Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 2

ИЗУЧЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ХИМИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ МИНЕРАЛОВ

Физические свойства минералов (радиоактивность, люминисценция, магнитность, твёрдость, оптические свойства и др.) имеют большое практическое значение и очень важны для их диагностики. Свойства минералов зависят от их химического состава и типа кристаллической структуры. Для того, чтобы распознать минералы по внешним признакам и определить приблизительно их состав, надо знать физические свой­ства каждого минерала. Отдельные физические свойства могут быть одинаковыми у различных минералов и, наоборот, какое-либо свойст­во (цвет или плотность) у одного и того же минерала может менять­ся в зависимости от состава и количества примесей. Поэтому при определении минерала необходимо установить возможно большее число его свойств. Только в отдельных случаях некоторые свойства (магнитность, твердость, оптические свойства и др.) бывают настолько характерны, что по одному из них можно сразу диагностировать ми­нерал. Главнейшими физическими свойствами минерала являются цвет, цвет черты (цвет его в порошке), прозрачность, блеск, излом, спай­ность, твердость, плотность и др.

Оптические свойства.

В естественном свете колебания электрического и магнитного векторов совершаются в каждый момент в различных направлениях, всегда перпендикулярных к направлению распространения световой волны (т.е. перпендикулярно к световому лучу). Такой свет носит название неполяризованного, или простого. При прохождении через оптически анизотропную среду свет становится поляризованным. Колебания поляризованного света проходят лишь в одной плоскости, проходящей через направление движения световой волны. Поляризация света происходит при прохождении через все кристаллы, за исключением кристаллов кубической сингонии; последние в оптическом отношении изотропны. Естественный свет, поступающий в кристалл, распадается на две световые волны, распространяющиеся с различными скоростями. Обе волны становятся поляризованными, причём плоскости их колебаний взаимно перпендикулярны. Это явление называется двупреломлением или двойным светопреломлением. Двупреломление было открыто Бартолином в 1669 г. и в дальнейшем было изучено Х. Гюйгенсом. В кристаллах тригональной, тетрагональной и гексагональной сингоний имеется только одно направление, по которому не происходит двойного светопреломления. Это направление называется оптической осью, оно совпадает с осью симметрии высшего порядка. Поэтому кристаллы средних сингоний называются оптически одноосными. В кристаллах триклинной, моноклинной и ромбической сингоний имеются два направления, по которым не происходит двойного светопреломления; они в оптическом отношении двуосны. В кристаллах средних сингоний скорость распространения световых волн различна. Световая волна, распространяющаяся с одинаковой скоростью во всех направлениях, называется обыкновенной, а распространяющаяся в различных направлениях с различной скоростью необыкновенной. Поверхностью первой световой волны является шар, а второй эллипсоид вращения.

Для некоторых минералов способность к двойному лучепреломлению является важным диагностическим свойством. Двойное лучепреломление особенно хорошо выражено у прозрачных разностей кальцита, называемых исландским шпатом. Если через исландский шпат рассматривать предмет, то возникает его двойное изображение.

Цвет минералов является важным диагностическим признаком. Минералы могут иметь самые различные цвета и оттенки. Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей и главным образом от присутствия элементов-хромофоров, т.е. носителей окраски. Известны многие элементы-хромофоры, к ним относятся Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo и некоторые другие. Эти элементы могут быть в минерале главными, или могут быть в виде примесей. Встречаются также бесцветные и прозрачные минералы. 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, железо-черный и т.д). Некоторые минералы меняют цвет в зависимости от освещения. Например, минерал лабрадор при некоторых углах поворота приобре­тает красивую радужную, синюю, серую или зеленую окраски. Это свойство минералов называется иризацией. У лабрадора она возникает за счет интерференции света, отражающегося от обеих плоскостей микроскопических трещин спайности, наполненных тончайший пленочками минерала ильменита (FеTiO₃). Иногда кроме основной ок­раски минерала тонкая поверхностная пленка имеет дополнительную. Это явление называется побежалостью и объясняется интерференцией света в слоях, образующихся на поверхности минералов. Обычно побежалость бывает радужной, как на халькопирите, когда поверхность минерала переливается синим, красным и фиолетовым цветом.

Цвет черты (цвет минерала в порошке). Многие минералы в рас­тертом состоянии имеют другой цвет, чем в образце. Порошок можно получить, проводя куском минерала по белой шероховатой фарфоровой пластинке при условии, что твердость его меньше твердости фарфора (если твердость минерала выше твердости фарфора, то на пластинке остается царапина). Цвет черты – важный диагностический признак. Так красный, бурый и магнитный железняк (гематит, лимонит и маг­нетит) в кусках часто имеет одинаковый цвет, и их можно различить только по разному цвету черты - соответственно красному, желтому или черному.

Блеск минералов является важнейшим диагностическим признаком. Он зависит от показателя преломления минерала и его способности отражать от своей поверхности свет. Па блеску все минералы можно разделить на три группы: 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 наблюдается у самородных металлов (золото, серебро, платина), многих сульфидов и оксидов железа.

Полуметаллический блеск – характерен для минералов, поверх­ность которых имеет вид потускневшего металла. К таким минералам относятся графит, гематит, черная цинковал обманка.

К третьей, наиболее обширной группе, принадлежат минералы с неметаллическим блеском. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих цветную или белую черту. Исключением являются только самородные элементы. В этой группе различают следующие виды блеска: стеклянный, широко распространенный среди прозрачных минералов (кварц, на гранях кристаллов» кальцит, гипс); жирный, типичный для тех минералов, поверхность которых кажется как бы смазанной маслом (кварц на изломе, нефелин); перламутровый характерен для прозрачных минералов, которые блестят как поверхность перламутровой раковины (он обусловлен отражением света от тонких пластинок или плоскостей спайности минералов, например, слюды, талька); шелковистый, который наблю-дается при тонковолокнистом строении минерала и напоминает блеск шелковистых нитей (асбест, волокнис­тые разности гипса). Некоторые минералы обладают особенно сильным блеском, названным алмазным (алмаз, некоторые разновидности цин­ковой обманкой). 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).