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.
ЦВЕТминерала 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 |