Лекция: Класифікація мінералів
1. Мінерали підрозділяються на дві групи — що містять і що не містять металів. Аргеніт, наприклад, відноситься до першої групи, бо є з'єднанням срібла (металу) і сірки. Кварц — мінерал, що не містить металу, оскільки він складається з кремнію і кисню, а кожна з цих складових частин не є металом.
2. Кристали мінералів утворюють системи. Існує шість систем — шість геометричних форм кристалів. Кожна з цих систем має свої варіації, ніж і пояснюється різноманітність кристалів.
3. Мінерали мають різну твердість. За шкалою твердості вони розташовуються від найм’якішого, тальку, до найтвердішого — алмазу. Ця властивість має важливе значення для класифікації мінералів.
4. Істотною особливістю є також колір межі від що містять мінерали. Якщо таким мінералом поскребти шматочок фарфору, то колір межі, що утворилася, може відрізнятися від кольору мінералу.
5. Блиск поверхні мінералу у відображеному світлі; шаруватість (специфічні особливості розколювання мінералу по площинах, визначуваних його структурою); питома вага (відношення ваги мінералу до ваги рівного об'єму води) і колір (природне забарвлення поверхні) — важливі характеристики мінералів, про яких ще піде розмова.
Мінерали, що містяться в розплавленій магмі, при її охолодженні виявляються у складі вулканічних порід. В результаті ерозії вони розчиняються у воді (наприклад, кальцит), переносяться нею в зваженому стані (наприклад, глина) або механічно виносяться водою (пісок і гравій). Виділені мінерали відкладаються на дні морів, озер, в дельтах річок або просто на суші. Тут вони беруть участь в утворенні нових порід, спочатку осадкових, а потім і метаморфічних, якщо тиск і температура середовища достатньо високі. Розглянемо, наприклад, процес формування пісковику. Зерна піску, які утворюються при руйнуванні граніту, що розпадається на кварц і польовий шпат, виносяться річкою в морі; кристали цементуються розчиненими в морській воді мінералами — силікатами, кальцитами, залізистими і глинистими добавками — і, ущільнюючись під тиском, перетворюються на пісковик. З часом під дією температури і тиск ці мінерали можуть видозмінитися, утворивши метаморфічний кварцит, в якому зерна пісковику частково сплавляються один з одним і кристалізуються. Якщо температура продовжує підвищуватися, гірська порода знов переходить в магму, і, таким чином, цикл перетворень завершується.
До породоутворюючих мінералів відносять кварц, польові шпати, слюди, глинисті мінерали, карбонати, сульфати, залізисто-магнезіальні силікати.
Кварц SiO2 — кристалічна форма діоксиду кремнію (кремнезему) — є одним з найпоширеніших мінералів земної кори. Міцний, твердий і стійкий мінерал: міцність при стиску — до 2000 МПа, твердість 7, добре чинить опір стиранню та хімічним впливам (при звичайній температурі взаємодіє лише з плавиковою кислотою), густина 2,65 г/см3. Кварц буває безбарвним, білим, а також сірим, димчастим, рожевим тощо, залежно від домішок.
Крім кристалічного кварцу, існує аморфний кремнезем, хімічна формула якого може бути такою самою, як і кварцу – SiO2.
Аморфний кремнезем відрізняється від кварцу великою хімічною активністю. Характерні представники — опал і халцедон.
Опал SiО2 має аморфну структуру. Густина 1,9...2,5 г/см3, твердість 5...6, крихкий. Колір білий, залежно від домішок — блакитний, бурий, зелений, чорний. Халцедон SiO2 ховано кристалічний щільний різновид кварцу, продукт кристалізації опалу. Густина 2,6 г/см3; твердість 6. Халцедон шаруватої структури називається агатом. Кремінь -халцедон, забруднений домішками глини.
Польові шпати — алюмосилікати калію, натрію, кальцію або їхні суміші. Це найпоширеніші мінерали, що становлять до 60 % земної кори. Характерна особливість — яскраво виражена спайність за двома напрямами. Розрізняють ортоклаз (пряморозколюваний) — калієвий польовий шпат К2ОА12О3-6SiO2 та плагіоклази (косорозколювані) — натрієвий та кальцієві польові шпати, альбіт Na2O Al2O3анортит СаОА12О3*2SiO2, а їхні суміші (наприклад, лабрадор містить 51 ...70 % альбіту, решта — анортит).
Істинна густина польових шпатів становить 2,55...2,70 г/см3, твердість — 6, міцність на стиск 120...170 МПа, температура плавлення 1170… 1550°С. Колір білий, сірий, жовтий, від рожевого до темно-червоного. Стійкість значно нижча, ніж у кварцу.
Слюди — водні алюмосилікати різноманітного складу. Легко розщеплюються на тонкі та пружні пластинки. Твердість 2...3.
Мусковіт — калієва слюда, безбарвна, стійка, тугоплавка, густина становить 2,7...3,0 г/см3. Біотит — магнезіально-залізиста слюда, колір чорний. Густина 2,8… 3,2 г/см3. Вермикуліт — також магнезіально-залізиста слюда, колір бронзово-жовтий. При прожарюванні втрачає воду, лусочки розщеплюються й збільшуються в об'ємі до 25 разів.
Темнозабарвлені мінерали — складні залізисто-магнезіальні силікати. Мають темний колір, велику густину -3,0… 3,6 г/см3, твердість 5,5...7,5, високу міцність і значну ударну в'язкість. Це авгіти (глиноземисті піроксени), рогова обманка (група амфіболів), олівін (перидот).
Глинисті мінерали А12Оз*mSіО2*пН2О характеризуються високою дисперсністю. Це каолініт А12Оз*2SiO2*2Н2О, істинна густина майже 2,6 г/см3, твердість 1...2, колір білий, може бути буруватий; іліт і монтморилоніт — складні водні, алюмосилікати, густина 2,0… 2,6 г/см3, твердість 1...2, колір зеленуватий, світло-коричневий.
Представниками карбонатів є кальцит, магнезит, доломіт. Кальцит або вапняковий шпат, СаСО3 має істинну густину 2,7 г/см3, твердість З, колір білий, сірий.
Магнезит МgСО3 — важчий і твердіший мінерал, але хімічна активність його менша; істинна густина 3 г/см3, твердість 4,0...4,5, колір жовтий, сірий, коричневий.
Доломіт СаСО3*МgСО3 за своїми властивостями займає проміжне положення між кальцитом і магнезитом.
Сульфати — гіпс, ангідрит, барит.
Гіпс СаSО4*2Н2О — мінерал пластинчастої, волокнистої або зернистої будови, істинна густина 2,2...2,3 г/см3, м'який (твердість 2). Колір гіпсу білий, сірий, жовтуватий або червонуватий. Різновиди — селеніт (волокниста будова), алебастр (дрібнокристалічна структура, сніжно-білий колір).
Ангідрит СаSО4 — густина 2,8...3,0 г/см3, твердість 3,0...3,4, колір сірий, блакитнуватий. При тривалій дії води переходить у гіпс з незначним збільшенням в об'ємі.
Барит (важкий шпат) ВаSО4 — густина 4,3...4,7 г/см3; твердість 3,0...3,5, колір білий, рідше жовтий, червонуватий. Хімічно стійкий.
За твердістю гірські породи поділяють на:
— тверді, до складу яких входять мінерали з твердістю 6...7 — кварцит, граніт, сієніт, діорит, габро;
— середні, які мають твердість не більше 5 — мармур, щільні вапняки, доломіти, деякі види туфу;
— м'які, що мають твердість 2… З — гіпс, ангідрит, вапняк-черепашник.