Физических свойств минералов их

ДИАГНОСТИКА.

Цель работы: научиться диагностировать минералы по их физическим свойствам.

Оборудование и материалы: фарфоровые и стеклянные пластинки, шкала Мооса, 10 % раствор соляной кислоты, коллекция минералов.

Задание: определить физические свойства, название и описать предлагаемые минералы.

Методика определения минералов

Для того чтобы распознать минералы по внешним признакам иопределить приблизительно их состав, надо знать физические свойства каждого минерала. Следует иметь в виду, что отдельные физические свойства могут быть одинаковыми у различных минералов и, наоборот, какое-либо свойство (например, цвет или удельный вес) у одного и того же минерала может меняться в зависимости от примесей. Поэтому при определении минерала необходимо установить у него возможно большее число свойств. Только в отдельных случаях некоторые свойства бывают настолько характерны, что по одному из них можно сразу определить минерал (магнитность, твердость, оптические свойства и др.). Главнейшими физическими свойствами минералов являются: цвет, цвет черты (цвет его в порошке), прозрачность, блеск, излом, спайность, твердость, удельный вес и др.

Цвет минералов является важным диагностическим признаком. Минералы могут иметь самую разнообразную окраску – белую, желтую, серую, розовую, красную, синюю, черную, причем всевозможных оттенков. Минералы могут быть и бесцветными, прозрачными. Практически цвет определяют на глаз, сравнением с хорошо знакомыми предметами (молочно-белый, соломенно-желтый, кирпично-красный). Для обозначения цвета минералов, имеющих металлический блеск, к названию цвета добавляют название распространенного металла (свинцово-серый, оловянно-белый, латунно-желтый, медно-красный, железно-черный и т. д.). Окраска минералов зависит главным образом от химического состава самого минерала и от примесей. Такими элементами-примесями являются железо, никель, кобальт, титан, уран, медь, хром и др. Некоторые минералы меняют окраску в зависимости от освещения. Например, минерал лабрадор при некоторых углах поворота приобретает красивую синюю, серую или зеленую окраску, вызванную присутствием тончайших пленочек минерала ильменита (FeTiO₃), заполняющих трещинки спайности этого полевого шпата. Интерференция света на пленках и придает лабрадору красивую радужную окраску, называемую иризацией. Иризация возникает за счет интерференции света, отражающегося от обеих плоскостей тончайших трещин. Иногда, кроме основной окраски минерала, тонкая поверхностная пленка имеет дополнительную. Это явление называется побежалостью объясняется интерференцией света в тонких слоях, образующихся на поверхности минералов. Обычно побежалость бывает радужной, как на халькопирите, когда поверхность минерала переливается синим, красным и фиолетовым цветами.

Цвет черты (цвет минерала в порошке). Многие минералы в растертом состоянии имеют другой цвет, чем в куске. Порошок можно получить, проводя куском минерала черту на белой шероховатой фарфоровой пластинке при условии, что твердость его меньше твердости фарфора (если твердость минерала выше твердости фарфора, то минерал образует на фарфоре царапину). Цвет минерала в порошке в ряде случаев является важным диагностическим признаком для ряда минералов. Так, красный, бурый и магнитный железняк в кусках (штуфах) часто имеют одинаковый цвет, и их можно различить только по разному цвету черты (красной, желтой или черной).

Рис.1.1. Раковистый излом у дымчатого кварца

Блеск минералов является важным диагностическим признаком и зависит от показателя преломления минералов и его способности отражать от своей поверхности свет. По блеску все минералы можно разделить на три группы: минералы с металлическим, полуметаллическим и неметаллическим блеском.

Металлический блеск – сильный блеск, свойственный металлам. Им обладают непрозрачные минералы, дающие в большинстве случаев черную черту на фарфоровой пластинке. Такой блеск имеют самородные металлы (золото, серебро, платина), многие сульфиды и окислы железа.

Полуметаллическим блеском обладают минералы, поверхность которых имеет блеск потускневшей поверхности металла. К таким минералам относятся графит, гематит, черная цинковая обманка. К третьей, наиболее обширной группе относятся минералы с неметаллическим блеском. У них различают следующие виды блеска: стеклянный, очень распространенный среди прозрачных минералов (кварц на гранях кристаллов, кальцит, гипс); жирный – поверхность минерала кажется как бы смазанной маслом (кварц на изломе, нефелин).

