Лабораторна робота №1 Тема: Фізичні властивості мінералів. Форми знаходження мінералів у ґрунті.

Мета роботи: дослідити фізичні властивості мінералів та форми їх знаходження у природі. Дати опис характерним признакам окремих мінералів за колекцією.

Література:

1. Толстой М.П. Геология с основами минералогии.- М.,1991 – с. 85-141

2. Кузин М.Ф. Егоров Н.И. Полевой определитель минералов. – М.,”Недра”,1983 – с.20-235

3. Музафаров В.Г. Определитель минералов, горнах пород и окаменілостей – М., „Недра”, 1979 – с.53-162

4. Тихоненко Д.Г., Дегтярьов В.В., Щуковський М.А., Язикова А.Г., Величко Л.Л., Тарара В.С. Геологія з основами мінералогії. – К., «Вища освіта», 2003

Обладнання :

1. колекція мінералів

2. шкала Мопса

3. 10% розчин НСl

4. магніт

Мінерали — це природні хімічні сполуки або самородні елемен­ти, які виникли внаслідок перебігу різноманітних фізико-хімічних процесів у земній корі і на її поверхні. Мінерали вивчає мінералогія (від лат. minera — руда) — розділ геології, який досліджує склад, будову, властивості і походження мінералів.

На сьогодні відомо понад 2500 природних мінералів. Небагато з них досить поширені. Істотну роль в утворенні гірських порід віді­грають лише декілька десятків мінералів, які називають породоутворювальними.

Фізичні властивості мінералів

Кожен мінерал має певний хімічний склад і певну внутрішню будову, від якої залежать його зовнішня форма і властивості. Мето­ди вивчення і визначення мінералів різні. В польових умовах міне­рали визначають візуально або мікроскопічно (за забарвленням, блиском, твердістю, формою тощо). Використовують для цього також прості хімічні реакції, а іноді й паяльну трубку.

Камеральною обробкою зібраних у полі зразків мінералів і гірсь­ких порід у лабораторіях за допомогою точних методів визначають оптичні константи мінералів, вивчають їхні кристалографічні пєзоелектричш та магнітні властивості, радіоактивність, люмінес­ценцію, за допомогою хімічного і фізичного аналізу детально ви­вчають хімічний склад мінералів, а також використовують рентге­нівський і різні термічні методи.

Під час визначення мінералів їхні фізичні ознаки поділяють на ооов язкові і специфічні.

Обов'язковими є ознаки, які визначають для кожного мінералу:

• колір;

• колір риски мінералу;

• прозорість;

• блиск;

• спайність;

• злам;

• твердість;

• щільність.

До специфічних належать ознаки, які виявляються тільки в окре­мих мінералах або групах мінералів і є діагностичними для них:

• магнітність;

• взаємодія з 10%-м розчином НС1;

• смак;

• запах;

• розчинність у воді;

• ковкість.

Колір. Колір мінералів привертав увагу людини з глибокої дав­нини. Тому не дивно, що багато мінералів одержали свої назви за цим показником, наприклад: гематит (від грец. гематос — кров'­яний), альбіт (від лат. альбус — білий), рубін (від лат. рубер — чер­воний), аурипігмент (від лат. аур ум — золото). Колір мінералів за­лежить від їхніх структурних особливостей, наявності в них забарвлювальних елементів (хромофорів) і механічних домішок (табл. 1).

Таблиця 1. Мінерали-еталони певного кольору

(за працею О.Г.Бетехтіна, 1954)

Мінерал	Колір	Щільність, г/см3	Склад
Аметист	Фіолетовий	2,65	SiO2
Лазурит	Синій	3,7-3,9	Na2[AlSiO4]eSO4
Малахіт	Зелений	3,9-4,1	CuC0a-Cu(0H)2
Аурипігмент	Лимонно-жовтий	3,5	As2S3
Кіновар	Червоний	8,0-8,2	HgS
Лимоніт	Бурий	3,3-4,0	РегОз-пНгО
Гематит	Чорний	5,3	Fe2<33
Самородна мідь	Мідно-червоний	8,5 - 8,9	Cu
Халькопірит	Латунно-жовтий	4,1-4,3	CuFeS2
Золото	Золотисто-жовтий	15,5-19,4	Au

