Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Геология лаб. раб. Тема 1.2.docx
Скачиваний:
33
Добавлен:
04.03.2016
Размер:
59.07 Кб
Скачать

Лабораторная работа №2 Основы минералогии.

Тема: Определение физических свойств минералов. Описание минералов по систематическим коллекциям.

Оборудование:

- эталонные коллекции минералов (каждый образец сопровождается этикеткой, содержащей сведения о названии, химическом составе, парагенезисе и геологических условиях образования минералов);

- рабочие коллекции минералов (без описания);

- виртуальная коллекция минералов.

При работе с коллекциями следует соблюдать следующие правила. Эталонные коллекции предназначены для знакомства с минералами только по их внешним признакам. Образцы из таких коллекций можно брать в руки, рассматривать под лупой и микроскопом, но нельзя раскалывать, определять их твердость, испытывать химическими реактивами.

Образцы из рабочих коллекций предназначены для практических испытаний. При определении физических и химических свойств минералов от них можно откалывать небольшие кусочки и испытывать соляной кислотой и т. д:

- наборы шкалы твердости Мооса;

- «фарфоровый бисквит» — неглазурованные керамические изделия;

- магнит;

- минералогическая лупа (с увеличением в 10—20 раз);

- геологический молоток;

- пинцет;

- пузырёк объемом около 25 мл с 10% раствором соляной кислотой (надежно закрытый);

- стеклянная палочка (возможно, вставленная в пробку пузырька);

- предметное стеклышко для определения твердости пород;

- парафиновая свеча.

В ходе выполнения темы «Минералогия» студенты должны усвоить следующие знания и понятия:

• Сущность понятия «минерал». Формы выделения минералов в природе: двойники, тройники. Понятие о минеральных агрегатах: друзы, минеральные щетки, секреции, миндалины, жеоды, конкреции, оолиты. Сложные минеральные формы – дендриты. Понятие о минералогическом псевдоморфизме.

• Знания об оптических свойствах минералов: окраска, цвет, цвет минерала в порошке или цвет черты, прозрачность, блеск.

• Знания о механических свойствах минералов: спайность, излом, твердость, плотность.

• Знания об особых свойствах минералов: вкус, гигроскопичность, запах, магнитность, двойное лучепреломление, реакция с соляной кислотой.

• Знания об основах кристаллохимической классификации минералов. Типы, классы, группы, виды и разновидности минералов.

• Знания о важнейших областях практического применения минералов.

• Знания о важнейших белорусских и зарубежных месторождениях минералов.

Умения и навыки, которые должен получить студент в результате выполнения лабораторной работы:

• приобретение навыков характеристики форм минеральных агрегатов;

• приобретение навыков определения оптических, механических и особых свойств минералов;

• приобретение навыков макроскопической диагностики минералов в образцах.

Порядок выполнения работы

Лабораторная работа проводится в два этапа: под руководством преподавателя и самостоятельно.

Этап совместной работы студентов с препродавателем:

  1. С помощью эталонных коллекций изучаются свойства минералов: блеск, твердость, окраска, цвет, цвет минерала в порошке или цвет черты, прозрачность, спайность, излом, плотность вкус, запах, магнитность, двойное лучепреломление, реакция с соляной кислотой;

  2. С помощью рабочей коллекции минералов и ключа к определителю В.Г. Музафарова (1979, с. 14-28) студенты производят диагностику 2-3 минералов. Поочередно для каждого минерала определяются и записываются в рабочую тетрадь диагностические признаки (Форма 1).

Этап самостоятельной работы студентов:

- с помощью рабочей коллекции минералов и ключа к определителю В.Г. Музафарова (1979, с. 14-28) производят диагностику не менее 20 минералов. Поочередно для каждого минерала определяются и записываются в рабочую тетрадь диагностические признаки (Форма 1);

- с помощью заранее составленной таблицы 2 диагностируют и характеризуют минералы.

Порядок работы при диагностике минералов

1. Вначале надо внимательно рассмотреть образец и определить число содержащихся в нем минералов, наметить последовательность их диагностики по принципу «от простого к сложному».

2. Затем следует определять и фиксировать в рабочей тетради важнейшие диагностические признаки выбранного минерала в той последовательности, в какой предлагается в ключе к определителю В.Г. Музафарова (1979, с. 14-28) (Форма 1):

• блеск;

• твердость (по шкале Мооса);

• цвет кристаллов и агрегатов, цвет черты;

• хрупкость – ковкость (пластичность);

• спайность: а) совершенство, б) число плоскостей, в) кристаллографическая ориентировка плоскостей или величина углов между плоскостями спайности;

• плотность (в случаях, когда образец представлен преимущественно одним минералом);

• особые свойства: магнитность, радиоактивность, люминесценция и др.

