Минералы и их классификация

1. Главные особенности минералов и их классификация

1. Структура минералов
2. Физические свойства
3. Образование минералов и горных пород
3.1 эндогенные процессы
3.2 экзогенные процессы
3.3 метаморфические процессы
4. Классификация минералов

2. Минерал

Это простое вещество или химическое
соединение, возникающее в земной коре
и на ее поверхности, а также полученное
искусственным путем.
Известно ~ 3000 минералов.
Могут состоять из 1 элемента
(сера, золото, графит) или нескольких
(кварц, пирит, кальцит и др.).
Большинство минералов – твердые тела,
но есть жидкие (ртуть, вода) и
газообразные (метан, сернистый газ).

3. 1. Структура минералов

Кристаллическое
строение
(скрытокристаллическое)
•состояние устойчивое
•имеют форму
многогранников
•анизотропные свойства
(т.е. кристаллы в разных
направлениях имеют
разные свойства)
Аморфное состояние
•состояние неустойчивое
(с течением времени может
переходить в кристаллическое)
•не обладают
кристаллическими
решетками
•свойства изотропны
(т.е. одинаковые во всех
направлениях)

4. Кристалл кварца и аморфный опал

5. Кристалл минерала

Различают вершину, ребро и
грань.
Основной характеристикой
строения кристаллов
является симметрия.
В каждом кристалле частицы,
слагающие его,
располагаются в
пространстве правильными
рядами, сетками и
решетками. Соответственно,
в кристалле выделяются ось,
центр и плоскость симметрии.

6. Сингонии минералов

Все разнообразие форм кристаллов минералов можно
разделить на 7 крупных подразделений, которые
называются сингониями (греч. «син»— сходно, «гония»—
угол):
триклинная, моноклинная, ромбическая, тетрагональная,
тригональная, гексагональная и кубическая.
Кристаллы триклинной, моноклинной и ромбической
сингоний наименее симметричны, в них отсутствуют оси
высших порядков.
Тетрагональной сингонии имеют одну ось 4-го порядка,
Кристаллы гексагональной сингонии— ось 6-го порядка
кристаллы тригональной сингонии— одну ось 3-го порядка.
Кристаллы кубической сингонии обладают несколькими
осями высшего порядка.

7. Сингонии

8. Формы минералов и агрегатов

Все многообразие форм минералов можно условно
разделить на три основные группы.
Каждая группа характеризуется свойственным обликом:
•одинаково развитые по всем трем измерениям—
изометрические кристаллы (кубические кристаллы пирита,
флюорита, галенита);
•вытянутые в одном направлении— столбчатые,
призматические, игольчатые (призматические кристаллы
антимонита или горного хрусталя);
•вытянутые в двух направлениях при сохранении
третьего— таблитчатые, пластинчатые, листоватые,
чешуйчатые кристаллы (тальк, биотит, гипс).
В природе часто встречаются кристаллы причудливой
формы, сростки минералов (двойники), конкреции,
секреции, дендриты и друзы.

9. Габитус кристаллов и двойники

I – изометрические формы:
а-магнетит, в- пирит, в- гранат;
II – удлиненные в одном направлении:
г- барит, д- антимонит, е- кварц;
III – вытянутые в 2-х направлениях при
сохранении 3-го короткого:
ж – барит, з - хлорит
I – тип срастания:
а – гипс, б – рутил;
II – тип прорастания:
в – флюорит, г – калиевый
полевой шпат

10.

Конкреции образуются при концентрации вещества вокруг
центра кристаллизации (кальцит, флюорит). Концентрическое
строение кристалла отражает стадийность формирования.
Обычно конкреции имеют радиально лучистое округлое
строение. Мелкие округлые – оолиты.
Секреции образуются на внутренних стенках пустот в
породах в виде минеральных наростов и кристаллов, иногда
заполняют всю полость пород (горный хрусталь, кальцит).
Мелкие называются миндалинами, крупные— жеодами.
Сталактиты – натеки, свисающие со сводов пустот,
Сталагмиты – натеки, растущие вверх со дна пещер.
Дендриты— ветвящиеся сростки кристаллов (золото,
серебро). Пример - зимние стекла, разрисованные ажурной мозаикой.
Друзы — группа кристаллов, сросшиеся в основании
(друзы кварца, кальцита, гипса, топаза, пирита и др.)
Псевдоморфозы – возникают при химических и др.
внутренних изменениях, с сохранением формы.

