3.6 Физические свойства минералов

Для того чтобы по внешним признакам распознать минералы и определить приблизительно их химический состав, необходимо знать физические свойства каждого минерала. Следует иметь в виду, что отдельные физические свойства могут быть одинаковыми у различных минералов или, наоборот, одно какое-либо свойство (например, цвет и удельный вес) может изменяться у одного и того же минерала. На это будет влиять переменное количество примесей в составе минералов. Поэтому при определении минерала необходимо установить возможно большее число его свойств. Только в отдельных случаях минералы обладают характерными свойствами, по которым уже сразу можно определить минерал. К таким свойствам относятся магнитность, твердость, оптические свойства и др.

Важнейшими физическими свойствами являются цвет, блеск, излом, цвет черты, спайность, твердость, удельный вес и некоторые другие.

Цвет минералов самый разнообразный: белый, желтый, розовый, красный, зеленый, синий, черный, серый, притом всевозможных оттенков. Минералы могут быть бесцветными, стеклянно-прозрачными. Практически цвет минералов определяют на глаз путем сравнения с хорошо знакомыми в быту предметами: молочно-белый, снежно-белый, соломенно-желтый, лимонно-желтый, бутылочно-зеленый, кроваво-красный, кирпично-красный и т. д.

Для обозначения цвета минералов, имеющих металлический блеск, к названию цвета прибавляют название распространенного металла соответствующей окраски: свинцово-серый, латунно-желтый, медно-красный, железно-черный и т. д.

Окраска одного и того же минерала нередко весьма изменчива, что зависит от посторонних примесей. Например, кварц обычно бесцветен, его прозрачная разновидность, представленная хорошо образованными кристаллами, называется горным хрусталем. Но тот же кварц может быть окрашен в желтый цвет, фиолетовый — аметист (примесь марганца), черный — морион (примесь органического вещества).

В группу глинозема входят: корунд — серовато-синий, сапфир — чисто синего цвета (примесь двух- и трехвалентного железа и титана), рубин — красный (примесь хрома) и т. д.

В других случаях окраска минерала настолько характерна и постоянна, что она вошла в название минерала. Например, оливин — оливковый, т. е. желто-зеленый, красный железняк и др. Некоторые минералы (например, Лабрадор) меняют цвет в зависимости от меняющихся условий освещения, приобретая красивую радужную окраску. Это свойство минералов называется иризацией.

Многие минералы в раздробленном или порошкообразном состоянии имеют другой цвет, чем в куске. Порошок можно получить, проведя куском минерала черту на белой шероховатой поверхности фарфора, не покрытой глазурью. Однако этот метод изучения минерала, хотя и очень ценный, ограничен в применении твердостью минерала. Если твердость последнего больше твердости фарфора, то минерал не даст черты, не будет истираться, но образует на фарфоре царапину.

Блеск является свойством минерала отражать свет в той или иной степени. Различают следующие виды блеска.

Металлический блеск — сильный блеск, свойственный металлам. Им обладают минералы непрозрачные, дающие черную черту на фарфоровой пластинке, а также самородные металлы: золото, серебро, платина, не дающие черной черты. Характерный металлический блеск имеют многие минералы, являющиеся соединениями металлов с серой.

Стеклянный блеск очень распространен среди прозрачных минералов (кварц на гранях кристаллов). Перламутровый блеск обусловлен отражением света от внутренних плоскостей минерала. Шелковистый блеск возникает при тонковолокнистом сложении минерала (асбест, волокнистые разности гипса). Некоторые минералы обладают особенно сильным блеском, получившим название алмазного, так как он особенно типичен для алмаза.

Прозрачность есть способность минералов пропускать сквозь себя свет. По прозрачности минералы разделяют на: прозрачные, через которые ясно видны предметы (горный хрусталь, каменная соль); полупрозрачные — видны лишь очертания предметов (опал, халцедон); просвечивающие — свет проходит лишь через очень тонкие пластинки, причем предметы неразличимы; непрозрачные, через которые свет совсем не проходит.

Излом является важным диагностическим признаком для многих минералов. Под изломом понимают вид или характер поверхности, получающейся при разбивании, раскалывании минерала. Этот признак особенно важен при полевых исследованиях. Геолог, откалывая от скалы молотком образец горной породы, всегда наблюдает поверхность породы и составляющих ее минералов в нарушенном изломанном состоянии. Наиболее типичным будет излом раковистый. Он имеет вид вогнутых или выпуклых поверхностей с концентрически-волнистыми полосами, напоминающими поверхность раковин некоторых моллюсков или их отпечатки на породе. Можно указать еще занозистый излом с поверхностью, покрытой ориентированными в одном направлении занозами, землистый излом с матовой шероховатой поверхностью.

