Фізичні властивості мінералів

Кожен мінерал характеризується певним хімічним складом і має характерну для нього внутрішню будову. Ці дві важливі особливості обумовлюють досить постійні та індивідуальні фізичні властивості мінералів. У кожного мінералу є свої, властиві лише йому ознаки. Для одних мінералів постійною ознакою є колір, для інших твердість, для третіх щільність, для четвертих форма кристалів і т.д.

При визначенні мінералів за зовнішніми ознаками необхідно звертати увагу в першу чергу на загальні для всіх мінералів ознаки, а потім переходити до розгляду індивідуальних особливостей окремих мінералів. У першу чергу звертається увага на блиск мінералів, після цього на твердість, на колір, на риску і т.д.

Блиск. Мінерали бувають блискучі і матові – коли блиск у мінералів відсутній, наприклад у піролюзиту. Більшість мінералів має здатність відбивати від своєї поверхні світло, що й обумовлює блиск мінералів.

Мінерали по блиску легко діляться на дві групи: ті, що мають металевий блиск і ті, що мають неметалевий блиск.

Блиск металевий.

1. Металевий блиск нагадує блиск поверхні свіжого зламу металів. Його добре видно на не окислених поверхнях зразків. Мінерали, з металевим блиском, непрозорі і більш важкі порівняно з мінералами, що мають неметалевий блиск. Іноді завдяки процесам окислення мінерали, що мають металевий блиск, покриваються матовою кіркою. Всі так звані «блиски» і «колчедани» мають металевий блиск.

Металевий блиск характерний для мінералів, які являються рудами різних металів. Металевий блиск зазвичай спостерігається у самородних елементів, у сірчистих сполук і у деяких окислів. Прикладами мінералів, які мають металевий блиск, можуть служити: золото, сірчаний колчедан, свинцевий блиск.

2. Металовидний блиск – більш тусклий, як у металів, що стали тусклими від часу. Металовидний блиск спостерігається у мінералів, які також є рудами різних металів (залізиста цинкова обманка, бурий залізняк, магнітний залізняк).

Блиск неметалічний

Неметалічний блиск може бути різним.

1. Скляний блиск нагадує блиск поверхні скла. Часто спостерігається у галогенів, оксидів, карбонатів, силікатів. Скляним блиском володіють: кам'яна сіль, гірський кришталь.

2. Алмазний блиск – сильний, іскристий блиск, що нагадує скляний. Приклади: алмаз, сфалерит.

3. Перламутровий блиск, аналогічний блиску перламутру (відливає райдужними кольорами). Спостерігається переважно у мінералів з добре вираженою спайністю, на площинах спайності. Цей блиск часто спостерігається на площинах спайності у кальциту, слюди.

4. Шовковистий блиск – мерехтливий. Він виключно характерний для мінералів, що мають волокнисту і голчасту будову. Приклади: азбест, селеніт (голчастий гіпс).

5. Жирний блиск характеризується тим, що поверхня мінералу як би змазана жиром. Особливо типовий для м'яких мінералів, наприклад для тальку.

6. Восковий блиск – подібний до жирного, але більш слабкий. Прикладом може служити халцедон.

Велика частина мінералів має неметалічний (переважно скляний) блиск. Набагато менше мінералів з металевим блиском. Блиск необхідно спостерігати на свіжому зламі мінералу. При визначенні блиску колір мінералу, не приймається до уваги.

Твердість

Твердість – це опір твердого тіла руйнуванню в поверхневому шарі при силовому впливі на нього. Якщо випробуваний мінерал м'якше, ніж той предмет або мінерал, яким ви дряпаєте по його поверхні, то на ньому залишається слід - подряпина.

Твердість мінералів залежить від характеру сил зчеплення між частинками речовини, що визначається формою кристалічної решітки, тобто взаємним розташуванням частинок. Якщо енергетичний зв'язок між частинками сильніший, тоді і твердість вища. Кристалічні речовини, у яких будова відрізняється в різних напрямах, мають і різну твердість у цих напрямках.

По твердості мінерали можна розділити на чотири групи.

1. М'які мінерали – ніготь залишає на них подряпину (тальк, графіт, гіпс). М'які мінерали легко кришаться нігтем, бруднять руки, ними можна писати.

2. Мінерали середньої твердості – ніготь не залишає на них подряпини; мінерал не залишає подряпини на склі (ангідрит, кальцит, мідний колчедан). Мінерал середньої твердості залишає подряпину на нігті.

3. Тверді мінерали – залишають подряпину на склі, але не залишають її на гірському кришталі (кварц, польові шпати, сірчаний колчедан).

4. Дуже тверді мінерали – залишають подряпину не тільки на склі, а й на гірському кришталі (топаз, корунд, алмаз). Дуже тверді мінерали зустрічаються тільки в групі з неметалічним блиском.