11. 2. Свойства минералов

• физические показатели:
внешняя форма, твердость, плотность,
• оптические показатели:
окраска, цвет черты, прозрачность, блеск,
• механические свойства:
спайность, хрупкость.
Для отдельных минералов свойственны такие
характеристики как вкус, запах, магнитность,
радиоактивность, растворимость в воде или кислотах и
т.д.
малахит – только зелёный,
кальцит – растворим в соляной кислоте,
галит (поваренная соль) – растворяется в воде, алмаз –
исключительно прочный,
слюда – имеет листоватое строение,

12. Плотность

Определяется визуально, путем взвешивания минерала на
ладони. По этому принципу минералы делятся на легкие,
средние и тяжелые.
Легкие минералы имеют плотность от 1 до 3 г/см3 (гипс,
кварц, полевой шпат, галит).
Средние минералы характеризуются условно плотностью от
3 до 4 г/см3 (апатит, роговая обманка).
Тяжелые минералы обладают плотностью свыше 4 г/см3
(галенит, пирит, киноварь, вольфрамит, барит, гематит).
Средняя плотность:
осадочных пород – 2,4-2,5 г/м3,
гранита, большинства метаморфических – 2,7-2,8,
основных магматических пород – 2,9-3,0 г/м3.

13. Твердость

Это способность минералов противостоят внешним
механическим воздействиям (например, царапанью).
Различают твердости:
1)относительную (показывает твердость минералов по
отношению друг к другу)
2)абсолютную (определяется прибором склерометром,
который дает значения в МПа)
Для определения относительной твердости
используется 10-балльная шкала твердости Мооса,
состоящая из 10 эталонных минералов различной
твердости. С помощью этих минералов путем
царапанья можно определить ориентировочную
твердость других минералов.

14. Твердость минералов (шкала Мооса)

Эталонные минералы
Относительная
твердость
Абсолютная
твердость, МПа
Тальк Mg3(ОН)2[Si4O10]
1
(карандаш)
24
Гипс – СаSO4·2H2O
2
(соль)
360
Флюорит – CaF2
3
(2,5-3-ноготь;
1090
3
(медная монета)
4
(железный
1890
гвоздь)
Апатит – Ca5(F,Cl)[PO4]3
5
(стекло)
5360
Ортоклаз – КAl[Si3O8]
6
(стальной нож)
7967
Кварц – SiO2
7
(напильник)
11200
Кальцит – СаСО3
Топаз – Al2(F,OH)2[SiO4]
8
14270
Корунд – Al2O3
9
20600
Алмаз – С
10
100600

15. Оптические свойства минералов

Цвет определяется способностью минералов поглощать ту или иную
часть спектра, часто обеспечен наличием элементов- хромофоров,
примесями или дефектами кристаллической решетки (признак
весьма условный, используется совместно с другими признаками).
Турмалин бывает синий, розовый, зеленый, даже черный,
Анапаит, уваровит, малахит – все могут быть зеленого цвета.
Цвет черты, оставляемой минералом на фарфоровой пластинке.
Для некоторых минералов черта является характерным признаком,
может не совпадать с цветом минерала.
Например, гематит и магнетит часто трудно отличить
визуально, а по черте легко: гематит оставляет черту
вишневого цвета, а магнетит— черного.
Иризация – цветной отлив на гранях или плоскостях спайности,
обусловленный включениями или трещинами, вызывающими
интерференцию лучей света (лабрадор).
Побежалость – цветная пленка на слегка окислившейся поверхности
(халькопирит, борнит)

16.

Лимонит, красно-бурый цвет
обусловлен элементомхроматофором Fe3+
Малахит, натечный почковидный
агрегат, хроматофор – Cu2+

17.

Борнит, эффект побежалости
Лабрадорит, с эффектом
иризации

18. Блеск минералов

Металлический (руды
металлов – пирит,
галенит, халькопирит)
Неметаллический
• алмазный блеск (алмаз,
сфалерит и др.);
• стеклянный блеск (кварц,
кальцит, полевой шпат и
др.);
• жирный блеск (сера,
нефелин и др.);
• шелковистый блеск
(асбест, халцедон и др.);
полуметаллический
(графит, гематит);
• перламутровый (тальк).

