Минералами считаются также некоторые природные вещества, представляющие собой в обычных условиях жидкости (например,самородная ртуть, которая приходит к кристаллическому состоянию при более низкой температуре).Воду, напротив, к минералам не относят, рассматривая её как жидкое состояние (расплав) минералалёд.

Некоторые органические вещества— ,асфальты,битумы— часто ошибочно относят к минералам, либо выделяют их в особый класс «органические минералы», целесообразность чего весьма спорна.

Некоторые минералы находятся в аморфном состоянии и не имеюткристаллической структуры.

Это относится главным образом к т. Наз.Метамиктным минералам, имеющим внешнюю форму кристаллов, но находящимся в аморфном, стеклоподобном состоянии вследствие разрушения их изначальнойкристаллической решёткипод действием жёсткого радиоактивного излучения входящих в их собственный состав радиоактивных элементов (U). Различают минералы явно кристаллические иметамиктные минералы, имеющие внешнюю форму кристаллов, но находящиеся в аморфном, стеклоподобном состоянии.

«Минерал— это химически и физически индивидуализированный природной физико-химической реакции, находящийся вкристаллическом состоянии» (Годовиков А. А., «Минералогия», М., « », 1983).

По определениюакадемикаН.П.Юшкина(1977), «минералами называются естественные дискретные органически целостные системы взаимодействующихатомов, упорядоченных с трёхмерной неограниченной периодичностью их равновесных положений, являющиеся относительно неделимыми структурными элементамигорных породи дисперсных образований. Вся совокупность минералов составляет минеральный уровень структурной компании неорганической материи, спецификой которого является кристаллическое состояние, определяющее свойства, законы функционирования и методы исследования минеральных систем».

Понятие «минерал» часто употребляется в значении «минеральный вид», то есть как совокупность минеральных тел данного химического состава с даннойкристаллической структурой.

Кристаллическая структураявляется и важнейшей диагностической характеристикой минерала, и носителем заложенной в минерале генетической информации, расшифровкой которой среди прочего занимаетсяминералогия. Вопрос о целесообразности отнесения к минералам в порядке «исключений из правила»некоторыхнекристаллических продуктов является спорным и до сих пор дискутируется учеными. Вместе с тем современные исследования показали, что некоторые аморфные, как считалось ранее, геологические продукты, устроены сложнее, чем считалось ранее и обладают внутренней «структурой дальнего порядка».

Коллоидные фазы существуют лишь как промежуточные в процессах массопереноса и минерал образования и являются одной из физико-химических сред, в которых или из которых происходиткристаллизация минералов.

Минерал (Mineral) - это

Классификация минералов

Попытки систематизации минералов на различной основе предпринимались уже в античном мире. Первоначально (от Аристотеля до Сины и Бируни) их делили по внешним признакам, иногда привлекая и генетические элементы, зачастую самые фантастические. Начиная с позднего Возрождения и вплоть до начала 19 в. доминировали классификации, основанные на внешних признаках и физических свойствах минералов. Во 2-й половине 19 — начале 20 вв. исключительное распространение получили химические классификации минералов (труды П. Грота, В. И. Вернадского и др.). С 20-х гг. 20 в. всё большую роль начинают играть кристаллохимические классификации, в которых за основу принимаются в равной мере химический состав и кристаллическая структура минералов. В современной минералогии имеется много различных вариантов минералогической систематики. В наиболее распространена классификация минералов на типы и классы по химическому составу.

Более мелкие таксоны внутри классов (подклассы, отделы, группы и др.) выделяют по типу структуры (силикаты) и в соответствии со степенью усложнения состава. При выделении дробных таксонов основываются также на группировке близких в геохимическом и кристаллохимическом отношении катионов и анионов. Ведутся специальные исследования в направлении создания естественной генетико-структурной и химико-структурной систематики минералов.

Существует много вариантов классификаций минералов. Большинство из них построено по структурно-химическому принципу.

По распространённости минералы можно разделить на породообразующие — составляющие основу большинства горных пород, акцессорные — часто присутствующие в горных породах , но редко слагающие больше 5 % породы, редкие, случаи, нахождения которых единичны или немногочисленны, и рудные, широко представленные в рудных месторождениях.

Наиболее широко используется классификация по химическому составу и кристаллической структуре. Вещества одного химического типа часто имеют близкую структуру, поэтому минералы сначала делятся на классы по химическому составу, а затем на подклассы по структурным признакам.

Общепринятая в настоящее время кристаллохимическая классификация минералов подразделяет все их на классы и выглядит следующим образом:

Самородные элементы.

Это минералы, состоящие из одного элемента. Хотя они встречаются редко и составляют всего 0,1% от веса земной коры, их значение для человека велико. Достаточно перечислить представителей этой группы:

Height="478" src="/pictures/investments/img778313_5_Serebro_samorodnoe_s_kvartsevyim_mineralom.jpg" title="5. Серебро самородное с кварцевым минералом" width="690">

Минерал (Mineral) - это

Значительно реже в самородном виде встречается , которое более склонно формировать химические соединения. Крайне редки в природе самородки редких металлов: палладия (Pd), осмия (Os), иридия (Ir). Большинство минералов этой группы встречается преимущественно или только в самородном виде (Au, Ag, Pt, Pd, Ir, Os). Происхождение почти всех самородных элементов эндогенное, чаще всего гидротермальное. Исключением является сера , которая может иметь как эндогенное, так и экзогенное происхождение. Отдельно рассматривается самородный углерод, образующий две базовых полиморфных модификации: алмаз и графит. Алмаз образуется в результате магматических процессов ; чаще всего он встречается в кимберлитах.

Графит формируется из богатых органическим веществом осадочных пород в результате процессов метаморфизма.

II. Раздел Сульфиды, сульфосоли и им подобные соединения.

1. Класс Сульфиды и им подобные соединения.

2. Класс Сульфосоли.

К рассматриваемому разделу относятся сернистые, селенистые, теллуристые, мышьяковистые и сурьмянистые соединения металлов . К ним принадлежит весьма значительное количество важных в промышленном отношении минералов, играющих существенную роль в составе многочисленных месторождений металлических полезных ископаемых.