3. После того как все перечисленные выше признаки определены, становится возможным определить минерал путем сопоставления его признаков с теми, что представлены в описательной части определителя В.Г. Музафарова (1979, с. 56-160), в Практическом руководстве по общей геологии Н.В. Короновского, (2007) и в таблице 3.

4. Обязательно следует проверить правильность диагностики, для чего выясняются химические свойства диагностируемого минерала (его растворимость в кислотах или других реактивах и т.п.).

5. Только после положительных результатов проверки минерал относят окончательно к тому или иному минеральному виду, к той или иной разновидности, выделяемой по особенностям всей совокупности диагностируемых признаков.

Отчетный материал по результатам выполнения лабораторной работы «Минералогия» состоит из двух частей.

1. В рабочей тетради должны быть зафиксированы результаты непосредственной диагностики минералов.В записях указываются только те диагностические признаки, которые отнесены к главным. Рекомендуется придерживаться следующей примерной формы записей результатов выполнения лабораторной работы.

Форма 1. Форма представления результатов выполнения лабораторной работы

Образец № 1

Крупнокристаллический агрегат двух минералов

Минералы:

1. ГАЛЕНИТ – PbS. кристаллы величиной 0,5-1,0 см:

• Облик кристаллов – изометрический.

• Блеск – металлический.

• Цвет – свинцово-серый.

• Черта – свинцово-серая, блестящая.

• Твердость – 3 (средняя), слабо ковкий.

• Спайность – совершенная, три системы плоскостей, ориентированных взаимно перпендикулярно.

2. СФАЛЕРИТ (марматит) – (Zn, Fe)S . Одиночные зерна (5-7 мм в по-перечнике), срастающиеся с галенитом:

• Облик кристаллов – изометрический.

• Блеск – алмазный.

• Цвет – темно-коричневый.

• Черта – светло-бурая, матовая.

• Твердость – 3-4 (средняя).

• Спайность – совершенная, несколько систем плоскостей, ориентированных под тупым углом друг к другу.

• Под действием разбавленной соляной кислоты распространяется запах сероводорода.

ВЫВОД

Образец состоит из двух минералов: галенита и сфалерита. Образование минералов ‒ гидротермальное. Цинково-свинцовая руда.

2. Составляется краткая характеристика минералов в виде таблицы 2 на развернутых листах рабочей тетради. Сведения о минералах заносятся в соответствующие графы, причем на одном листе описывается не более двух-трех минералов.

Заполнение граф 1 - 3 дополнительных пояснений не требует.

4-я графа «Форма выделения» посвящена морфологии минералов и их агрегатов. Перечисляются основные кристаллографические формы, дается общая характеристика облика минеральных индивидов, приводятся наиболее характерные и распространенные двойники и агрегаты.

В 5-й графе «Цвет и блеск» следует указывать в последовательности основной цвет и оттенки. Затем указывается блеск: металлический, полу-металлический, неметаллический, алмазный, стеклянный, смоляной, пер-ламутровый, жирный, матовый, шелковистый. И наконец, указывается цвет порошка минерала.

В графе 6 приводятся данные о спайности минералов с оценкой степе-ни ее совершенства по принятой шкале: весьма совершенная, совершенная, средняя, несовершенная и весьма несовершенная.

Заполнение граф 7 и 8 дополнительных пояснений не требует.

В графе 10 «Генезис» указываются геологические процессы, при которых образуется минерал, а в необходимых случаях также и физико-химические параметры среды образования.

В графе 11 «Где встречается» может быть указана распространенность минерала: страна, топоним, конкретное месторождение.

В графе 12 «Применение» отмечается значение минерала для промышленности, сельского хозяйства, науки и техники. Отмечается значение минерала в геологии: представляет интерес как поисковый или оценочный признак или как важный породообразующий минерал.

При составлении характеристики минералов предлагается придерживаться систематики минералов (таблица 2), а также использовать упрощенные диагностические таблицы.

Порядок сдачи зачета по теме:

а) представляется рабочая тетрадь с аккуратно и полностью выполненными заданиям:

- результаты непосредственной диагностики минералов, выполненные в аудитории.

- характеристика минералов в виде таблицы 2 согласно;

б) устный отчет с демонстрацией диагностических признаков минералов непосредственно на образцах из рабочих коллекций;

в) тестирование по вопросам;

6) характеристики минералов, выполненных в виде таблицы 2.

