Минералы. Лекция 2

1. минералы

Лекция 2.
минералы

2. МИНЕРАЛЫ

3. План

1.
2.
3.
4.
5.
6.
Минералогия как наука.
Морфология минеральных агрегатов.
Физические свойства минералов.
Основы минералогической систематики.
Генезис минералов.
Использование минералов в строительном
деле.

4. Определения

• «Минерал – это природное химическое соединение
кристаллической структуры, образующееся на Земле
как результат геологических и геохимических
процессов или эквивалентных процессов на
внеземных телах Вселенной» (1995).
• В результате становится совершенно очевидным, что
большинство ученых сходится во мнении - минералы – это
лишь твердые образования, но В.И. Вернадский и
некоторые другие специалисты в своих трудах указывают,
что минералы могут быть жидкими и газообразными (вода,
ртуть и т.д.).
Наука о минералах – минералогия – является одной из
древнейших отраслей геологического знания.

5.

• В настоящее время установлено около
4900 минеральных видов (одобрены
Международной минералогической
ассоциацией - IMA).

6.

• Большая часть минералов встречается
очень редко и только некоторые из них
(около 100) составляют основную массу
пород, руд и различных минеральных
тел.
• Они называются
породообразующими (кварц, полевые
шпаты, глинистые минералы,
карбонаты, сульфаты, пироксены,
амфиболы).

7. Происхождение минералов.

• По происхождению все минералы
делятся на три группы:
• магматические,
• экзогенные (осадочные) и
• метаморфические
• в зависимости от условий, в которых
произошло их образование.

8. Морфологический облик минералов

• В природе минералы могут встречаться в виде
• кристаллов с хорошо выраженными гранями,
• неправильных зерен или
• аморфных тел.
• Кристаллы –
геометрически
правильные твердые
тела, в которых атомы
и молекулы расположены
в строго заданном
геометрическом порядке.

9. Классификация кристаллов

• Кристаллы по своей форме классифицируются на
семь групп (сингоний). Выделяются кубическая,
тетрагональная, гексагональная, ромбическая,
моноклинная, триклинная, тригональная группы
кристаллов.

10. Свойства кристаллов

1. Явление анизотропии зависимость физических свойств
кристалла от направления.
Свойства: прочность, твердость,
теплопроводность, скорость
распространения света,
электропроводность
Примеры: 1) Анизотропия прочности
кристалла слюды
2) Анизотропность твердости
кристаллов у минерала дистена
(Al2O[SiO4]). В продольном
направлении твердость =4,5, в
поперечном =6.

11. 2. Полиморфизм.

• Способность вещества существовать в
различных кристаллических структурах,
называемых полиморфными
модификациями (их принято
обозначать греческими буквами α, β, γ и
т. д.).
• Пример: карбонат кальция - две
модификации кальцит и арагонит.

12.

13.

3. Однородность кристаллических веществ.
4. Изоморфизм - свойство элементов замещать
друг друга в структуре кристалла.

14.

• 5. Физические свойства кристаллов –
• твердость,
• спайность,
• излом,
• цвет,
• блеск,
• цвет черты,
• удельный вес,
• растворимость, прочность, вкус, ощущение
на ощупь, запах,
• габитус.

15. Формы нахождения минералов в природе

1. В виде отдельных
кристаллов
2. В виде сростков
(двойников).
3. В виде минеральных
скоплений.
4. В виде минеральных
агрегатов.

16. Морфология минеральных агрегатов

• Зернистые агрегаты представляют
собой сплошные массы произвольно
сросшихся зерен одного или нескольких
минералов.

17. Морфология минеральных агрегатов

• Друзы (щетки) - это группы кристаллов,
наросших перпендикулярно или почти
перпендикулярно к поверхности
трещин, стенке жилы или полости в
горной породе.

18. Параллельно-шестоватые и волокнистые агрегаты

• Их образование происходит в открытых трещинах
(рисунок 5):сначала на стенках по принципу
геометрического отбора нарастают друзы;
разрастаясь навстречу друг другу, они смыкаются и
образуют параллельно-шестоватые или волокнистые
агрегаты.