Наибольшее число минералов представлено сернистыми соединениями (сульфидами, сульфосолями). Все они, за исключением сероводорода, в природе распространены в твердом состоянии.

III. Раздел Галоидные соединения (Галогениды).

1. Класс Фториды.

2. Класс Хлориды, бромиды и иодиды.

Начиная с этого типа соединений, мы будем иметь дело с минералами, резко отличающимися по своим свойствам рассмотренных.

В подавляющей массе это будут уже соединения с типичной ионной связью, обусловливающей совсем другие свойства минералов. Наиболее яркими представителями их являются галоидные соединения металлов .

С химической точки зрения, относящиеся сюда минералы, представлены солями кислот: HF, HCl, НВr и HJ; соответственно этому среди этих минералов различают фториды, хлориды, бромиды и иодиды.

IV. Раздел Оксиды и гидроксиды.

1. Класс Оксиды.

2. Класс Гидроксиды.

К этому классу относятся минералы, представляющие собой соединения различных элементов с кислородом, а в гидроксидах присутствует также и вода. По количеству входящих в него минералов он стоит на одном из первых мест, на его долю приходится около 17% массы всей земной коры (из них на долю оксидов кремния - около 12,5 % и оксидов железа - 3,9%). Минералы этого класса образуются как в эндогенных, так и в экзогенных условиях.

Блеск стеклянный, в изломе жирноватый. Твердый. Бесцветный, белый, сероватый, дымчатый черный, розовый, фиолетовый, зеленый. Черты не дает. Спайность отсутствует. Излом неровный. Сплошной плотный, рыхлый (кварцевый песок); кроме того вкрапления, отдельные кристаллы или друзы. Кристаллы имеют форму шестигранной призмы, увенчанной пирамидой. Грани кристаллов покрыты поперечной штриховкой. Сингония тригональная. Кристаллы наросшие или вросшие. В Казахстане найден кристалл горного хрусталя величиной с двухэтажный дом, его вес 70 т.

В районах распространения песков (в пустынях) встречаются кристаллы и друзы гипса (псевдоморфозы кварца по гипсу), пронизанные зернами песка, что сообщает этим образованиям большую твердость, не присущую гипсу.

V. Раздел Кислородные соли (окси соли).

1. Класс Нитраты.

2. Класс Карбонаты.

3. Класс Сульфаты.

4. Класс Хроматы.

5. Класс Вольфрама.

6. Класс Фосфаты, арсенаты и ванадаты.

7. Класс Бораты.

8. Класс Силикаты.

А. Островные силикаты.

Б. Цепочечные силикаты.

В. Ленточные силикаты.

Г. Слоистые силикаты.

Д. Каркасные силикаты.

Среди солей, прежде всего, различают соли безводные и водные (т. Е. содержащие в своем составе молекулы Н2O).

VI. Раздел Органические соединения.

В систематике минералов класс Органические минералы стоит как бы особняком от других, поскольку входящие в него продукты хоть и являются природными химическими веществами с достаточно определённым постоянным составом и свойствами, но лишены кристаллической структуры.

Они не могут быть охарактеризованы с кристаллохимической точки зрения, но традиционно относятся к минералам, имея с ними гораздо больше черт родства, чем различий. Заметим, однако, что такова не вся природная органика, и отнесение в этот раздел каждого конкретного природного органического товара требует вдумчивого и ответственного подхода.

Структура и химический состав минералов

В зависимости от химического состава минералов и физико-химических параметров находится тип химической связи между отдельными элементами и, как следствие, закономерность их пространственного распределения в кристаллической структуре минералов.

Значительное изменение состава вызывает изменение структуры и переход к веществу с новой структурой, т.е. к другому минералу. Обычные отклонения реальной структуры минералов от идеальной — в отдельных узлах кристаллической решётки, связанные с появлением, например, примесей в междоузлиях, изменением валентности части катионов (анионов).

В результате различных дефектов (вакансий, примесных, радиационных и других дефектов, вхождения посторонних ионов или молекул, например воды в каналы и другие полости решётки, изменения заряда катионов и анионов и т.д.) и дислокаций кристаллы минералов могут приобретать блочное строение. Реальные минералы образуют иногда т.н. упорядочивающиеся серии (например, полевые шпаты), когда распределение различных катионов по структурным позициям в той или иной степени отклоняется от правильного порядка, присущего идеальным кристаллам, и с понижением температуры проявляет тенденцию к упорядочению.

Не менее широко распространены явления распада твёрдых растворов (смешанных кристаллов), находящие выражение в специфических структурах минералов.

Для минералов со слоистыми кристаллическими решётками (например, слюд, молибденита, сфалерита, глинистых минералов, хлоритов, графита и др.) характерно явление поли типии, при котором смежные слои (или пакеты слоев) оказываются несколько повёрнутыми один относительно другого.

В результате такого поворота возникают модификации (или политипы), элементарные ячейки которых имеют одинаковые параметры по двум осям и различные — по третьей. Образование политипов объясняется условиями роста кристаллов (в частности, кинетическими факторами и механизмом спирального роста).

В случае изоморфных рядов при выделении минеральных видов руководствуются следующими правилами: в двухкомпонентных (бинарных) твёрдых растворах различают два минеральных вида (с содержанием конечных членов от 0 до 50 и от 50 до 100 молекулярных %), в трёхкомпонентных — три. Ранее и в бинарных изоморфных смесях выделялось по три минеральных вида, названия которых закрепились в минералогической номенклатуре.

Наряду с этим в минералогии бытуют и некоторые другие принципы выделения минеральных видов. Так, если представители данного ряда имеют особое значение по распространённости и отдельные промежуточные члены ряда твёрдых растворов типичны для определённых парагенезисов, выделение минерального вида становится дробным и часто базируется на номерной основе. Примером являются плагиоклазы, среди которых выделяют альбит.

Кристаллы реальных минералов часто обнаруживают зонарное или секторное, блочное или доменное строение; изоморфные примеси могут распределяться в них статистически (беспорядочно), занимать строго определённые структурные позиции или группироваться в кластеры; обнаружено вхождение в минералы примесных компонентов в форме плоских встроек и т.д.

Изучение реального строения и состава кристаллов минералов даёт важную информацию об условиях минерал образования.