Перламутровый блеск характерен для прозрачных минералов, которые блестят, как поверхность перламутровой раковины; он обусловлен отражением света от тонких пластинок или плоскостей спайности минералов (слюда, тальк).

Шелковистый блеск наблюдается при тонковолокнистом строении минерала и напоминает блеск шелковых нитей (асбест, волокнистые разности гипса). Некоторые минералы обладают особенно сильным блеском, называемым алмазным (алмаз, некоторые разновидности цинковой обманки). Матовый блеск (минералы не блестят) имеют минералы с пористой, неровной землистой поверхностью (каолинит).

Прозрачность – способность минералов пропускать свет. По степени прозрачности минералы делятся на прозрачные (горный хрусталь, каменная соль, топаз); полупрозрачные (халцедон, опал), через которые видны лишь очертания предметов; просвечивающие, пропускающие свет только в очень тонких пластинках (полевые шпаты); непрозрачные, через которые свет совсем не проходит (пирит, магнетит).

Излом. Характерным диагностическим свойством некоторых минералов является излом, т. е. вид поверхности, образующейся при раскалывании минерала. Излом может быть раковистым (рис. 1.1),имеющим вид вогнутой и концентрически-волнистой поверхности, напоминающей поверхность раковин (горный хрусталь); занозистый с поверхностью, покрытой ориентированными в одном направлении занозами (гипс, роговая обманка); неровный (нефелин); землистый с матовой шероховатой поверхностью (каолинит, лимонит); зернистый, встречающийся часто у минеральных агрегатов.

а) б)

Рис. 1.2. Виды спайности:

а) весьма совершенная, б) совершенная

Спайность – это способность минералов раскалываться или расщепляться по блестящим параллельным плоскостям, по определеным одним или нескольким кристаллографическим направлениям, в решетке между пластинами, где проявляется наименьшая сила сцепления частиц. Различают пять видов спайности:

- весьма совершенная спайность (рис. 1.2, а) возникает тогда, когда минерал очень легко (например, ногтем) расщепляется на отдельные тончайшие листочки или пластинки, образуя зеркально-блестящие плоскости спайности (слюды, гипс, хлорит);

- совершенная спайность (рис. 1.2, б) отличается тем, что минерал раскалывается при слабом ударе молотком на гладкие параллельные пластинки, кубы или другие формы (каменная соль, кальцит). Средняя (явственная) спайность характерна для минералов, образующих при расколе как плоскости спайности, так и поверхности с неровным изломом (полевые шпаты);

- несовершенная спайность обнаруживается с трудом. В этом случае при расколе минерала преобладают поверхности с неправильным изломом (апатит, оливин и др.);

- некоторые минералы не обладают спайностью; в этом случае говорят о весьма несовершенной спайности. Такие минералы дают только незакономерные поверхности излома (молочно-белый кварц, золото).

Надо уметь отличать плоскости спайности от граней кристалла: плоскости спайности имеют более сильный блеск и свежий вид, кроме того, поверхности спайности образуют ряд параллельных друг другу плоскостей. Характерным признаком для некоторых минералов является штриховка на гранях кристаллов (корунд, кварц, пирит и др.), поверхности спайности всегда гладкие, глянцевые.

Твердость представляет собой один из важнейших диагностических признаков. Под твердостью понимают степень сопротивления минерала внешним механическим воздействиям (царапанию, резанию, истиранию). Для определения твердости принята шкала Мооса, в которой используются минералы с известной и постоянной твердостью. Эти минералы располагаются в порядке возрастания твердости, так что каждый предыдущий минерал царапается последующим.

