Добавлен: 12.12.2023
Просмотров: 256
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Тема: Свойства и генезис минералаСОДЕРЖАНИЕВведение1. Понятие термина «минерал»2. Свойства минерала3. Генезис минералаЗаключениеСписок литературыВведениеМинерало́гия — наука о минералах — природных химических соединениях. Минералогия изучает состав, свойства, структуры и условия образования минералов. Минералогия — одна из древнейших геологических наук. Первые описания минералов появились у древнегреческих философов. В дальнейшем развитию минералогии способствовало горное дело. В настоящее время интенсивно развиваются генетическая и экспериментальная минералогия. В минералогии активно используются достижения физики, химии и других естественных наук. Так, минералогическое изучение метеоритов и образцов с других планет позволило узнать много нового об истории Солнечной системы и процессах формирования планет. Изучением минерального состава и минералов комет, метеоров, и других небесных тел, а также астрономической спектроскопией астероидов, комет и пыли околозвёздной среды в целом, занимается молодая наука на стыке минералогии, физики и астрономии — астроминералогия (astromineralogy). Минералогия принадлежит к числу геологических наук. Название этой науки в буквальном смысле означает учение о минералах, которое объемлет все вопросы о минералах, включая и их происхождение. Представления о природе минералов, а соответственно, и содержание минералогии складывались исторически и менялись по мере развития знаний в области геологии и естествознания в целом.В рамках данного реферата приведём понятие термина «минерал», рассмотрим свойства и образование (генезис) минерала.1. Понятие термина «минерал»Термин «минерал» происходит от старинного слова «минера» (лат. minera — руда, ископаемое). Это указывает, что его появление связано с развитием горного промысла. Интуитивно минералы можно определить, как составные части горных пород и руд, отличающиеся друг от друга по химическому составу и физическим свойствам (цвету, блеску, твердости и т. д.). Например, биотитовый гранит как горная порода состоит из трех главных минералов различного состава: светлоокрашенного полевого шпата, серого кварца и черной слюды (биотита). Сплошная руда магнитного железняка сложена почти мономинеральным агрегатом, состоящим из кристаллических зерен магнетита.
На протяжении всей истории минералогии вопрос об определении содержания понятия «минерал» часто дискутировался, так что круг объектов этой науки неоднократно менялся и его границы нельзя считать окончательно установленными. В настоящее время большинство объектов минералогии отвечает следующему определению: минерал — однородное природное твердое тело, находящееся или бывшее в кристаллическом состоянии.Таким образом, определенное понятие минерала отвечает минеральному индивиду — естественно ограниченному телу — и охватывает все разнообразие реальных единичных объектов минералогии, встречающихся в природе. В число минералов обычно не включаются высокомолекулярные органические образования типа битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности. Некоторые из солеподобных органических соединений тем не менее рассматриваются в числе минералов, равно как и единичные аморфные образования, традиционно изучавшиеся минералогами, например, опал и аллофан. Газы, жидкости и вулканические стекла минералами не считаются. С генетической точки зрения минералы представляют собой природные химические соединения и простые вещества, являющиеся естественными продуктами различных физико-химических процессов, совершающихся в земной коре и прилегающих к ней оболочках (включая и продукты жизнедеятельности организмов). Разнообразнейшие синтетические продукты, то есть искусственно получаемые в лабораториях и в заводских условиях химические соединения не могут называться минералами. Искусственными, или синтетическими, минералами условно называют лишь те искусственные соединения, которые по своему составу и кристаллическому строению отвечают природным. К минералам относят и космогенные объекты, отвечающие вышеприведенным требованиям однородности и кристалличности. Как показывают наблюдения над условиями нахождения минералов в природе, а также экспериментальные исследования, каждый минерал возникает в определенном интервале физико-химических условий (давления, температуры и концентрации химических компонентов в системе). При этом отдельные минералы сохраняются неизменными до тех пор, пока не будут превзойдены пределы их устойчивого состояния при воздействии внешней среды (например, при процессах окисления или восстановления, при падении или повышении температуры, или давления и др.). Поэтому в историческом ходе развития геохимических процессов многие минералы подвергаются изменению, разрушению или замещению другими минералами, устойчивыми во вновь создающихся условиях. Рассматривая минералы как
