45

Московский государственный строительный университет

Кафедра Инженерной геологии и геоэкологии

Инженерная геология Методические указания к лабораторным занятиям

для студентов специальности «Промышленное и гражданское строительство» (вечернее отделение)

москва 2011

Лабораторная работа 1

1 Физические свойства минералов

Минералами называются самородные элементы или природные химические соединения, обладающие определенным химическим составом и физическими свойствами, и являются естественными продуктами различных физико-химических процессов, протекающих в земной коре, гидросфере, атмосфере, биосфере и в результате взаимодействия между ними.

Большинство минералов представлено твердыми кристаллическими телами. Реже встречаются коллоиды, твердые изоморфные, жидкие и газообразные минералы. Например, жидкие минералы – ртуть, вода и газообразные – горючие газы, CO₂.

В природе встречаются около 3800 минералов, но сравнительно не многие из них широко распространены. Около 50 минералов входят в состав многих горных пород и их называют породообразующими. По химическому составу и кристаллическому строению минералы подразделяются на классы, которые иногда делятся на подклассы. Это самородные элементы, сульфиды, галоиды, оксиды и гидроксиды, карбонаты, фосфаты, сульфаты и силикаты.

Для того, чтобы определить наименование минерала, необходимо знать его основные физические свойства: цвет минерала, цвет черты, блеск, прозрачность, излом, спайность, твердость, плотность.

Цвет. Цвет минерала зависит от химического состава и наличия примесей. Есть минералы, имеющие определенный цвет, по которому можно безошибочно определить его название. Например, пирит золотистый, малахит зеленый, лазурит синий и т.д. Большинство минералов имеют широкий спектр цветов. Например, гипс может быть белый, розовый, желтый, серый; кварц – белый, розовый, бесцветный, черный; флюорит – фиолетовый, желтый, зеленый, розовый, бесцветный.

Цвет черты. Это цвет минерала в порошке. Порошок получают, проводя куском минерала черту по фарфоровой пластинке. У некоторых минералов цвет черты не совпадает с цветом минерала в куске (штуфе). Так пирит золотистого цвета дает черную черту, а черный лабрадор – белую черту. Красный, бурый и магнитный железняки в куске могут иметь почти одинаковый цвет, а цвет черты соответственно различный: вишнево-красный, бурый и черный. Черный в штуфе сфалерит имеет коричневую черту, таким образом, цвет черты является важным диагностическим признаком для многих минералов.

Блеск. Блеск обусловлен способностью минералов отражать солнечный свет от своей поверхности. Интенсивность и характер блеска определяется двумя факторами: показателем преломления и коэффициентом поглощения минералами света. Различают блеск металлический, полуметаллический и неметаллический.

Металлический блеск напоминает поверхность свежего излома металлов и свойственен минералам, обладающим большим коэффициентом поглощения: самородным элементам (золото, серебро, платина, медь), сульфидам (пирит, халькопирит, галенит), окислам тяжелых металлов (магнетит). У минералов с металлическим блеском черта, как правило, темно-окрашенная или черная.

Полуметаллический блеск напоминает потускневший металлический. К минералам с полуметаллическим блеском относятся графит, иногда гематит, черная цинковая обманка.

Неметаллический блеск характерен для прозрачных или просвечивающих в тонких срезах минералов. Различают следующие виды неметаллического блеска: алмазный (алмаз, галенит, киноварь), стеклянный (кварц, кальцит, флюорит, гипс), жирный (тальк, нефелин), шелковистый – мерцающий (асбест, волокнистый гипс), перламутровый – отливает радужным цветом и характерен для слюд (мусковит, пластинчатый гипс), матовый – присущ пористым минералам (каолин, лимонит).

