10. Зависимость физических свойств от состава, структуры и условий образования минералов. Примеры.

ЦВЕТ. 

Одни минералы имеют определенный цвет, по которому можно практически безошибочно определить минерал: красного цвета киноварь, золотисто-желтого цвета пирит, зеленого цвета малахит и другие. Другие минералы - турмалин, гранат, флюорит, берилл, кварц - имеют различную окраску. Встречаются и такие минералы, которые имеют разный цвет в одном и том же кристалле: один конец кристалла турмалина может быть окрашен в черный, другой - в зеленый цвет, а середина бесцветная или розовая. Это полихромные минералы. К таким минералам можно отнести флюорит, кварц, кальцит, топаз и др.

Цвет минералов зависит от их внутренней структуры, от механических примесей и от присутствия элементов-хромофоров, т.е. элементов - носителей окраски. Это Cr, V, Ti, Mn, Fe, Ni, Co, Cu, U, Mo и некоторые другие. Эти элементы могут быть основными элементами минерала ( Cu в малахите; Mn в родоните), а могут входить в состав минерала лишь в виде примесей. Так, примесь Cr вызывает красную окраску в рубине - разновидности корунда Al₂O₃.

А.Е.Ферсман выделял следующие цвета минералов: 1. Идиохроматическая окраска, обусловленная особенностями химического состава, кристаллической структуры 2. Аллохроматическая, связанная с механическими включениями ярко окрашенных посторонних минералов (например, розовыйортоклаз за счет механической примеси гематита) 3. Псевдохроматическая окраска, связанная с рассеянием света, интерференцией световых волн (побежалость, иризация, опалесценция). Например, яркая синяя иризация лабрадора.

Интенсивность окраски зависит от агрегатного состояния и характера поверхности минералов. В крупных кристаллах и грубозернистых агрегатах окраска многих минералов обычно темнее, чем в мелких зернах, тонкозернистых илидисперсных агрегатах.

Важным приемом определения цвета минерала при его диагностике является определение цвета его порошка или цвета черты, оставленной минералом на бисквите. Цвет минерала в порошке может отличаться от цвета самого минерала. Часто одинаковые на вид минералы имеют разную черту. Так, черта гематита вишнево-красного цвета, хромита - желто-бурая, сфалерита - темно-коричневая, хотя все эти минералы в образце могут иметь черную окраску. Напротив, золотисто-желтый пирит  имеет черного цвета черту. Это различие используется как важный прием в диагностике минералов.

БЛЕСК. 

Это эффект, вызываемый отражением света от поверхности минерала. Блеск минералов зависит от разных факторов. Прежде всего от показателя преломления n и величины отражательной способности R минерала. Чем выше отражательная способность минерала, тем сильнее блеск минерала на его зеркальных поверхностях. Вместе с тем, все минералы можно разделить на две большие группы: минералы с металлическим и неметаллическим блеском. 

Металлический блеск имеют те минералы, которые (независимо от их окраски) дают черную черту. Неметаллический блеск характерен для минералов, дающих цветную черту. Исключением из этого положения являются самородные элементы (золото, серебро, медь) и некоторые сульфиды (халькопирит), которые дают цветную черту, но относятся к минералам с металлическим блеском. 

Среди неметаллических блесков выделяют алмазный, стеклянный, матовый, жирный, восковой, шелковистый, смолистый. Так, халцедон имеет восковой блеск, нефелин - жирный, хризотил-асбест - шелковистый. Блеск зависит также от шероховатостей, рельефа граней, от степени трещиноватости минерала. Блеск одних и тех же минералов на гранях кристаллов и в их изломе и агрегатах бывает различный. Это важно использовать при визуальной диагностике минералов. Так, гипс имеет стеклянный блеск на гранях кристалла, матовый - в зернистых агрегатах, шелковистый - в волокнистых агрегатах. 

Плотность минералов колеблется от 1,0 до 22,7 г/см³. Условно все минералы можно разделить на легкие (менее 2,9 г/см³), тяжелые (2,9-5,0 г/см³) и очень тяжелые (более 6 г/см³).

Подавляющее число минералов имеет плотность от 2,5 до 3,5, что и      обусловливает плотность земной коры, равную примерно 2,7-2,8 г/см³. Плотность минералов возрастает с ростом компактности кристаллической структуры вещества, увеличением атомного номера, входящих в состав минерала элементов. Полиморфные модификации, имеющие разную степень компактности структуры, имеют разную плотность. Графит - 2,2 г/см³, а алмаз - 3,5 г/см³; кальцит - 2,6-2,8 г/см³, а арагонит - 2,9 - 3,0 г/см³, что свидетельствует о более плотной упаковке атомов в структура алмаза и арагонита соответственно. Плотность минералов переменного состава меняется по принципу аддитивности свойств для изоморфных смесей. Так, в ряду оливина плотность увеличивается от форстерита до фаялита от 3,2 до 4,35 г/см³; в ряду альбит - анортит от 2,61 до 2,75 г/см³. Как правило, минералы, содержащие тяжелые металлы, имеют большую плотность.