Классическим примером является разница в твердости минерала кианита или дистена («двухтвердого») состава Al2SiО5.Этот минерал резко отличается по твердости в направлении своей длинной и короткой сторон. Вдоль кристалла она равна 4 по шкале Мооса (см. ниже), а поперек — 6 по той же шкале.По твердости минералы условно разделяются на 10 основных групп, расположенных в таком порядке, что каждый минерал предыдущей группы чертится минералом последующей группы, причем получается углубленная черта, не исчезающая при легком стирании пальцем. Твердость возрастает от 1 до 10 и обозначается номером шкалы твердости, установленной Моосом еще в начале XIX в.Шкала твердости Мооса1. Тальк 2. Гипс 3. Известковый шпат (кальцит) 4. Плавиковый шпат (флюорит) 5. Апатит 6. Ортоклаз (полевой шпат)7. Кварц8. Топаз9. Корунд10. АлмазАлмаз является самым твердым минералом, не имеющим себе подобного. Корунд также практически единственный минерал, имеющий твердость 9.В технике широко используется искусственный «минерал» — карборунд, имеющий состав SiC (карбид кремния). Он обладает твердостью, большей чем корунд, и используется для шлифования, резания и точки таких твердых веществ, как горные породы, кварц, сталь и пр.Практически при полевом определении твердости минералов редко пользуются всеми членами шкалы твердости, довольствуясь стальным ножом, лезвие которого имеет твердость около 5,5. Нож будет давать углубленную черту на минералах, имеющих твердость 5 и меньше, причем глубина этой черты указывает на большую или меньшую твердость минерала. Минералы, имеющие твердость 6 и выше, дают углубленную черту на ноже. Минералы, имеющие твердость 1, жирны на ощупь; минералы с твердостью 2 и меньше легко чертятся ногтем.При определении твердости на испытуемом минерале выбирают небольшую гладкую плоскость, проводят по ней, слегка надавливая, острым углом другого минерала и наблюдают полученную черту. При этом для минералов, вкрапленных в породу, очень важно следить, чтобы испытанию подвергся самый минерал, а не порода, что легко может случиться при невнимательной работе.При неясной черте необходимо повторить испытание и для контроля определить твердость обоих испытуемых минералов на ноже.Определение твердости руд для начинающего представляет особую трудность, в особенности для сложных полиметаллических руд, компоненты которых имеют различную твердость, и для руд со включениями кварца, зерна которого при испытании на ноже могут дать ясную углубленную черту, тогда как сама рудa имеет твердость значительно меньшую 5,5, т. е. твердости ножа
Твердость, характеризуемая шкалой Мооса, относительна и неточна, но совершенно достаточна для минеролога-практика, и ее испытание является важным подспорьем при определении минералов по внешнему виду.Цвет. При первом знакомстве с минералогией у занимающихся часто наблюдается стремление пользоваться при определении минерала его окраской как главным и наиболее простым признаком.Но часто такой подход неправилен прежде всего потому, что один и тот же минерал бывает различно окрашен в зависимости от весьма разнообразных причин.Следует иметь в виду, что причина окраски минерала может быть весьма различной. Чаще всего окраска вызывается содержанием какого-либо элемента, являющегося «хромофором» т. е. носителем окраски, связанной с его внутриатомным строением. Такими элементами прежде всего являются железо, никель, кобальт, титан, ванадий, уран, медь, хром и др. Присутствие даже незначительных количеств этих элементов может вызвать достаточно интенсивную окраску минерала. Окраска может быть вызвана и наличием в минерале тонко дисперсной примеси, иногда типа коллоида. Примером может служить красное стекло, окрашенное тонко дисперсными частицами золота или синие кристаллы галита (NaCl), окрашенные тонко дисперсными включениями атомов элементарного Na.Можно привести ряд примеров разнообразия окрасок для одного и того же минерала в зависимости от ряда условий.Так, например, плавиковый шпат (флюорит) окрашен в различные оттенки зеленого, фиолетового, серого, бурого и желтого цветов, а изредка бывает бесцветным и прозрачным. При нагревании флюорита окраска исчезает, а при действии радиоактивных излучений вновь появляется. Искусственная окраска флюорита может быть вызвана также действием электрических разрядов или катодных лучей. Эта окраска зависит от состояния атомов и ионов в кристалле флюорита и от тех изменений, которые могут вызвать в нем нагревание, действие радиоактивных излучений или электрических разрядов.Гораздо чаще цвет минерала является собственной окраской данного химического вещества или зависит от содержания различных примесей.Так, корунд в чистых разновидностях бесцветен и прозрачен, при примеси Сr он приобретает красный цвет (рубин), примеси Fe и Ti сообщают корунду синюю окраску (сапфир).Горный хрусталь в чистом виде бесцветен, а при наличии некоторых примесей приобретает фиолетовую окраску и называется аметистом1.Турмалин обычно бывает черным, но иногда также зеленым, розовым, синим и даже бесцветным, смотря по тому, соединения каких элементов присутствуют в нем в виде примеси. Даже рудные минералы с металлическим, а особенно с полуметаллическим блеском нередко дают отклонения от обычных средних цветов. Так, цинковая обманка, в зависимости от содержания железа, бывает бурой, желто-серой, коричневой и даже черной с синеватым оттенком, а при отсутствии железа светломедово-желтой, иногда даже бесцветной.
