Механические свойства минералов

Механические свойства минералов обнаруживают при механическом действии на них: при сжатии, растяжении и ударе. Так же, как и оптические свойства, они различны в разных направлениях и связаны с анизотропией кристаллов. К числу важнейших механических свойств относят излом, спайность и твёрдость.

Излом, т.е. вид поверхности, образующейся при раскалывании минерала, также является важным диагностическим признаком ряда минералов. Излом может быть следующих видов:

раковистым, имеющим вид вогнутой и концентрически-волокнистой поверхности, напоминающей поверхность ра­ковины (горный хрусталь);

занозистым с поверхностью, покрытой ориентированными в одной направлении занозами (гипс, роговая об­манка), неровным (нефелин);

землистым с матовой шероховатой по­верхностью (каолинит, лимонит);

зернистым, встречающимся часто у минеральных агрегатов.

Спайность – это способность минералов раскалываться или рас­щепляться по блестящим параллельным плоскостям, по определенным кристаллографическим направлениям по ко­торым в кристаллической решетке проявляется наименьшая сила сцеп­ления частиц. Спайность может проявляться в одном, двух, трёх, четырёх и шести кристаллографических направлениях. Для оценки спайности существует следующая шкала:

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

совершенная спайность отличается тем, что минерал раскалывается при слабом ударе молотком на гладкие параллельные пластинки, ку­бы или другие формы (галит, галенит, кальцит);

средняя (явственная) спайность характерна для минералов, при раскалывании которых возникает как плоскость спайности, так и поверхности с неровными из­ломами (полевые шпаты, роговая обманка);

несовершенная спайность обнаруживается с трудом. В этом случае при раскалывании минерала преобладают по­верхности с неправильным изломом (апатит, оливин, берилл);

спайность весьма несовершенная – практически нет спайности, кристаллы имеют неровные поверхности излома при расколе (молочно-белый кварц, золото).

В различных направлениях спайность кристалла может быть одинаковой или разной по степени совершенства. Необходимо уметь отличать плоскости спайности от граней крис­талла: плоскости спайности имеют более сильный блеск и свежий вид; кроме того они образуют ряд параллельных друг другу поверх­ностей. Характерным признаком для некоторых минералов является штриховка на гранях кристаллов (корунд, кварц, пирит и др.), тогда как поверхности спайности всегда гладкие, глянцевые.

Твёрдость. Под твёрдостью кристалла понимается его сопротивление механическому воздействию более прочного тела (проникновению острия, царапанию и т.д.). Существует несколько методов определения твёрдости. В минералогической практике принята шкала Мооса. Твердость минерала определяется сопоставлением твердости исследуемого минерала с минералом-эталоном из шкалы твердости Мооса. В этой шкале порядковый номер минерала соответствует численному значению его твердости. Минералы располагаются в порядке возрастания твер­дости, так что предыдущий минерал царапается последующим.

Шкала Мооса:

1 – тальк 2 – гипс 3 – кальцит 4 – флюорит 5 – апатит

6 – ортоклаз 7 – кварц 8 – топаз 9 – корунд 10 – алмаз

Для определения твердости острым уголком минерала-эталона наносят царапину на ровной поверхности минерала, после чего уда­ляют пыль и проверяют результат (не путать царапину с чертой, ко­торая может образоваться при крошении мягкого минерала на поверх­ности более твердого). Например, необходимо установить твердость альбита. Из эталонной коллекции его не царапает ни один минерал до апатита включительно. Ортоклаз оставляет на нем слабый след, но и сам истирается при этом. Следовательно, у этих двух минералов равная твердость. Следующий по шкале твердости кварц при нажиме царапает альбит, следовательно, твердость альбита выше 5 и ниже 7, т.е. 6. Необходимо отметить относительность шкалы: если тальк имеет твёрдость 1, а гипс твёрдость 2, то это не означает, что гипс в 2 раза твёрже талька. Тоже самое можно сказать и относительно других минералов-эталонов. Твёрдость их условна, и при определении другими методами получены другие значения.

Интервалы твердости между минералами-эталонами различ­ные. Алмаз тверже талька не в 10, а более чем в 1000 раз в абсо­лютных единицах твердости. Самый большой интервал по твердости между корундом и алмазом. Так же, как и спайность, твёрдость кристаллов обнаруживает анизотропию. Кристаллы алмаза имеют наибольшую спайность на гранях октаэдра, меньшую на гранях ромбододекаэдра, ещё меньшую на гранях куба.

Если необходимо определить твердость для кристаллов с небольшой поверхностью, этим кристаллом (или его зернистым агрегатом) наносят царапину на минерал-эталон. Надо помнить, что зернистые агрегаты могут содержать примеси других, более твердых минералов, создавая неверное представление о твердости.

Для определения твердости минералов можно использовать такие распространенные предметы, как иголка или нож (твердость 5–6), стекло (твердость 5), бронзовая монета (3,5–4), ноготь (2,5).

Плотность. Плотность для различных минералов колеблется от 0,6 до 27 г/см³. Подавляющая масса минералов имеет плотность от 2,5 г/см³ до 3,5 г/см³, что обуславливает плотность земной коры, равную примерно 2,7–2,8 г/см³. Точное определение плотности возможно лишь в лабораторных условиях путем взвешивания на гидростатических весах и посредст­вом других специальных измерений. На практике для быстрого приб­лизительного определения плотности пользуются взвешиванием мине­рала на руке с оценкой "тяжелый", "средний", "легкий".

Легкие – с плотностью до 3 г/см³ (нефти, смолы, угли, гипс, каменная соль);

средние – с плотностью до 4 г/см³ (кальцит, кварц, по­левые шпаты, слюды);

тяжелые – с плотностью более 4 г/см³ (рудные минералы).

Чаще всего встречаются минералы с плотностью от 2 г/см³ до 5 г/см³. Как правило, минералы, содержащие тяжёлые металлы, имеют большую плотность. Наибольшую плотность имеют самородные элементы – золото, серебро, минералы группы платины. В кристаллах одного и того же состава плотность определяется характером упаковки атомов в единичной структурной ячейке. Для минералов, представляющих изоморфные ряды, увеличение (или уменьшение) плотности пропорционально изменению химического состава.

Магнитность. Это свойство минералов обнаруживается по отклонению магнитной стрелки компаса при приближении к ней образца (магнетит, плати­на, пирротин). Наиболее сильными магнитными свойствами обладает магнетит. Минералы, обладающие сильным полярным магнетизмом, называются ферримагнитными.

Реакция с раствором соляной кислоты (10%-ный раствор НСl). Реакция определяется выделени­ем углекислого газа от капли раствора на поверхности образца ми­нерала. Реакция характерна для минералов класса карбонатов. При комнатной температуре с НСl бурно реагирует кальцит, арагонит и малахит. Другие минералы класса карбонатов в реакцию вступают только в виде порошка (доломит), а также с нагретым раствором или раствором большей концентрации (магнезит). Многие сульфиды вскипают при воздействии НСl с вы­делением сероводорода, легко отличимого по запаху.

Органолептические свойства. На вкус определяются некоторые растворимые в воде соли. Этим методом легко отличить галит (каменная соль) от сильвина (калийная соль): последний имеет горько-соленый вкус и слегка щиплет язык. Фосфорит при трении издает резкий чесночный запах.