Физические свойства минералов 3 (стр. 3 из 7)
Для менее точного определения твердости можно пользоваться следующей, более простой, практической шкалой.
| 2 —2,5 | Ноготь большого пальца |
| 3 | Серебряная монета |
| 3,5 | Бронзовая монета |
| 5,5—6 | Лезвие перочинного ножа |
| 5,5-6 | Оконное стекло |
| 6,5—7 | Напильник |
В минералогической практике используется также измерение абсолютных значений твердости (т.н. микротвердости) при помощи прибора склерометра, которая выражается в кг/мм2.
Плотность. Масса атомов химических элементов меняется от водорода (самый легкий) до урана (самый тяжелый). При прочих равных условиях масса вещества, состоящего из тяжелых атомов, больше, чем у вещества, состоящего из легких атомов. Например, два карбоната – арагонит и церуссит – имеют сходную внутреннюю структуру, но в состав арагонита входят легкие атомы кальция, а в состав церуссита – тяжелые атомы свинца. В результате масса церуссита превышает массу арагонита того же объема. Масса единицы объема минерала зависит также от плотности упаковки атомов. Кальцит, как и арагонит, представляет собой карбонат кальция, но в кальците атомы упакованы менее плотно, потому он имеет меньшую массу единицы объема, чем арагонит. Относительная масса, или плотность, зависит от химического состава и внутренней структуры. Плотность – это отношение массы вещества к массе того же объема воды при 4° С. Так, если масса минерала составляет 4 г, а масса того же объема воды – 1 г, то плотность минерала равна 4. В минералогии принято выражать плотность в г/см3.
Плотность – важный диагностический признак минералов, и ее нетрудно измерить. Сначала образец взвешивается в воздушной среде, а затем – в воде. Поскольку на образец, погруженный в воду, действует выталкивающая сила, направленная вверх, его вес там меньше, чем в воздухе. Потеря веса равна весу вытесненной воды. Таким образом, плотность определяется отношением массы образца на воздухе к потере его веса в воде.
Пироэлектричество. Некоторые минералы, например турмалин, каламин и др., при гревании или охлаждении электризуются. Это явление можно блюдать с помощью опыления охлаждающегося минерала смесью порошков серыи сурика. При этом сера покрывает положительно заряженные участки поверхности минерала, а сурик — участки с отрицательным зарядом.
Магнитность – это свойство некоторых минералов действовать на магнитную стрелку или притягиваться магнитом. Для определения магнитности используют магнитную стрелку, помещенную на остром штативе, или магнитную подковку, брусок. Очень удобно также пользоваться магнитной иглой или ножом.
При испытании на магнитность возможны три случая:
а) когда минерал в естественном виде («сам по себе») действует на магнитную стрелку,
б) когда минерал становится магнитным лишь после прокаливания в восстановительном пламени паяльной трубки
в) когда минерал ни до, ни после прокаливания в восстановительном пламени магнитности не проявляет. Для прокаливания восстановительном пламени нужно брать мелкие кусочки величиной 2—3 мм.
Свечение. Многие минералы, не светящиеся сами по себе, начинают светиться при некоторых специальных условиях (при нагревании, действии рентгеновскими, ультрафиолетовыми и катодными лучами, при разламывании, царапании и т. д.).
Различают фосфоресценцию, люминесценцию, термолюминесценцию и триболюминесценцию минералов.
Фосфоресценция—способность минерала светиться после воздействия на него теми или другими лучами (виллемит).
Люминесценция — способность светиться в момент облучения (шеелит при облучении ультрафиолетовыми и катодными луча кальцит и др.).
Термолюминесценция — свечение при нагревании (флюорит, апатит).
Триболюминесценция — свечение в момент царапания иглой или раскалывания (слюды, корунд).
Радиоактивность. Многие минералы, содержащие такие элементы как ниобий, тантал, цирконий, редкие земли, уран, торий часто имеют довольно значительную радиоактивность, легко обнаруживаемую даже бытовыми радиометрами, которая может служить важным диагностическим признаком. Для проверки радиоактивности сначала измеряют и записывают величину фона, затем минерал подносят, возможно, ближе к детектору прибора. Увеличение показаний более чем на 10-15% может служить показателем радиоактивности минерала.