19. Секреции и конкреции

• Секреции образуются при заполнении минеральным
веществом полости в горной породе. Часто в центре
секреций располагаются друзы (а).
• Конкреции - это шаровидные агрегаты радиальнолучистого строения (б).

20. Физические свойства минералов.

• Каждый минерал имеет особые
признаки, позволяющие отличить его от
других минералов.
• Наиболее выразительными из них
являются:
• цвет (окраска), цвет черты, блеск,
прозрачность, удельный вес
(плотность), спайность, излом,
твердость.

21. Физические свойства минералов

• Цвет (окраска)
минералов
• Свойство, которое
прежде всего обращает
на себя внимание
любого исследователя это цвет или окраска
минералов. Существуют
минералы с постоянной
окраской (таблица) и
минералы меняющие
свою окраску,
например, турмалин.
Цвет
Минерал
Синий
Азурит
Зеленый
Малахит
Красный
Киноварь
Желтый
Золото

22. Цвет черты.

• Более надежный диагностический
признак минералов, чем цвет.
• Цвет черты – это цвет минерала в
порошке,
• он определяется, если уголком
испытуемого образца минерала
потереть пластинку шероховатого
неглазурованного фарфора – бисквита.

23.

• Диагностическим признаком является
расхождение в цвете минерала и цвете
его черты.
• Например, цвет черты у черных
кристаллов гематита – вишнево-красный,
• у золотисто-желтого пирита – черный с
зеленоватым оттенком,
• у флюорита – независимо от его желтой,
зеленой или фиолетовой окраски –
всегда белый.

24. Блеск

• Блеск - оптическое свойство, тесно связанное с явлениями
отражения и преломления света, можно определить как
внешний вид минерала в отраженном свете. Различают
два основных типа блеска минералов - металлический и
неметаллический.
• Металлический блеск. Минералы, сильно поглощающие
видимый свет, непрозрачные или почти непрозрачные даже
в очень тонких осколках (хотя, возможно, и пропускающие
инфракрасные лучи), как правило, имеют металлический
блеск.
• Неметаллический блеск. Различают несколько его
разновидностей:
• Алмазный блеск - яркий блеск, типичный для алмаза.
• Стеклянный блеск - почти все силикаты, большая часть
солей кислородных кислот (карбонатов, фосфатов,
сульфатов и т.д.), галоиды, окислы и гидроокислы легких
элементов (например, алюминия и магния).
• Жирный, восковой, шелковистый, перламутровый и
матовый блеск - разновидности неметаллического блеска.

25. Светопроницаемость (прозрачность)

• Прозрачным называют минерал, способный
пропускать свет; сквозь такой минерал можно
ясно видеть другие объекты.
• Просвечивающими считаются минералы,
способные пропускать свет; однако сквозь
такие минералы нельзя ясно различать те
или иные предметы, а можно лишь смутно
видеть их общие очертания. Непрозрачным
называется минерал, не способный
пропускать свет.

26. Удельный вес, плотность.

• Удельный вес – это безразмерная
величина, которая представляет собой
отношение плотности минерала к
плотности воды.
• Следовательно, минерал с плотностью
2,6 в 2,6 раза тяжелее такого же
объема воды.
• Плотность – это масса единичного
объёма вещества (в г/см3).

27.

• Удельный вес и плотность используют как
синонимы, поскольку плотность воды равна 1
г на 1 см3, поэтому удельный вес численно
равен плотности.
• Удельный вес минерала зависит от его
химического состава и кристаллической
структуры.
• Минералы с переменным химическим
составом имеют непостоянную
плотность.

28.

• Плотность минералов, горных пород и
руд колеблется от 1 до 20.
• Минералы плотностью ниже 2 относятся
к легким (например, янтарь – 0,1),
• от 2 до 4 – характеризуются как
нормальные (например, кварц – 2,6; гипс
– 2,3; полевые шпаты – 2,5-2,7),
• выше 4,0 – характеризуются как
тяжелые (например, барит – 4,5; пирит –
5,0; галенит – 7,5).