За забарвлювальними елементами — хромофорами розрізняють такі кольори мінералів:

1) ідіохроматичний, або власний (напри­клад, зелений у малахіту);

2) алохроматичний, або невластивий мінералу колір (наприклад, гірський кришталь зазвичай незабарв-лений, але буває забарвлений у красиві фіолетовий (аметист), чор­ний (моріон), димчастий (раухтопаз) тони. Власний колір мінералу маскують механічні домішки: бурий гідроксид заліза, червоний ок­сид заліза, органічні речовини.

Внаслідок наявності хромофорів і домішок колір одного й того самого мінералу може бути різним. Колір мінералу слід визначати на свіжому зламі, оскільки на поверхні він може змінюватись вна­слідок вивітрювання, яке особливо легко порушує сірчисті й арсени-сті мінерали.

У польових умовах яскравий колір і наліт вторинних мінералів привертають увагу дослідника і слугують ознакою, за якою можуть бути відкриті родовища корисних копалин.

Багато мінералів у подрібненому стані (порошок) мають інший колір. Для визначення кольору мінералу не потрібно його подріб­нювати, досить визначити колір його риски. Для цього слід провес­ти шматком мінералу по неглазурованій фарфоровій платівці. На її поверхні залишаться дрібні порошинки мінералу, які матимуть пе­вний колір. Так, пірит у шматку солом'яно-жовтий, а в порошку майже чорний, гематит у шматку чорний, а в порошку вишнево-червоний, магнетит чорний і в шматку, і в порошку.

Мінерали, які містять мідь, на поверхні мають яскраво забарв­лену тоненьку плівку, що зумовлено явищами інтерференції світла. Ця плівка утворюється на поверхні мінералу внаслідок перебігу рі­зних реакцій хімічного вивітрювання. Таке явище дістало назву мінливості. Вона спостерігається тільки у мінералів із металевим блиском. Колір плівки різниться від кольору мінералу. Мінливість буває різнобарвною (нагадує веселку), коли поверхня мінералу пе­реливається синім, червоним і рожево-фіолетовим кольорами (халь­копірит), а також однобарвною, наприклад золотистою (бурий за­лізняк).

Прозорість. Під цим поняттям розуміють здатність речовини пропускати світло. Частина падаючого на тіло світлового потоку ним відбивається, а частина проходить всередину. Промінь, який пройшов у речовину, змінює свої швидкість і напрямок. У міру про­ходження променя вглиб речовини його енергія зменшується, пере­творюється на інші види енергії — відбувається поглинання (абсор­бція) світла. Прозорість залежить від фізико-хімічних властивостей речовини.

Залежно від ступеня прозорості всі мінерали поділяють на про­зорі (гірський кришталь, ісландський шпат), напівпрозорі (сфале­рит, кіновар) та непрозорі (пірит, галеніт, графіт).

Багато непрозорих мінералів, наприклад халцедон, біотит, про­свічуються в краях —- тонких уламках. У деяких прозорих мінера­лів, наприклад у ісландського шпату (різновид кальциту) через ані­зотропність оптичних властивостей інтенсивність зміни напрямку променя змінюється залежно від напрямку спадних світлових коли­вань, тому промені, які входять у кристал, розщеплюються. Якщо дивитися крізь кристал ісландського шпату на літери чи штрихові малюнки, то їх зображення подвоюється, тому ісландський шпат часто називають подвоювальним (рис. 3.4). Властивість прозорого кальциту змінювати напрямок спадного променя світла використо­вують у поляризаційних приладах.

