Что такое минералы?

Процессы минералообразования  в природе происходят по законам  физической химии и термодинамики. Главными факторами являются химический состав среды, температура и давление. Все они в процессе минералообразования изменяют свои параметры, т.е. являются величинами переменными. Изменение величины концентрации химических элементов, температуры и давления может протекать плавно и постепенно, или скачкообразно резко. При таких условиях минералы могут кристаллизоваться одновременно-последовательно друг за другом: оливин → пироксен → роговая обманка; или одновременно, например, при интенсивном испарении морской воды в лагунах образуются залежи солей, состоящие из минералов: галит → сильвин → карналит → гипс → сера. Такое совместное нахождение минералов, образовавшихся на определенной стадии процесса минералообразования называется ПАРАГЕНЕЗИС МИНЕРАЛОВ. А минералы, образовавшиеся совместно на какой-то определенной стадии минералообразования называются парагенетической ассоциацией. Знание парагенезисов минералов имеет большое научное и практическое значение. Так было теоретически и практически установлено, что в кимберлитовых трубках совместно с алмазами кристаллизуется минерал группы гранатов – ПИРОП. В Якутии по находкам пиропа были открыты месторождения алмазов.

Классификация минералов

Сейчас известно ~ 3000 минералов  и каждый год их число увеличивается. Как ориентироваться в этом многочисленном и разнообразном мире минералов? Для этого ученые группируют или систематизируют их на основе каких-то признаков. То есть проводят классификацию. В минералогии были попытки создать классификацию на основе разных признаков: например по твердости, блеску или спайности; по условиям образования или генезису. Но есть минералы, которые могут образоваться совершенно в разных условиях. С середины прошлого столетия минералы стали классифицировать по химическому составу – по доминирующему аниону или анионной группе. Но только после появления рентгеноструктурного анализа и определения с его помощью внутреннего строения минералов стало возможным установить тесную связь между химическим составом минерала и его кристаллической решеткой. Это открытие положило начало принципу кристаллохимической классификации минералов. Впервые это сделали ученые Брэгг и Гольдшмидт для силикатов.

За основную единицу  при такой классификации принят минеральный вид, обладающий определенной кристаллической структурой и определенным стабильным химическим составом. Минеральный вид может иметь разновидности. Под разновидностью понимают минералы одного вида, отличающиеся друг от друга по какому-то физическому признаку, например по цвету минерал кварц многочисленными разновидностями (черный – морион, прозрачный – горный хрусталь, фиолетовый – аметист).

В процессе минералообразования  минералы одного минерального вида могут  отличаться друг от друга внешним  обликом – размерами кристаллов или формой. В этом случае каждый минерал одного минерального вида называют минеральный индивид.

Существующие классификации объединяют минеральные виды в классы или группы. Их количество у разных авторов колеблется, по мере усовершенствования классификации и получения новых данных о минеральных видах. Мы рассмотрим восемь классов:

 

самородные	карбонаты
сульфиды	сульфаты
оксиды и гидроксиды	фосфаты
галоиды	силикаты

 

Характеристика минералов  по классам

1. Самородные
2. Сульфиды
3. Оксиды и гидрооксиды
4. Галоиды
5. Карбонаты
6. Сульфаты
7. Фосфаты
8. Силикаты

І. Самородные элементы (минералы).

К этому классу относятся минералы, состоящие их одного химического элемента и называемых по этому элементу. Например: самородное золото сера и т.д. Все они подразделяются на две группы: металлы и неметаллы. В первую группу входят самородные Au, Ag, Cu, Pt, Fe и некоторые др., во вторую – As, Bi, S и С (алмаз и графит).

Генезис – в  основном, образуются при эндогенных процессах в интрузивных породах  и кварцевых жилах, S – при вулканизме. При экзогенных процессах происходит разрушение пород, высвобождение самородных минералов (в силу их устойчивости к физическому и химическому воздействию) и их концентрация в благоприятных для этого местах. Таким образом, могут формироваться россыпи золота, платины и алмаза.