29. Спайность

• – это способность некоторых минералов
раскалываться или расщепляться по
определенным направлениям с
образованием гладких (зеркальных)
поверхностей, называемых плоскостями
спайности.
• Спайность зависит от строения
кристаллической решетки.

30.

• Спайность
• В зависимости от легкости, с какой
раскалывается минерал, различают
• весьма совершенную (слюда, тальк,
гипс),
• совершенную (кальцит, галенит),
• среднюю (полевой шпат, флюорит) и
• несовершенную (гранат) спайность.
• Встречаются минералы, которые вообще
лишены спайности (кварц).

31.

Слюда имеет совершенную спайность

32. Излом поверхности

• раковистый (кварц, обсидиан),
• занозистый,
• волокнистый (для волокнистых
минералов типа асбеста),
• ровный,
• неровный,
• ступенчатый и
• землистый (каолинит) излом.

33. Твердость.

• - под твердостью минерала понимают
сопротивление, которое оказывает его
поверхность при попытке поцарапать ее
другим минералом или иным предметом.
• Твердость природных кристаллов сильно
различается – от 2,4 кг/мм2 (тальк) до
10060 кг/мм2 (алмаз).

34.

• Немецкий минералог Фридрих Моос
(1773-1839) предложил шкалу, согласно
которой минералы группируются в
соответствии с их относительной
твердостью по десятибалльной шкале.
• Путем сравнения с этой шкалой может
быть установлена твердость любого
минерала – твердость по Моосу.

35.

36.

37.

38. Прочие свойства минералов

• Свечение. Многие минералы, не
светящиеся в обычных условиях,
начинают светиться при некоторых
воздействиях (при нагревании,
облучении рентгеновскими,
ультрафиолетовыми и катодными
лучами, при разламывании, царапании)

39.

• Различают фосфоресценцию,
люминесценцию, термолюминесценцию
и триболюминесценцию минералов.
• Фосфоресценция - способность
минерала светиться после воздействия
на него какими-либо лучами (виллемит).
• Люминесценция - способность светиться
в момент облучения (шеелит, кальцит,
благородный опал и др. при облучении
ультрафиолетовыми и катодными
лучами).

40.

41.

• Термолюминесценция - свечение при
нагревании (флюорит, апатит).
• Триболюминесценция - свечение в
момент царапания иглой или
раскалывания (слюды, корунд).

42. Радиоактивность минералов

• Около 100 природных минералов
содержат радиоактивные изотопы.
• Наиболее радиоактивен гранитный
слой литосферы, поэтому содержание
радиоактивных минералов наибольшее
в гранитах и глинах (продуктах
выветривания гранитов).

43. Особые свойства минералов

• Растворимые в воде соли имеют свой
вкус (галит – соленый, сильвин – горькосоленый).
• Растворимость в кислотах – породы,
содержащие карбонаты (мрамор, мел,
известняк, лесс), вскипают от соляной
кислоты (холодная соляная кислота
растворяет кальцит, горячая – доломит).

44.

• Специфический запах имеет сера и
желваки фосфорита.
• Магнитными свойствами обладает
магнитный железняк.
• Электропроводностью – некоторые
рудные минералы.

45. Основы минералогической систематики

В настоящее время в минералогии принята
кристаллохимическая классификация
минералов. Крупнейшей систематической
единицей является тип, который
объединяет минералы с близким
характером химических соединений,
родственным типом химической связи.
По типу химических соединений М. - простые тела (самородные элементы);
М. - составные (бинарные и прочие).