Химический состав и , химические и кристаллохимические формулы. В состав минералов входят все стабильные и долгоживущие изотопы элементов периодической системы, кроме инертных газов (гелий и аргон могут накапливаться в структурных каналах и полостях кристаллических решёток минералов как радиогенные продукты или вследствие захвата из атмосферы). Но минералообразующая роль различных элементов неодинакова. Примеси могут входить в минералы не только изоморфно, но и путём сорбции, а также в виде механических минеральных или газово-жидких микровключений. Эти ряды (серии) определяют границы вариаций состава минералов, а тем самым и колебания их физических свойств: плотности, твёрдости, оптических, магнитных и других параметров элементарной ячейки, температуры плавления и т.д.

Около 25% общего числа минеральных видов в земной коре — силикаты и алюмосиликаты; около 18% приходится на фосфаты, арсенаты и их аналоги, около 13% — на сульфиды и их аналоги, около 12% — на оксиды и гидроксиды. Минералы, относящиеся к другим классам химических соединений, составляют около 32%.

По распространённости в земной коре резко доминируют алюмосиликаты (особенно полевые шпаты) и силикаты, за ними следуют оксиды (прежде всего кварц) и гидроксиды и далее карбонаты; в сумме они слагают около 98% верхней части земной коры (до глубины 16 км).

Состав минералов выражается его химической формулой — эмпирической, полуэмпирической, кристаллохимической. Эмпирическая формула отражает лишь отношение между собой отдельных элементов в минералах. В ней элементы располагаются слева направо по мере увеличения номера их групп в периодической системе, а для элементов одной группы — по мере уменьшения их порядковых номеров, т.е. по мере увеличения их силовых характеристик.

Элементы, образующие изоморфные смеси, приводятся в круглых скобках через запятую, располагаясь в зависимости от их содержания в минералах. После расшифровки кристаллических структур подавляющего большинства минералов и уточнения позиций различных элементов в их кристаллической решётке стало возможным введение в минералогию понятия о основного Закона государства минералов, в которой химический состав минералов тесно увязывается с их структурой. Выражением основного Закона страны минералов служат т.н. структурные, или кристаллохимические формулы, составляемые и записываемые по определённым правилам. В этих формулах элементы, играющие роль нормальных катионов, записываются в их начале в том же порядке, что и в эмпирических формулах.

Быстрая кристаллизация минералов приводит к искажению формы их кристаллов, возникновению скелетных, дендритных, нитевидных форм.

Кристаллы минералов нередко несут на гранях характерную штриховку, фигуры роста и растворения. Массовая кристаллизация (например, при образовании изверженных горных пород ) создаёт обстановку стеснённого роста, и минералы образуют зёрна неправильной формы.

Минеральные индивиды и минеральные агрегаты слагают минеральные тела.

Свойства минералов

Физические свойства минералов обусловлены их внутренним строением и химическим составом. Наблюдаемые у реальных минералов колебания физических свойств вызваны явлениями изоморфизма, структурными дефектами, различной степенью упорядоченности (иногда даже в пределах одного зерна) и другими факторами. Физические свойства минералов наряду с их морфологией — основа их диагностики, поисков, а в ряде случаев и практического использования.

По плотности минералы подразделяют на лёгкие (до 2500 кг/м3), средние (2500-4000 кг/м3), тяжёлые (4000-8000 кг/м3) и весьма тяжёлые (более 8000 кг/м3). Плотность минералов определяется его составом (содержанием тяжёлых катионов) и типом структуры, степенью её совершенства.

Механические свойства включают твёрдость минералов, упругие свойства, излом, спайность минералов и отдельность. Качественное определение упругих свойств минералов производится визуально, по их реакции на механические напряжения (характеру деформаций).

Различают минералы хрупкие (большинство) и ковкие (некоторые самородные металлы и сульфиды), а среди листоватых и чешуйчатых минералов — гибкие упругие (слюды) и неупругие, а также негибкие (хрупкие слюды). Волокнистые минералы бывают ломкими и гибкими (хризотил-асбест).

Излом — важное диагностическое свойство минерала, характеризует поверхность обломков, на которые он раскалывается (не по спайности) при ударе. Предварительная полевая диагностика минералов производится по внешним признакам и простым физическим свойствам: морфологии выделений, относительной твёрдости и плотности, цвету черты, блеску, побежалости, спайности, излому, люминесценции и пр.

Для определения карбонатов используются методы окрашивания, "вскипание" с HCl. Иногда прибегают к простейшим качественным химическим реакциям (например, на фосфор с молибденово-кислым аммонием). Многие распространённые минералы, породообразующие и рудные, уже в полевых условиях удаётся определить достаточно надёжно.

Высокодисперсные минералы, например глинистые, дающие на рентгенограммах нечёткие диффузные линии, уверенно диагностируются лишь под электронным микроскопом, с применением метода электронографии. Тот же метод позволяет точно диагностировать минералы, политипы листоватых и чешуйчатых минералов. Карбонаты и другие минералы, содержащие летучие компоненты, определяются при помощи термического анализа.

Важнейшими характеристиками минералов являются кристаллохимическая структура и состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны. Важнейшие свойства минералов, являющиеся диагностическими признаками и позволяющие их определять, следующие:

Габитус кристаллов. Выясняется при визуальном осмотре, для рассматривания мелких образцов используется лупа

Твердость. Определяется по шкале Мооса.

Блеск — световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.

Спайность — способность минерала раскалываться по определённым кристаллографическим направлениям.

Излом — специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.

Цвет — признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины).

Цвет черты — цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита.

Хрупкость — прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, то есть быть хрупкими (например, алмаз).

Получение объективных количественных данных о генезисе минералов позволяет реконструировать геологические процессы и историю формирования месторождений полезных ископаемых, т.е. создать научную основу для их поисков, разведки и промышленной оценки.

Применение

В технике и промышленности используется около 15% всех известных минеральных видов. Минералы представляют практическую ценность как источники получения всех металлов и других химических элементов (руды чёрных и цветных металлов, редких и рассеянных элементов, агрономические руды, сырьё для химической промышленности ). Техническое применение многих минералов базируется на их физических свойствах.