Таблица 1

Физические свойства

Минерал 1

Минерал 2

Минерал 3

Облик кристаллов

Характер агрегатов

Цвет

Цвет черты

Ирризация и побежалость

Блеск

Прозрачность

Спайность

Излом

Твердость

Удельный вес

Магнитность

Реакция с кислотой

Вкус

Прочие свойства

Название минерала

Таблица 2

Название минерала

Хим. формула

Сингония

Форма выделения

Цвет и блеск

Спайность

Твердость

Уд. вес

Прочие признаки

Генезис

Где встречаются

Применение

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

Самородные элементы

Медь

Графит

Сера

Сульфиды

Пирит

Халькопирит

Сфалерит

Галенит

Киноварь

Галоиды

Галит

Сильвин

Флюорит

Оксиды и гидроксиды кремния

Кварц

Халцедон

Опал

Оксиды и гидроксиды металлов

Магнетит

Гематит

Лимонит

Боксит

Пиролюзит

Соли кислородсодержащих кислот

Карбонаты

Кальцит

Доломит

Сидерит

Малахит

Сульфаты

Гипс

Ангидрит

Барит

Фосфаты

Апатит

Фосфорит

Силикаты

Островные силикаты

Оливин

Гранат

Кольцевые силикаты

Турмалин

Цепочечные силикаты (группа пироксенов)

Авгит

Ленточные силикаты (группа амфиболов)

Роговая обманка

Слоевые силикаты (группа слюд и гидрослюд)

Биотит

Мусковит

Тальк

Хлорит

Слоевые силикаты (группа глинистых минералов)

Каолинит

Каркасные силикаты (полевые шпаты)

Микроклин

Ортоклаз

Альбит

Лабрадор

Каркасные силикаты (фельдшпатоиды)

Нефелин

Углеводородные соединения

Янтарь

Примерный перечень вопросов для тестирования по теме «Минералогия»

1. Перечислите основные химические элементы, встречающиеся в природе в самородном состоянии в виде минералов.

2. Каковы характерные свойства минералов класса самородных элементов?

3. В каком виде встречаются самородное золото и алмаз в природе? Их промышленные месторождения?

4. Какие минералы относятся к сульфидам?

5. Практическое значение сульфидов.

6. Каковы наиболее характерные диагностические признаки минералов класса сульфидов?

7. В чем заключается отличие пирита от халькопирита?

8. Какие минералы относятся к галоидам?

9. Происхождение галоидов.

10. Практическое значение галоидов.

11. Назовите самый распространенный в природе хлорид? Чем он отличается от сильвина?

12. Какие минералы относятся к классу окислов и гидроокислов?

13. Перечислите окислы и гидроокислы железа.

14. Каковы характерные признаки магнетита, гематита?

15. Охарактеризуйте корунд и его разновидности.

16. Какие минералы относятся к классу карбонатов?

17. Практическое значение карбонатов.

18. Как реагируют с соляной кислотой кальцит, доломит, магнезит, сидерит?

19. Назовите самые распространенные минералы класса сульфатов.

20. Каковы главные отличительные свойства гипса?

21. Чем отличается апатит от фосфоритов? Их практическое значение.

22. Что такое силикаты и алюмосиликаты? Какие признаки положены в основу классификации силикатов?

23. Какие слюды и слюдоподобные минералы Вы знаете?

24. Что такое полевые шпаты, и по какому признаку они разделяются?

25. Назовите и охарактеризуйте минералы калиевых полевых шпатов.

26. Какие плагиоклазы Вы знаете? Их породообразующее и практическое значение.

27. Для каких пород характерен нефелин?

Теоретическая часть

Формы нахождения минералов в природе разнообразны и зависят главным образом от условий образования. Это либо отдельные кристаллы или их закономерные сростки (двойники), либо четко обособленные минеральные скопления, либо, чаще, скопления минеральных зерен.

Отдельные изолированные кристаллы и кристаллические двойники, т.е. закономерные сростки кристаллов, возникают в благоприятных для роста условиях. Форма кристаллов разнообразна и отражает как состав и внутреннюю структуру минерала, так и условия образования.

Среди обособленных минеральных скоплений наиболее часто встречаются друзы, представляющие скопления кристаллов, прикрепленных одним концом к общему основанию. Часто друзы образуются на стенках пустот в горных породах. Мелкие кристаллы, плотно сидящие на каком-либо основании, образуют щетку.

Секреции – результат постепенного заполнения пустот в горных породах минеральным веществом, отлагающимся на их стенках. Накопление вещества в этом случае идет от периферии к центру, в связи с чем секреции имеют обычно концентрическое строение, отражающее стадийность образования. Мелкие секреции называются миндалинами, крупные (более 10 мм) – жеодами.

