Тема 1. Физические свойства минералов

Физические свойства минералов зависят от их химического состава и внутреннего строения и имеют важное диагностическое значение. Существует много специальных методов определения минералов, применяемых в минералогии: кристаллографический, рентгенометрический, химический, микроскопический и др. В курсе Общей геологии для диагностики минералов используется макроскопический метод. Этот метод, обычно применяемый и в полевых условиях, основан на изучении внешних физических свойств минералов, видимых невооруженным глазом.

Основными физическими свойствами минералов являются: цвет, цвет черты (цвет минерала в порошке), блеск, твердость, плотность, спайность, излом и некоторые другие.

Ряду минералов присущи особые, только им характерные свойства: магнитность, реакция с соляной кислотой, вкус, запах и др.

При макроскопическом определении минералов необходимо учитывать весь комплекс свойств. Следует также иметь в виду, что свойства наиболее отчетливо фиксируются в крупном кристалле или зерне минерала. В мелких вкрапленниках и в мелкозернистых агрегатах точное определение ряда свойств затруднено или вообще невозможно.

Цвет минералов является одним из наиболее ярких и выразительных внешних признаков. Вместе с тем его использование при диагностике возможно лишь в совокупности с другими свойствами.

Цвет или окраска минерала имеет сложную природу и определяется его химическим составом, особенностями внутренней структуры, наличием химических и механических примесей и др. В связи с этим один и тот же минерал может иметь различную окраску, а разные минералы могут быть окрашены в одинаковый цвет.

Рис. 7. Малахит - от сочно-зеленого до бирюзово - зеленого	Рис. 8. Сапфир - насыщенного синего цвета	Рис. 9. Сподумен - изумрудно - зеленого цвета	Рис. 10. Энстанит - коричнево-зеле-ный, бесветный

Цвет минерала может осложняться интерференцией света в его поверхностных частях (побежалость, иризация, опалесценция).

Побежалость – пестрая или радужная окраска приповерхностного слоя минерала. Она объясняется интерференцией света в тонких пленках, образующихся (например, за счет окисления) на поверхности минералов.

Рис. 10. Цвета побежалости на кристалле висмута и на поверхности сидерита

Яркие синие, красные и фиолетовые отливы побежалости характерны для минерала халькопирита. Интерференция на тонких пленках гидроокислов железа вызывает красивую радужную побежалость кварца.

Иризация – обнаруживается в полупрозрачных минералах, содержащих ориентированные включения посторонних минералов. Так, например, характерные цветные переливы, типичные для лабрадора – яркая желто-зеленая и синяя иризация – связываются с интерференцией на ориентированных пластинчатых включениях ильменита. Голубая иризация лунного камня - разновидность ортоклаза – связывается с включениями альбита в ортоклаз.

Рис. 12. Побежалость на кристаллах антимонита	Рис. 13. Эффект радуги, или ирризация, образуется из-за наличия в кристалле мелких трещин и дефектов.

Опалесценция – красивая игра цветов. Характерна для опала, имеющего аморфное строение. Интерференция возникает только у благородных разновидностей этого минерала (просвечивающие или полупросвечивающие опалы). Они имеют разные оттенки голубого цвета, реже красноватые.

Рис. 14. Опалесценция минерала	Рис. 15. Опалесценция опала

Практически цвет минерала определяется на глаз, сравнением его с цветом общеизвестных предметов (молочно-белый, соломенно-желтый, изумрудно-зеленый и т.д.) При этом цвет, как, впрочем, и многие другие физические свойства, следует определять на свежих поверхностях излома.

Цвет черты или цвет минерала в порошке обычно определяют проведением им по шероховатой поверхности неглазурованной фарфоровой пластинке, называемой бисквитом. Цвет черты может совпадать с цветом самого минерала, но может и отличаться от него. Цвет черты в ряде случаев является более постоянным чем цвет самого минерала и служит таким образом более надежным диагностическим признаком. Минералы, твердость которых больше твердости бисквита, оставляют на фарфоре царапину и черты не дают.

Рис. 16. Красная черта гематита на белом бисквите	Рис. 17. Минералы издавна используют для изготовления красок

Блеск является результатом отражения света от поверхности минерала. Он зависит от показателя преломления минерала и от характера показателя преломления минерала и от характера отражающей поверхности. Различают минералы с металлическим и неметаллическим блеском. Иногда выделяют ещё металловидный блеск.

Металлический блеск, напоминающий блеск поверхности металла, имеют минералы, дающие в большинстве случаев черную черту (молибденит, антимонит, галенит, халькопирит, пирит, висмут).

Металловидный (или полуметаллический) блеск характерен для минералов, поверхность которых имеет вид потускневшего металла (алабандин, куприт, киноварь, гематит) .

Неметаллический блеск свойственен подавляющей части всех известных минералов. Минералы с неметаллическим блеском дают светлоокрашенную черту (любую цветную или белую) или черты не дают совсем. Среди неметаллических блесков обычно различают: алмазный- самый интенсивный, сильный, искрящийся (циркон, касситерит, самородная сера с алмазным блеском на плоскостях граней, сфалерит, алмаз, рутил); стеклянный – напоминает блеск поверхности стекла, самый распространенный (лед, криолит, флюорит, силикаты, шпинель, корунд, гранаты); жирный – блеск, при котором поверхность минерала кажется как бы смазанный тонкой пленкой жира; восковый – близок к блеску восковой свечи (кремний, коллоидные массы минералов группы галлуазита и др.); перламутровый – подобен блеску перламутровой поверхности раковины (мусковит, пластинчатый гипс, тальк); шелковистый – сходен с блеском шелковых нитей (асбест, немалит, селенит) ; матовый – отсутствие блеска.

