Лабораторная работа № 1. Диагностика самородных элементов, карбидов, фосфидов и нитридов.

Цель работы: научиться диагностировать минералы, относящиеся к простым веществам, карбидам, фосфидам и нитридам.

Исходный материал: образцы эталонной и рабочей минералогической коллекции.

Решаемая задача: визуальная диагностика минералов в образцах.

Объем работы: не менее 7 минералов за одно занятие.

Порядок выполнения работы:

- первое занятие посвящается изучению эталонной коллекции минералов, относящихся к простым веществам;

- студент в начале каждого последующего занятия получает коробку с пятью образцами минералов, горных пород и руд;

- поочередно для каждого минерала определяет и записывает в рабочую тетрадь диагностические признаки минералов;

- с помощью заранее составленного конспекта свойств минералов диагностирует минералы, характеризует минеральные парагенезисы, вторичные изменения минералов;

- определяет онтогенические признаки минералов;

- в конце занятия представляет результаты проделанной работы.

Форма представления результатов: в письменном виде с устным отчетом, демонстрацией диагностических признаков минералов непосредственно на образцах, характеристикой парагенезисов, вторичных изменений минералов, выводами об особенностях онтогении и геологических условиях образования и практической ценности минералов.

По аналогичному плану выполняются следующие лабораторные работы.

Самородные элементы.

Особенности распределения химических элементов в Земной коре определяются степенью их сродства между собой и особенно по отношению к сере и кислороду. В соответствии с этим В.Гольдшмидт подразделил все химические элементы на 4 группы: сидерофильные, халькофильные, литофильные и атмофильные.

Сидерофильные элементы часто встречаются в природе в самородном состоянии. Известно около 80 представителей самородных элементов, главным образом металлов, большинство из которых встречается очень редко. Это число значительно больше, чем число химических элементов, входящих в состав этих минералов (около 30). Самородные элементы составляют немногим более 0,1 % общей массы земной коры. Наиболее распространены в самородном виде благородные металлы Рt, Аu и примыкающее к ним серебро.

Некоторые химические элементы, инертные в природных условиях, встречаются исключительно или почти исключительно в самородном состоянии и носят название благородных элементов. Это, прежде всего благородные газы и благородные металлы (Pt, Au, Os-осмий, Ir- иридий и др.). Самородное состояние обычно для Ag и Си. В виде крупных самородков (в основном метеоритов) известно самородное железо и его сплавы с никелем, реже кобальтом. Самородные металлы редко встречаются в чистом виде, чаще это сплавы с ограниченной или даже полной изоморфной смесимостью. Способность металлов выделяться в виде простых веществ определяется величиной нормального электродного потенциала, в зависимости от которого их располагают в ряд напряжений: К, Са, Nа, Аl, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Pt, Au.

Наиболее обычны в самородном состоянии металлы, стоящие в этом ряду за водородом - Сu, Hg, Ag, Pt (и платиноиды), Au. Самородное железо и никель встречаются редко и чаще имеют космическое происхождение. Самородные Рb, Sn, Zn чрезвычайно редки и возникают в каких-то особых условиях. Металлы, стоящие в этом ряду левее цинка, за исключением Al, в самородном состоянии неизвестны. Находки самородных Zn и Аl объясняются образованием на поверхности их зерен плотной защитной оксидной пленки.

Из неметаллических элементов наиболее обычны в самородном состоянии сера и углерод. Реже встречаются в самородном состоянии так называемые полуметаллы - мышьяк (As), сурьма (Sb), висмут (Bi).

Распространены также интерметаллические соединения, обладающие стехиометрическими формулами и характеризующиеся своими особенностями кристаллической структуры (например, альгодонит—Cu₆As, стибиопалладинит—Pd₃Sb, дискразит—AgsSb и др.). Кроме определенных соединений, встречаются и соединения переменного состава, например (Pt, Fe), (Pt, Сu) и др. Иногда мышьяк и сурьма дают интерметаллическое соединение AsSb.

Для самородных элементов характерен полиморфизм: сера ( - сера, - сера); углерод (алмаз, графит, лонсдейлит); металлическое железо ( - Fe, - Fe). Среди этих минералов обычны твердые растворы типа Au-Ag; Pt-Fe и другие. Их можно рассматривать как сплавы природного происхождения. Огромно количество искусственно получаемых интерметаллических соединений.