На протяжении всей истории минералогии вопрос об определении содержания понятия «минерал» часто дискутировался, так что круг объектов этой науки неоднократно менялся и его границы нельзя считать окончательно установленными. В настоящее время большинство объектов минералогии отвечает следующему определению: минерал — однородное природное твердое тело, находящееся или бывшее в кристаллическом состоянии.Таким образом, определенное понятие минерала отвечает минеральному индивиду — естественно ограниченному телу — и охватывает все разнообразие реальных единичных объектов минералогии, встречающихся в природе. В число минералов обычно не включаются высокомолекулярные органические образования типа битумов, не отвечающие в большинстве случаев требованиям кристалличности и однородности. Некоторые из солеподобных органических соединений тем не менее рассматриваются в числе минералов, равно как и единичные аморфные образования, традиционно изучавшиеся минералогами, например, опал и аллофан. Газы, жидкости и вулканические стекла минералами не считаются. С генетической точки зрения минералы представляют собой природные химические соединения и простые вещества, являющиеся естественными продуктами различных физико-химических процессов, совершающихся в земной коре и прилегающих к ней оболочках (включая и продукты жизнедеятельности организмов). Разнообразнейшие синтетические продукты, то есть искусственно получаемые в лабораториях и в заводских условиях химические соединения не могут называться минералами. Искусственными, или синтетическими, минералами условно называют лишь те искусственные соединения, которые по своему составу и кристаллическому строению отвечают природным. К минералам относят и космогенные объекты, отвечающие вышеприведенным требованиям однородности и кристалличности. Как показывают наблюдения над условиями нахождения минералов в природе, а также экспериментальные исследования, каждый минерал возникает в определенном интервале физико-химических условий (давления, температуры и концентрации химических компонентов в системе). При этом отдельные минералы сохраняются неизменными до тех пор, пока не будут превзойдены пределы их устойчивого состояния при воздействии внешней среды (например, при процессах окисления или восстановления, при падении или повышении температуры, или давления и др.). Поэтому в историческом ходе развития геохимических процессов многие минералы подвергаются изменению, разрушению или замещению другими минералами, устойчивыми во вновь создающихся условиях. Рассматривая минералы как
части природных физико-химических систем, можно определить их, в полном соответствии с понятиями химической термодинамики, как природные твердые фазы (в понимании Дж. Гиббса).
Необходимо отметить, что некоторые минералы могут существовать в природе и за пределами своих полей устойчивости, сохраняясь в метастабильном состоянии долгое время (например, алмаз).
Весьма значительное количество известных в настоящее время минералов имеет важное практическое значение как минеральное сырье (при условии, конечно, если скопления их в определенных участках, называемых месторождениями полезных ископаемых, обладают промышленным содержанием и запасами, достаточными для обеспечения предприятия по разработке месторождения).
Одни минералы (рудные) содержат в своем составе те или иные ценные для промышленности металлы (железо, марганец, медь, свинец, цинк, олово, вольфрам, молибден и др.), извлекаемые при металлургической обработке руд. Другие минералы (такие как алмаз, хризотиласбест, кварц, полевые шпаты, слюды, гипс, сода, мирабилит и др.), благодаря их ценным физическим или химическим свойствам, применяются для тех или иных целей в сыром виде (без переработки) или используются для получения необходимых в промышленности синтетических соединений, строительных материалов и пр.
2. Свойства минерала
Одним из весьма характерных свойств минералов, издавна служившим одним из наиболее доступных диагностических признаков твердых минералов, является его твердость. Обычно, в минералогии, под этим подразумевается способность данного минерала противостоять царапающему действию какого-либо острия. Это свойство, очевидно, связано с характером сил сцепления в данном веществе, что в свою очередь связано с характером связей в кристаллической решетке исследуемого кристалла.
Чем сильнее энергетическая связь между частицами, слагающими кристалл, тем больше его твердость. Так атомная связь у алмаза обусловливает его максимальную твердость. Валентные (ионные) связи также могут создавать весьма прочные связи (корунд — Аl2О3).
Так как строение кристаллов отличается в различных направлениях, то и твердость имеет, вообще говоря, разное значение в разных направлениях.