Конкреции – более или менее округлые образования, возникшие путем осаждения минерального вещества вокруг какого-нибудь центра кристаллизации. В этом случае отложение минерального вещества происходит от центра к периферии, с чем связано концентрическое или радиально-лучистое строение конкреций. Мелкие округлые образования обычно концентрического строения (размером от просяного зернышка до горошины) называются оолитами. Они бывают сцементированы плотной массой или находятся в рыхлом состоянии. Оолиты образуются при осаждении минералов из растворов, когда песчинки, скелетные остатки мельчайших животных и т.п. постепенно обволакиваются выделяющимся минералом. Оолитовые известняки и доломиты образуются в прибрежной зоне морей. Чаще встречаются известняковые и доломитовые оолиты, реже – гипсовые, ангидритовые, лимонитовые, халцедоновые.

Натечные образования, осложняющие поверхности пустот, возникают при кристаллизации минерального вещества из просачивающихся подземных вод. Натеки, свисающие со сводов пустот, называются сталактитами, растущие вверх со дна пещер – сталагмитами. На поверхности трещин могут развиваться плоские минеральные пленки, имеющие разное строение.

Наиболее широко развиты минеральные агрегаты кристаллического, аморфного или скрытокристаллического строения, слагающие толщи пород. Они образуются при более или менее одновременном выпадении из растворов или расплавов множества минеральных частиц. В кристаллических агрегатах минералы находятся в кристаллическом состоянии, но зерна их имеют неправильную форму. Величина зерен зависит от условий кристаллизации и изменяется от крупных до землистых.

По форме зерен минеральные агрегаты делятся на:

а) зернистые (кварц, кальцит, галенит), имеющие изометричную форму зерен;

б) волокнистые (асбест), столбчатые (селенит), шестоватые (роговая обманка), имеющие вытянутую форму;

в) чешуйчатые (графит, тальк), пластинчатые (гипс, слюда), имеющие плоскую форму.

По величине зерен различаются минеральные агрегаты:

а) крупнозернистые – размеры зерен более 5 мм,

б) среднезернистые – размеры зерен 2 – 5 мм,

в) мелкозернистые – размеры зерен 0,5 – 2 мм;

г) скрытокристаллические, образующие плотные либо землисто-рыхлые массы.

Встречаются минеральные образования, состав которых не соответствует форме, которую они слагают, - это так называемые псевдоморфозы (греч. «псевдо» - ложный). Они возникают при химических изменениях ранее существующих минералов или заполнении пустот, образовавшихся при выщелачивании каких-либо минеральных или органических включений. К первым относятся, например, часто встречающиеся псевдоморфозы лимонита по пириту, когда кубические кристаллы пирита превращаются в скрытокристаллический лимонит, ко вторым – псевдоморфозы халцедона по дереву и др.

Физические свойства минералов. Постоянство химического состава и внутренней структуры минералов обусловливает постоянство их свойств. На этом основаны различные методы минералогических исследований и определений минералов. Большинство из них требует специального оборудования. Однако каждый исследователь, имеющий дело с минералами и горными породами, должен владеть методом их полевого определения, основанного на изучении внешних, видимых невооруженным глазом (макроскопических) свойств.

Морфология кристаллов может явиться важным диагностическим признаком, хотя следует отметить, что в природе один и тот же минерал в разных условиях образует кристаллы различной формы, а разные минералы могут давать одинаковые кристаллы. Все многообразие форм кристаллов группируется условно по степени сложности в семь крупных групп или систем, называемых сингониями (см. лаб. раб. №1).

Оптические свойства минералов.

Цвет – важный признак минералов, который, однако, можно использовать лишь в совокупности с другими свойствами. Для некоторых минералов цвет является постоянным признаком; так, например, у пирита цвет латунно-желтый, у малахита – зеленый, у азурита – синий, у золота – золотисто-желтый и т. д. Названия ряда минералов уже несут в себе характеристику их цвета: родонит - розовый , хлорит – зеленый; киноварь – сульфид ртути ярко-красного, алого цвета -  в переводе с арабского означает «кровь дракона» и т.д.

Для большинства минералов этот признак непостоянен. Полевые шпаты бывают белого, желтого, красного, зеленого, темно-серого цветов. Кальцит встречается бесцветный, белый, желтый, зеленый, голубой, фиолетовый, бурый, черный.