Применение в народном хозяйстве:

1 – ювелирное производство и валютные запасы (Au, Pt, Ag, алмазы);

2 – культовые предметы и утварь (Au, Ag),

3 – радиоэлектроника (Au, Ag, Cu), атомная, химическая промышленность, медицина, режущие инструменты – алмаз;

4 – сельское хозяйство – сера.

II. Сульфиды – соли сероводородной кислоты.

Подразделяются  на простые с общей формулой А m X p и сульфосоли – А m B n X p, где –

А – атом металлов, В-атомы металлов и металлоидов, Х – атомы серы.

(Pb, Cu, Fe и т.д.) (Bi, Sb, As, Sn)

Сульфиды кристаллизуются в разных сингониях – кубической, гексагональной, ромбической и т.д. По сравнению с самородными, у них более широкий состав элементо-катионов. Отсюда большее разнообразие минеральных видов и более широкий диапазон одного и того же свойства.

Общими свойствами для сульфидов являются металлический  блеск, невысокая твердость (до 4), серые  и темные цвета, средняя плотность.

В то же время, среди  сульфидов отмечаются различия по таким  свойствам как спайность, твердость, плотность. Например:

минерал	формула	цвет	твердость	плотность	спайность	сингония
Галенит	PbS	серый	2,5	7,6	весьма совершенная	кубическая
Молибденит	MoS2	серый	1	4,7	весьма совершенная	гексагональная
Арсенопирит	FeAsS	серый	6	6,1	ясная	триклинная
Антимонит	Sb2 S3	серый	2	4,63	совершенная	ромбическая

 

Сульфиды являются основным источником руд цветных  металлов, а за счет примесей редких и благородных металлов ценность их использования повышается.

Генезис – различные эндогенные и экзогенные процессы.

III. Оксиды и гидроксиды – представляют один из наиболее распространенных классов с более 150 минеральными видами, в которых атомы или катионы металлов образуют соединения с кислородом или гидроксильной группой (ОН). Это выражается общей формулой АХ или АВХ – где Х-атомы кислорода или гидроксильная группа. Наиболее широко представлены оксиды Si, Fe, Al, Ti, Sn. Некоторые из них образуют и гидрооксидную форму. Особенность большинства гидрооксидов – снижение значений свойств по сравнению с оксидной формой того же атома металла. Яркий приме р – оксидная и гидрооксидная форма Al.

 

минерал	твердость	плотность	блеск
Корунд Al2O3	9	4	алмазный
Бемит AlO•OH	3.5–4	3	тусклый

 

Оксиды по химическому  составу и блеску можно разделить  на: металлические и неметаллические. Для первой группы характерны средняя твердость, темные цвета (черный, серый, бурый), средняя плотность. Пример – минералы гематит и касситерит. Вторая группа характеризуется низкой плотностью, высокой твердостью 7–9, прозрачностью, широкой гаммой цветов, отсутствием спайности. Приме р – минералы кварц, корунд.

В народном хозяйстве  наиболее широко используются оксиды и гидрооксиды для получения Fe, Mn, Al, Sn. Прозрачные, кристаллические разновидности корунда (сапфир и рубин) и кварца (аметист, горный хрусталь и др.) используются как драгоценные и полудрагоценные камни.

Генезис – при  эндогенных и экзогенных процессах.

IV. Галоиды. Наиболее широко распространены фториды и хлориды – соединения катионов металлов с одновалентным фтором и хлором.

Фториды – минералы светлые, средней плотности и твердости. Представитель – флюорит CaF2. Хлоридами являются минералы галит и сельвин (NaCl и KCl).

Для галоидов общими являютс я – низкая твердость, кристаллизация в кубической сингонии, совершенная спайность, широкая цветовая гамма, прозрачность. Особыми свойствами обладают галит и сильвин – соленый и горько-соленый вкус.

