Кристаллографические сингонии

Категория	Название сингонии	Типичные элементы симметрии	Общий признак категории
Низшая	Триклинная	C или отсутствует	Нет осей выше
Моноклинная	Р; L2; L2 PC	L2
Ромбическая	L22P; 3L 2; 3L2 3PC
Средняя	Тригональная	L3	Только одна ось высшего порядка
Тетрагональная	L4
Гексагональная	L6
Высшая	Кубическая	3L4	Много осей высшего порядка

 

Формы кристаллов

Простые формы - все грани равны и одинаковы (пример- куб, призма, ромбоэдр и др.).

Комбинационные формы - представляют собой сочетание простых форм. Сколько простых форм скомбинировано в кристалле, можно установить, сосчитав количество разновидностей простых форм.

Название граней и форм - от греч. сло в- моно, ди, тетра, пента, эдра, пинакос - доска и т.п.

Морфология минералов и минеральных агрегатов - способ заполнения минеральным веществом пространства.

Габитус - облик кристаллов, зависит от строения кристаллической решетки: призматический, изометричный, пластинчатый.

Чаще, чем одиночные кристаллы, в природе встречаются СРАСТАНИЯ минералов, которые можно подразделить на:

ЗАКОНОМЕРНЫЕ	НЕЗАКОНОМЕРНЫЕ
двойники	1)кристаллические, (друзы и щетки),
(ласточкин хвост)	2) зернистые, 3) землистые,
	4) плотные, 5) формы заполнения

С особенностями кристаллической структуры связаны такие явления как изоморфизм, полиморфизм и псевдоморфизм.

Изоморфизм - явление, когда в кристаллической решетке часть атомов или ионов замещается другими атомами или ионами, с близкими ионными радиусами. Иначе говоря, при сходном кристаллическом строении мы имеем расхождение в химическом составе. Например: минералы группы гранатов имеют общую формулу А3 В2 [ SiO4]3, где А - Mg, Fe2, Ca; B - Al, Fe3, Ce.

Полиморфизм - свойство одинаковых по химическому составу веществ, в зависимости от условий, кристаллизоваться с образованием разных кристаллических решеток и как следствие, относиться к разным сингониям. Яркий пример: углерод образует две полиморфические разновидности: алмаз - кубическая сингония и графит - гексагональная сингония.

Псевдоморфизм - явление замещения одного минерала другим с сохранением внешней формы замещаемого кристалла. Таковы, например, псевдоморфозы лимонита по кристаллам пирита.

 

 

ЛЕКЦИЯ № 2. Общие сведения о минералах. Диагностические признаки. Классификация минералов.

На прошлой лекции мы рассмотрели одно из важнейших свойств минералов - кристаллическое строение, симметрию и способность к самоогранению.

 

Диагностические признаки.

 

В этой лекции рассмотрим другие физические свойства. К ним относятся: цвет, блеск, прозрачность; твердость, плотность, спайность, излом и др. свойства.

ЦВЕТ минерала определяется его способностью поглощать определенную часть светового спектра. Ферсман выделил 3 рода окрасок минералов по происхождению:

· идиохроматическую (своя собственная),

· аллохроматическую (алло - чужой),

· псевдохроматическую (псевдо - ложный).

Идиохроматическая - в состав минерала входит элемент, дающий окраску- хромофор. Например, железо дает черную или бурую окраску, свинец- серый, медь- зеленый и т. д.

Аллохроматическая - окраска за счет элементов-примесей, изменяющих окраску минерала. Например, кварц бесцветный минерал, а его разновидности аметист, морион окрашены в фиолетовый или черный цвет за счет примесей атомов Fe.

Псевдохроматическая - обусловлена включениями посторонних минералов. Например, минерал лабрадор обладает темным собственным цветом, но при рассмотрении его под разными углами наблюдается синяя окраска. Она обусловлена тонкими включениями минерала ильменита, который изменяет светопреломление.

Иногда на поверхности минерала появляется радужная окраска, называемая побежалостью - возникает за счет образования тонкой пленки окислов на его поверхности.

МИНЕРАЛЫ - ЭТАЛОНЫ ЦВЕТА

синий – азурит бурый – лимонит

зеленый – малахит свинцово-серый – молибденит

красный – киноварь черный – магнетит

золотисто-желтый – золото латунно-желтый - халькопирит

ЦВЕТ ЧЕРТЫ – цвет минерала в порошке. Часто цвет черты повторяет цвет минерала, но бывают и отклонения. Например, минералы магнетит и хромит имеют черный цвет, а их цвет в порошке или цвет черты отличаются: у магнетита черта черная, а у хромита - темно-бурая.

ПРОЗРАЧНОСТЬ – способность минерала пропускать свет. По этому признаку минералы разделяются на прозрачные, полупрозрачные и непрозрачные.

БЛЕСК – способность отражать падающий свет. По отражательной способности минералов блеск подразделяется на металлический и неметаллический. Металлический блеск имеют минералы с высокой отражательной способностью. Неметаллический блеск подразделяют на: стеклянный, жирный, перламутровый и т.д.

СПАЙНОСТЬ – способность минералов раскалываться под ударом с образованием ровных поверхностей параллельных граням, ребрам и др. кристаллографическим направлениям. Выделяют спайность:

- весьма совершенная (слюда, тальк),

- совершенная (кальцит, галит),

- средняя (полевые шпаты, роговая обманка),

- несовершенная (оливин, апатит),

- весьма несовершенная (золото, корунд).