19.

Гипс, блеск стеклянный, отлив
шелковистый
Друза кристаллов сфалерита с
кальцитом, блеск алмазный

20. Прозрачность

Способность
минералов
пропускать свет.
Многие минералы
прозрачны.
Например, кварц,
гипс, алмаз и др.
К непрозрачным
относятся: магнетит,
хромит, галенит,
золото и др.
Исландский шпат

21. Спайность

Способность минералов при ударе раскалываться по
определенным плоскостям. Различают несколько видов
спайности:
1—весьма совершенная,
2—совершенная,
3—несовершенная.
Весьма совершенная — минерал легко раскалывается
на тонкие листочки или пластинки (тальк, мусковит,
биотит, гипс).
Совершенная— минерал раскалывается по нескольким
направлениям (кальцит, флюорит, галит, галенит).
Несовершенная—при ударе образуются обломки с
неровными поверхностями или вообще не образуется
поверхностей (апатит, халькопирит, кварц).

22. Излом

Излом — вид поверхности, получаемый при ударе не по
плоскости спайности. Все минералы отличаются по виду
излома. Виды излома следующие:
1— раковистый,
2— занозистый,
3— зернистый и др.
Раковистый излом— напоминает строение раковины (кварц,
опал).
Занозистый излом— имеет занозистое строение (асбест,
роговая обманка). Зернистый излом— поверхность сложена
зернами (ангидрит, галит).
Крючковатый излом – редко, но встречается, типичный для
самородных элементов (золото, серебро, медь).

23. Химические и специфические свойства

Магнитность можно определить с помощью магнитной стрелки компаса
(магнетит).
Двойное лучепреломление наблюдается у кальцита (прозрачная
разновидность). Для определения лучепреломления кристалл
оптического кальцита следует положить на шрифт и наблюдать двойное
лучепреломление.
По вкусу можно отличить галит (он соленый) от сильвина (он горький).
Реакция с 5% соляной кислотой характерна для минералов класса
карбонатов (СаСО3+НСl=СаСl2++СO2+H2O).
Жирность на ощупь свойственна минералам тальк, сера, молибденит и
др.
Штриховатость на гранях минерала является важным
диагностическим признаком. Например, кристаллы кварца имеют
штриховку, перпендикулярную вытянутым граням, а у турмалина она
ориентирована вдоль длинной стороны кристалл.
Радиоактивность - обладают 97 природных минералов за счет
содержания радиоактивных хим. элементов (U238, Th232, Ra, K40 и др),
дают излучение, интенсивность зависит от вида и количества этих
элементов

24. 3. Образование минералов и горных пород

Эндогенный процесс –
рождаются в недрах земной
коры из магмы, которая
представляет собой
алюмосиликатный огненножидкий расплав.
При остывании магмы,
образуются минералы –
кристаллические, плотные, с
большой твердостью. Они
хорошо противостоят воде,
кислотам, щелочам.
В этом процессе рождается
около 700 минералов,
например, такие как кварц
Экзогенный процесс развит
на поверхности Земли.
Минералы рождаются на
суше и в водной среде.
Образование связано с
процессом выветривания и
разрушения горных пород и
минералов, залегающих на
поверхности земли. Из
продуктов разрушения
создаются новые минералы,
более устойчивые к данной
среде.

25. 3.1. Эндогенные процессы

Магматический процесс обусловлен кристаллизацией
минералов непосредственно из расплавленной магмы при
ее остывании на глубине или во время ее движения к
поверхности Земли при излиянии вулканов.
Пегматитовый процесс наблюдается в последнюю стадию
остывания силикатной магмы, насыщенной щелочами и
газами, которая внедряется в трещины, линзы и полости, и
по мере охлаждения кристаллизуется в крупные
пегматитовые тела.
Пневматолитовый процесс имеет место при
кристаллизации расплава, насыщенного летучими
компонентами, в условиях пониженного внешнего давления
(осаждаются сера, флюорит, рудные минералы)
Гидротермальный процесс – кристаллизация минералов
при остывании горячего водного раствора.