Таблица 3.  Шкала твердости Мооса и значения микротвердости эталонных минералов в МПа
1. Тальк
2. Гипс
3. Кальцит
4. Флюорит
5. Апатит
6. Микроклин
7. Кварц
8. Топаз
9. Корунд
10. Алмаз

ТВЕРДОСТЬ.

Под твердостью подразумевается сопротивление, оказываемое кристаллом механическому воздействию более прочного тела. Она отражает прочность химических связей между атомами и зависит от типа химических связей.

Для быстрой диагностики минералов их твердость определяют методом царапания с помощью простых эталонов твердости, используя шкалу Мооса.

В ряде случаев (особенно в полевых условиях) можно использовать подручные эталоны. Это ноготь (ТВ. =2.5), медная монета (ТВ. =3), стекло (ТВ. =5-5.5), стальной нож (ТВ. =5.5). Твердость, измеренная на агрегате, будет заведомо занижена. Она отражает, по существу, прочность сцепления между частицами.

Разные грани кристаллов могут иметь различную твердость, но наиболее резко анизотропия твердости проявлена у дистена (кианита). Твердость вдоль удлинения кристалла равна 4.5, а поперек - 7 (рис. 13).

Рис. 13  кианит

СПАЙНОСТЬ.  Это способность кристаллов раскалываться параллельно определенным кристаллографическим плоскостям с образованием блестящих поверхностей. Плоскость спайности ориентирована параллельно фактическим или возможным граням кристалла.  Обычно для спайности определяют степень совершенства и простую форму, по которой раскалывается кристалл. Качество спайности определяют по следующей условной шкале:

весьма совершенная - кристалл колется на тончайшие пластинки с зеркальной поверхностью (слюда,гипс); совершенная - кристалл колется с образованием ровных поверхностей, неправильный изломполучается крайне редко (кальцит, галит, галенит); средняя - при расколе кристалла образуются как ровные спайные поверхности, так и неровные поверхности излома (полевые шпаты, роговая обманка); несовершенная - при расколе ровные спайные поверхности редки; большей частью образуется неправильный излом (берилл, апатит); весьма несовершенная - ровные поверхности практически отсутствуют (кварц, касситерит).   

Спайность может проявляться в одном (гипс, слюда), двух, трех (галит, галенит), четырех и шести (флюорит) кристаллографических направлениях.

В тех направлениях, где нет спайности, кристаллы раскалываются по сложным поверхностям излома. Различают ровный, ступенчатый (полевые шпаты), неровный (апатит, касситерит), занозистый (актинолит, тремолит), крючковатый (самородные Au, Ag, Pt) и раковистый (кварц) изломы. Вид излома иногда является характерной особенностью некоторых минералов (раковистый излом кварца), что помогает в их диагностике.

ОТДЕЛЬНОСТЬ. Отдельность - это способность кристаллов раскалываться с образованием ровных поверхностей по плоскостям их фазовой неоднородности. Это могут быть плоскости срастания двойников, плоскости мельчайших ориентированныхвключений других минералов. Так, характерная отдельность корунда обусловлена тончайшими включениями слюды - мусковита.

Хрупкость - это свойство крошиться под давлением или при ударе. Самородная сера - очень хрупкий минерал. Хрупкость является также диагностическим признаком блеклых руд. Самородное золото, медь, серебро - ковкие минералы. Ковкость их проявляется в том, что они могут быть легко расплющены в тонкую пластинку. Для многих минералов характерна гибкость (молибденит, хлорит, тальк), но только листочки слюды в то же время и упругие, то есть они восстанавливают первоначальное положение при снятии напряжения.

МАГНИТНЫЕ СВОЙСТВА. Большинство минералов не магнитны - полевые шпаты, кальцит, кварц и другие. К слабо магнитным относят те минералы, которые приобретают магнитность под действием электрического поля. Это некоторые оксиды железа,ильменит, железистый сфалерит и другие минералы. Магнитные минералы притягиваются магнитом. Таких минералов немного. Это магнетит FeFe₂O₄, в меньшей степени пирротин Fe_1-xS, самородное железо (Fe).