Вопросы. 1. Приведите примеры минералов, обладающих характерным цветом черты. 2. Каковы причины возникновения люминесценции? 3. Назовите минералы, для которых характерна люминесценция. 4. Почему минералы обладают разной плотностью, назовите самые легкие и самые тяжелые из них? 5. Как соотносятся значения фактической твердости минералов в шкале Мооса? 6. Чем спайность отличается от излома и отдельности? 7. Какая бывает спайность и какова причина того, что минералы имеют различную спайность? 8. Как связано качество спайности и количество ее направлений с симметрией кристаллов?

ЛЕКЦИЯ 9

Прочность минералов. Магнитные свойства. Электрические свойства (пьезоэлектрики, пироэлектрики). Радиоактивные свойства.

54

Прочность, или сопротивляемость разрушению, характеризует сопротивление материала механической деформации или разрушению. Иначе говоря, это сопротивление разрыву связей между атомами или ионами, составляющими материал, при его изгибе, раскалывании, растирании или резании. Наряду с рассмотренными физическими свойствами такими, как спайность, отдельность и излом при описании минералов часто используются такие характеристики их сопротивляемости разрушению, как упругость, пластичность, хрупкость, ковкость, мягкость, гибкость и вязкость. Многие из этих свойств минералов (упругость, т. е. измеряют скорость прохождения упругих волн и др.) используют

при геофизических исследованиях, хотя геофизики имеют дело не столько с минералами, столько с горными породами. Особенно хорошо прочностные свойства материалов изучены учеными, занимающимися исследованиями в области металлургии, керамике, физике твердого тела. Поэтому номенклатура этих свойств сильно зависит от области науки. Например, то, что одни называют модулем упругости и несжимаемостью, другие именуют податливостью и жесткостью. Кроме того, для некоторых таких величин разными методами были получены разные значения, поэтому надо быть внимательным при их -ис пользовании. Основные прочностные закономерности сводятся к следующему:

1.Как и следовало ожидать, упругость материала зависит от силы связей и кристаллической структуры. Как было определено методом прохождения упругих волн в минерале, упругость наиболее высока при ионной связи. Несколько меньшую, но, тем не менее, высокую упругость имеют соединения с ковалентной связью. При металлической связи упругость низкая, а при вандерваальсовой – очень низкая.

2.Упругие свойства, как правило, анизотропны, в том числе и в материалах, относящихся к кубической сингонии.

3.Пластичность в значительной мере обусловлена микросдвигами, параллельными определенным плоскостям решетки.

4.Ковкость свойственна только веществам с металлической связью(ме-

таллам).

5.Было установлено, что хрупкость зависит от присутствия микротрещин (т. е. нарушений сплошности, вызванной повышенной концентрацией дефектов в структуре). Под действием нагрузки трещины разрастаются и минерал разрушается.

6.Вязкость, которую можно определить как величину энергии, которую применяют к материалу до его разрушения, обычно выше у кристаллических агрегатов (в том числе и горных пород), чем у отдельных зерен. Так, например, карбонадо, представляющий собой агрегат мелких зерен алмаза, значительно труднее расколоть, чем монокристалл алмаза. А вязкость нефрита(спутанноволокнистого агрегата амфибола– тремолита или актинолита) вообще уникальна – он в 5 раз прочнее стали, его крупные куски просто невозможно разбить. В то же время отдельные кристаллы тремолита и актинолита обладают низкой прочностью и легко разрушаются.

55

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА МИНЕРАЛОВ

В соответствии с поведением в магнитном поле все кристаллические вещества делятся на следующие категории: диамагнитные, парамагнитные, ферромагнитные, антиферромагнитные и ферримагнитные. Магнитные свойства связаны с электронами атомов или ионов. Исходя из принципов квантовой механики, движение электрона по замкнутой орбите вокруг ядра можно рассматривать как круговой электрический ток, который возбуждает вокруг себя магнитное поле. Когда кристалл помещается во внешнем неоднородном магнитном поле, в нем возникают силы, стремящиеся выровнять магнитные поля атомов, что приводит к возникновению магнитного момента у кристалла в целом. Магнитная восприимчивость кристалла равна отношению возникшего магнитного момента к напряженности внешнего поля.

Диамагнитные вещества имеют небольшую отрицательную магнитную восприимчивость и слабо отталкиваются внешним магнитным полем.

Парамагнитные вещества характеризуются небольшим положительным значением и слабо притягиваются полем. Парамагнитными являются металлы, имеющие облака свободных электронов. Например, целый ряд минералов, содержащих в своем составе железо, являются парамагнитными. Вместе с тем существуют парамагнитные минералы, не содержащие железа. Такое свойство в отечественной литературе, в общем, называется электромагнитностью.

При отсутствии внешнего поля ни диамагнитные, ни парамагнитные вещества не сохраняют никакого магнитного момента.

Различия в магнитной восприимчивости весьма ощутимы, а потому они оказываются очень полезными для выделения чистых фракций минералов из раздробленных пород и руд с помощью электромагнитного поля большой -на пряженности. В этом процессе как в лабораторных условиях, так и на производстве (на горно-обогатительных комбинатах) используют магнитные сепараторы.

Ферромагнитные вещества обладают магнитным моментом даже при отсутствии окружающего поля. Ферромагнитные вещества сильно притягиваются даже слабым магнитным полем и остаются постоянно намагниченными. Они сохраняют это свойство и при отсутствии внешнего магнитного поля. При нормальной температуре вследствие взаимодействия с соседними атомами магнитные моменты электронов в этих веществах постоянно располагаются вдоль одной прямой. Это легко представить, если условно разделить кристалл на области – домены, в пределах которых магнитные моменты ориентированы в одном направлении. В ненамагниченном состоянии домены не параллельны и их ориентация носит беспорядочный характер. Считается, что когда накладывается

56

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

В большинстве своем минералы плохо проводят электричество (обладают малой электропроводностью), исключение составляют самородные металлы– золото, медь, серебро и др., сульфиды, некоторые оксиды (магнетит) и графит, удельное сопротивление которых менее 10 Ом · м.

По своим электрическим свойствам минералы делятся на следующие группы: проводники и непроводники. Некоторые ученые, однако, подразделяют первую из этих групп на собственно проводники и полупроводники. Электрические свойства многих минералов можно непосредственно связать с характером химической связи в их структурах. Так, проводниками являются минералы с металлической связью, а непроводниками (которые также называются диэлектриками или изоляторами) – минералы с ковалентной или ионной связью. Самородные металлы – медь, золото, железо, серебро, платина – проводники;

57