Лабораторный практ по КСЕ часть 2
.pdf
-111-
По Вернадскому, минералогия есть химия земной коры, а минералы — продукты сложных природных реакций. Минерал непрерывно взаимодействует с окружающей его средой и сам изменяется при изменении физико-химических условий.
Классификация минералов
Все минералы, известные в природе, классифицируют по разным признакам. Современные классификации минералов построены с учетом их образования, количества в земной коре, химического состава и кристаллографических свойств. Важнейшие физические и химические свойства, позволяющие распознавать минералы, связаны с химическим составом и кристаллической структурой. Классификацией, наиболее полно учитывающей эти признаки, является кристаллохимическая классификация. Согласно кристаллохимической классификации все минералы разделяются на 10 основных классов:
I – оксиды. К ним относятся, например, кварц - SiO2, корунд (рубин) - Al2O3, гематит Fe2O3.
II – гидроксиды. Представителями являются, например, опал SiO2*nH2O и лимонит (бурый железняк) - 2Fe2O3* nH2O.
III – силикаты. Это самый многочисленный класс. Среди представителей можно назвать альбит – Na[AlSi3O8], ортоклаз – K[AlSi3O8] (группа полевых шпатов), тальк – Mg3[Si4O10](OH)2, каолинит (глина) –
Al[Si4O10](OH)2).
IV – карбонаты (соли угольной кислоты). Представителями являются кальцит (разновидность – арагонит) – CaCO3, доломит - Ca, Mg(CO3)2, магнезит - MgCO3 .
V – сульфаты (соли серной кислоты). К ним относятся, например,
гипс – CaSO4*2H2O, ангидрит (безводный гипс) - CaSO4, барит (тяжелый шпат) - BaSO4, целестин - SrSO4 .
VI – фосфаты (соли фосфорной кислоты). Представителем является,
например, апатит – Ca5(F,Cl)(PO4)3 .
79Вернадский Владимир Иванович [28.2 (12.3).1863, Петербург, — 6.1.1945, Москва] -
советский естествоиспытатель, выдающийся мыслитель, минералог и кристаллограф, основоположник геохимии, биогеохимии, радиогеологии и учения о биосфере, организатор многих научных учреждений.
80Ферсман Александр Евгеньевич (1883-1945) - российский геохимик и минералог, один из основоположников геохимии, академик АН СССР (1925; академик Российской АН с 1919). Автор фундаментального труда «Геохимия» (т. 1-4, 1933-39), «Пегматиты» (1931). Знаток драгоценных и поделочных камней. Блестящий популяризатор. Организатор ряда научных учреждений и многочисленных экспедиций (в том числе на Кольский полуостров, в Среднюю Азию, на Урал) по исследованию минеральных ресурсов.
Рис. 80. Лимонит (класс гидроксидов), Кашпир
Рис. 81. Слюда (класс силикатов)
Рис. 82. Кристалл граната (класс силикатов), Заполярный Урал
Рис. 83. Датолит (класс силикатов), Дальнегорск
Рис. 84. Апатит (голубой – класс фосфатов) в кальците, Байкал
Рис. 85. Пирит на сидерите (класс сульфидов). В старину его часто называли "золотом дураков", ибо многие неопытные старатели принимали его за золото
VII – сульфиды (соли сероводородной кислоты). К примеру, пирит
(серный колчедан, железный колчедан) – FeS2, халькопирит (медный колчедан) - CuFeS2.
VIII – галоиды. Широко распространены такие галоиды, как галит (поваренная соль) - NaCl , сильвин - KCl , флюорит (плавиковый шпат) –
CaF2.
IX – вольфрамиты: Представителем является вольфрамит – (Fe, Mn)
WO4.
X – самородные элементы. Среди представителей этого класса можно назвать алмаз – С, графит – С, сера – S, медь – Cu, золото - Au и др.
С оксидами, карбонатами, сульфатами и самородными элементами мы познакомимся подробнее чуть ниже. Примеры минералов остальных классов приведены на рис. 80-85.
Минералы в зависимости от происхождения и химического состава различают по морфологии и физическим свойствам.
Морфология минералов и их агрегатов
Рис. 86. В доломитовой жеоде (серая) последовательно отлагались халцедон (голубой), Битуминизированный кальцит (черная щетка), гипс
(белый), самородная сера (желтая, некоторые кристаллы кажутся черными, а на самом деле – прозрачны и имеют красновато-желтый цвет), битум (черный). Водино
Внешний облик минерала называют габитусом (от лат. «габитус» – внешность, наружный вид). Многие минералы образуют кристаллы характерной формы - даже по внешнему их облику можно определить название минерала. Так, типичной для галита, пирита и флюорита является
-114-
кубическая форма кристаллов. Весьма характерна таблитчатая форма кристаллов гипса. Когда два кристалла гипса срастаются вместе, образуются так называемые двойники, напоминающие форму ласточкина хвоста. У кальцита кристаллы в форме скаленоэдра или ромбоэдра. Для кварца характерны кристаллы в виде призм, ограниченных пирамидальными гранями.