Блиск. Блиск мінералів залежить від кількості відбитого ними світла, що, в свою чергу, залежить від здатності речовини змінювати напрямок світлових про­менів. Розрізняють ме­талічний і неметалічний блиск. Мінерали, показники заломлення світла яких більші за 3, мають металічний блиск. Зазвичай вони непрозорі навіть у дуже тонких зер­нах чи пластинах. Це са­мородні елементи, біль­шість сульфідів, деякі оксиди (золото, галеніт, пірит, піролюзит та ін.). За показника заломлення світла від 1,9 до 2,6 мінерали мають сильний блиск, який називають алмазним (алмаз, самородна сірка, цинкова обманка — сфалерит). Мінерали з показниками залом­лення світла від 1,3 до 1,9 мають скляний блиск (гіпс, кальцит, ор­токлаз та ін.). Крім того, виділяють проміжний блиск між металіч­ним і алмазним — напівметалічний, або металоподібний (гема­тит, кіновар, куприт). Цей блиск іноді можна порівнювати з блис­ком потьмянілого від часу металу.

На характер блиску впливає стан поверхні відбивання. Так, як­що на ній є дрібні нерівності і горбики, то відбите світло частково розсіюється і поверхня мінералу здається начебто змазаною жиром, тобто має жирний блиск. Цей блиск особливо характерний для по­верхонь зламу нефеліну і самородної сірки. Особливо нерівні повер­хні спричинюють восковий блиск (халцедон).

Явище інтерференції світла (просторовий перерозподіл енергії світлового випромінювання внаслідок накладання двох чи декіль­кох світлових хвиль), яке проходить крізь тонкі платівки, можна спостерігати у кристалах слюди, іноді кальциту. Інтерференція сві­тла — причина характерного для цих мінералів перламутрового блиску. За паралельно-волокнистої будови агрегатів мінералів ви­никає шовковистий блиск (селеніт, азбест).

Мінерали, у яких блиск відсутній, належать до матових (піро­люзит, каолініт, різні вохри).

Спайність. Спайністю називають здатність деяких мінералів колотися у певних кристалографічних напрямках з утворенням дзеркальних поверхонь — площин спайності. Розрізняють такі види спайності:

• цілком досконалу;

• досконалу;

• середню;

• недосконалу.

Цілком досконалою є спайність, коли мінерал у певному напря­мку дуже легко розщеплюється на пластинки, листочки, луску. Площини спайності — дзеркально-блискучі, рівні (наприклад, у слюди).

Досконалу спайність має мінерал, який у певному напрямку ко­леться з утворенням рівних блискучих площин. Розрізняють доско­налу спайність у двох напрямках (ортоклаз), у трьох (кальцит, кам'яна сіль), у чотирьох (флюорит), у шести (сфалерит). Всі міне­рали, які належать до групи шпатів, мають досконалу спайність.

Середньою спайністю характеризуються мінерали, які від удару розпадаються на уламки, обмежені приблизно однаково як площи­нами спайності, так і неправильними поверхнями зламу (напри­клад, авгіт).

Недосконалою є спай­ність, яку важко знаходи­ти на уламках мінералу; значна частина уламків обмежена неправильни­ми поверхнями зламу (апатит, берил) (рис. 1).

Спайність відсутня, коли під час удару міне­рал (наприклад, кварц або пірит) колеться у ви­падкових напрямках і дає нерівні поверхні зламу.

Площини спайності слід відрізняти від гра­ней кристала, які у ква­рцу, магнетиту, піриту виявлені дуже чітко.

Рис. 1. Види спайності:

а — цілком досконала (слюда); б — досконала в трьох напрямках (галіт); в — середня (ортоклаз); г — недосконала (гематит)

У різних мінералів, які мають спайність, площини спайності орі­єнтовані в певних кристалографічних напрямках, наприклад у га­леніту і галіту — по кубу, у багатьох карбонатів — по ромбоедру, в амфіболів і піроксенів — по призмі, у слюд — по пінакоїду.