По генезису фториды и хлориды отличаются. Флюорит – продукт эндогенных процессов (гидротермальный), а галит и сильви н – образуются в экзогенных условиях за счет осаждения при испарении в водоемах.

В народном хозяйстве  флюорит используется в оптике, металлургии, для получения плавиковой кислоты. Галит и сильвин находят применение в химической и пищевой промышленности, в медицине и сельском хозяйстве, фотоделе.

V. Карбонаты – соли угольной кислоты, общая формула АСО3 – где А – Са, Мg, Fe и др.

Общие свойств  а – кристаллизуются в ромбической и тригональной сингониях (хорошие кристаллические формы и спайность по ромбу); низкая твердость 3–4, преимущественно светлая окраска, реакция с кислотами (HCl и HNO3) с выделением углекислого газа.

Наиболее распространенными  являются: кальцит СаСО3, магнезит Mg СО3, доломит СаМg (СО3) 2, сидерит Fe СО3.

Карбонаты с  гидроксильной группой (ОН):

Малахит Cu2 CO3 (OH) 2 – зеленый цвет и реакция с НС l,

Азурит Cu3 (CO3) 2 (OH) 2 – синий цвет, прозрачен в кристаллах.

Генезис карбонатов разнообразен – осадочный (химический и биогенный), гидротермальный, метаморфический.

Это породообразующие минералы осадочных пород (известняки, доломиты и др.) и метаморфических  – мрамор, скарны. Используются в строительстве, оптике, металлургии, как удобрения. Малахит используется как поделочный камень. Большие скопления магнезита и сидерита – источник получения железа и магния.

VI. Сульфаты – соли серной кислоты, т.е. имеют радикал SO4. Наиболее распространенные и известные сульфаты Ca, Ba, Sr, Pb. Общими свойствами для них являютс я – кристаллизация в моноклинной и ромбической сингониях, светлая окраска, низкая твердость, стеклянный блеск, совершенная спайность.

Минералы: гипс CaSO4 •2H2O, ангидрит CaSO4, барит BaSO4 (высокая плотность), целестин SrSO4.

Образуются в  экзогенных условиях, часто совместно  с галоидами. Некоторые сульфаты (барит, целестин) имеют гидротермальный  генезис.

Применение –  строительство, сельское хозяйство, медицина, химическая промышленность.

IIV. Фосфаты – соли фосфорной кислоты, т.е. содержащие PO4.

Количество минеральных  видов мало, мы рассмотрим минерал  апатит Ca(PO4) 3 (F, Cl, OH). Он образует кристаллические и зернистые агрегаты, твердость 5, сингония гексагональная, спайность несовершенная, цвет зелено-голубой. Содержит примеси стронция, иттрия, редкоземельные элементы.

Генезис – магматический и осадочный, где он в смеси с глинистыми частицами образует фосфорит.

Применение – агросырье, химическое производство и в керамических изделиях.

VIII. Силикаты – наиболее распространенный и разнообразный класс минералов (до 800 видов). В основе систематики силикатов – кремнекислородный тетраэдр [SiO4] -4. В зависимости от структуры, которую они образуют, соединяясь друг с другом, все силикаты делятся на:

островные, слоевые, ленточные, цепочечные и каркасные.

Островные силикаты – в них связь между обособленными тетраэдрами осуществляется через катионы. В эту группу входят минералы: оливин, топаз, гранаты, берилл, турмалин.

Слоевые силикаты – представляют непрерывные слои, где тетраэдры связаны ионами кислорода, а между слоями связь осуществляется через катионы. Поэтому у них общий радикал в формуле [Si4O10] 4– Эта группа объединяет минералы-слюды: биотит, тальк, мусковит, серпентин.

Цепочечные и  ленточные – тетраэдры образуют цепочки одинарные или сдвоенные (ленты). Цепочечные – имеют общий радикал [Si2O6] 4- и включают группу пироксенов.