Спайность — свойство минералов колоться по плоскостям, строго ориентированным в данном минерале по отношению к его кристаллографическим элементам — осям, граням. При расколе по направлению плоскостей спайности возникают ровные зеркально-блестящие поверхности. В некоторых минералах бывает одно направление спайности, в других два или даже три, взаимно пересекающихся.

Различают спайности: весьма совершенную, когда минерал очень легко расщепляется (например, ногтем) на отдельные тончайшие листочки, образуя зеркально-блестящие плоскости спайности (слюда, графит, гипс); совершенная спайность отличается тем, что минерал раскалывается на пластинки с блестящими плоскостями лишь при слабом ударе молотка (каменная соль, кальцит); несовершенная спайность обнаруживается у некоторых минералов, имеющих два направления спайности: по одному из них возникают ровные блестящие плоскости, по другому — поверхности излома шероховаты, хотя и имеют определенную ориентировку.

Твердость минерала представляет собой один из важнейших диагностических признаков. Под твердостью понимают степень сопротивления вещества минерала царапанию острием, давлению или истиранию. Разные минералы обладают присущей им твердостью. Твердость в минералогии устанавливается обычно путем царапания минералов предметами, твердость которых является известной (стандартной).

Для определения твердости принята шкала, предложенная Моосом, в которой используются минералы с известной и постоянной твердостью. Степень твердости оценена по десятибалльной системе —

Шкала твердости Мооса

Тальк Mg₃[Si₄О₁₀] [ОН]₂ - 1

Гипс CaSO₄2H₂O - 2

Кальцит СаСОз - 3

Флюорит CaF₂ - 4

Апатит Ca₅(F, С1)[РО₄]з - 5

Ортоклаз KAlSiO₂ - 6

Кварц SiO₂ - 7

Топаз Al(F, ОН) 2[Si0₂] - 8

Корунд А1₂О₃ - 9

Алмаз С -10

Низшая твердость обозначена единицей, а высшая — десятью баллами.

При определении твердости минерала с помощью шкалы царапают по его свежей поверхности, слегка надавливая кусочком минерала с известной твердостью. Допустим, для примера определяется твердость гематита. Из эталонных минералов его царапают все наиболее твердые до ортоклаза включительно, т. е. минералы с твердостью от 10 до 6. Следовательно, гематит имеет твердость меньше 6. Следующий по шкале минерал апатит не царапает гематит, но последний оставляет на апатите царапину. Следовательно, твердость гематита меньше 6, но больше 5 и определяется как 5,5.

При полевых исследованиях не всегда может оказаться под рукой нужный набор минералов шкалы твердости. В таком случае можно использовать для ориентировочного определения твердости испытуемого минерала подручные средства, на которые можно составить следующую упрощенную шкалу:

Мягкий карандаш 1

Ноготь 2—2,5

Бронзовая монета 3,5—4

Стекло 5

Перочинный стальной нож 6

Напильник 7

Удельный вес, так же как и твёрдость, имеет большое значение в определении минералов. Этот показатель колеблется у минералов в пределах от 0,6 до 21. Точно удельный вес минералов определяется путем взвешивания на гидростатических весах и посредством других специальных приспособлений. На практике определяется удельный вес лишь приблизительно, взвешиванием на руке с оценкой — тяжелый, средний, легкий. К легким относятся минералы, имеющие удельный вес 0,6—2,5: нефть, уголь, сера, гипс, каменная соль. Средние имеют удельный вес до 4 — кальцит, кварц и др. К тяжелым минералам относятся: барит, руды железа (кроме среднего по весу лимонита), меди, серебра, свинец, самородные металлы.

Другие свойства. Важно уже в полевой обстановке определить в минерале и особенно в породе наличие карбонатов, т. е. солей угольной кислоты (Н₂СО₃). Для этого используется реакция со слабым (10%) водным раствором соляной кислоты. На породу (минерал) капают этим раствором. Наличие карбонатов обнаруживается явлением вскипания, выделением пузырьков углекислого газа (СО₂) в результате следующей реакции:

CaCO₂ + 2НС1 = СаС1₂ + Н₂О + СО₂.

Определяются и такие свойства минералов, как их магнитность, двойное лучепреломление, вкус. Эти особенности свойственны лишь некоторым минералам и позволяют распознавать сравнительно небольшой круг минералов.

При определении магнитности используют магнитную стрелку горного компаса, которая будет притягиваться или отталкиваться минералом, обладающим магнитными свойствами (магнетит).

Двойное лучепреломление свойственно многим минералам, но особенно отчетливо проявляется у разновидностей кальцита. Если прозрачный кристалл кальцита (исландский шпат) положить на шрифт книги, то возникнет двойное его изображение.

На вкус определяются лишь немногие легко растворимые минералы. Каменная и поваренная соли определяются благодаря их отчетливому соленому вкусу. Сильвин (калийная соль) имеет горько-соленый вкус и слегка щиплет язык.