Злам. Під час розколювання у мінералів виникають поверхні, які визначають злам. Чим досконаліша спайність, тим важче вста­новити характер зламу. Мінерали, які мають спайність, дають рів­ний злам (кальцит, галіт). Мінерали, в яких спайність відсутня, можуть мати такі види зламу:

• раковистий — схожий на внутрішню поверхню раковини (опал, халцедон, обсидіан);

• нерівний — характеризується нерівною поверхнею без блиску­чих спайних ділянок (апатит);

• скалкуватий — властивий мінер а лам волокнистого складу, нагадує злам деревини поперек волокнистості (азбест, волокнистий гіпс, іноді рогова обман­ка);

• гачкуватий — по­верхня зламу вкрита дрібними гачечками (самородна мідь, само­родне срібло) (рис. 2).

Рис. 2. Види зламу:

а — зернистий (апатит); б— раковистий (магнетит);

в — скалкуватий (рогова обманка); г — гачкуватий

(кремінь); д — нерівний (нефелін)

У землистих мінера­лів злам землистий, у тих що, мають зернисту будову, — зернистий.

Твердість. Під твер­дістю розуміють ступінь опору поверхні досліджуваного мінералу дряпанню. Це дуже важ­лива фізична властивість, яка має велике практичне значення для діагностики мінералів у польових умовах.

Для оцінки відносної твердості мінералу використовують спеціа­льний набір мінералів, в якому кожен наступний мінерал своїм гос­трим кінцем дряпає всі попередні. Цей набір мінералів названо шкалою Мооса. В ньому 10 мінералів різної твердості, яку умовно позначають балами від 1 до 10.

У польових умовах твердість мінералу часто визначають за до­помогою нігтя, ножа, скла, гвіздка та інших предметів. Абсолютне значення твердості вимірюють спеціальними приладами. Порів­няльну твердість мінералів, визначену різними методами, наведено в табл. 2.

Таблиця 2. Порівняльна твердість мінералів (шкала Мооса)

Твердість
фактична відносно корунду, %	відносна за шкалою Мооса	польова
0,03 0,014 0,026 0,075 0,123 2,5 15,0 43,0 100,0 15000,0	1 — тальк 2 — гіпс 3 — кальцит 4 — флюорит 5 — апатит 6 — ортоклаз 7 — кварц 8 — топаз 9 — корунд 10 — алмаз	До 2 (м'які породи, дряпаються нігтем) Те саме 3-5 (середні породи, дряпаються стале­вим ножем) Те саме Понад 6 (тверді по­роди, не дряпають­ся сталевим ножем) Понад 7 (дряпають скло) Те саме Понад 8 (ріже скло) Понад 10 (ріже всі речовини)

Алмаз — найтвердіший мінерал, що не має аналога в природі. Він більш ніж у 4000 разів твердіший за тальк.

Крім зразків мінералів шкали Мооса для визначення твердості порід можна використовувати різні легкодоступні предмети, твер­дість яких у балах шкали Мооса відома, наприклад:

ніготь, твер­дість якого 2,5,

мідну монету — твердість 3,

шматочок віконного скла — твердість 5 - 5,5,

сталевий ніж — твердість 5,5 - 6.

Практи­чно за допомогою нігтя і ножа можна визначити твердість багатьох мінералів твердістю до 6 балів. Так, ніж залишатиме смугу на міне­ралах твердістю 5 і менше, причому глибина цієї смуги і прикладе­не зусилля вказують на більшу чи меншу твердість. Мінерали твер­дістю 6 і більше балів залишають подряпини на ножі і склі.

Якщо мінерал пише по паперу, не дряпаючи його, він має твер­дість 1. Якщо мінерал дряпається нігтем, а сам не залишає подря­пини на нігті, то його твердість не більше 2,5. Якщо ніготь не залишае подряпини на мінералі, то твердість цього мінералу понад 2,5. У природі переважають мінерали твердістю до 7 балів.

Щоб визначити твердість мінералу, на ньому слід вибрати неве­лику гладеньку площину без включень інших мінералів, провести по ній, легенько натискуючи, гострим кутом іншого мінералу і до­слідити одержану подряпину, здувши з неї порошок.