46. Основы минералогической систематики

Типы делятся на классы, объединяющие минералы с более
близкими химическими свойствами и типом связи.
• Классификация минералов
• Самородные: золото, сера, графит.
• Сульфиды: пирит.
• Галогениды: галит, сильвин.
• Оксиды и гидроксиды: кварц, опал, лимонит, гематит.
• Карбонаты: кальцит, магнезит, доломит, малахит.
• Сульфаты: барит, гипс.
• Фосфаты: апатит.
• Силикаты: оливин, родонит, тальк, серпентинит,
каолинит, полевые шпаты (ортоклаз, плагиоклазы),
нефелин.

47. Класс 1. Самородные элементы

• В самородном состоянии в природе известно около 50
химических
элементов
(простых
веществ),
но
большинство из них встречаются редко. По подсчетам
В.И. Вернадского, на долю самородных элементов
приходится не более 0,1% веса земной коры.
Нахождение элементов в самородном виде связано со
строением
их
атомов,
имеющих
устойчивые
электронные оболочки.

48.

• Структура самородных элементов во многих
случаях атомная координационная (алмаз, медь,
золото и др.); наблюдается также листовая,
цепочечная и молекулярная (сера).

49.

• В тесной связи со структурой находятся
физические свойства. Большинство самородных
элементов химически устойчивы, имеют
пониженную твердость, металлический и
алмазный блеск, большой удельный вес.

50.

• Формы выделений самородных элементов
разнообразны: каплевидные зерна, самородки,
идиоморфные или нитевидные кристаллы, проволочновытянутые или плоские дендриты, ксеноморфные
угловатые или пластинчатые (пленочные) образования (по
границам сопутствующих минеральных индивидов и по
трещинам).

51.

• По происхождению самородные элементы могут быть
глубинными, вплоть до магматических (алмаз, платина) и
поверхностными (гипергенными). Простые элементы
нередко ассоциируют в горных породах с карбидами
металлов, углеродистыми веществами и образуются в
восстановительных условиях. Некоторые самородные
элементы имеют космическое происхождение или связаны
с земными магматитами, а также с процессами их
метаморфизма (Fe, Ni, Co и др.)

52. Класс 2. Сульфиды

• Соединения разных химических элементов с
серой.
• Класс сульфидов подразделяется на 4 больших группы: 1.
Сульфиды металлов; 2. Сульфосоли; 3. Сульфиды
полуметаллов; 4. Оксисульфиды.

53.

• Сульфиды
часто
месторождения
–
гидротермального типа.
образуют
крупные
полиметаллические
• При разработке сернистых месторождений сульфидные
руды используются комплексно, поскольку они обычно
многоминеральны и составляющие их минералы
содержат не один, а несколько ценных элементов.

54. Класс 3. Галогениды (галоидные)

• К галоидным минералам относятся фтористые,
хлористые, бромистые и иодистые соединения,
представляющие собой соли галоидоводородных кислот
или же соединения со сложными анионными группами.
• Наибольшее распространение имеют соединения F и Cl.
• Элементы Br и J, чаще замещают хлор в галоидных
соединениях.
• Все минералы этого класса обладают ионной связью
(гетерополярной) с катионами легких металлов. Фтор
образует в природе чаще всего соединение с кальцием в
виде флюорита CaF. Остальные фториды редки.
Фтористые минералы в большинстве светлые,
небольшого удельного веса и твердости, с низкими
показателями преломления.

55.

56.

• Флюорит (плавиковый шпат), криолит и отчасти
виллиомит имеют наибольшее практическое значение в
металлургической отрасли и применяются как флюс для
облегчения плавки металлов. Оптический флюорит
используется для изготовления линз и призм в точных
приборах. Галит (каменная соль) используется как
пищевой продукт и в кожевенном деле. Сильвин и
карналлит незаменимое сырье для химической
промышленности и сельского хозяйства. Бишофит с
успехом используется в медицине и химии.

57. Класс 4. Оксиды и гидроксиды

• Окислы – это простейшие соединения металлов с О2 и
гидроксилом - ОН. Содержание О2 в земной коре – более 49%.
• В соединение с кислородом входят около 40 химических
элементов.
• Важнейший из оксидов – кварц – на его долю приходится 12%
массы земной коры.
• Образуются в коре выветривания рудных месторождений, в
болотах, озерах, морях (конкреции, болотные руды).

