- •ЛЕКЦИЯ 1
- •Минералогия как наука, связь минералогии с другими предметами
- •Объекты и содержание минералогии
- •Значение минералов для человека
- •История развития минералогии
- •История развития минералогии в России
- •ЛЕКЦИЯ 2
- •Минералы в строении вселенной
- •Минералы метеоритов
- •Строение земной коры и минералогическая зональность
- •Химическая связь. Теория кристаллического поля
- •Кристаллическая структура минералов
- •Принцип плотнейшей упаковки атомов и ионов
- •Особенности кристаллических веществ
- •ЛЕКЦИЯ 3
- •Способы изображения кристаллических структур минералов
- •Аморфные и скрытокристаллические минералы
- •Полиморфизм и полиморфные модификации
- •Изоструктурные минералы
- •Твердые растворы
- •Псевдоморфозы (ложные кристаллы)
- •Типы изоморфизма
- •ЛЕКЦИЯ 4
- •Химический состав минералов
- •Химические анализы
- •Расчет формул минералов
- •Причины кристаллизации минералов
- •Закон постоянства гранных углов
- •Двойниковые сростки кристаллов
- •ЛЕКЦИЯ 5
- •Микрорельеф поверхности кристаллов
- •Пирамиды и зоны роста кристаллов
- •Расщепленные кристаллы, скелетные кристаллы и дендриты, метасомы, пойкилосомы
- •Включения в кристаллах
- •Облик и габитус кристаллов (морфология минералов)
- •Морфология кристаллических агрегатов
- •ЛЕКЦИЯ 6
- •Физические и химические свойства минералов
- •Анизотропия свойств кристаллов
- •Физические свойства изоморфных смесей
- •Оптические свойства
- •Отражение и преломление света
- •Поляризация и двойное лучепреломление
- •Блеск
- •Светопроницаемость (прозрачность)
- •ЛЕКЦИЯ 7
- •Окраска минералов
- •Собственные окраски минералов
- •Окраска за счет избирательного светопоглощения
- •Анизотропия окраски
- •Игра и переливы цвета
- •Чужеродные окраски
- •ЛЕКЦИЯ 8
- •Цвет черты
- •Люминесценция
- •Плотность
- •Механические свойства
- •Твердость
- •Спайность, излом
- •ЛЕКЦИЯ 9
- •Прочность минералов
- •Магнитные свойства минералов
- •Электрические свойства
- •Пьезоэлектричество
- •Пироэлектричество
- •Радиоактивность
- •ЛЕКЦИЯ 10
- •Определение и описание минералов
- •Макроскопическая идентификация минералов
- •Физические свойства минералов
- •Морфология кристаллов
- •Блеск
- •Цвет и черта
- •Твердость
- •Плотность и методы ее определения
- •ЛЕКЦИЯ 11
- •Спайность, отдельность и излом
- •Прочность
- •Специальные физические тесты
- •Люминесценция
- •Магнетизм
- •Электрические свойства
- •Радиоактивность
- •Минеральные ассоциации
- •Химические тесты при изучении минералов
- •Растворимость
- •Вкус и запах
- •ЛЕКЦИЯ 12
- •Лабораторные методы определения минералов
- •Устройство микроскопа
- •Оптические методы определения минералов
- •Изучение прозрачности
- •Изучение формы зерен
- •Исследование включений
- •Определение оптического класса
- •Определение показателя преломления
- •Изучение окраски минерала и плеохроизма
- •Определение силы двупреломления
- •Угол погасания
- •Изучение минералов в сходящемся свете
- •ЛЕКЦИЯ 13
- •Основные методы определения ювелирных минералов
- •Рефрактометр. Определение показателя преломления
- •Полярископ
- •Рефлектометр
- •Определение окраски ювелирных камней
- •Цветной фильтр Челси
- •Дихроизм и дихроскоп
- •Спектроскоп
- •ЛЕКЦИЯ 14
- •Методы исследования структуры минералов
- •Дифракция рентгеновских лучей
- •Виды дифракционных исследований
- •Порошковый метод рентгенографии
- •Монокристалльный метод рентгенографии
- •Дифракция нейтронов
- •Дифракция электронов и электронный микроскоп
- •Методы исследования химического состава минералов
- •Электронно-зондовый микроанализ
- •Рентгеновский флуоресцентный анализ
- •ЛЕКЦИЯ 15
- •Генетическая минералогия
- •Среды минералообразования
- •Причины и способы минералообразования
- •Типы минеральных месторождений
- •ЛЕКЦИЯ 16
- •Эндогенное минералообразование
- •Магматический этап минералообразования (магматические минеральные месторождения)
- •ЛЕКЦИЯ 17
- •Минеральные ассоциации пегматитов
- •Гидротермальное минералообразование
- •Контактово-метасоматическое минералообразования
- •Скарны и грейзены
- •Метаморфическое минералообразование
- •ЛЕКЦИЯ 18
- •Экзогенное минералообразование
- •Минералы коры выветривания
- •Минералы осадочных пород
- •Обломочные осадочные месторождения
- •Хемогенные осадочные месторождения
- •Биогенные осадочные месторождения
- •Диагенетическое минералообразование