Необычные в земных условиях минералы: когенит Fe₃С - карбид железа; муассанит SiC - карбид кремния; шрейберзит (Fe,Ni,Co)₃P - фосфид железа, никеля, кобальта и другие карбиды, фосфиды, силициды, нитриды обнаружены в метеоритах и горных породах Луны.

Классификация самородных элементов может быть представлена следующим образом, выделим группы минералов, расположив их в порядке следования от типичных металлов к типичным металлоидам, по классам:

I Класс - МЕТАЛЛЫ

II Класс - ПОЛУМЕТАЛЛЫ

III :Класс – НЕМЕТАЛЛЫ.

К I Классу относят группы – меди; железа-платины; ртути; осмия-иридия; прочих самородных металлов. Ко II Классу группа – мышьяка и селен с теллуром из группы серы. К III :Классу группы – серы и углерода, а также интерметаллические соединения: изоферроплатина (Pt₃Fe), тетраферроплатина (PtFe), ферроникельплатина (Pt₂FeNi), купроаурид (Cu₃Au₂).

Группа меди.

В эту группу входят типичные самородные металлы: медь, серебро, золото и их разновидности по химическому составу. Сюда же отнесен и самородный свинец. Из указанных элементов золото в природе наблюдается главным образом в самородном виде, изредка в виде теллуридов.

Золото Au

Название от корня "сол", входящего в слово солнце.

Химический состав. Химически чистое золото в природе практически не встречается. Примеси Аg (до 50%), Сu, Fе и др. металлов. В россыпях по мере удаления от коренных месторождений количество примесей снижается. Увеличивается пробность золота. Экзогенное золото беднее примесями, чем эндогенное. Электрум (Au,Ag) - золото, содержащее до 50% и более серебра. Другие разновидности золота: медистое золото (купроаурид); содержание в нем меди достигает 20% (весовых), порпецит — палладистое золото с содержанием Pd от 5 до 11% и Ag до 4%, висмутистое золото (бисмутоаурит) с содержанием Bi в твердом растворе до 4%.

Форма кристаллов. Кристаллы встречаются редко. Мелкие зерна, листочки, пластинки, чешуйки, дендриты, проволочки. Самородки до 70 кг.

Цвет золотистый, ярко-желтый до светло-желтого.

Цвет черты желтый. Блеск металлический.

Ковкое, тягучее: из 1 г золота можно растянуть до 5 км проволоки или раскатать пластинку в 27 м².

Сингония кубическая.

Твердость - 3.

Излом крючковатый. Диагностика. Цвет, малая твердость, химическая стойкость, отсутствие окисления. Происхождение. Тонкодисперсное золото в непромышленных количествах распространено очень широко в различных магматических, осадочных и метаморфических породах. Наиболее характерно гидротермальное происхождение золота в кварцевых жилах. Ассоциирует с арсенопиритом, пирротином, халькопиритом, галенитом, блеклыми рудами. Благодаря химической стойкости накапливается в россыпях вместе с кварцем, магнетитом, касситеритом, платиной. При метаморфических процессах устойчиво, известны метаморфизованные песчаники с золотом, халькопиритом, пирротином, пиритом,. Значение. Широко используется в ювелирном деле, медицине, некоторых приборах и реактивах. Мировая добыча золота составляет около 1000 тонн в год. Содержание золота в промышленных месторождениях должно быть не менее 4-5 г/т для коренных и не менее 0,1 г/т для россыпных. Сведения о запасах и добыче золота весьма приблизительны.

Серебро Ag

Встречается, также в виде сернистых и галоидных соединений. Кристаллизуется в кубической сингонии, образуя однотипные кристаллические решетки. Золото и серебро, имеющие почти одинаковые размеры элементарных ячеек, образуют непрерывный ряд твердых растворов, тогда как медь, обладающая меньшими размерами ячейки, только при высокой температуре с золотом дает твердые растворы, распадающиеся при охлаждении, а для системы серебро — медь наблюдаются крайне узкие пределы растворимости друг в друге.

Медь Сu

Медь в самородном виде распространена значительно реже, чем сернистые, кислородные и другие ее соединения. Еще больше это относится к свинцу.

Название происхождения русского слова медь неясно.

Химический состав. Обычно почти не содержит изоморфных примесей. Иногда примеси Аg (от 3-4 до 8%), Аu (от 2 до З%), As, Fe. Экзогенная медь отличается особой чистотой. Форма кристаллов. Медь редко образует хорошо ограненные кристаллы кубического и кубооктаэдрического габитуcа; характерны мелкие вкрапленники, дендриты, ветвистые формы, тонкозернистые порошковатые выделения.