Окраска минералов определяется в первую очередь их химическим составом. Каждый химический элемент, входящий в состав минералов, и каждое химическое соединение придают им определенную, очень характерную окраску. Минералы, содержащие углекислые соединения меди, имеют зеленый или синий цвет (малахит, азурит). Минерал берилл в чистом виде бесцветен и прозрачен, а при наличии примеси оксида хрома приобретает зеленый цвет (изумруд); минералы, содержащие оксид железа, характеризуются красными, бурыми, желтыми цветами (бурый железняк).

Побежалость. Некоторые минералы, особенно содержащие медь, на своей поверхности имеют пестроокрашенную тонкую пленку: розоватую, красноватую, желтоватую, голубоватую и др., обусловленную процессами химического выветривания. Цвет этой пленки отличается от цвета самого минерала. Это явление получило название побежалости (пример – халькопирит).

Для непрозрачных и сильно окрашенных слабо прозрачных минералов важным диагностическим признаком является цвет минерала в порошке или цвет черты. Он может быть и таким же, как в куске (напр. магнетит), но может от него отличаться (напр. пирит, гематит). Для определения цвета порошка минералом проводят по шероховатой поверхности фарфоровой пластинки, на которой остается черта, соответствующая цвету порошка.

Прозрачность, характеризующая способность минерала пропускать свет, зависит от его кристаллической структуры, а также от характера и однородности минерального скопления. По этому признаку выделяют минералы: прозрачные, пропускающие свет подобно обычному стеклу; полупрозрачные или просвечивающие, пропускающие свет подобно матовому стеклу; просвечивающие лишь в тонкой пластинке и непрозрачные, не пропускающие световых лучей.

Блеск зависит от показателя преломления минерала и от характера отражающей поверхности. Выделяют минералы с металлическим блеском, к которым относятся непрозрачные минералы, имеющие темноокрашенную черту. Блеск, напоминающий блеск потускневшего металла, называют металловидным. Значительно более обширную группу составляют минералы с неметаллическим блеском, к разновидностям которого относятся: алмазный, стеклянный, жирный, перламутровый, шелковистый, восковой и в случае отсутствия блеска, матовый.

Механические свойства минералов.

Излом определяется поверхностью, по которой раскалывается минерал. Она может напоминать ребристую поверхность раковины –раковистый излом, может иметь неопределенно- неровный характер – неровный излом. В мелкозернистых агрегатах определить излом отдельных минеральных зерен не удается; в этом случае описывают излом агрегата – зернистый, занозистый, или игольчатый, землистый.

Спайность – способность кристаллических минералов раскалываться по ровным поверхностям – плоскостям спайности, соответствующим 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: весьма совершенная – минерал легко расщепляется на тонкие пластинки; совершенная – минерал при ударе раскалывается по плоскостям спайности; средняя – при ударе минерал раскалывается как по плоскостям, так и по неровному излому; несовершенная спайность – на фоне неровного излома лишь изредка образуются сколы по плоскостям; весьма несовершенная – всегда образуется неровный или раковистый излом. Спайность может быть выражена в одном, двух, трех, реже четырех и шести направлениях.

Твердость – способность противостоять внешнему механическому воздействию – важное свойство минералов. Обычно в минералогии относительная твердость определяется путем царапанья эталонным минералом поверхности исследуемого минерала: более твердый минерал оставляет на менее твердом царапину. Принятая в геологии шкала твердости Мооса включает десять эталонных минералов, расположенных в порядке увеличения твердости: тальк – твердость 1, гипс – 2, кальцит – 3, флюорит – 4, апатит – 5, ортоклаз – 6, кварц – 7, топаз – 8, корунд – 9, алмаз – 10. Для определения твердости минералов можно пользоваться некоторыми распространенными предметами, твердость которых близка к твердости минералов-эталонов. Так, твердостью 1 обладает графит мягкого карандаша; около 2-2,5 – ноготь; 4 – железный гвоздь; 5,5-6 – стальной нож, игла.

Для каждого минерала характерна более или менее постоянная плотность. По этому признаку минералы делятся на легкие и тяжелые. При макроскопическом изучении минералов важно уметь простым взвешиванием на ладони отнести минерал к группе легких – с плотностью до 2,5 г/см3, средних – до 0,4, тяжелых – 4-6, очень тяжелых минералов – с плотностью свыше 6 г/см3. Для минералов, в состав которых входят тяжелые металлы, высокая плотность является существенным диагностическим признаком.

Кроме выше перечисленных свойств, некоторые минералы обладают магнитностью, радиоактивностью, ковкостью и упругостью. Поваренная соль (NaCl) обладает соленым вкусом; исландский шпат (CaCO3) имеет двойное лучепреломление.

Таблица 3