Излом. Это вид поверхности, образующийся при раскалывании минерала по случайным направлениям. Излом имеет виды ровный – у минералов с совершенной спайностью (кальцит, галит); неровный – без блестящих спайных участков (нефелин, апатит); занозистый- характерен для минералов волокнистого, игольчатого сложения (волокнистый гипс, роговая обманка); зернистый – присущ минералам зернистого строения (оливин, ангидрит); раковистый – характерен для окислов кремния (кварц, халцедон, магнезит, опал); крючковатый – (серебро, медь); землистый – (каолин, лимонит, фосфорит).

Спайность. Способность минерала раскалываться при ударе по определенным строго ориентированным плоским поверхностям, направление которых зависит от строения кристаллической решетки минерала. При этом образуются ровные или зеркально-ровные блестящие плоскости спайности. Спайность может проявляться в одном, двух, трех, четырех и шести направлениях. Различают несколько видов спайности: весьма совершенная, совершенная, средняя (явственная), несовершенная и весьма несовершенная.

Весьма совершенная спайность характеризуется тем, что минерал легко расщепляется на отдельные листочки с зеркально-блестящей поверхностью (мусковит, гипс пластинчатый, слюды).

Совершенная спайность. Минерал распадается при легком ударе на кусочки ограненные гладкими плоскостями, кубы или другие формы (галит, кальцит).

Средняя (явственная) спайность характерна наличием ровных поверхностей спайности и хорошо заметных неровных поверхностей излома (полевые шпаты, роговая обманка, авгит).

Несовершенная спайность. При раскалывании минерала образуются поверхности с неровным изломом, с едва заметными признаками спайности (апатит, оливин, лазурит, нефелин).

Весьма несовершенная спайность. Минерал распадается на обломки без признаков спайности (молочно-белый кварц, золото, платина).

Твердость. Под твердостью понимают степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям – царапанию, резанию более твердым телом. Относительную твердость определяют по шкале Мооса, в которой используются минералы с постоянной (эталонной) твердостью. В шкале минералы расположены в порядке увеличения твердости (от 1 до 10 баллов) и каждый последующий минерал царапает предыдущий.

1. Тальк – Mg[Si₄O₁₀](OH)₂

2. Гипс – CaSO₄ 2H₂O

3. Кальцит – CaCO₃

4. Флюорит – CaF₂

5. Апатит – Ca(F,Cl)[PO₄]₃

6. Ортоклаз – K[AlSi₃O₈]

7. Кварц – SiO₂

8. Топаз – Al₂[SiO₄](F,OH)₂

9. Корунд – Al₂O₃

10. Алмаз – C

Твердость можно определить подручными средствами. Минералы с твердостью 1 пишут на бумаге, не царапая ее. Минералы с твердостью до 2 чертятся ногтем. Минералы с твердостью 3 царапаются медной монетой, с твердостью 4-5 царапаются оконным стеклом, с твердостью 5 – лезвием стального ножа. Большинство минералов в природе имеют твердость до 7, и твердость 7 соответствует твердости напильника.

Прозрачность определяется способностью минерала пропускать или поглощать световые лучи. В зависимости от этого свойства минералы делятся на прозрачные (горный хрусталь, топаз, исландский шпат, кварц), полупрозрачные (опал, халцедон, изумруд) и непрозрачные (пирит, графит, магнетит).

Плотность. По плотности минералы подразделяются на легкие (до 2,5 г/см³), средние (2,5-4,0) и тяжелые (более 4). Легкие минералы: гипс, графит, опал, полевой шпат, галит и др. Средние минералы (их большинство): кварц, кальцит, магнезит и др. тяжелые минералы: золото, серебро, медь, галенит, магнетит и др.

Дополнительно для некоторых минералов учитывают следующие физические свойства: растворимость в воде – соли; набухание в воде – каолинит; радиоактивность – уран, радий и т.д.; ковкость – золото; горючесть – сера; магнитность – магнетит; вскипание с HCl – карбонаты; растворимость в H₂SO₄ – флюорит и т.д.

лабораторная работа 2