26. 3.2. Экзогенные процессы

Активную роль в этих процессах играет энергия солнца,
ветра и воды. Минералы, образовавшиеся в экзогенный
этап, подразделяются на осадочного генезиса, химического
и органического.
•Осадочные минералы и горные породы формируются в
момент осадконакопления и изменения осадка;
•Химические минералы, выделившиеся из пересыщенного
водного раствора в основном под влиянием энергии
Солнца (галит, карналит, ангидрит и другие);
•Органические или биогенные (самородная сера,
фосфориты, руды марганца и железа, каустбиолиты и
другие).

27. 3.3. Метаморфические процессы

Процессы изменения уже существующих минералов и
горных пород под действием температуры и давления в
земной коре.
Возникшие при этом минералы— МЕТАМОРФОГЕННЫЕ.
ИЗОМОРФИЗМ. Это свойство элементов замещать друг
друга в кристаллических решетках минералов не нарушая
их строения. Изоморфизм более характерен для минералов
группы силикатов.
ПОЛИМОРФИЗМ— способность двух или нескольких
веществ одинакового состава кристаллизоваться в разных
формах, иначе— изменение кристаллической решетки
минералов под действием температуры и давления (алмаз и
графит. Состав одинаковый-углерод, а кристаллизуются они в
разные структуры: у алмаза- кубическая, у графита—
гексагональная. Алмаз— самый твердый из минералов, а графит—
самый мягкий. Физические свойства у этих минералов разные).
Устойчивые разности одного вещества- модификации.

28. ПСЕВДОМОРФИЗМ

Процесс замещения одного минерала другим при
сохранении внешней формы замещаемых кристаллов.
Псевдоморфозы превращения, вытеснения и выполнения.
•Псевдоморфозы превращения одного минерала в другой с
сохранением части входивших в них элементов.
•Псевдоморфозы вытеснения выделяют в случае полного
замещения первоначального вещества новым.
•Псевдоморфозы выполнения образуются в случае
заполнения новым веществом пустот, образовавшихся при
выщелачивании первичного минерального вещества.

29. 4. Классификация минералов по хим. составу

N п/п
Классы
Минералы
1
Силикаты
Ортоклаз– КAl[Si3O8]
2
Карбонаты
Кальцит – СаСО3
3
Оксиды
Кварц – SiO2
4
Гидрооксиды
Опал – SiO2·nH2O
5
Сульфиды
Пирит – FeS2
6
Сульфаты
Гипс – СаSO4·2H2O
7
Галоиды
Галит – NaCl
8
Фосфаты
Апатит – Ca5(F,Cl)[PO4]3
9
Вольфраматы
Вольфрамит – (Fe,Mn)WO4
10
Самородные элементы Алмаз – С

30. Соотношение между классами минералов

Силикаты (80%) – наиболее многочисленный класс,
включающий в себя до 800 минералов. Это
алюмосиликаты, являющиеся основой магматических и
метаморфических пород. В состав класса входят полевые
шпаты, пироксены, амфиболы, слюды и др.
Оксиды и гидрооксиды (17%) объединяют до 200
минералов. На их долю приходится до 17% массы земной
коры. Наибольшее распространение:кварц, опал, лимонит.
Карбонаты (1,7%). Более 80 минералов, чаще всего
встречаются кальцит, магнезит и доломит.
Сульфаты (0,1%) объединяют до 260 минералов. Среди
них наибольшее значение имеют гипс и ангидрит.
Сульфиды (0,26%) - до 200 минералов. Пирит.
Галоиды (менее 0,5%) - до 100 минералов. Галит
(поваренная соль).

31. Искусственные минералы

Известно более 150 искусственно созданных минералов.
Они создаются в двух направлениях:
1)как аналоги природных минералов,
2)как техногенные образования.
Аналоги – копируют природные минералы: алмаз(С),
корунд (Al2O3), кварц в виде горного хрусталя (SiO2), барит
(ВаSO4) и др. Часто превосходят природные по огранке и чистоте.
Техногенные минералы создаются в промышленных
условиях (в природе нет), представляют интерес для
дорожного строительства, т.к. входят в дорожностроительные материалы (вяжущие, шлаки и др.). Из них
состоят цементы, огнеупоры, абразивы, керамика и т.д.
Каждый минерал имеет строго определенные свойства.
1) Вяжущие св-ва: алит (3СаО·SiO2) и белит (2СаО·SiO2), входящие в цементы,
2) огнеупорными являются муллит (3Аl2О·2SiO2) и периклаз (МgО),
3) высокую прочность имеют карбид кремния (SiC) и т.д.