Цвет минерала медно-красный.

Черта медно-красная блестящая.

Блеск металлический, спайности нет.

Твердость 2,5-3. Ковкая. Обладает высокой электропроводностью. Диагностика. По красному цвету свежей поверхности, ковкости и довольно обычным зеленым (малахит) и голубым (азурит) вторичным продуктам других минералов окисленной меди. Происхождение. В зоне окисления сульфидных месторождений в ассоциации с малахитом, оксидами меди, халькопиритом, халькозином, борнитом и лимонитом. Известна самородная медь, возникшая в низкотемпературном гидротермальном процессе минералообразования в ассоциации с кварцем, цеолитами, кальцитом. В поверхностных условиях быстро окисляется, идет образование других медных минералов. Значение. Используется в электротехнике, машиностроении, приборостроении и судостро-ении. Входит в состав сплавов с оловом (бронза), цинком (латунь) и никелем (мельхиор).

Группа ртути.

Сюда, кроме самородной ртути, встречающейся в жидком виде, отнесены также природные амальгамы серебра (Hg₃Ag₂)., золота —(Hg,Au) и палладия—потарит (Pd,Hg).

Группа железа — платины.

Здесь объединяются самородные металлы восьмой группы менделеевской таблицы (за исключением рутения и осмия, о которых речь будет идти ниже): Fe, Co, Ni, Rh, Pd, Ir и Pt. В таблице Менделеева, построенной по длинным периодам, эти элементы непосредственно примыкают слева к элементам выше рассмотренной группы золота (Cu, Ag, Au).

Железо Fe

В земной коре исключительно редко встречается в самородном виде, различают ά-Fe (феррит) и γ-Fe (теэнит). Главная масса его представлена кислородными, сернистыми и прочими соединениями. Богатые никелем самородные металлы также представляют редкость. Кобальт и родий в металлическом состоянии обнаружены лишь в форме изоморфных примесей. Наоборот, платина, иридий и палладий в природе встречаются почти исключительно в металлическом виде, нередко образуя твердые растворы.

Рассматриваемая здесь группа минералов по условиям нахождения в природе и кристаллохимическим данным делится на две подгруппы:

а) подгруппа железа

б) подгруппа платины.

Среди минералов подгруппы самородного железа, встречающихся в земной коре, по своему происхождению следует различать: минералы космического происхождения, слагающие железные метеориты, и крайне редко встречающиеся теллурические (земные) образования. Друг от друга они довольно существенно отличаются как по составу, так и по структурным особенностям. Минералы, входящие в подгруппу самородной платины, представлены довольно большим числом минеральных видов и их разновидностей, представляющих твердые растворы металлов Pt, Fe, Ir, Pd, Rh, иногда Ni, Си, изредка Au, Os, Sn, а также Pb, Zn, Ag, Co, Мп, Мо (до 0.006%) и Re (до 0.00008—0.002%). Наибольшим распространением в земной коре пользуютсяполиксен и палладистая платина.

То, что обычно называют собирательным термином «самородная платина», в большинстве случаев относится к поликсену. Более подробно эти минералы и их свойства рассматриваются в курсе лекций.

Группа осмия — рутения.

Эти два элемента в периодической таблице располагаются в левой стороне триад элементов платиновой группы. Весьма характерно, что они, изоморфно замещая друг друга, в природных условиях легко образуют твердые растворы с элементами, располагающимися в средине этих триад: с родием и особенно с иридием, но не с палладием и платиной. Наличие платины как элемента хотя и указывается среди минералов рассматриваемой группы, однако, по всей вероятности, она присутствует в виде механической примеси, как это иногда устанавливается в полированных шлифах под микроскопом. Таким образом, главными металлами в этой группе являются осмий и иридий, в меньшей степени — рутений и родий. Минералы этой группы, хотя и встречаются часто совместно с минералами железо-платиновой группы, но по целому ряду свойств резко отличаются от них:

- весьма характерен пластинчатый облик кристаллов;

- большей частью отчетливо выражена оптическая анизотропия;

- характерна явно повышенная твердость, благодаря чему пластинки осмистого иридия рельефно выделяются в полированных шлифах на фоне самородной платины;

- относительно повышенными оказываются и удельные веса минералов;

- исключительная химическая устойчивость (не растворяются даже в кипящей царской водке); в этом отношении, как и по твердости и удельному весу, они сходны с платинистым иридием и осмиридием.