Твёрдые минералы (алмаз, корунд, гранат, агат и др.) используются как абразивы и антиабразивы;

минералы с пьезоэлектрическими свойствами (кварц и др.) — в радиоэлектронике;

слюды (мусковит, флогопит) — в электро- и радиотехнике (благодаря их электроизоляционным свойствам);

асбесты — как теплоизолятор;

тальк — в медицине и в смазках;

кварц, флюорит, исландский шпат — в оптике;

кварц, каолинит, калиевый полевой шпат, пирофиллит — в керамике;

магнезит, форстерит — как магнезиальные огнеупоры и т.д.

Ряд минералов является драгоценными и поделочными камнями. В практике геологоразведочных работ широко используются минералогические поиски и оценка месторождений полезных ископаемых.

На различиях физических и химических свойств минералов (плотности, магнитных, электрических, поверхностных, радиоактивных, люминесцентных и других свойств), а также на цветовых контрастах основаны методы обогащения руд и сепарации минералов, равно как геофизические и геохимические методы поисков и разведки месторождений минерального сырья.

В широких масштабах осуществляется промышленный синтез монокристаллов искусственных аналогов ряда минералов для радиоэлектроники, оптики, абразивной и ювелирной промышленности .

На сегодняшний день известно более 4 тысяч минералов. Ежегодно открывают несколько десятков новых минеральных видов и несколько «закрывают»— доказывают, что такой минерал не существует.

Четыре тысячи минералов— это очень не много по сравнению с числом известных неорганических соединений (более миллиона).

Источники

Википедия - Свободная энциклопедия, WikiPedia

geoman.ru - Библиотека о природе и географии

mining-enc.ru - Горная энциклопедия

xumuk.ru - Сайт о химии

agrofak.com - Помощник агронома

iznedr.ru - Из недр Земли

webois.org.ua - Портал о камнях и минералах

catalogmineralov.ru - Каталог минералов

Энциклопедия инвестора . 2013 .

Каждый человек хотя бы раз в жизни видел минералы - продукты естественных химических реакций, происходивших внутри земной коры миллионы лет назад. При этом далеко не все могут рассказать о том, что такое минерал, и для чего он нужен. В нашей статье будет подробно рассказано о типах минеральных отложений, а также о способах их использования.

Что такое минерал?

Минералами называют твердые неорганические вещества природного происхождения. Они обладают кристаллической структурой, что и является основной их отличительной особенностью. Некоторые минералы могут производиться искусственным путем. Независимо от происхождения они будут обладать рядом полезных свойств.

Существуют ли жидкие минералы? Если брать обычные условия жизни, то да. Это, например, естественная ртуть - самородное вещество, обладающее твердостью только при низкой температуре. Некоторые виды льдов ученые также относят к минералам. Однако воду к рассматриваемой группе не причисляют.

Вопрос о том, что такое минерал, не до конца решен и по сей день. Так, немногочисленные специалисты относят нефть, битумы и асфальты к группе минеральных веществ. Целесообразность таких утверждений сомнительна.

Типы минералов

По Бауэру и Ферсману, химикам конца XIX века, все минеральные породы делятся на самоцветы, органогенные камни и цветные вещества. Такая классификация имеет столь своеобразный вид из-за глубокого убеждения прагматичных академиков, что все камни и минералы предназначены для изготовления различных изделий - инструментов и украшений.

Дабы лучше разобраться в вопросе о том, что же представляют собой минеральные вещества, стоит привести наиболее распространенную научную классификацию. Согласно структурно-химическому принципу, минералы делятся на породообразующие - составляющие большинство горных пород, а также редкие, рудные и акцессорные (не слагающие больше 5% от породы).

Самородный класс минералов включает в себя металлы и металлоиды. Рудные вещества образуют большую часть самородной группы. Акцессорные минералы характеризуются особой редкостью.

Химическая классификация

Химическая структура большинства минералов примерно одинаковая. В настоящее время принято деление рассматриваемых веществ на классы. Получается следующая классификация:

• Силикаты. Многочисленный класс, включающий в себя более 800 различных минеральных отложений. Силикаты составляют большинство метаморфических и магматических пород. Некоторые минералы здесь отличаются общностью построения и состава. В качестве примера стоит выделить пироксены, слюды, полевые шпаты, амфиболы, глинистые материалы и многое другое. Состав большинства силикатов именуется алюмосиликатным.
• Карбонаты. В число этого класса входит порядка 80 минеральных пород. Здесь распространены доломиты, кальциты и магниты. Происхождением обязаны отдельным водным растворам. Разрушаемы в кислотах.
• Галоиды - группа из ста различных минералов. Являются легкорастворимыми, образуются из осадочных пород. Самое частое вещество - галит.
• Сульфиды - минералы, разрушаемые в зоне выветривания. Типичным представителем является пирит.
• Сульфаты. Обладают светлой окраской и невысоким уровнем твердости. Наибольшее распространение получил гипс.
• Оксиды и гидроксиды. Составляют порядка 17% от массы земной коры. Основные виды - опалы, лимониты и кварцы.

Таким образом, почти все минералы обладают похожими признаками, хоть и состав у веществ различный.

Разнообразие минералов

Что такое минерал? Ответить на этот вопрос непросто. Следует учитывать, что в сегодняшнем мире существует более 4 тыс. различных типов подземных богатств. Минералы ежегодно открываются и "закрываются". Например, найденное в горных породах вещество одним своим существованием доказывает несостоятельность целой классификации, составленной учеными. Такие случаи - далеко не редкость.

Фото силикатов представлено вашему вниманию ниже.

Следует учитывать, что 4 тыс. минералов - это не такая уж и большая цифра. Если сравнивать ее с общим количеством неорганических соединений, то разница будет очевидна: последних содержится около миллиона видов. Чем объясняют геологи столь небогатое разнообразие минеральных богатств? Во-первых, распространенностью элементов в Солнечной системе. На нашей планете преобладают кремний и кислород. Соединение этих веществ приводит к появлению силикатов - подавляющей минеральной группы на Земле. С другой стороны, минералы так рассеяны, что поиски новых элементов будет делом еще нескольких сотен поколений. Вторая причина ограниченности минералов - это неустойчивость большинства химических соединений.