Классическим примером является разница в твердости минерала кианита или дистена («двухтвердого») состава Al2SiО5.Этот минерал резко отличается по твердости в направлении своей длинной и короткой сторон. Вдоль кристалла она равна 4 по шкале Мооса (см. ниже), а поперек — 6 по той же шкале.По твердости минералы условно разделяются на 10 основных групп, расположенных в таком порядке, что каждый минерал предыдущей группы чертится минералом последующей группы, причем получается углубленная черта, не исчезающая при легком стирании пальцем. Твердость возрастает от 1 до 10 и обозначается номером шкалы твердости, установленной Моосом еще в начале XIX в.Шкала твердости Мооса1. Тальк 2. Гипс 3. Известковый шпат (кальцит) 4. Плавиковый шпат (флюорит) 5. Апатит 6. Ортоклаз (полевой шпат)7. Кварц8. Топаз9. Корунд10. АлмазАлмаз является самым твердым минералом, не имеющим себе подобного. Корунд также практически единственный минерал, имеющий твердость 9.В технике широко используется искусственный «минерал» — карборунд, имеющий состав SiC (карбид кремния). Он обладает твердостью, большей чем корунд, и используется для шлифования, резания и точки таких твердых веществ, как горные породы, кварц, сталь и пр.Практически при полевом определении твердости минералов редко пользуются всеми членами шкалы твердости, довольствуясь стальным ножом, лезвие которого имеет твердость около 5,5. Нож будет давать углубленную черту на минералах, имеющих твердость 5 и меньше, причем глубина этой черты указывает на большую или меньшую твердость минерала. Минералы, имеющие твердость 6 и выше, дают углубленную черту на ноже. Минералы, имеющие твердость 1, жирны на ощупь; минералы с твердостью 2 и меньше легко чертятся ногтем.При определении твердости на испытуемом минерале выбирают небольшую гладкую плоскость, проводят по ней, слегка надавливая, острым углом другого минерала и наблюдают полученную черту. При этом для минералов, вкрапленных в породу, очень важно следить, чтобы испытанию подвергся самый минерал, а не порода, что легко может случиться при невнимательной работе.При неясной черте необходимо повторить испытание и для контроля определить твердость обоих испытуемых минералов на ноже.Определение твердости руд для начинающего представляет особую трудность, в особенности для сложных полиметаллических руд, компоненты которых имеют различную твердость, и для руд со включениями кварца, зерна которого при испытании на ноже могут дать ясную углубленную черту, тогда как сама рудa имеет твердость значительно меньшую 5,5, т. е. твердости ножа
Твердость, характеризуемая шкалой Мооса, относительна и неточна, но совершенно достаточна для минеролога-практика, и ее испытание является важным подспорьем при определении минералов по внешнему виду.Цвет. При первом знакомстве с минералогией у занимающихся часто наблюдается стремление пользоваться при определении минерала его окраской как главным и наиболее простым признаком.Но часто такой подход неправилен прежде всего потому, что один и тот же минерал бывает различно окрашен в зависимости от весьма разнообразных причин.Следует иметь в виду, что причина окраски минерала может быть весьма различной. Чаще всего окраска вызывается содержанием какого-либо элемента, являющегося «хромофором» т. е. носителем окраски, связанной с его внутриатомным строением. Такими элементами прежде всего являются железо, никель, кобальт, титан, ванадий, уран, медь, хром и др. Присутствие даже незначительных количеств этих элементов может вызвать достаточно интенсивную окраску минерала. Окраска может быть вызвана и наличием в минерале тонко дисперсной примеси, иногда типа коллоида. Примером может служить красное стекло, окрашенное тонко дисперсными частицами золота или синие кристаллы галита (NaCl), окрашенные тонко дисперсными включениями атомов элементарного Na.Можно привести ряд примеров разнообразия окрасок для одного и того же минерала в зависимости от ряда условий.Так, например, плавиковый шпат (флюорит) окрашен в различные оттенки зеленого, фиолетового, серого, бурого и желтого цветов, а изредка бывает бесцветным и прозрачным. При нагревании флюорита окраска исчезает, а при действии радиоактивных излучений вновь появляется. Искусственная окраска флюорита может быть вызвана также действием электрических разрядов или катодных лучей. Эта окраска зависит от состояния атомов и ионов в кристалле флюорита и от тех изменений, которые могут вызвать в нем нагревание, действие радиоактивных излучений или электрических разрядов.Гораздо чаще цвет минерала является собственной окраской данного химического вещества или зависит от содержания различных примесей.Так, корунд в чистых разновидностях бесцветен и прозрачен, при примеси Сr он приобретает красный цвет (рубин), примеси Fe и Ti сообщают корунду синюю окраску (сапфир).Горный хрусталь в чистом виде бесцветен, а при наличии некоторых примесей приобретает фиолетовую окраску и называется аметистом1.Турмалин обычно бывает черным, но иногда также зеленым, розовым, синим и даже бесцветным, смотря по тому, соединения каких элементов присутствуют в нем в виде примеси. Даже рудные минералы с металлическим, а особенно с полуметаллическим блеском нередко дают отклонения от обычных средних цветов. Так, цинковая обманка, в зависимости от содержания железа, бывает бурой, желто-серой, коричневой и даже черной с синеватым оттенком, а при отсутствии железа светломедово-желтой, иногда даже бесцветной.