ИЗЛОМ – вид поверхности при расколе минерала. Бывает – ровный, ступенчатый, раковистый, занозистый, землистый и т.д.

ПЛОТНОСТЬ – зависит от химического состава и структуры минерала. Все минералы по плотности подразделяются на: легкие (1-3 г/см 3), тяжелые (3,5-9 г/см 3), очень тяжелые (9-23 г/см3).

ТВЕРДОСТЬ – способность минерала сопротивляться механическому воздействию. Выделяют абсолютную и относительную твердости.

Абсолютную твердость определяют прибором, называемым склерометр в кг /мм³.

Относительная твердость определяется сравнительным путем. Для этого берут минерал с известной твердостью и воздействуют им или на него другим минералом. Существует эталонная шкала для определения относительной твердости минералов. Её разработал австрийский минералог Моос в 1824 г., поэтому названа его именем. В ней подобраны 10 минералов, которые располагаются в порядке возрастания твердости и номер эталонного образца в ней означает величину относительной твердости этого минерала.

МИНЕРАЛЫ ШКАЛЫ МООСА

1. Тальк Mg₃ [Si ₄ О₁₀ ](OH)₂ 6. Ортоклаз К [Al Si₂ O₈]

2. Гипс Са SO ₄. 2H₂ O 7. Кварц SiO₂

3. Кальцит СаСО₃ 8. Топаз Al₂ [SiO₄ ](F,OH)₂

4. Флюорит Са F₂ 9. Корунд Al₂O₃

5. Апатит Ca₅ [PO₄ ]₃ (F,OH) 10. Алмаз С

Когда нет под рукой эталонной шкалы, пользуются стеклом, гвоздем, стальным ножом или напильником, т.е. заменителями эталонных минералов.

Кроме перечисленных свойств, которые проявляются у всех минералов, существуют свойства присущие отдельным минералам или группе минералов. Их называют особые свойства и к ним относятся:

· Магнитность - определяется по отклонению минералом стрелки компаса;

· Люминесценция – любое излучение минералом света без накаливания. Выделяют: флюоресценцию - свечение минерала происходит при облучении ультрафиолетовыми или рентгеновскими лучами, фосфоресценцию - продолжение свечения минерала после прекращения облучения; люминесценция наблюдается у минералов, содержащих в кристаллической решетке примеси ионов. Так минерал шеелит светится бледно-голубым цветом за счет включений МОЛИБДЕНА.

· Пьезо - и пироэлектрические. Пьезоэлектричество - это явление, когда под действием давления вдоль полярной оси кристалла на её концах концентрируются положительные и отрицательные заряды. Пироэлектричество - тоже явление (появление электрических зарядов) только под действием температуры при нагревании.

· Реакция с соляной кислотой - происходит выделение углекислого газа, реакция хорошо наблюдается визуально.

· Вкус и запах - некоторые минералы издают запах, при каком - либо воздействии на них (при ударе и т.п.), другие минералы - соленые или горько-соленые на вкус (каменная соль).

· Радиоактивность - ею обладают минералы, содержащие радиоактивные элементы.

Все основные свойства проявляются (кроме особых) у каждого минерала. Часто разные по химическому составу минералы бывают внешне похожи по одному или нескольким свойствам. Например, по цвету, блеску, прозрачности минералы кварц и кальцит похожи и их трудно отличить по этим свойствам. Но по другим свойствам - твердости и спайности они резко отличаются друг от друга. Эти свойства для них являются диагностическими признаками. Таким образом, свойства минералов, по которым их можно определить или отличить друг от друга являются их диагностическими признаками.

Все свойства минералов изучают:

· макроскопически, т.е. определяют свойства визуально;

· с помощью лабораторных исследований с привлечением разнообразных приборов и анализаторов: так химический состав минерала устанавливается после проведения ряда химических или спектральных анализов для определения элементов, входящих в его состав;

· строение кристаллической решетки определяют с помощью рентгеноструктурного анализа, основанного на отражении и дифракции рентгеновских лучей от кристаллографических плоскостей. В последнее время для изучения структуры минерала применяют электронный микроскоп;

· оптические свойства минералов изучают под микроскопом.

Сейчас создано много приборов, которые позволяют сделать комплекс лабораторных исследований прямо в образце, содержащем исследуемый минерал, т.е. отпадает трудоемкая работа по извлечению минерала в чистом виде, без примесей другого минерала.

Изучение свойств минералов дало толчок экспериментальным исследованиям для получения минералов в лабораторных условиях. Такие исследования позволяют моделировать условия образования минералов, что представляет несомненный научный интерес. Практическое значение таких исследований- получение искусственных минералов для ювелирной промышленности, радиоэлектроники и др. отраслей.

О названиях минералов - многие пришли из древних времен:

- на основе физических свойств или химического состава (например - магнетит, никелин),

- по географическому месту открытия (ильменит - в Ильменских горах, арагонит - по испанской провинции);

- по имени великих ученых или деятелей – уваровит (мини стр пр освещения Уваров), шеелит (в честь ученого химика Шееле открывшего элемент W).

Многие минералы, кроме основного, имеют одно или несколько других названий, называемых синонимами. Например, флюорит- плавиковый шпат, сфалерит- цинковая обманка и т.д.

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 гирооксиды	· фосфаты
· галоиды	· силикаты