Происхождение минералов

Ученые называют три основных пути происхождения горных минералов. Первый вариант именуется эндогенным. Подземные раскаленные сплавы, которые принято называть магматическим веществом, внедряются в земную кору, а после застывают там. Сама магма образуется вследствие извержения вулканов. Она проходит три стадии: из раскаленного состояния магма становится твердой - это результат пегматитовых процессов. После она окончательно застывает. Это следствие постмагматических процессов.

Есть также экзогенный вариант происхождения минералов. В данном случае происходит физическое и химическое разложение веществ. Одновременно формируются новые образования, обладающие большой уступчивостью к среде. Простой пример: в результате выветривания эндогенного материала образуются кристаллы.

Последний способ происхождения минералов имеет метаморфический характер. Все вещества будут изменяться под воздействием определенных условий - вне зависимости от вариантов образования горных пород. По сути, меняется первоначальный образец - он приобретает новые свойства и элементы состава.

Свойства минералов

Важнейшим свойством любого минерального образования является наличие кристаллохимической структуры. Все остальные признаки рассматриваемых пород вытекают именно отсюда.

На сегодняшний день разработана единая классификация диагностических признаков, свойственных минеральным веществам. Здесь следует выделить твердость, определяемую по шкале Мооса, а также цвет, блеск, излом, спайность, магнитность, хрупкость и побежалость. Каждое свойство рассматриваемых пород будет подробно изучено далее.

Понятие твердости

Что такое твердость? Существует несколько определений для этого понятия. Наиболее распространенное описание характеризует твердость как уровень сопротивления определенного тела царапающему, сдавливающему или режущему воздействию. Уровень твердости определяется по шкале Мосса. В ней подобраны специальные горные породы, каждая из которых характеризуется способностью царапать поверхности острым концом. Мосс составил десятку из наиболее распространенных элементов. Самым мягким материалом здесь является тальк и гипс. Как известно, гипс, попадая в воду, увеличивается в размере до 30%. Самая твердый тип и порода минерала - это алмаз.

Проведение веществом по стеклу должно оставлять за собой царапины различной глубины. Сам факт существования царапины уже присваивает минералу как минимум пятый класс из десяти. Самые твердые вещества встречаются в группах минералов, обладающих неметаллическим блеском. Именно блеск является вторым важным свойством минералов, и он напрямую взаимосвязан с твердостью.

Блеск

Уровень блеска металлов проверяется за счет отражения от них лучей солнца. Существует два уровня блеска - металлический и неметаллический. К первой группе относятся породы, дающие при резьбе по стеклу черную черту. Такие вещества непрозрачны даже в очень тонких осколках. К видам подземных минералов с неметаллическим блеском относят графит, магнетит, уголь и некоторые другие вещества. Все они плохо отражаются на солнце и дают темную черту. Небольшую часть материалов с металлическим отблеском составляют вещества, дающие цветную черту: зеленую (золото), красную (медь), белую (серебро) и т.д.

Минералы с металлическим блеском лучше отражают солнечный свет. Сами по себе они обладают высокой твердостью. Особое место здесь занимает руда.

Цвет

Цвет, в отличие от твердости и блеска, не является постоянным признаком для большинства минералов. Так, твердость или блеск со временем остаются неизменными. Окраска же меняется в зависимости от условий хранения. В качестве примеров минералов, редко меняющих свой цвет, следует выделить малахит, который никогда не поменяет своего зеленого цвета, и золото, всегда остающееся желтым.

Фото малахита вы можете увидеть ниже.

Цвет меняется и от состояния минерала. Например, в геологии распространено понятие цвета черты. Минерал, поцарапавший стеклянную поверхность, оставляет за собой небольшое количество порошка, который и образует собой черту. Цвет такого порошка часто отличается от природной окраски камня. Все дело в составе минерала: в него может входить кальцит, который меняет окраску в зависимости от количества и способа смешения с другими веществами.

Излом и спайность

Под спайностью понимается свойство минерала расщепляться или раскалываться в определенном направлении. Так, после разлома чаще всего образуется гладкая блестящая поверхность. Чтобы добиться такого результата, нужно расщеплять минерал по строго определенной линии. Существует пять градаций спайности:

Диагностическим признаком для многих минералов является наличие сразу нескольких направлений спайности. По итогу расщепления минерал имеет изломы, который также обладает определенными свойствами. Так, ученые выделяют пять типов излома:

• раковистый - похож на раковину;
• занозистый - для излома характерны волокнистости или материалы волокнистого содержания;
• неровный - наличие несовершенной спайности (например, у апатита);
• ступенчатый - по результатам спайности образуется почти идеально гладкая поверхность (местами может иметь, однако, неровности в виде ступенек);
• ровный - на поверхности минерала по результатам спаивания отсутствуют какие-либо заметные изгибы или неровности.

Существует и ряд других признаков, по которым можно определять минералы. Это, например, побежалость - наличие тонкой цветной пленки, образующейся на веществе по результатам выветривания или окисления. Также следует выделить хрупкость, указывающую на прочность минерала, и магнитность, характеризующуюся содержанием двухвалентного железа.

Минералы в промышленности

В каких сферах общественной деятельности применяются минералы? Это строительство, металлургия, а также химическое производство.

Строительные материалы нередко разбавляются определенными минералами, что позволяет отрегулировать прочность и качество вещества. В химической промышленности присутствие рассматриваемых элементов также не является редкостью. Минеральные компоненты используют в косметической, медицинской и пищевой сферах. Например, в аптеках представлено немало препаратов, включающих в себя витамины и минералы. Эти два компонента отлично взаимодействуют, дополняют друг друга. Они способствуют укреплению здоровья людей и улучшению их внешнего вида.

Добыча и изучение минералов всегда считались важными и актуальными занятиями. Необходимо всячески поддерживать проведение научных изысканий в области геологии, а также активно применять витамины и минералы в повседневной жизни.

Виды и группы минералов

Минералы: общая характеристика
"Минерал" - это твердое тело, состоящее из химических элементов и обладающее рядом индивидуальных физико-химических свойств. Кроме того, образовано оно должно быть только естественным путем, под влиянием тех или иных природных процессов. Минералы могут быть образованы как простыми веществами (самородные), так и сложными.