- •Методические указания
- •ПРИЛОЖЕНИЯ
- •Плотность минералов
- •Медь
- •Твердость минералов-эталонов в шкале Мооса
- •Таблица 2
- •Магнитность ряда минералов
- •Минералы магматических пород
- •Минералы пегматитов
- •Таблица 5
- •Минералы скарнов
- •Таблица 6
- •Минералы гидротермальных жил
- •Минералы грейзенов
- •Таблица 8
- •Минералы метаморфического генезиса
- •Таблица 9
- •Минералы осадочного генезиса
- •Таблица 10
- •Физические свойства эталонных минералов
- •Сера
- •Галенит
- •Оливин
- •Турмалин
- •Пироксены
- •Биотит
- •Плагиоклазы
- •Кальцит
- •Флюорит
- •Вопросы к экзамену по дисциплине «Минералогия, ч. 1»
- •Рейтинговая система оценки
- •ТЕМЫ ЛАБОРАТОРНЫХ, ПРАКТИЧЕСКИХ И САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ СТУДЕНТОВ ПО МИНЕРАЛОГИИ
- •Темы самостоятельной работы в Музее землеведения БГУ
AB
|
|
|
|
|
F Tran |
sf |
|
|||
|
|
|
|
D |
|
|
|
|||
|
|
Y |
P |
|
|
|
|
or |
e |
|
B |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
buy |
r |
|||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||
|
|
|
|
|
|
|
to |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
here |
|
|
|
|
|
|
|
|
Click |
|
|
|
|
||
w |
|
|
|
|
|
m |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
w |
w. |
|
|
|
|
o |
||
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
||
|
|
|
|
|
A BBYY |
c |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
F Tran |
sf |
|
|
|||
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|||
|
|
|
Y |
P |
|
|
|
|
or |
e |
||
|
B |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
B |
|
|
|
|
|
|
buy |
r |
||||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||||
A |
|
|
|
|
|
|
|
to |
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
here |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Click |
|
|
|
|
|
||
|
w |
|
|
|
|
|
|
m |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
w |
w. . |
o |
|||||||
зультате возникает общее кристаллическое пространство взаимодействующих |
|
c |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
A B BYY |
|
|
|
|||
атомов, коротко его называют кристаллическим полем.
Теория кристаллического поля все время развивается, но даже она не может объяснить до конца ясно и точно все особенности химической связи в минералах и проистекающих из нее свойств. Например, до сих пор непонятно, почему в кристаллической решетке галита имеющего классическую ионную связь (которая является ненаправленной), происходит строгое чередование атомов натрия и хлора.
Можно сделать следующие выводы:
1.Металлическая связь: сильное сближение (соприкосновение атомов), высокая симметричность кристаллов – самородные металлы.
2.Вандерваальсова связь: дальнее взаимодействие электронейтральных частей в структуре минералов – сера, реальгар.
3.Ковалентная связь: сильное, направленное воздействие атомов за счет перекрывание орбиталей – алмаз.
4.Ионная связь: отрицательные и положительные ионы, электростатическое взаимодействие, поляризация крупных ионов под действием электростатического притяжения.
КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА МИНЕРАЛОВ
Кислород является наиболее распространенным в земной коре элементом. Поэтому неудивительно, что практически все наиболее обычные минералы представляют собой кислородные соединения. Тот факт, что ион кислорода имеет большие размеры (радиус О2– колеблется от 1,35 до 1,42 Å), весьма важен в минералогии. Кислород преобладает по объему не только в земной коре(содержащей около 47 вес. % кислорода или 60 % по объему), но и в минералах
резко преобладает по занимаемому объему над всеми другими химическими элементами. Поэтому структура кислородных соединений, как правило, определяется пространственным распределением ионов кислорода в то время ионы других элементов, главным образом мелкие катионы, располагаются между ионами кислорода.
Структура какого-либо ионного соединения определяется как размерами составляющих его ионов, так и их зарядами, которые в свою очередь зависят от валентности соответствующих элементов. Т. е. необходима геометрическая и электрическая стабильность соединения.
Под г е о м е т р и ч е с к о й с т а б и л ь н о с т ь ю понимается соответствие между размерами ионов и способом их упаковки, при котором ионы в структуре сохранили бы более или менее свою сферическую форму.