58.

• В кристаллическом отношении окислы имеют атомные
решетки, для которых характерна ионная связь структурных
единиц. В кристаллических решетках этих соединений
катионы всегда находятся в окружении анионов кислорода
(гидроксила). Химическая устойчивость у окислов самая
высокая среди минералов, так как окисленным веществам
разрушаться дальше некуда.

59.

• Кислородные соединения с ионной связью
характеризуются очень прочным кристаллическим
строением. Это выражается в их повышенной твердости 6,
7, 8, 9, высокой химической стойкости, тугоплавкости,
нерастворимости и т.д. Гидраты со слоистыми атомными
решетками имеют слабые связи и поэтому менее прочны.
Окислы имеют аллохроматические окраски, часто
бесцветны, примеси Fe, Mn, Cr дают черные и темные
цвета. Окислы Sn, Nb, Ta и U отличаются большим
удельным весом. Окислы, содержащие U и Th,
характеризуются радиоактивностью.

60.

• Происхождение окислов магматическое,
пегматитовое, гидротермальное, регионально- и
контактово-метаморфическое. Часто в
поверхностных условиях окислы образуются при
окислении сульфидов и процессах выветривания,
поэтому они устойчивы и накапливаются в
россыпях.

61.

• Класс окислов подразделяется на простые окислы (ряд
металлов) и сложные окислы. Большинство окислов
являются рудами черных и цветных металлов (куприт,
тенорит, бромеллит, цинкит, рутил, брукит, анатаз,
торианит, касситерит, пиролюзит, манганит, уранинит,
гематит, магнетит, ильменит, колумбит, эвксенит,
самарскит), а также драгоценными камнями, такими как
опал, цитрин, аметист, рубин, сапфир, александрит,
шпинель и другие.

62. Класс 5. Карбонаты

- соли угольной кислоты.
Карбонатных минералов насчитывается около 80 видов.
По массе они составляют 1,7% веса земной коры.
Наиболее распространенными являются карбонат кальция и магния.
Из других известны карбонаты железа, натрия, бария, стронция и
цветных металлов - меди, свинца и цинка.
• Известны карбонаты простые (без дополнительных анионов) и
сложные (с дополнительными анионами), безводные и водные.

63.

• Физические свойства позволяют точно диагностировать эти
минералы и отличать их от других.
• Карбонаты характеризуются небольшой твердостью (не выше
4,5), неметаллическим блеском, светлой окраской, от
бесцветных до яркоокрашенных в присутствии меди, марганца,
никеля и др.
• Удельный вес зависит главным образом от химического состава.
• Все карбонаты вскипают с большей или меньшей легкостью в
соляной и азотной кислотах с выделением углекислого газа.
Легкость вскипания – важный диагностический признак
отдельных минералов.

64.

• Форма выделений карбонатов очень разнообразна –
кристаллы, друзы, зернистые массы, натеки, сталактиты с
гелектитами, корочки, иногда туфы.
• Только кальцит, кристаллизующийся в тригональной
сингонии, образует свыше 850 разных кристаллических
форм.
• В карбонатном процессе важная роль принадлежит
угольной кислоте, при участии которой образуются
бикарбонаты, обычно более растворимые в воде, чем
соответствующие средние соли.
• Растворимость углекислого газа в воде и вместе с этим
растворимость карбонатов увеличивается с увеличением
давления и с понижением температуры.
• Уменьшение давления и повышение температуры,
напротив, вызывает отдачу углекислоты растворами и
выделение карбонатов.

65.

• Многие карбонаты, особенно группы
кальцита, обладают способностью светиться
или люминесцировать в темноте при
облучении ультрафиолетовым светом.

66.

