Хрупкость, ковкость, упругость

веса атомов или ионов, слагающих кристаллическое вещество. Затем су щественную роль играют размеры ионных радиусов, возрастание кото рых компенсирует увеличение атомного веса, иногда настолько, что удель ный вес даже снижается: например, несмотря на то что атомный вес калия в 1,7 раза больше, чем натрия, удельный вес КСl (1,98) меньше, чем NaCl (2,17) в силу того, что ионный радиус К1+ (1,33) больше ионного радиуса Na1+ (0,98), что сильно сказывается на объеме кристаллического веще ства. Кроме того, как указывалось выше (см. полиморфизм), изменение, в частности увеличение координационного числа в кристаллических струк турах, приводит к уменьшению объема, а следовательно, к увеличению удельного веса. Наконец, уменьшение валентности катиона (или увели чение валентности аниона) при прочих равных условиях, по В. С. Собо леву, должно также сопровождаться увеличением удельного веса.

Удельные веса минералов колеблются в широких пределах: от значе ний меньше 1 (лед, некоторые органические минералы) до 23,0 (некото рые разности минералов группы осмистого иридия).

Главная масса природных органических соединений, окислов и солей легких металлов, расположенных в верхней части менделеевской таблицы, обладает удельными весами в пределах от 1 до 3,5: янтарь, твердые битумы (1,0–1,1), галит — NaCl (2,1–2,5), гипс — CaSO4 . 2H2O (2,3), кварц — SiO2 (2,65), алмаз (3,51) и др. Лишь некоторые относящиеся к этой группе мине ралы имеют больший удельный вес; таковы, например, корунд и его разно видности — Аl2О3 (4,0). Среди сульфатов особо выделяется барит — BaSO4 (4,3–4,7), почему он и получил свое название (от греч. барос — тяжесть).

Соединения типичных тяжелых металлов, занимающих нижнюю часть менделеевской таблицы, характеризуются средними удельными весами от 3,6 до 9. Примеры: сидерит — FeCO3 (3,9), сфалерит — ZnS (4,0), пирит — FeS2 (5,0), магнетит — FeFe2O4 (4,9–5,2), гематит — Fe2O3 (5,0–5,2), англе зит — PbSO4 (6,4), церуссит — РbСО3 (6,5), касситерит — SnO2 (7,0), гале нит — PbS (7,5), киноварь — HgS (8,0), уранинит — UO2 (8–10).

Наибольшие удельные веса имеют самородные тяжелые металлы: медь (8,9), висмут (9,7), серебро (10–11), золото (15–19), минералы группы самородной платины (14–20), минералы группы иридия и осмистого ири дия (17–23).

Удельные веса минералов определяются в основном двумя способа ми: 1) методом вытеснения жидкости, т. е. путем взвешивания образца и измерения объема вытесненной им воды в сосуде; 2) путем определения потери в весе минерала, погруженного в воду (абсолютный вес образца делят на потерю им веса в воде). Удельный вес мелких зернышек минера ла определяется с помощью так называемого пикнометра или тяжелых жидкостей и весов Вестфаля, описываемых в специальных руководствах.

Довольно значительные колебания удельного веса, устанавлива емые для одного и того же минерала, наблюдаются сравнительно редко

и, помимо изоморфизма, обычно бывают обусловлены мельчайшими включениями посторонних минералов, в том числе пузырьков газа и жидкостей.

Различие в удельных весах минералов широко используется при обо гащении руд различными гравитационными методами с целью отделе ния нерудных минералов (кварца, кальцита, барита и др.) от рудных ми нералов (галенита, сфалерита, касситерита и др.) При обогащении получаются концентраты с повышенным содержанием полезных мине ралов.

Магнитность

Существует очень немного минералов, которые обладают явно вы раженными магнитными свойствами. Минералы со слабыми парамаг нитными свойствами легко притягиваются магнитом (бедные серой раз ности пирротина). Но имеются и такие минералы, которые сами представляют собой магнит, т. е. являются ферромагнитными и притя гивают к себе железные опилки, булавки, гвозди. Таким свойством об ладают магнетит, никелистое железо, некоторые разности ферроплати ны. Наконец, известны диамагнитные минералы, отталкивающиеся магнитом (самородный висмут).

Так как число минералов, обладающих магнитными свойствами, не велико, то этот признак имеет важное диагностическое значение. Испы тание на магнитность производится c помощью свободно вращающейся магнитной стрелки, к концам которой подносится испытуемый образец. Допускается и употребление магнита, при этом предпочтительно исполь зовать мелкие зерна минерала, а магнит прикрывать бумагой.

Слабыми магнитными свойствами, не устанавливаемыми с помощью магнитной стрелки, обладает довольно большое количество минералов. На различии этих слабо выраженных магнитных свойств основано раз деление минералов на фракции с помощью электромагнита при исследо вании так называемых шлихов, т. е. тяжелой фракции минералов, полу чающейся при промывании.