Э л е к т р и ч е с к а я с т а б и л ь н о с т ь (электронейтральность) подразумевает, что сумма положительных и отрицательных зарядов ионов должна быть сбалансирована как в целом для минерального зерна, так и в окрестности каждого отдельного иона.
Геометрическая стабильность тесно связана с понятием координационного числа элемента. В ионных структурах каждый катион стремится окружить
16
AB
|
|
|
|
|
F Tran |
sf |
|
|||
|
|
|
|
D |
|
|
|
|||
|
|
Y |
P |
|
|
|
|
or |
e |
|
B |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
|
|
|
buy |
r |
|||
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||
|
|
|
|
|
|
|
to |
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
here |
|
|
|
|
|
|
|
|
Click |
|
|
|
|
||
w |
|
|
|
|
|
m |
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
w |
w. |
|
|
|
|
o |
||
|
|
|
|
|
|
|
. |
|
||
|
|
|
|
|
A BBYY |
c |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
F Tran |
sf |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
D |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
Y |
P |
|
|
|
|
or |
e |
|||
|
|
|
B |
Y |
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
|
|
B |
|
|
|
|
|
|
buy |
r |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
||||
|
|
A |
|
|
|
|
|
|
|
to |
|
|
|
|
. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
here |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Click |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
w |
|
|
|
|
|
|
m |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
w |
w. . |
o |
|
|||||||
себя анионами. Число группирующихся вокруг катиона анионов зависит от их |
|
|
c |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
A B BYY |
|
|
|
|
|||
относительных размеров. Для каждой пары катион – анион относительные раз- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
меры наиболее удобно выражать в виде отношения радиуса катиона к радиусу |
|
|
|
|
|
||||||||||
аниона RК / RА, где К – меньший по размеру анион, а А – больший анион. Число |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
анионов, |
окружающих |
данный катион, называется к о о р д и н а ц и о н н ы м |
|
|
|
|
|
|
|||||||
ч и с л о м |
этого катиона. Наиболее идеален случай, когда все соседние анионы |
|
|
|
|
|
|
||||||||
касаются друг друга и катиона, который они окружают. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Как уже говорилось, самым обычным анионом является кислород, поэто- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
му, если термин координационное число не сопровождается какими-либо пояс- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
нениями, обычно имеется в виду координация по отношению к кислороду. Ко- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ординационные полиэдры обычно характеризуют как тетраэдры, октаэдры и т. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
п. Реально существующие в структурах полиэдры, как правило, несколько ис- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
кажены по сравнению с правильными геометрическими фигурами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Некоторые катионы присутствуют почти исключительно в одной опреде- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ленной координации. В случае других элементов, например, алюминия, может |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
осуществляться четверная или шестерная координация. Во многих случаях тип |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
координации зависит от температуры и давления, при которых происходит кри- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
сталлизация минералов с данным катионом. Обычно при высоких температурах |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
и низких давлениях предпочтительным является меньшее координационное |
|
|
|||||||||||||
число, а при низких температурах и высоких давлениях – большее координаци- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
онное число. Хорошим примером служит алюминий, который в высокотемпе- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ратурных минералах стремится к четверной координации и при этом может за- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
мещать кремний, а в минералах, образовавшихся при низких температурах, ча- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ще имеет шестерную координацию. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Электронейтральность. В устойчивых ионных кристаллических струк- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
турах суммарная сила электростатических связей, связывающих один анион с |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ближайшими катионами, равна заряду этого аниона. Это правило требует, что- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
бы заряд аниона в ионной структуре нейтрализовался зарядами катионов бли- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
жайшего окружения этого аниона. Наиболее простым примером может служить |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
галит NaCl, в котором каждый Cl– окружен шестью Na+, а каждый Na+ – шестью |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
Cl–. В такой структуре электронейтральность достигается передачей одной |
|
||||||||||||||
шестой отрицательного заряда каждого аниона каждому из окружающих его |
|
|
|
||||||||||||
катионов, а любой катион отдает одну шестую часть своего заряда каждому из |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
окружающих его анионов. Это изодесмические структуры – структуры, в кото- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
рых все связи имеют одинаковую силу. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Наличие в ионной структуре общих ребер или общихграней координа- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
ционных полиэдров, понижает стабильность такой структуры, поэтому в устой- |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
чивых кристаллических |
структурах координационные полиэдры стремятся |
|
|||||||||||||
иметь минимальное число общих ребер с соседними полиэдрами. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
В природных условиях встречаются лишь наиболее стабильные соедине- |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ния, а менее устойчивые либо вообще не образуются, либо быстро разрушаются с образованием более стабильных в данных условиях вторичных минералов.
17