Существуют такие процессы, способствующие их образованию:
Магматические
Гидротермальные
Осадочные
Метаморфогенные
Биогенные
Крупные агрегаты минералов, собранные в единые системы, называются горными породами. Поэтому путать эти два понятия не следует. Горные минералы добываются именно путем дробления и обработки целых кусков пород. Химический состав рассматриваемых соединений может быть разным и содержать большое количество разных веществ-примесей. Однако всегда есть одно главное, которое доминирует в составе. Поэтому именно оно и является определяющим, а примеси не учитываются.
Строение минералов
Структура минералов - кристаллическая. Существуют несколько вариантов решеток, которыми она может быть представлена:
Кубическая
Гексагональная
Ромбическая
Тетрагональная
Моноклинная
Тригональная
Триклинная

Классифицируют эти соединения по химическому составу определяющего вещества.

Виды минералов
Классификация, которая отражает основную часть состава минерала.

Самородные или простые вещества. Это тоже минералы. Например: золото, железо, углерод в виде алмаза, угля, антрацита, сера, серебро, селен, кобальт, медь, мышьяк, висмут и многие другие.

Галогениды, которые включают в себя хлориды, фториды, бромиды. Например: каменная соль (хлорид натрия) или галит, сильвин, флюорит.

Оксиды и гидроксиды. Образованы оксидами металлов и неметаллов, то есть соединением их с кислородом. В эту группу входят минералы - халцедон, корунд (рубин, сапфир), магнетит, кварц, гематит, рутил, кассематит и другие.

Нитраты. Например: калиевая и натриевая селитра.

Бораты: оптический кальцит, еремеевит.

Карбонаты - соли угольной кислоты. В эту группу входят минеры: малахит, арагонит, магнезит, известняк, мел, мрамор и другие.

Сульфаты: гипс, барит, селенит.

Вольфраматы, молибдаты, хроматы, ванадаты, арсенаты, фосфаты - все это соли соответствующих кислот, которые образуют различного строения минералы. Названия - нефелин, апатит и другие.

Силикаты. Соли кремниевой кислоты, имеющие в составе группу SiO4. Например: берилл, полевой шпат, топаз, гранаты, каолинит, тальк, турмалин, жадеит, лазурит и другие.

Также встречаются органические соединения, формирующие целые природные залежи. Например, торф, уголь, уркит, оксолаты кальция, железа и прочие. А также несколько карбидов, силицидов, фосфидов, нитридов.

Самородные элементы

Это такие минералы, которые образованы простыми веществами.
Например:
Золото в виде песка и самородков, слитков
Алмаз и графит - аллотропные видоизменения кристаллической решетки углерода
Медь
Серебро
Железо
Сера
Группа платиновых металлов

Часто эти вещества встречаются в виде крупных агрегаций с другими минералами, кусками горных пород и рудами. Добыча и их использование в промышленности имеют важное значение. Они - основа, сырье для получения материалов, из которых впоследствии изготавливают самые разные предметы быта, конструкции, украшения, приборы и многое другое.

Фосфаты, арсенаты, ванадаты
В эту группу входят породы и минералы, которые имеют преимущественно экзогенное происхождение, то есть встречаются в наружных слоях земной коры. Внутри формируются только фосфаты. Солей фосфорной, мышьяковой и ванадиевой кислот на самом деле достаточно много. Но в целом, процентное их содержания в коре небольшое.

Распространенные кристаллы, которые относятся к этой группе:

Апатит
Вивианит
Линдакерит
Розенит
Карнотит
Паскоит

Как уже отмечалось, данные минералы формируют горные породы достаточно внушительной величины.

Оксиды и гидроксиды

В эту группу минералов входят все оксиды, и простые, и сложные, которые образованы металлами, неметаллами, интерметаллидами и переходными элементами. Общее процентное содержание данных веществ в земной коре - 5%. Единственное исключение, которое относится к силикатам, а не к рассматриваемой группе, - это оксид кремния SiO2 со всеми его разновидностями.

Самые распространенные :
Гранит
Магнетит
Гематит
Ильменит
Колумбит
Шпинель
Известь
Гиббсит
Романешит
Холфертит
Корунд (рубин, сапфир)
Боксит

Карбонаты
Данный класс минералов включает в свой состав достаточно большое разнообразие представителей, которые также имеют важное практическое значение для человека.
Подклассы или группы:
кальцит
доломит
арагонит
малахит
содовые минералы
бастнезит

Каждый подкласс включает в свой состав от нескольких единиц до десятков представителей. Всего насчитывается около ста разнообразных минеральных карбонатов.

Самые распространенные из них:

мрамор
известняк
малахит
апатит
сидерит
смитсонит
магнезит
карбонатит и другие

Некоторые ценятся как очень распространенный и важный строительный материал, другие используются для создания ювелирных изделий, третьи находят применение в технике. Однако все являются важными.

Силикаты

Самая многообразная по внешним формам и количеству представителей группа минералов. Такое варьирование обусловлено тем, что атомы кремния, лежащие в основе их химического строения, способны соединяться в разного вида структуры, координируя вокруг себя несколько атомов кислорода.

Так, могут формироваться следующие типы конструкций:

островные
цепочечные
ленточные
листовые

К ним относятся такие, как:
топаз
гранат
хризопраз
горный хрусталь
опал
халцедон и другие.
Они находят применение в ювелирном деле, ценятся как прочные конструкции для использования в технике.

Важные минералы в промышленности :
Датонит
Оливин
Мурманит
Хризокол
Эвдиалит
Берилл

). , в отличие от , обычно не считают минералом. По мнению В. И. Вернадского, однако, минералами являются не только твердые прир. образования, но также и .

Понятие минерал употребляют для обозначения минеральных индивида, вида и разновидности. Минер. индивиды-отдельные или кристаллич. зерна. Их размеры варьируют от 1-100 нм (коллоидные минералы) до неск. м. Минер. вид-совокупность минер. индивидов однотипной структуры, хим. состав к-рых может изменяться в определенных пределах без изменения структуры. Минералы одинакового состава, но разной структуры-полиморфные модификации (напр., и , и арагонит) - относят к разным минер. видам. Непрерывные ряды твердых р-ров (изоморфные смеси) условно делят на неск. минер. видов. Так, в двухкомпонентных твердых р-рах выделяют обычно три минер. вида (с содержанием одного из компонентов 100-75, 75-25 и 25-0 мол. или ат. %), реже два (0-50 и 50-100 мол. или ат. %), а в трехкомпонентных-семь или три. Минер. разновидность выделяют внутри минер. вида по особенностям структуры, состава, морфологии и св-в. Известно ок. 3000 минер. видов и почти столько же разновидностей.