Прочие самородные металлы.

Здесь описаны металлы, редко встречающиеся в самородном состоянии и относящиеся к различным группам таблицы Менделеева:

Цинк—Zn.

Гексаг с. Существование цинка в природе не может считаться вполне доказанным. Имеются указания на находки цинка в базальтах Брунсвика, около Мельбурна (Австралия), а также в Новой Зеландии и штатах Алабама, Колорадо, Калифорния (США).

Олово Sn.

Тетраг. с. Очень редко. Наблюдалось в виде пластинок и мелких зернышек. Встречалось главным образом в россыпях вместе с самородной платиной, осмистым иридием, золотом, касситеритом и другими минералами по р. Клеренс, Новый Южный Уэлс (Австралия).

Тантал Та.

Кубич. с. Встречен в шлихах в виде блестящих мелких кубиков и зернышек серовато-желтого цвета.

Группа мышьяка. В группу мышьяка входят самородные висмут (Bi), сурьма (Sb) и мышьяк (As). Содержание элементов этой подгруппы в земной коре сравнительно невелико, и по ряду мышьяк (0,0001 %) — сурьма (0,00005 %) — висмут (0,000002 %) умень-шается. Соединения Аs, Sb и Bi были известны ещё в древнем Египте. Получение элементарного мышьяка из природного сульфида описано в энциклопедии Зосимоса, а при раскопках Вавилона были найдены сосуды из сурьмы, изготовленные за 3000 лет до н. э. Первые упоминания о металлическом висмуте содержатся в алхимических сочинениях ХV века. Мышьяк и висмут — чистые элементы, тогда как сурьма состоит из двух изотопов — 121 (57,25 %), 122 (42,75 %). Для получения As, Sb и Bi их сернистые руды обжигаются на воздухе, причём сульфиды переходят в оксиды, которые затем восстанавливают углём.

На воздухе при обычных условиях Sb не изменяется, а As и Bi слегка окисляются с поверхности. Ни в воде, ни в органических растворителях мышьяк и его аналоги нерастворимы. Со многими металлами они легко дают сплавы. Обычные формы всех трёх элементов характеризуются однотипной слоистой структурой кристаллов. Каждый атом связан с тремя другими того же слоя и имеет трёх ближайших соседей в другом слое. Сурьма способна образовывать смешанные кристаллы и с Аs, и с Bi, но последние не образуют их друг с другом.

Мышьяк As – обычно содержит примеси сурьмы. Установлена непрерывная смесимость между этими двумя элементами при высокой температуре с образованием – стибарсена и аллемонтита . выделения мелкозернистые, почковидные, скорлуповатые, радиальнолучистые.

Цвет – на свежем изломе яркий серебристо-белый, быстро чернеет с поверхности.

Излом – ступенчатый, зернистый, занозистый. Хрупкий.

Происхождение. Самородный мышьяк известен в месторождениях пятиэлементной формации с пруститом, пираргиритом, арсенидами кобальта, никеля, железа (Эльбрусское рудное поле, м-е Чикой, Вост. Забайкалье). термодинамические рассчеты показали, что самородный мышьяк может выделятся лишь при температуре ниже 200ºС в присутствии сильных восстановителей; наиболее вероятной формой переноса является мышьяковая кислота. Элементарный мышьяк используют главным образом в качестве добавки (порядка 0,3%) к свинцу при выработке дроби. Эта добавка повышает твёрдость металла и сообщает ему способность застывать в виде капель строго шарообразной формы. Соединения мышьяка применяются в медицине, при выделке кож и мехов, в стекольном, фарфоровом и других производствах. Важной областью их использования является сельское хозяйство, где различные производные As служат одним из основных средств борьбы с вредителями культурных растений. Ежегодная мировая добыча As составляет около 50 тыс.т.

Висмут. Bi . Из примесей встречаются: As, Ag, Cu, Sn, Fe, Se, Te.

Минеральные агрегаты – дендритыс наросшими арсенидами, крупные ксеноморфные кристаллы между кристаллов кварца, псевдоморфозы по висмутину.

Цвет – серебристо-розовый, на старом изломе до коричневого.

Блеск – металлический.

Спайность – совершенная.