• В большинстве карбонаты являются гипергенными
продуктами гидрохимических реакций.
• Некоторые образуются в связи с жизнедеятельностью
организмов, например карбонат кальция известняков.
• Гидротермальные карбонаты распространены в жилах, в
контактово-метасоматических зонах, в отложениях
минеральных источников, в миндалинах вулканических
пород.

67.

• Многие карбонаты имеют практическое значение как руды
железа, цинка, свинца, меди. Большие массы карбонатов –
известняки, мраморы, доломиты, магнезиты используются
как строительный материал и в сельском хозяйстве.
Известняки являются прекрасным флюсом для
металлургического производства. Карбонаты в большом
количестве распространены по всему миру.

68. Класс 6. Фосфаты

• Соли фосфорной кислоты.
• Самые важные минералы этой группы –
апатит и фосфорит.
• Входят в состав удобрений.

69. Класс 7. Сульфаты

• Соли серной кислоты – гипс, ангидрит,
барит – довольно широко
распространены.

70. Распространение минералов в земной коре

• В природе наиболее распространены:
• минералы класса силикатов - около 25 % от
общего числа минералов;
• окислы и гидроокислы - около 12%;
• сульфиды и их аналоги - около 13 %;
• фосфаты, арсенаты (ванадаты) - около 18 %;
• прочие природные химические соединения - 32 %.
• Земная кора на 92 % сложена силикатами,
окислами и гидроокислами.

71. Генезис минералов

Современное понятие "генезис минералов" включает
характеристику ряда явлений, обусловливающих
возникновение минерала:
• а) химизм процесса;
• б) фазовое состояние среды минералообразования;
• в) физико-химические параметры системы, при которых
происходило возникновение минерала(температура,
давление, активность компонентов, кислородный
потенциал, режим основности — кислотности);
• г) механизм зарождения, роста и развития минерала
(свободная кристаллизация, метасоматическое
развитие, перекристаллизация, раскристаллизация
гелей и др.);
• д) процессы последующего изменения минерала и
явления метаморфизма;
• е) источник вещества.

72. Генезис минералов

М. возникают при
• эндогенных,
• экзогенных,
• метаморфогенных процессах.

73. Применение минералов

• Применение минералов очень
разнообразно – в быту, использование
в пищу, в промышленности, как
драгоценные камни и мн.др.

74. САМОРОДНАЯ СЕРА

Sulphur
S

75.

Полимеры
Производство
серной кислоты
Эбониты продукты
вулканизации
каучука

76. УГОЛЬ. ГРАФИТ. АЛМАЗ

Углерод
Carboneum
C

77. КВАРЦ

Оксид кремния
SiO2

78.

Раухтопаз
Цитрин
Аметист
Морион
Сердолик

79. КОРУНД

Al2O3
Оксид алюминия

80. ПИРОЛЮЗИТ

Диоксид марганца
MnO2

81. ЖЕЛЕЗНАЯ РУДА

Курская магнитная
аномалия (КМА) самый мощный в
мире железорудный
бассейн.

82. ГЕМАТИТ, МАГНЕТИТ, ЛИМОНИТ

Fe2O3 *nH2O
Fe2O3
FeO *Fe2О3
Оксиды железа

83. Серный колчедан, железный колчедан

ПИРИТ, ХАЛЬКОПИРИТ
CuFeS2
Медный колчедан
FeS2
Серный колчедан,
железный колчедан

84. Свинцовый блеск с цинковой обманкой (галенит + сфалерит)

PbS + ZnS

85. Галит, сильвин

NaCl
KCl
Отложения в соляной толще на
глубине 250 метров древнего
Пермского моря
Верхнекамского калийного
месторождения

86. ФЛЮОРИТ

CaF2
Плавиковый шпат

87. КАЛЬЦИТ

Исландский
шпат
CaCO3
Мел

88. МАЛАХИТ

Сu2СО3(ОН)2

89. АПАТИТ

Сa5 [РO4]3F (Cl)
АПАТИТ

90. гипс

CaSO4*2H2O

91. «Горный лен»

Mg6[Si4O10] [OH]8
хризотил, серпентин