Таблица 1.1

Шкала твердости Мооса

Минералы – эталоны твердости	Твердость
Тальк Mg. [OH]a [Si4 O40]
Гипс СаSO4 • 2 Н2О
Кальцит СаСО3
Флюорит CaF2
Апатит Са5 (F, C1) (РО4)3
Ортоклаз К [Al Si3O8]
Кварц SiO2
Топаз А18 (F, OH)2 [Si O4]
Корунд А12О3
Алмаз С

При определении твердости минерала чертят на его свежей поверхности острым углом минерала-эталона из шкалы твердости. Например, определяется твердость альбита. Из эталонной коллекции его не царапает ни один минерал до апатита включительно. Ортоклаз оставляет на нем слабую царапину, но и сам истирается при этом, следовательно, у этих двух минералов равная твердость. Следующий по шкале кварц при нажиме царапает альбит, следовательно, твердость альбита выше 5 и ниже 7, т. е. 6.

Интервалы твердости между минералами-эталонами различные. Алмаз тверже талька не в десять, а более чем в 1000 раз в абсолютных единицах твердости. Самый большой интервал между корундом и алмазом. В практике нередко прибегают к определению твердости при помощи распространенных предметов. Так, твердость карандаша 1, ногтя 2, бронзовой монеты 3,5–4, стекла 5, иглы и стального перочинного ножа 6, напильника 7. Минералы с большей твердостью встречаются очень редко.

Удельный вес для различных минералов колеблется от 0,6 (природный газ, битумы) до 21 (минералы группы иридия). Точное определение удельного веса возможно лишь в лабораторных условиях. На практике для быстрого приблизительного определения удельного веса пользуются взвешиванием минералов на руке с оценкой «тяжелый», «средний», «легкий». По удельному весу все минералы можно разбить на три категории: легкие – с удельным весом до 2,5 (нефти, смолы, угли, гипс, каменная соль), средние – с удельным весом до 4 (кальцит, кварц, полевые шпаты, слюды) и тяжелые – с удельным весом больше 4 (рудные минералы). Чаще всего встречаются минералы с удельным весом от 2 до 5.

Магнитность присуща немногим минералам (магнетит, пирротин, платина). Она определяется при помощи магнитной стрелки, которая притягивается или отталкивается при поднесении к ней магнитных минералов.

Ряду минералов присущи особые свойства. Так, для карбонатов характерна реакция со слабой (5–10%-ной) соляной кислотой с выделением углекислого газа в виде пузырьков. Некоторые карбонаты легко разлагаются в холодной кислоте (кальцит), другие требуют измельчения в порошок (доломит) или подогревания (магнезит). Вскипают при реакции с соляной кислотой также многие сульфиды с образованием сероводорода. Сероводород легко отличим по характерному запаху.

Двойное лучепреломление – свойство, присущее ряду минералов, но особенно хорошо выраженное у прозрачных разностей кальцита, называемых исландским шпатом.

Если через него рассматривать предмет, возникает двойное его изображение (см. рис. 1.3).

На вкус определяются лишь некоторые растворимые в воде соли. Этим методом легко отличить, например, каменную соль от сильвина, который горько-соленый на вкус и слегка щиплет язык. Следует учесть, что при макроскопическом определении минералов необходимо учитывать весь комплекс свойств.

 

Рис. 1.3. Двойное лучепреломление

По химическому составу и кристаллическому строению все известные минералы разбиваются на несколько подразделений. Важнейшими классами являются: самородные элементы, сульфиды, окислы и гидроокислы, галоидные соединения, углеродистые соединения (см. лабораторную работу №. 2).

Примеры описания

Графит (C) относится к классу самородных элементов.

Физические свойства. Блеск металловидный, жирный, матовый. Пишет на бумаге, пачкает руки, растирается пальцами в черную пыль (отличие от молибденита), жирный на ощупь. Цвет железно-черный, стально-серый. Черта черная. Спайность весьма совершенная в одном направлении, излом мелкозернистый. Огнеупорен и кислотоупорен, проводит электричество. Отличительные признаки. Для графита характерны: небольшая твердость (графит мягкий), постоянный стально-серый, железно-черный цвет, жирный на ощупь. Твёрдость по шкале Мооса 1.

Галит (NaCl) относится к классу галоидных элементов.

Физические свойства. Блеск стеклянный, жирный, матовый. Прозрачный. Цвет может быть различным: белый, бесцветный, а иногда голубовато--серый. Черта белая. Спайность совершенная. Отличительными признаками является солёный вкус и низкая механическая прочность – при ударе легко разделяется по трещинам спайности на мелкие кусочки кубической формы.

 

Лабораторная работа № 2.