Происхождение. Висмут может выделятся из гидротермальный щелочных растворовили при низкой активности серы (в противном случае возникает висмутин). Характерна ассоциация с пирротином. Встречается в пегматоидных гранитах (м-е Ёна – Кольский п-ов), Хинганское м-е (Хабаровский край,), в слюдяных пегматитах Урала, Карелии, Забайкалья, в рыхлых хлоритовых породах Тырныаузского м-я, мелковкрапленный висмут в арсенопирите характерен для касситерит-силикат-сульфидных м-й Северо-Востока России. В гидротермальных условиях может замещаться висмутином. Редко встречается в количествах представляющих промышленный интерес.

Сурьма. Sb. В отношении аллотропии под обычным давлением сурьма похожа на мышьяк. Её жёлтая форма может быть получена окислением SbH₃ озонированным кислородом при (90 (С. Она всегда содержит значительную (порядка 10 атомных %) примесь химически связанного водорода. Повышение температуры сопровождается отщеплением водорода и переходом в чёрную сурьму (с плотностью 5,3 г/см3), которую можно получить и быстрой конденсацией паров Sb. Чёрная форма уже при слабом нагревании переходит в обычную серую.

Сурьма является важной составной частью некоторых ответственных сплавов (типографский шрифт, сплавы для подшипников и др.). Она применяется также при изготовлении шрапнельных пуль. Добавка к свинцу уже 1% Sb сильно повышает его твёрдость, что имеет большое значение для производства свинцовых труб. Соединения сурьмы используются в резиновой, стекольной, красильной, спичечной и других отраслях промышленности. Ежегодная мировая добыча Sb составляет около 50 тыс. т.

Г руппа углерода.

Алмаз С

Название от древнегреческого "адамас" - непобедимый. Иногда содержит в незначительном количестве примеси азота и бора.

Форма кристаллов. Образует хорошо ограненные кристаллы в виде октаэдров, ромбододекаэдров, реже кубов. Кристаллы часто округлые. Иногда вокруг кристаллов возникает оболочка, обычно переполненная включениями, мутная, окрашенная.

Разновидности: Рис.1. Структура алмаза

борт - светлоокрашенные сростки и агрегаты, непригодные для огранки.

Карбонадо - пористые сростки черного цвета с большим количеством включений графита и др. минералов, плотный, без видимой спайности.

Баллас - шарообразный борт, округлые агрегаты радиально-лучистой структуры. Размеры кристаллов небольшие. Редко крупные до 5-10 карат (1 карат - 0,2 г). Очень редки кристаллы в сотни и даже тысячи карат: алмаз "Куллинан" - 3025; "Орлов" -199.6 карат. Бесцветный или окрашен в зеленый, желтый, дымчатый, черный цвет. Блеск сильный алмазный. Прозрачен. Хрупок. Спайность совершенная.

Твердость 10.

Излом раковистый. Диагностика. Высокая твердость, сильный блеск, высокое светопреломление. Происхождение. Магматический в связи с ультраосновными щелочными породами (в кимберлитах и лампроитах). Ассоциация с пиропом, ильменитом, оливином, флогопитом, серпентином и магнетитом. Известен в метеоритах, импактитах, гнейсах. В поверхностных условиях устойчив и накапливается в россыпях. Значение. Драгоценный камень 1 класса, используется как абразивный и шлифующий материал. Ограненный алмаз - бриллиант.

Графит С

Название от греческого "графа" - пишу.

Химический состав. Никогда не бывает очень чистым. Примеси Н, N, СО₂, СО, СН₄, вода, органические вещества. Структура слоистая с большими расстояниями между слоями, что обусловливает весьма совершенную спайность. Шунгит - антрацитоподобная аморфная разновидность углерода.

Ф орма кристаллов. Пластинчатые кристаллы, а также чешуйчатые, пластинчатые агрегаты, округлые выделения, радиально-лучистые и пылевидные частицы.

Цвет минерала черный до серебристо-серого.

Блеск металлический.

Спайность весьма совершенная.

Твердость 1.

Черта черная: пачкает руки, пишет на бумаге, жирный на ощупь.

Рис.2. Структура графита

Сингония гексагональная

Происхождение. Метаморфический в кристаллических сланцах и гнейсах, мраморах. Образуется за счет органических остатков осадочных пород и за счет разложения карбонатов. Магматический в изверженных породах; пневматолитовый - в кварцевых и пегматитовых жилах. Акцессорный минерал метеоритов. На поверхности легко истирается, вовлекается в круговорот живого вещества. Значение. Для изготовления карандашей; смазочный материал в электротехнической и резиновой промышленности; как замедлитель и отражатель нейтронов в атомной промышленности.

