Важнейшие породообразующие минералы. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Инженерная геология»

2.2.Оптические свойства

Оптические свойства включают такие важные диагностические признаки минералов, как цвет, цвет черты, блеск и прозрачность.

Цвет минерала - окраска минерала в образце (куске). Цвет минералов зависит от их структурных особенностей, присутствия в них красящих элементов

(хромофор) и механических примесей. Благодаря хромофорным примесям цвет одного и того же минерала может быть различным, поэтому следует различать собственную (идиохроматическую) окраску и чуждую (аллохроматическую). Для точной оценки цвета минерала его необходимо изучать на свежем изломе, так как на поверхности он может изменяться в результате выветривания, что особенно заметно у сульфидов (пирит).

Иногда, кроме основной окраски минерала, можно наблюдать цветовые явления, возникающие вследствие интерференции света в тонких поверхностных пленках (побежалость) или пластинчатой неоднородности кристалла (иризация).

Побежалость часто бывает радужной, из нескольких цветов, как у халькопирита,

причем поверхность минерала переливается синим, красным и розово-фиолетовым цветом. Иногда побежалость бывает одноцветная, например золотистая, как у буро-

го железняка (преимущественно в натечных формах). Широко известный пример псевдохроматической окраски - радужная иризация лабрадора в синих тонах.

Цвет черты - цвет минерала в порошке. Этот признак определяется по черте

(след порошка), оставляемой минералом на матовой, неглазурованной поверхности фарфоровой пластинки. Необходимость определения цвета черты обусловлена тем,

что многие минералы в порошке имеют иной цвет, чем в куске.

11

Маскируемый сильным блеском цвет кристаллов может не совпадать с цветом черты, которая является более постоянным признаком (например, соломенно-

желтый пирит в порошке почти желтый, а железно-черные кристаллы гематита оставляют вишнево-красную черту). Черта имеет значение, главным образом, при определении непрозрачных густо окрашенных минералов; светлоокрашенные обычно дают белую черту.

Блеск - способность минерала отражать свет, падающий на его поверхность.

Блеск зависит от показателя преломления света минерала и от характера его поверхности. Разобраться в этом свойстве минералов для начинающих довольно трудно. Приведем ниже взаимоотношения между блеском, прозрачностью и цветом черты минералов.

Различают несколько разновидностей блеска минералов.

1. Металлический - как у железа, стали, золота, серебра на полированной поверхности. Металлический блеск, свойственный самородным металлам,

большинству сернистых минералов и оксидам железа, связан с непрозрачностью минерала. В силу этого цвет черты минералов с металлическим блеском - черный или темноокрашенный (есть исключения: медь дает темно-красную черту, золото и медный колчедан - зеленоватую, серебро - серебристо-белую).

2.Металловидный - как у потускневших от времени металлов. Минералы с металловидным блеском (лимонит, железная и цинковая обманка и др.) дают черту более светлую, но интенсивно окрашенную.

3.Неметаллический блеск - у минералов прозрачных и просвечивающихся по краям. Эти минералы дают белую или светлоокрашенную черту.

Неметаллический блеск имеет несколько разновидностей:

а) Алмазный - свойственен прозрачным и полупрозрачным минералам с большим показателем преломления (алмаз, киноварь, цинковая обманка);

б) Стеклянный - поверхность минерала блестит, как стекло (но слабее, чем алмазный), характерен для многих прозрачных минералов (кварц, гипс, кальцит и др.);

12

в) Жирный - поверхность минерала кажется как бы намазанной жиром (сера,

нефелин и др.);

г) Перламутровый - минерал блестит, как поверхность жемчужины или жемчужной раковины (слюда, тальк, ортоклаз);

д) Шелковый - обуславливается волокнистым строением минерала (асбест,

роговая обманка, малахит в др.);

е) Матовый - отсутствие блеска, характерен для мелкозернистых агрегатов минерала (каолинит, монтмориллонит и др.).

Прозрачность. Под этим свойством понимается способность минерала полностью поглощать, отражать или пропускать световые лучи. Минералы делятся на прозрачные (горный хрусталь, кальцит), полупрозрачные (опал), непрозрачные

(пирит, графит). Некоторые непрозрачные минералы в тонких срезах просвечивают характерным цветом, например гематит - кроваво-красным.

2.3. Физические свойства минералов

Наиболее важным диагностическим признаком минералов является плотность минеральных частиц. Это физическое свойство минералов,

определяемое отношением массы твердой составляющей минерала к занимаемому ею объёму при его полном заполнении, позволяет выделить тяжелые минералы ( ρ > 4,0 г/см3), например пирит с плотностью 4,9...5,2 г/см3. Большинство же минералов имеет плотность 2,5... 4,0г/см3, хотя общий диапазон её изменения достаточно велик: от 1,0 г/см3 (озокерит) до 19...21 г/см3 (самородная платина). Важно научиться определять плотность приблизительно, взвешивая кусок минерала на ладони (лучше левой руки), и различать таким образом минералы "легкие", "тяжелые" и "очень тяжелые".

Гибкость и упругость - специфические свойства минералов пластинчатого,

листового, игольчатого, волокнистого сложения. Некоторые из них (слюды, асбест,

хлориты) способны сгибаться, не ломаясь, а другие (селенит, графит, маргарит) при этом ломаются. Упругими считаются те гибкие минералы, которые после сгибания самопроизвольно принимают первоначальную форму.

13

2.4. Химические и другие свойства минералов

Весьма существенными диагностическими признаками минералов являются:

взаимодействие минералов с кислотами, растворимость в воде (вкус), запах,

магнитные и электромагнитные свойства, гидратации и дегидратация.