Таблица 1

Типы блеска минералов

Металлический блеск	Стеклянный блеск	Матовый блеск	Восковой блеск
Шелковистый блеск	Перламутровый блеск	Жирный блеск	Алмазный блеск

Твердость является важным диагностическим признаком минералов. Под твердостью понимается способность минерала противостоять внешнему механическому воздействию (царапанию, истиранию, вдавливанию и др.)

В минералогической практике обычно определяется относительная твердость путем царапания эталонными минералами поверхности исследуемого минерала. С этой целью пользуются шкалой твердости или шкалой Мооса, названной по имени немецкого минералога Ф.Мооса. Эталонами шкалы твердости Мооса являются минералы с известной и постоянной твердостью, относительно которых и определяется твердость всех других минералов.

Необходимо отметить относительность шкалы Мооса: если тальк имеет твердость 1, а алмаз твердость 10, то это не означает что алмаз в 10 раз тверже талька. Твердость талька в абсолютных единицах, определенная на микрометре, равна 2,4, а алмаза – 10060.

За эталоны этой шкалы приняты следующие минералы, расположенные в порядке увеличения твердости:

Таблица 2.

ШКАЛА ТВЕРДОСТИ МООСА
Минерал	Относительная твердость
Тальк	1
Гипс	2
Кальцит	3
Флюорит	4
Апатит	5
Ортоклаз	6
Кварц	7
Топаз	8
Корунд	9
Алмаз	10

Для определения твердости любого исследуемого минерала на его поверхности выбирают ровную площадку и, нажимая, проводят по ней острым углом эталонного минерала из шкалы твердости. При этом отмечают, какой из эталонных минералов дает черту и какой оставляет царапину. Если, например, апатит (твердость 5) оставляет царапину на исследуемом минерале, а флюорит ( твердость 4) не царапает его, а дает черту, то твердость исследуемого минерала определится как промежуточная между ними, т.е. примерно 4,5.

Для определения твердости минералов в полевых условиях можно также пользоваться некоторыми распространенными предметами, твердость которых близка к твердости минералов – эталонов. Так, графит мягкого карандаша имеет твердость 1; ноготь – 2-2,5; гвоздь – 4; стекло – 5; стальной нож, игла – 6.

Плотность (удельный вес) минералов колеблется в широких пределах: от значений примерно равных единице до 23.0 (г/см³). Плотность зависит от химического состава и структуры минералов. Подавляются масса минералов имеет плотность от 2,5 до 3,5. Точное определение плотности, возможно только в лабораторных условиях. На практике диагностика минералов по плотности обычно осуществляется простым взвешиванием на ладони и отнесением минерала к группе легких ( плотность до 3.0), средних (плотность от 3.0 до 4) или тяжелых (плотность более 4).

Некоторые минералы легко узнаются по большой плотности (барит). Как правило, минералы, содержащие в своем составе тяжелые металлы, имеют высокую плотность. Примером зависимости плотности от внутренней структуры могут служить отмеченные выше минералы одного и того же состава алмаз и графит с плотностями соответственно 3.5 и 2.2, что свидетельствует о более плотной упаковке атомов углерода в алмазе.

Спайность – способность минералов раскалываться по определенным направлениям с образованием ровных блестящих поверхностей, называемых плоскостями спайности. Спайность свойственна исключительно кристаллическим веществам и всегда соответствует направлениям наименьшего сцепления частиц в кристаллической структуре минерала. В зависимости от того, насколько легко образуются сколы по плоскостям и насколько они выдержаны, выделяют различные степени спайности:

спайность весьма совершенная – минерал легко (например, ногтем) колется на тончайшие пластинки с зеркальной поверхностью (слюда, гипс);

спайность совершенная – минерал при ударе раскалывается по плоскостям спайности с ровными поверхностями (кальцит, галенит);

спайность средняя – при ударе минерал раскалывается как по плоскостям спайности, так и по неровному излому (ортоклаз);

спайность несовершенная – на фоне неровного излома лишь изредка образуются сколы по спайности (апатит);

спайность весьма несовершенная – практически нет спайности и всегда образуется неровный излом (кварц);

Рис. 18. Весьма совершенная спаянность (слюда и гипс)				Рис. 19. Совершенная спаянность (галенит)
Рис. 20. Средняя спаян-ность (ортоклаз)	Рис. 21. Несовершенная спаянность (апатит)		Рис. 22. Весьма несовер-шенная спаянность (кварц)

Макроскопически две последние степени обычно не различаются и в этом случае ограничиваются общим определением – несовершенная спайность.

В минералах спайность может проявляться в одном, двух, трех, реже -четырех и шести направлениях. Количество направлений спайности, как и сама спайность, является важным диагностическим признаком.

Излом – вид поверхности, образующийся при раскалывании минералов, не по плоскостям имеющих спайности. По характеру этой поверхности излом в минералах может быть неровный – с неопределенно – неровной поверхностью (апатит); раковистый – напоминающий ребристую поверхность раковины (кварц, халцедон); ступенчатый (ортоклаз, галенит); занозистый (игольчатый); крючковатый и др.

Таблица 3