Радиоактивность

В самом конце периодической системы Менделеева располагается группа радиоактивных элементов урана — радия, представляющих со вершенно особый интерес. Явления радиоактивности были открыты А. Беккерелем еще в 1896 г. Дальнейшее изучение их привело к откры тию общих законов строения атома и к развитию так называемой ядер ной физики.

Как известно, образование ионов, химических соединений и вообще все химические процессы обусловлены почти исключительно строением наружных электронных оболочек атомов и той энергией, которая выделя

ется при перегруппировках электронов; ядра атомов при этом не претер певают никаких изменений. Явления же радиоактивных превращений, наоборот, связаны с превращениями, происходящими в самих ядрах. В связи с этим необходимо напомнить о строении атомных ядер.

Установлено, что в строении атома принимают участие три основных вида частиц: протон и нейтрон — в ядре, электрон — в окружении ядра. Число протонов равно атомному номеру, а число нейтронов — разности между массовым числом (близким к атомному весу) и атомным номером. Рассматривая Периодическую систему элементов (см. табл. 2), легко ви деть, что в первых рядах элементов числа протонов и нейтронов ядра ато ма обычно равны друг другу. По мере перехода к более тяжелым элементам мы замечаем, что число нейтронов по сравнению с протонами постепенно возрастает (так полагается для достижения минимума энергии, а следова тельно, и устойчивости ядра). В последнем ряду устанавливается уже весь ма значительный избыток нейтронов по отношению к протонам. Например, ядро тяжелого урана U238 содержит 92 протона и 146 нейтронов (238 – 92), а ядро изотопа U235 — на три нейтрона меньше (при том же числе протонов).

Эти последние элементы периодической системы обладают не впол не устойчивыми ядрами атомов. Для таких элементов весьма характерны явления так называемого радиоактивного распада, выражающиеся в не' прерывном испускании:

1)α частиц, т. е. ядер атомов гелия, обладающих атомным номером 2

имассовым числом 4; они выбрасываются с громадной скоростью

иионизируют воздух, т. е. делают его проводником электричества; испускание этих частиц приводит к тому, что атом данного эле мента последовательно превращается в атомы более легких эле ментов, причем атомный номер при вылете каждой частицы умень шается на две, а масса — на четыре единицы;

2)β частиц, равнозначных электронам; испускание одной такой час тицы, естественно, приводит к увеличению заряда ядра на единицу (при сохранении массового числа); следовательно и атомный но мер продукта превращения увеличивается на единицу;

3)γ лучей, представляющих собой электромагнитное излучение, по добное рентгеновским лучам.

Это непрерывное превращение атомов, сопровождающееся большим расходом энергии, протекает вне зависимости от температуры и давления. Конечными продуктами, образующимися в результате последовательных испусканий α и β частиц, являются устойчивые изотопы свинца. Скорость распада образующихся промежуточных атомов колеблется в весьма широ ких пределах от долей секунды до миллиардов лет. Время, необходимое для распада половины всего количества атомов данного изотопа, называ ется «периодом полураспада». Оно постоянно для каждого изотопа.

Установлены три ряда последо вательных радиоактивных превра щений: 1) ряд урана, начинающий ся с изотопа урана U238 (рис. 32), где в числе промежуточных про дуктов распада образуется и радий с периодом полураспада 1600 лет; 2) ряд актиния, начинающийся с другого изотопа урана — U235 и включающий в числе промежуточ ных продуктов превращений акти ний; 3) ряд тория, начинающийся с изотопа Th232.

Радиоактивность минералов оп ределяется по производимой ими ионизации воздуха с помощью элек троскопов, ионизационных камер и различных систем счетчиков. Уран содержащие минералы, способные излучать химически активные лучи, оказывают сильное воздействие также на фотографическую плас тинку. Этим пользуются для полу чения так называемых радиогра фий. С этой целью отполированный образец руды в темной комнате или в ящике для проявления кладут на

фотопластинку на определенное время. Активные лучи в светочувствитель ном слое производят обычное химическое действие. После проявления мес та сильного почернения будут указывать на наличие урансодержащих ми нералов. На позитивном изображении радиографии, т. е. на фотобумаге, светлые участки будут отвечать минералам, богатым радиоактивными эле ментами, черные — минералам, не содержащим их.

Явление радиоактивного распада, протекающего в течение огромных периодов времени, используется при определении абсолютного геологи ческого возраста различных пород, в которых в свое время образовались радиоактивные минералы. Такое определение возраста возможно преж де всего потому, что скорость распада каждого радиоактивного вещества не только постоянна, но и не зависит ни от температуры, ни от происхо дящих химических реакций. Вторым важным обстоятельством является то, что содержание конечных продуктов распада (гелия и свинца) мине рала находится в прямой зависимости от времени, истекшего с момента образования радиоактивных минералов.