенная спайность - раскалывание минерала приводит к образованию обломков, большая часть которых ограничена неровными поверхностями излома. Весьма несовершенная спайность - при ударе минерал раскалывается по случайным направлениям и дает неровную поверхность излома. Плоскости спайности необходимо отличать от граней кристаллов. Многие минералы обладают спайностью в нескольких направлениях, причем степень совершенства спайности в разных направлениях может и не совпадать. Количество направлений спайности и степень ее совершенства являются одними из главных диагностических признаков при определении минералов.

Излом - вид или характер поверхности, получающийся при раскалывании минералов. Минералы обладающие совершенной спайностью в 1-2 направлениях дают ровный излом; если число направлений совершенной спайности возрастает до 3 и более, то излом может быть ступенчатым. Для минералов с несовершенной или весьма несовершенной спайностью часто наблюдается раковистый или неровный излом. Минералы волокнистого сложения характеризуются занозистым изломом. Самородные металлы (медь, железо) обнаруживают крючковатый излом.

Твердость минерала определяет степень его сопротивления при царапании острым предметом или другим минералом, давлении или истирании. Для определении твердости минерала принята эмпирическая шкала, предложенная в начале прошлого столетия австрийским минералогом Моосом (1772-1839), и получившая название его именем. В этой шкале используются десять минералов с известной и постоянной твердостью. Степень твердости оценивается по десятибальной шкале - низшая твердость обозначается единицей, а высшая - 10. Шкала Мооса состоит из следующих минералов.

Шкала Мооса, наряду с более сложными современными методами определения твердости, широко используется минералогами до настоящего времени. Твердость по шкале Мооса является относительной величиной. Исследование минералов шкалы Мооса современными количественными методами определения твердости показало, что твердость первых девяти минералов изменяется в геометрической прогрессии: если принять твердость кварца за 100, то знаменатель этой прогрессии будет близок к двум.

При полевых исследованиях не всегда может оказаться под рукой нужный набор минералов шкалы твердости. В таком случае для ориентировочного определения твердости минерала обычно используют подручные средства: мягкий карандаш (1), ноготь (2-2,5), бронзовая монета (3,5-4), стекло (5), перочинный стальной нож (5,5-6), напильник (7).

Твердость минералов иногда сильно зависит от направления в кристаллах. Показательным примером такого рода изменения (анизотропии твердости) может служить кианит (дистен): по направлению спайности, параллельном удлинению кристаллов, твердость этого минерала равна 4, а перпендикулярно удлинению - 6,5.

Удельный вес и плотность минералов. Удельный вес представляет отношение веса вещества к весу равного объема воды при 4^оС, и является величиной безразмерной. В качестве синонима удельного веса часто используется понятие плотность. Однако эта величина представляет собой массу вещества, приходящуюся на единицу объема, и обычно выражается в единицах г/см³. Удельный вес минералов колеблется в очень широких пределах - от 0,9 (лед) до более 20 (осмистый иридий). Наиболее многочислены минералы с удельным весом от 2 до 4, поэтому он служит диагностическим признаком только для минералов тяжелых элементов. Точно удельный вес минералов определяется путем взвешивания на гидростатических весах или посредством других специальных приспособлений. На практике удельный вес определяется лишь приблизительно, взвешиванием на руке с оценкой - тяжелый (более 4), средний (2,5-4) и легкий (менее 2,5). Удельный вес и плотность минерала зависит от кристаллической структуры последнего: например, пирит - FeS₂ кубической сингонии имеет плотность 4,9-5,2, а марказит того же состава, но ромбической сингонии, - 4,6-4,9.

Другие свойства. Некоторые минералы обладают специфическими свойствами, которые позволяют быстро и надежно диагностировать минералы в полевых условиях. К таким свойствам относятся магнитность (воздействие на стрелку горного компаса), электропроводность, растворимость в кислотах, вкус, запах, радиоактивность и др. Эти свойства позволяют распознавать сравнительно небольшой круг минералов, однако в ряде случаев они являются определяющими при макроскопической диагностике.

далее>>