Называют минералы по составу, месту находки, особенностям морфологии, характерному св-ву, в честь ученых, путешественников, космонавтов, политич. деятелей и т.д.

Структура. Структурными единицами в узлах кристаллич. решетки м. б. (как, напр., в ), (напр., Na + , UO 2 2+ , NH + 4 , Н 3 О + , Cl - , CO 3 2- , PO 4 3-), а также (S 8 в , As 4 S 4 . в реальгаре). Они удерживаются в структуре благодаря ионной, ковалентной, металлич. и , а также . В т. наз. гомо(изо)десмич. структурах имеется только один тип связи (ковалентная в , ионная в галите, металлическая в ); но гораздо чаще встречаются гетеро(анизо)десмич. структуры с неск. типами связи. Пространств. расположение структурных единиц, связанных наиб. прочными связями, определяет геом. "мотив" структуры: островной (в т.ч. кольцевой), цепочечный, ленточный, слоистый, каркасный, координационный. В структуре каждого минерала выделяют элементарную ячейку с соответствующей и параметрами (см. ).

Реальная структура минералов отличается от идеальной наличием (вакансии в отдельных узлах кристаллич. решетки, примесные или в узлах или между узлами, изменение у части ) и . Упорядочение вакансий может приводить к увеличению одного из параметров элементарной ячейки. Для слоистых минералов ( , молибденит и др.) характерна , при к-рой происходит небольшой сдвиг слоев (пакетов) относительно друг друга с изменением периодичности в их чередовании. В результате разл. политипы одного минерала отличаются друг от друга параметрами вдоль одной из осей (причем эти параметры кратны одной и той же величине). При этом может происходить изменение вида элементарной ячейки вплоть до изменения сингонии. Однако существ. перестройки структуры, как при , не происходит.

Кроме того, или в нек-рых минералах могут распределяться по узлам кристаллич. решетки закономерно или статистически; соответственно различают упорядоченные и неупорядоченные структуры.

Химический состав и формулы. В состав минералов входят все стабильные и долгоживущие элементов периодич. системы, кроме (хотя Аr и Не могут накапливаться в минералах как продукты радиоактивного распада). Различают видообразующие элементы и элементы-примеси, содержание к-рых в минералах составляет соотв. единицы-десятки и единицы-доли процента по массе. К последним обычно относят редкие и : Rb, Cs, Ra, Sc, Ga, In, Tl, Ge, Hf, Th, РЗЭ, Re, I, Br и др., к-рые, как правило, не образуют самостоятельных минералов. Примеси м. б. структурными (изоморфными) или механическими (адсорбир. элементы и соед., газово-жидкие микровключения, микроскопич. и суб-микроскопич. включения др. минералов), что связано с условиями образования минерала и с особенностями его кристаллич. структуры.

По числу (один, два или больше) видообразующих элементов среди минералов выделяют соотв. простые в-ва, бинарные и более сложные соединения. Бинарные соед. преобладают среди (напр., Au 2 Bi, Pd 3 Sn, Pt 3 Fe), (Fe 3 C, FeSi, CrN), характерны для нек-рых халькогенидов (PbS, NiSe, Bi 2 Te 3 , NiAs, FeSb 2), простых (MgO, Fe 2 O 3 , Al 2 O 3 , SiO 2), галогенидов (NaCl, KCl, MgF 2 , CaF 2). К более сложным соед. относятся нек-рые (Au 8 PbTe, CuPt 2 Fe), и (Fe 2 NiP, Fe 20 Ni 3 C), большая часть халькогенидов (Cu 5 FeS 4 , CoAsS, Ag 3 SbS 3), и сложные (АlOОН, FeCr 2 O 4), все кислородсодержащих к-т {Ca s 3 (F, Сl, ОН)}, часть галогенидов (NH 4 Cl, KMgCl 3 . 6H 2 O) и все т. наз. галогеносоли (Na, Na 3 ). Характерная особенность , и - наличие полимерных , В в строении анионного радикала принимают участие (кроме Si и О) Аl, В и Be.

Состав нек-рых минералов относительно постоянен ( , и др.), однако большинство минералов имеют переменный состав, как, напр., члены изоморфных рядов в двух-, трех- и .

Состав минералов выражается хим. ф-лой. Эмпирич. ф-ла отражает соотношения входящих в состав минерала элементов, к-рые располагаются в ней слева направо по мере увеличения номера группы в периодич. системе, а для элементов одной группы-по мере уменьшения их , напр. кобальтин CoAsS, сподумен Li 2 O Аl 2 О 3 4SiO 2 . К р и с т а л л о х и м. ф-ла отражает связь состава со структурой. Она записывается по определенным правилам: сначала ; затем , при этом комплексные заключают в квадратные скобки; после т. наз. дополнит. (F - , Cl - , ОН - , О 2-); обычно записываются в конце ф-лы; изоморфные элементы ставят в круглые скобки через запятую. Можно указать мотив полимерного : цепочечный или ленточный (), слоистый (), каркасный (). Напр., кристаллохим. ф-ла кобальтина имеет вид Co, сподумена- , талька-Mg 3 (OH) 2 , альбита- . указывают справа вверху от символа элемента, а координац. число-слева вверху в круглых скобках, напр.: магнетит Fe 2+ Fe 2 3+ O 4 , андалузит (6) Al (5) Al О. Ф-лы минералов, для к-рых характерны разнообразные изоморфные замещения, записывают в обобщенном виде, напр. блеклые М + 10 М 2 2+ , где М + -Сu, Ag; M 2+ -Fe, Zn, Сu, Hg, Cd, Mn; Y-As, Sb, Bi, Те; X-S, Se.