Некоторые минералы способны кристаллизоваться в виде различных форм. Например, гипс может встречаться не только таблитчатой формы, но и в виде столбчатых кристаллов (гипс-селенит), а также в виде кристаллических образований сложной формы («гипсовые розы»).
Одиночные кристаллы в природе редко наблюдаются. Обычно они встречаются в виде сростков или агрегатов. Агрегаты минералов образуются срастанием отдельных кристаллов без каких-либо закономерностей. Формы нахождения их в природе весьма разнообразны (см. рис. 86 - 94).
Часто встречаются зернистые агрегаты (альбит, ортоклаз – входят в состав гранитов). По размерам зерен выделяют мелкозернистые (зерна менее 1мм), среднезернистые (1…5 мм) и крупнозернистые (зерна более 5 мм).
Землистые агрегаты (более рыхлые, чем зернистые) представлены сростками кристаллов, видимых только при увеличении (охра, глинистые минералы, например, каолинит – составляющая каолиновой глины и др.).
Рис. 87. Натечный халцедон на известняке, Водино
-115-
Натечные образования (см. рис. 87) присущи аморфным (опал) и скрытокристаллическим (халцедон) минералам. Многим знакомы натечные известковые образования – сталактиты и сталагмиты, встречающиеся в карстовых пещерах. Они образовались при последовательном отложении кальцита из коллоидных растворов и характеризуются цилиндрической формой.
Рис. 88. Внутренняя поверхность полости в халцедоне покрыта мелкими кристаллами кварца, Водино
Рис. 89. Полость в известняке. Внутренняя поверхность покрыта кристаллами медового кальцита, Яблоневый Овраг
-116-
Друзы. Большое количество минеральных агрегатов образуется в пустотах, трещинах и порах горных пород (см. рис. 88-92). Часто на стенках пустот встречаются сростки крупных кристаллов в виде друз (см. рис. 91, 105, 130-132). Кристаллы в друзах располагаются на общем основании и ориентированы по разным направлениям в пространстве (кварц, гранат, кальцит).
Рис. 90. Внутренняя поверхность полости рисунка 89 (снимок сделан помещенным в полость фотоаппаратом)
Рис. 91. Свежеобретенная друза "медового" кальцита, Яблоневый Овраг
-117-
Рис. 92. Кристаллы кальцита в известняковой полости, Водино - «улыбка Чеширского кота». Все мы видели котов без улыбки - но часто ли встречаются улыбки без котов? В данном случае мы наблюдаем почти что
«улыбку без кота», то есть украшенную кристаллами кальцита полость в известняке без самого известняка (который давно растворился)
Щетки (см. рис. 93, 138, 139) – это сростки одинаково ориентированных мелких кристаллов, имеющих общее основание.
Рис. 93. Кварцевая щетка на известняке, Водино
-118-
Кристаллы, заполняющие (возможно, не полностью) полость в породах (от метра до сантиметра), образуют жеоду (см. рис. 94). Если рост кристаллов внутри жеоды происходит от стенок к центру и ее размеры небольшие (несколько сантиметров), мы имеем дело с секрецией.
Рис. 94. Сростки кристаллов
а– друза; б – друзы, заполняющие жеоду; в – конкреция; г – оолиты; д
–сталактиты ;е – натечный агрегат; ж – дендриты
При росте кристаллов от центра к краям получается конкреция. Конкреции образуются в рыхлых породах, имеют сферическую форму и радиально-лучистое строение. Разновидностями конкреций являются оолиты и желваки. Оолитами называют мелкие конкреции (0,1…10 мм). Они образуются в водной среде путем наслоения коллоидного материала, например на песчинки (арагонит в жемчужине).
Желваки (см. рис. 95) отличаются от конкреций неправильной формой. Некоторые минералы имеют своеобразные формы – ветвящиеся древовидные образования. Их называют дендритами (см. рис. 96). Образуются они в порах почв и горных пород при кристаллизации веществ и
коагуляции коллоидов.
-119-
Рис. 95. Желвак халцедона, Водино
Рис. 96. Дендриты окислов марганца, Буз-Баш
В природных условиях мы иногда встречаем минералы с совершенно несвойственными им кристаллическими формами. Такие образования называют псевдоморфозами (от греч. «псевдос» - ложь, «морфис» - образование). Часто наблюдаются псевдоморфозы по органическим остаткам: псевдоморфозы опала и халцедона по дереву (см. рис. 97), псевдоморфозы фосфорита по аммонитам, арагонита – по белемнитам (см. рис. 98). Частным случаем псевдоморфоз являются параморфозы – псевдоморфозы с сохранением химического состава, но изменением
-120-
структуры минерала (например, параморфозы кальцита по арагониту, см.
рис. 133).
Рис. 97. Псевдомофоза кремнезема по дереву, Трубетчино
Рис. 98. Псевдоморфозы арагонита по белемнитам ("чертовы пальцы"), Ундоры
Поэтому при определении минералов недостаточно ограничиваться изучением их внешней формы, необходимо знать и другие, более надежные свойства минералов, позволяющие однозначно их определить.
Физические свойства минералов
Из множества физических свойств можно отметить наиболее устойчивые и специфические, позволяющие различать минералы.