Взаимодействие с соляной кислотой - этот признак характерен только для карбонатов (кальцит, доломит, магнезит). Взаимодействие с соляной кислотой сопровождается выделением пузырьков газа (минерал "кипит" под воздействием кислоты). Интенсивность реакции у разных карбонатов различна, поэтому кислоту применяют при разных температурах и степени измельчения минералов. (Кальцит бурно реагирует с соляной кислотой, магнезит только с подогретой, а доломит реагирует, будучи растертым в порошок).

Вкус определяется для минералов, хорошо растворимых в воде. Например,

минерал галит - соленый, сильвин - горько-соленый, квасцы - кислые, мирабилит -

холодящий.

Запах - это свойство проявляется при трении, ударе, горении минералов. Запах жженой кости сопровождает трение фосфорита, удар и появление искры у кремния.

Сера горит синим пламенем с типичным удушливо-неприятным запахом.

Дегидратация наиболее характерна для гипса и заключается в потере воды

(обезвоживании) при нагревании образца или воздействии на него высоких давлений. Процесс протекает с уменьшением объёма образца до 30 %. Обратный процесс - гидратация (присоединение воды) характерна для ангидрита,

сопровождается увеличением объёма образца.

Магнитные свойства (точнее ферромагнитные) присущи очень немногим минералам и позволяют практически сразу определять их название. Магнитные минералы притягиваются магнитами, а в крупных массах отклоняют стрелку компаса. Этот признак характерен для магнетита, пирротина, природной платины

(разновидностям, содержащим железо). Небольшими магнитными свойствами обладают гематит, гидрогематит, гетит.

14

Электростатические свойства присущи некоторым минералам, например,

сере. Проявляются при механическом воздействии на минерал (натирание

шерстяным материалом).

3. Указания к лабораторной работе по определению породообразующих

минералов

Визуальный макроскопический метод определения минералов заключается в нахождении для изучаемого образца наиболее ярко выраженных руководящих диагностических признаков (форма, спайность, твердость), которые позволяют установить принадлежность минерала к определенному классу и группе. Назвать минерал можно, зная дополнительные (специфические) диагностические признаки

(цвет, блеск, реакция с соляной кислотой).

Перед выполнением лабораторной работы необходимо проработать конспекты лекций, учебник, методические указания к выполнению лабораторной

работы и усвоить основные сведения о минералах (генезис, состав, строение,

свойства) и понятие "диагностические признаки".

Рекомендуется следующий порядок выполнения лабораторной работы:

1)Изучить минералы по коллекциям образцов (с названиями и без названий)

иустановить совокупность признаков минералов, характерную для изучаемого класса (или группы) минералов, а также отметить индивидуальную особенность каждого минерала;

2)Ознакомиться с классификацией минералов по химическому составу;

определить, какие минералы к каким классам относятся, какими характерными свойствами обладают и в составе каких горных пород распространены;

3) Определить относительную степень выветривания минерала, состав новообразований при химическом выветривании минералов класса "Силикаты”

(привести примеры); степень растворимости в воде минералов различного состава,

факторы, влияющие на свойства глинистых минералов (устойчивость к выветриванию и растворимость минералов).

Порядок работы с отдельным образцом минерала;

15

- определить наиболее характерные руководящие диагностические признаки

(один, два);

-установить твердость минерала по шкале Мооса;

-определить класс (или группу), к которой относится минерал;

-выявить дополнительные признаки, например, для минералов с твердостью 3-

4 проводится проверка на реакцию с соляной кислотой;

-после установления точного наименования минерала определить точную классификационную принадлежность минерала (класс, группу, подгруппу);

-записать химическую формулу, указать генезис минерала и его основные свойства, отметить, в каких горных породах наиболее распространен изучаемый минерал.

Результаты работы по теме оформить в виде таблицы 3. Защита работы по теме

"Породообразующие минералы" заключается в определении минералов по контрольным образцам во время коллоквиума.

16

Защита лабораторной работы завершается решением тестов.

4. Примерный тест

Магнезит:

1.К какому классу относится?

a.Сульфиты;

b.Силикаты;

c.Галоидные соединения;

d.Карбонаты;

2.Цвет минерала:

a.Белый с желтоватым или сероватым оттенком;

b.Бесцветный, молочно-белый с фиолетовым, красноватым, буроватым и т.д.;

c.Бутылочно-зеленый;

d.Темно-серый до черного;

3.Блеск:

a.Жирный;

b.Стеклянный;

c.Полуметаллический.

4.Вид спайности:

a.Несовершенная;

b.Весьма совершенная;

c.Совершенная.

5.Твердость по шкале Мооса:

a.1-1,5;

b.2-3;

c.4-4,5.

6.Практическое значение:

a.В металлургии используется как огнеупорный материал, для изготовления огнеупорных кирпичей, специальных сортов цемента и т.д.;

b.В металлургии в качестве флюса;

c.Сырье для производства фарфора и фаянса.

17

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Гришина, И.А. Инженерная геология. «Горные породы»./ И.А.Гришина. - М.: Изд-во МГУ, 2002.

2.Маслов, Н.Н. Основы инженерной геологии и механики грунтов. / Н.Н.Маслов. - М.: Высшая школа, 1982.

3.Пешковский Л.М., Инженерная геология. / Л.М.Пешковский, Т.М.Перескокова. - М.: Высшая школа, 2003.

4.Ананьев, В.П. Инженерная геология. / В.П.Ананьев, А.Д.Потапов. - М.: Высшая школа, 2002.

5.Чернышев, С.Н. Задачи и упражнения по инженерной геологии. / С.Н.Чернышев, А.Н.Чумаченко, И.Л.Ревелис. - М.: Высшая школа, 2001.

6.Швецов, Г.И. Инженерная геология, механика грунтов, основания и фундаменты./ Г.И.Швецов. - М.: Высшая школа, 1997.

.

18