3.2. Минералы и минеральные агрегаты

3.2.1. Минералы

Формы нахождения химических элементов в земной коре разнообразны. Но основу её объёма слагают химические соединения в виде минералов.

Минерал определяется как химически и физически обособленный в пространстве неорганический продукт природной физико-химической реакции, находящийся в кристаллическом состоянии (по А.А. Годовикову). Отличие кристаллического вещества от некристаллического (аморфного) заключается в строгой упорядоченности расположения слагающих его атомов. Если мысленно представить каждый атом или ион кристаллического вещества в виде точки и соединить их условными линиями, то получим бесконечную геометрически правильную кристаллическую решетку (свою для каждого минерала).

При этом точки соответствуют узлам этой решетки, а линии будут отражать химические связи между атомами или ионами.

Твёрдые природные вещества, не имеющие кристаллической структуры (аморфные) относятся к особой категории минералоидов. Относительная роль минералоидов в земной коре в целом весьма незначительна.

Принадлежность минерала к конкретному минеральному виду и все его свойства определяются двумя параметрами: его химическим составом и строением кристаллической решётки. Если мы возьмём два минеральных вещества, имеющих одинаковый состав, но различную кристаллическую структуру, это будут два разных минерала. Наиболее ярким примером являются графит и алмаз, оба представляющие собой модификации одного и того же химического элемента – углерода, но с различным строением кристаллической решётки. В результате свойства этих двух минералов не просто весьма различны, но во многих отношениях контрастны. В частности, графит относится к числу самых мягких минералов, а алмаз является самым твёрдым.

Способность одних и тех же атомов формировать различную по структуре кристаллическую решётку называется полиморфизмом (от греческих корней «поли»– много и «морфос»– форма). Минеральные виды, имеющие один и тот же химический состав, но различное кристаллическое строение, называются полиморфными модификациями.

Широко распространён и противоположный вариант – когда аналогичные места в кристаллической решётке с одними и теми же параметрами могут занимать атомы различных химических элементов. Такая возможность имеется в тех случаях, когда сходны и химические свойства атомов, и их размеры.

Это явление получило название изоморфизма (от греческого корня «изо» – одинаковый). Изоморфизм в мире минералов может быть совершенным, когда атомы двух или более видов могут заменять друг друга в неограниченных соотношениях. В этом случае в природе возможны постепенные переходы между различными минеральными видами, которые называются изоморфными рядами. Такие ряды характерны, в частности, для минералов, являющихся солями угольной кислоты (карбонатами). Возможен, например, полный переход от чисто кальциевого карбоната CaCO3 (кальцита) к чисто магниевому MgCO3 (магнезиту) через все промежуточные варианты с различными соотношениями кальция и магния в составе.

Другим вариантом является несовершенный изоморфизм, когда какой-либо элемент в ограниченном количестве может замещать в кристаллической решётке другой в качестве изоморфной примеси.

Наличие у минералов упорядоченной кристаллической структуры обуславливает возможность формирования ими естественным путём индивидов правильной геометрической формы – кристаллов. При этом внешняя форма кристаллов определяется внутренним строением кристаллической решётки, которая у каждого минерала индивидуальна – кубы, тетраэдры, октаэдры, призмы и т.д. Поэтому форма кристаллов, наряду с другими свойствами минерала, является его характерным признаком, позволяющим диагностировать минеральный вид. Но иногда возможны случаи, когда минерал «маскируется», приобретая не свойственную ему форму. Это возможно в тех случаях, когда в природном процессе один минерал избирательно заместил другой, унаследовав внешнюю форму его кристалла. Такие образования называются псевдоморфозами («имеющими ложную форму»).