Группа серы.

Кроме самородной серы в эту группу входя самородные селен и теллур. Селен и особенно теллур обладают свойствами полуметаллов. Встречаются также изоморфные соединения селена с теллуром, так называемый селенистый теллур, кристаллизующийся в тригональной сингонии. Образуется при низкотемпературных гидротермальных процессах, на месторождениях серебра (Эль-Тегуцигальпа, Гондурас). Встречается в кварц-баритовых жилах в виде шестоватых зернистых масс серо-черного цвета. Тв. 2 – 2,5.

Сера S

Название. Этимология названия минерала неясна, но по смыслу близко к санскритскому слову с тем же значением.

Химический состав. Характерны изоморфные примеси cелена, мышьяка, теллура (для серы вулканического происхождения). Для биогенно-осадочной серы характерны примеси битумов и сероводорода. Имеет две полиморфные модификации: -S ромб. и -S мон. Переход происходит энантиотропно при температуре 95,6⁰С. Энантиотропным называется обратимый переход одной полиморфной модификации в другую. Необратимый переход носит название монотропного. Энантиотропные переходы встречаются значительно реже. Сера образует кристаллы, щетки, друзы. Зернистые агрегаты от порошковатых до плотных каплевидных выделений, корочки, налеты.

Цвет ярко-желтый.

Блеск стеклянный до жирного. В кристаллах прозрачна.

Спайности нет. Очень хрупкая.

Твердость 1-2.

Излом раковистый.

Сингония ромбическая

Происхождение. Вулканогенная сера образуется в результате разложения сернистых газов в ассоциации с реальгаром, аурипигментом, нашатырем, гематитом, гипсом и цеолитами; биогенно-осадочная сера встречается в ассоциации с гипсом, ангидритом, целестином, арагонитом, кальцитом. Часто приурочена к битуминозным породам и загрязнена биту-мами. Образуется также при разложении гипсоносных толщ и в зонах окисления сульфидных месторождений. В поверхностных условиях окисляется с образованием серной кислоты, а затем различных сульфатов. В некоторых случаях при наличии бактерий переходит в сероводород.

Значение. Используется для производства серной кислоты, сульфат целлюлозы, ядохимикатов для вредителей сельского хозяйства.

Селен Se.

Название. Был открыт и назван Берцелиусом в 1818г. название (от греч. - луна) дано за ассоциацию с теллуром (лат. - земля).

Цвет. Серый, черта – красная.

Блеск. Металлический.

Прозрачность. В тонких осколках просвечивает красным цветом.

Твердость. 2. Плотность. 4,8

Сингония. Ранее считалась тригональной, по данным 2000г. – гексагональная.

Форма кристаллов. Игольчатые гибкие кристаллы или стекловатые капли.

Спайность. Средняя

Минеральные агрегаты.

П. тр. Улетучивается с образованием бурого дыма с запахом гнилой редиски, давая серебристый налет SeO_2.

Сопутствующие минералы. Сера, теллур, кварц, пирит, угли.

Практическое значение.

Происхождение. Был обнаружен на горящих угольных копях , обогащенных пиритом. А так же в виде длинных игольчатых кристаллов в пустотах кварцитов (фумаролы) на руднике Юнайтед (Аризона).

Месторождения. Хладно (Чехия), США, Япония.

Теллур Те. Был открыт Францем Ван Рейценштейном в 1782г.

Цвет. Оловянно-белый.

Блеск. Металлический. Непрозрачен.

Твердость. 2,5.

Плотность. 6,1.

Сингония. Гексагональная.

Спайность. Совершенная.

Минеральные агрегаты. Столбчатые агрегаты.

П. тр. улетучивается окрашивая пламя в зеленый цвет и давая нале ТеО_2.

Месторождения. Как эндогенный минерал встречается в гидротермаьных месторождениях с теллуридами золота и серебра, пиритом, галенитом, самородным золотом. Тырныауз (Россия), Калгурли (Австралия), Балия (Малайзия), Ицу (Япония) и др.

Группа благородных и других газов.

Группа благородных газов включает: гелий, неон, аргон, криптон, ксенон, и радон. А так же водород, кислород и азот.