Электропроводность. Целый ряд минералов обладает значительной электропроводностью, которая позволяет их однозначно отличить от похожих минералов. Может проверяться обычным бытовым тестером.
В результате в современной систематике (см. табл. 2) минералы объединяются в классы по признаку общего аниона или анионной группы. Единственное исключение составляют самородные элементы, которые встречаются в природе сами по себе, не образуя соединений с другими элементами.
В природе наиболее распространены минералы класса
1) силикатов — около 25 %
2) окислы и гидроокислы — около 12%
3) сульфиды и их аналоги составляют около 13 %
4) фосфаты, арсенаты (ванадаты) — около 18 %
5) прочие природные химические соединения — 32 %.
Земная кора на 92 % сложена силикатами, окислами и гидроокислами.
| Таблица 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МИНЕРАЛОВ | ||
| Класс | Минерал (пример) | Химическая формула |
| Самородные элементы | Золото | Au |
| Карбиды1 | Муассанит | SiC |
| Сульфиды2 и сульфосоли | Киноварь Энаргит | HgS Cu3AsS4 |
| Оксиды | Гематит | Fe2O3 |
| Гидроксиды | Брусит | Mg(OH)2 |
| Галогениды | Флюорит | CaF2 |
| Карбонаты | Кальцит | CaCO3 |
| Нитраты | Калиевая селитра | KNO3 |
| Бораты | Бура | Na2B4O5(OH)4×8H2O |
| Фосфаты3 | Апатит | Ca5(PO4)3F |
| Сульфаты | Гипс | CaSO4×2H2O |
| Хроматы | Крокоит | PbCrO4 |
| Вольфраматы4 | Шеелит | CaWO4 |
| Силикаты | Альбит | NaAlSi3O8 |
| 1 Включая нитриды и фосфиды 2 Включая арсениды, селениды и теллуриды. 3 Включая арсенаты и ванадаты. 4 Включая молибдаты. | ||
ПРИМЕНЕНИЕ
Свойства минералов определяют области их применения в технике. Так, например, весьма твёрдые минералы (алмаз, корунд, гранаты и др.) применяются как абразивы; минералы с пьезоэлектрическими свойствами используются в радиоэлектронике и т. д. На различиях физических свойств минералов (главным образом плотности, упругих, магнитных, электрических, поверхностных, радиоактивных и др.) основаны методы обогащения руд, а также геофизические методы разведки месторождений полезных ископаемых. В этой связи особо важное значение приобретает всестороннее изучение свойств и особенностей минералов. Большие перспективы открывает возможность направленного изменения свойств минералов путём «генерирования» или «залечивания» дефектов кристаллической решётки, что может быть осуществлено разными путями — механическим, акустическим (ультразвуковая обработка), термическим (нагреванием и последующим быстрым или медленным охлаждением), химическим (протравливанием, обработкой реагентами, способными «легировать» поверхность минерала примесными ионами), радиационным (облучением рентгеновскими и гамма-лучами, потоками быстрых частиц и т. п.). На современном этапе развития промышленность использует не более 15 % всех известных минералов. Детальное изучение распространённости, состава и свойств минералов позволяет вовлекать в сферу практического применения всё новые минеральные виды, используя при этом почти все элементы таблицы Менделеева, заключённые в различных минералах в форме основных компонентов (руды чёрных, цветных, частично редких металлов) или элементов-примесей (рассеянные элементы). Широкое применение в оптике, радиоэлектронной технике, в электроэнергетике приобрели монокристаллы минералов и их синтетические аналоги. Некоторые минералы являются драгоценными и поделочными камнями. В число объектов изучения минералогов все шире вовлекаются минералы Луны, космических тел и мантии Земли.
ХАРАКТЕРИСТИКА НЕКОТОРЫХ МИНЕРАЛОВ
| Формула | C |
| Сингония | Кубическая |
| Цвет | Обычно жёлтый, коричневый, серый или бесцветный. Реже встречаются голубые, зелёные, чёрные и пр. |
| Цвет черты | Бесцветная |
| Блеск | Алмазный |
| Прозрачность | Прозрачный, полупрозрачный |
| Твёрдость | 10 |
| Спайность | Совершенная по {111} |
| Излом | Раковистый |
| Плотность | 3,5 — 3,53 г/см³ |
| Показатель преломления | 2,402-2,465 |
Алмаз