В составе минералов может присутствовать : связанная, или конституционная, в ионизир. виде (ОН - , Н 3 О +); кристаллизационная в виде Н 2 О, кол-во к-рых в элементарной ячейке постоянно, и свободная (адсорбированная, капиллярная, межслоевая и др.), кол-во к-рой непостоянно, что обозначается n . Н 2 О или aq. Минерал может содержать одновременно неск. типов , что отражается в кристаллохим. ф-лах, напр.: Са 2Н 2 О, гидромусковит (К, Н 3 O +) Аl 2 (OH) 2 nН 2 O.

Реальный состав минерала всегда отличается от идеальной ф-лы минер. вида. Так, ф-ла минер. вида сфалерита-ZnS, а в результате хим. анализа конкретного образца сфалерита м. б. получена, напр., такая ф-ла: (Zn 0,70 Fe 0,15 Mn 0,10 Cd 0,03 In 0,02)S.

О п т и ч. с в-в а минералов включают преломление, отражение и поглощение света, блеск, цвет, . Они также связаны с составом и структурой минералов. Преломление света наблюдается у прозрачных минералов (кислородные и галогенные соед.) и характеризуется показателем преломления п. Отражение света наблюдается в большей степени у непрозрачных и полупрозрачных минералов ( , халько-гениды, и ) и характеризуется коэф. отражения R. По величинам п и R диагностируют минералы под микроскопом в проходящем или отраженном свете. Свето-поглощение (оптич. плотность) характеризует как прозрачные ( , горный хрусталь), так и полупрозрачные (сфалерит, ) и непрозрачные (магнетит, ) минералы. Блеск минералов, наблюдаемый визуально,-одна из форм светоотражения. Он бывает металлическим, полуметаллическим, алмазным, стеклянным, жирным, матовым и др. Цвет минералов объясняется частичным поглощением видимого света и обусловлен присутствием в структуре ионов-хромофоров в качестве видообразующих элементов или изоморфных примесей, а также структурными , газово-жидкими включениями и микроскопич. включениями окрашенных минералов. Нек-рые минералы способны люминесцировать при облучении, нагревании, раскалывании, в результате .

Э л е к т р и ч. с в-в а выявляются у минералов при воздействии на них электркч. поля, в нек-рых случаях-при нагр. или мех. . По величине электропроводности минералы делят на проводники ( , ), (мн.

Это однородные по химическому составу и физическим свойствам природные тела. Они образовались в результате физико-химических процессов, которые протекают на поверхности Земли и в ее недрах. Минералы - составные части . Большинство минералов твердые, имеющие кристаллическое строение, способные образовывать многогранники (кристаллы). Кроме твердых есть и жидкие минералы (ртуть, вода), газовые (метан, углекислота).

Часть минералов образуется в результате как продукты кристаллизации магмы, а также за счет выделяющихся из нее химических веществ.

Возникают минералы и в результате экзогенных процессов. Это происходит при химическом , когда неустойчивые вещества превращаются в другие, более устойчивые.

Для определения минералов прежде всего необходимо выяснить их физические свойства. При этом необходимо помнить, что в зависимости от примесей эти свойства могут меняться. К физическим свойствам относятся:

• блеск : способность преломлять и отражать лучи света;
• спайность : способность раскалываться по определенным плоскостям, что зависит от строения и кристаллической структуры;
• твердость : способность противостоять или резанию. Существует 10-бальная шкала твердости минералов: тальк - 1; алмаз - 10. Твердость определяется путем сравнения исследуемых минералов с минералами этой шкалы.

Кроме физических свойств, для определения минералов исследуют и их химические свойства. По химическому составу все минералы подразделяются на несколько групп.

Самородные элементы . Встречаются в природе сравнительно редко. К ним относятся золото, серебро, платина, алмаз, графит, сера.

Сульфиды . К этой группе относятся около 250 минералов. Многие из них имеют важное промышленное значение: свинцовая руда, цинковая руда, медная руда, руды ртути.

Галоиды . К этой группе относятся такие соли, как каменная и калийная. Они применяются для получения удобрений, которые используются в .

Окислы . К этой группе относятся минералы, представляющие собой соединения химических элементов с кислородом. Из них следует отметить кварц (окись кремния) - один из наиболее распространенных в земной коре минералов; корунд (твердость - 9), встречающийся в природе также в виде кристаллов цвета - рубинов, синего - сапфиров; гематит (красный железняк) и магнетит (магнитный железняк) - , так же как и бурый железняк (лимонит).

Карбонаты . К этой группе относятся соединения кальция: кальцит, применяющийся в оптике; мрамор, использующийся как строительный материал; малахит - ценный поделочный камень; железный шпат - руда на железо; озурит - руда на медь.

Сульфаты . Среди них наибольшее значение имеет гипс.

Фосфаты . В этой группе самое большое значение имеет апатит.

Силикаты . Сюда относятся соединения кремния. Они составляют 75% массы . Среди них есть породообразующие минералы: слюда, авгит, роговая обманка. Многие силикаты имеют большое хозяйственное значение: каолинит и тальк - сырье для получения фарфора и фаянса; оливин (хризолит) - драгоценный камень. Широко распространены полевые шпаты, они образуют целую группу минералов. Их содержится в земной коре 57,9%.

Органогенные . Это особая группа минералов, отличающихся особенностью образования. К этой группе относятся озокерит (горный воск), асфальт - продукт окисления ; янтарь - окаменевшая смола древних хвойных растений. Он применяется как поделочный камень, для получения янтарной кислоты, лака, политуры и других продуктов.

Насчитывается около 3000 различных минералов. Но только несколько десятков минералов встречаются в природе большими скоплениями - например, кварц, полевой шпат, кальцит. Большая часть минералов встречается очень редко и не образует горных пород - например, золото, алмазы.

Изучение состава минералов, условий их образования в природе позволили искусственно получать некоторые из них в лаборатории, на заводах. Так, например, в основном для технических нужд освоено производство синтетических алмазов, рубинов и других минералов. Минералы, используемые в народном хозяйстве, называются . в некоторых районах планеты содержат повышенное количество растворенных веществ и газов. Такие источники называются минеральными. Они могут использоваться в лечебных целях.

Минералы могут применяться непосредственно в том виде, как их находят в природе (мрамор, слюда, каменная соль), или же из них извлекают определенные химические элементы (например, железо из руды).