Характерные степени окисления. Из всех элементов подгруппы VIIIA – благородных газов – наиболее изучена химия ксенона. Для него характерны степени окисления +2 (XeF₂), +4 (ХеF₄), +6 (ХеF₆, ХеO₃, XeOF₄, ксенат бария Ва₃ХеО₆), +8 (перксенат натрия Na₄XeO₆·6H₂O).

Природные ресурсы. Все благородные газы находятся преимущественно (за исключением Не) в атмосфере, их содержание в атмосфере составляет: Не 4.6·10^–3 % (об.); Ne 1,8·10^–3 %; Аr 0,93 %, Кr 1,1·10^–4 %, Хе 0,8·10^–6 %. Радон образуется при радиоактивном распаде радия и в ничтожных количествах встречается в содержащих уран минералах, а также в некоторых природных водах. Гелий, являющийся продуктом радиоактивного распада элементов, иногда в заметном количестве содержится в природном газе и газе, выделяющемся из нефтяных скважин. В огромных количествах этот элемент находится на Солнце и звездах. Это второй элемент по распространенности в космосе (после водорода).

Получение. Благородные газы выделяют попутно при получении кислорода методом ректификации жидкого воздуха. Аргон получают также при синтезе NHa из непрореагировавшего остатка газовой смеси (N₂ с примесью Аr). Гелий извлекают из природного газа методом глубокого охлаждения (метан и другие компоненты газовой смеси сжижаются, а Не остается в газообразном состоянии). В наибольшем количестве производят Ar и Не, других благородных газов получают значительно меньше.

Свойства. Благородные газы – бесцветные газообразные при комнатной температуре вещества. Конфигурация внешнего электронного слоя атомов гелия 1s² остальных элементов подгруппы VIIIA- ns²np⁶. 3авершенностью электронных оболочек объясняется одноатомность молекул благородных газов, весьма малая их поляризуемость, низкие температуры плавления и кипения, небольшие значения теплот плавления и парообразования, химическая инертность. В ряду He-Rn физические свойства изменяются симбатно росту их атомной массы; наблюдающийся при этом параллелизм в изменении родственных свойств приводит к простым зависимостям (рис. 3.60).

Рис. 3. Взаимосвязь между температурами плавления и кипения благородных газов

Рассматриваемые вещества при низкой температуре образуют друг с другом твердые растворы (исключением является гелий).

Известны клатратные соединения благородных газов (кроме гелия и неона), в которых их атомы заключены в пустоты кристаллических решеток различных веществ. В частности, такие соединения образует вода в кристаллическом состоянии – гидраты благородных газов; наиболее прочен гидрат ксенона. Состав гидратов отвечает формуле 8Э·46H₂O, или Э·5,75H₂O. Известны клатраты с фенолом, например Хе·3С₆Н₅OH. Весьма прочны клатраты с гидрохиноном С₆Н₄(ОН)₂.

Гелий и неон не образуют клатратов, так как их атомы слишком малы и не удерживаются в пустотах кристаллических решеток.

Применение. В наибольших количествах используется аргон. Его основным потребителем является металлургия (производство Be, Ti, Та, Li и других металлов, реагирующих со всеми газами, кроме благородных). Часто применяют аргоно-дуговую сварку нержавеющей стали, алюминиевых и магниевых сплавов, титана и других металлов; сварной шов, получаемый таким методом, исключительно чистый и прочный. Весьма эффективна сварка гелиевой дугой. Атом Не имеет наибольшую первую энергию ионизации, поэтому для создания дуги необходимо сравнительно большое напряжение, дуга имеет очень высокую температуру, и сварка происходит быстро. Неон и аргон используют как наполнители в неоновых лампах и лампах дневного света. Криптоном заполняют обычные лампы накаливания с целью уменьшения испарения и увеличения яркости свечения вольфрамовой нити. Ксеноном заполняют кварцевые лампы высокого давления, являющиеся наиболее мощными источниками света. Гелий и аргон используют в газовых лазерах.Соединения ксенона и криптона применяют как окислители и фторирующие агенты в различных реакциях. Например, с помощью KrF₂ были синтезированы ранее неизвестные BrF₇ и AgF₅.

Из благородных газов наибольшее значение имеет гелий.

Гелий He.

Впервые был установлен английским астрономом Локайером в спектре солнца во время затмения в 1868г. Через 27 лет при нагревании минерала уранинита был выделен Рамзаем. Обычно встречается в смеси с другими газами, главным образом с азотом и углеводородами. Неравномерное расперделение в природе гелия объясняют дополнительным образованием его путем распада радиоактивных элементов. Это бесцветный газ, без запаха, с плотностью – 0,13, превращается в жидкость около -269° С, причем, полученная жидкость не кристаллизуется даже при абсолютном нуле температур, без дополнительного давления. Благоприятными условиями для концентрации и миграции гелия, считают наличие пористых пород покрытых газоупорными породами, повышенная радиоактивность подстилающих древних пород и наличие углердов нефяного ряда.

Особый интерес представляют берилл и сильвин – как концентраторы (накопители) гелия. В берилле гелий образуется за счет распада неустойчивого изотопа бериллия. А в галогенидах - за счет обогащения последних изотопом свинца.

Гелий применяют в авиационной промышленности, в научно-исследовательских лаборатриях, в металлургии при сварке магния, для охлаждения деталей без соприкосновения с воздухом. При водолазных работах; в медицине при лечении астмы и т.д.

Гелий, так же как и аргон, используют для создания защитной атмосферы при работе с веществами, реагирующими с кислородом, азотом и другими газами. Смесь гелия с кислородом применяют для дыхания при подводных работах на большой глубине. Это связано с очень малой растворимостью гелия в воде. Если использовать воздух, то при высоком давлении азот значительно растворяется в крови, что вызывает тяжелые последствия. Очень велико значение жидкого гелия для создания сверхнизких температур. Исследования при таких температурах приводят к фундаментальным научным результатам (определение энтропии твердых веществ по данным, о низкотемпературной теплоемкости, изучение сверхпроводимости, сверхтекучести). «Гелиевые» температуры требуются и в технике (охлаждение радиотехнических устройств с целью устранения тепловых шумов, охлаждение сверхпроводящих электромагнитов).

Месторождения. США, Канада, Россия, Мексика.

Остальные природные и благородные газы изучаются студентами самостоятельно.

Карбиды, нитриды и фосфиды.

Эти минералы представляют собой разные, но близкие друг другу по свойствам и условиям нахождения, типы соединений. Количество известных минералов столь незначительно, что нет смысла рассматривать их по отдельноси. По своим свойствам они чрезвычайно близки к самородным элементам, в частности к группе железа, с которым они встречаются совместно. К этим клшассам относят: когенит, муассанит, сидероазот, осборнит, шрейберзит, жюльенит.

Когенит Fe₃C. Содержит также никель и кобальт. Сингония ромбическ5ая. Цвет оловянно-белый с бронзовым налетом. Непрозрачный. Встречается в таблитчатых мелких кристаллах и как продукт распада углерода в железе. Парагенетически связан с самородным железом. Тв.6. очень хрупкий. Плотность – 7,2. Сильно магнитен. Месторождения: Кассель (Германия), Ниакорнак (Гренландия), железистые метеориты.

Жюльенит Na₂Co(CNS)₄ 8H₂O.

Редкое бескислородное (роданистое) соединение. Кристаллизуется в тетрагональной сингонии. Встречается в мелких игольчатых кристаллах голубого или лазурного цвета или корочек состоящих из мелких иголочек на выветрелом тальковом сланце в ассоциации с гипергенными минералами меди и кобальта в Катанге (Конго).

Осборнит TiN. Сингония кубическая. Цвет золотистый. Встречается в виде мелких октаэдрических кристалликов в ольдгамите (CaS) и пироксене. (Индия).

Шрейберзит (Fe,Ni)₃P.

Содержание никеля до 42%, кобальта до 2%. Сингония тетрагональная. Кристаллы таблитчатой или игольчатой формы серебристо-белого цвета с золотистой побежалостью. Блеск металлический. Тв. 7. спайность совершенная. Плотность 7,3. Спайность совершенная. Сильно магнитный. В паяльной трубке плавится в магнитный королек. Встречается в виде ориентированных включений в камасите и трилите. Описан так же как продукт угольных пожаров во Франции.

Муассанит SiC. Кристаллизуется в гексагональной сингонии. Встречается в виде мелких гексагональных табличек в метеоритах и импактитах. Цвет зеленый, голубовато-зеленый. Блеск полуметаллический. Излом раковистый. Описан в метеоритных кратерах каньона Дьабло (Аризона), Попигайской астроблеме, Вабар (Аравия) и Хенбари (Австралия) и других кратерах меньшего диаметра. Встречается в ассоциации с мелкими зернышками алмаза, пиропа, лешательерита.