Для визначення твердості мінералу необхідно вибрати чисті ділянки (можуть бути присутніми у невеликій кількості інші мінерали). Після випробування треба стерти порошок з поверхні зразка, тобто роздроблені частки, і переконатися, що на зразку справді залишився слід (подряпина), оскільки порошок міг утворитися з того предмета, яким дряпали мінерал.

Колір. Тверді і дуже тверді мінерали в подальшому діляться за кольором. Колір у мінералів буває найрізноманітніший. Для деяких мінералів колір є постійної ознакою. Так, наприклад, у піриту колір світлий латунно-жовтий, у малахіту - зелений, у азуриту - синій, у золота - золотисто-жовтий і т. д.

Для більшості мінералів ця ознака непостійна. Польові шпати бувають білого, жовтого, червоного, зеленого, темно-сірого кольорів. Кальцит зустрічається безкольоровий, білий, жовтий, зелений, блакитний, фіолетовий, бурий, чорний. Тому не слід визначати мінерали тільки за кольором, завжди потрібне додаткове визначення інших ознак.

Колір мінералу залежить від їх хімічного складу, від наявності сторонніх домішок, від стану атомів і іонів всередині кристалу, від розсіювання променів світла всередині мінералу, від інтерференції і дифракції світлових хвиль.

Забарвлення мінералів визначається в першу чергу їх хімічним складом. Кожен хімічний елемент, що входить до складу мінералів, і кожна хімічна сполука надає їм певне забарвлення. Мінерали, що містять вуглекислі сполуки міді – зеленого або синього кольору (малахіт, азурит). Мінерал корунд в чистому вигляді безбарвний і прозорий, а при наявності домішки Сг₂О₃ має зелений колір (смарагд). Мінерали, що містять закис заліза, пофарбовані в зелений, зелено-жовтий або зелено-бурий колір (хризоліт, зелений хлорит). Мінерали, які вміщують окис заліза, набувають червоний, бурий, червоно-бурий, охряно-жовтий кольори (рожевий кварц, червоний залізняк, бурий залізняк).

Наявність навіть мізерної кількості домішок вистачає, щоб мінерал отримав нове забарвлення. Темний колір деяких різновидів цинкової обманки обумовлений домішкою заліза. Силікати, що містять залізо і магній, чорного або темно-зеленого кольору. Червоний і жовтий кольори агату, польового шпату обумовлені наявністю дрібних лусочок гематиту. Іноді спостерігається забарвлення, що виникає від розсіювання білого світла (благородний опал, діамант, лабрадор).

Для визначення кольору мінералів необхідно отримати свіжий злам. За кольором мінерали поділяються на шість груп:

1) колір білий, сіруватий або мінерал безбарвний;

2) колір жовтий, бурий, коричневий, рожевий, червоний;

3) колір зелений;

4) колір блакитний, синій, фіолетовий;

5) колір темно-сірий, чорний;

6) забарвлення мінералу строкате, багатобарвне, зональне.

Риска мінералів. М'які мінерали і мінерали середньої твердості діляться за кольором риски. Колір порошку у деяких мінералів не відрізняється від кольору самого мінералу, але зустрічаються й такі мінерали, колір порошку яких різко відрізняється від кольору мінералу, і в такому випадку це має важливе значення при визначенні. Наприклад, у мінералу піриту колір-світлий латунно-жовтий, порошок - чорний зі слабким зеленуватим відтінком. Кальцит буває безбарвний, білий, жовтий, зелений, блакитний, синій, фіолетовий, чорний. Порошок у кальциту білий, незалежно від кольору мінералу.

Для одержання порошку мінералу застосовується матова фарфорова пластинка, так званий «бісквіт». Якщо провести мінералом по поверхні бісквіту, мінерал залишає на її поверхні слід (риску).

Більшість твердих мінералів риски не дає, дуже тверді мінерали (усі без винятку) риски не дають. Ці мінерали можуть дряпати бісквіт і створювати уявлення риски. Можна вважати, що мінерал дає риску, якщо вона стирається пальцем.

Бісквіт можна замінити осколком фарфорового посуду знявши з нього наждачним папером або напилком гладкий шар глазурі. У разі відсутності фарфорового посуду досить подряпати мінерал ножем і отримати тонкий порошок.

Для визначення кольору риски необхідно цей порошок розмазати на білому папері. За кольором риски виділяються п'ять груп: 1) риска біла або риски не дає, 2) риска жовта, помаранчева, бура, коричнева, червона, 3) риска блакитна, синя, фіолетова, 4) риска зелена, 5) риска сіра до чорної.

Побіжалість. Деякі мінерали, особливо ті, які містять мідь, на своїй поверхні мають різнокольорову тонку плівку: рожеву, червонувату, жовтувату, блакитну та ін., обумовлену процесами хімічного вивітрювання. Колір цієї плівки відрізняється від кольору самого мінералу. Це явище отримало назву побіжалості. Вона особливо характерна для халькопіриту. У халькопіриту колір латунно-жовтий. На поверхні халькопіриту нерідко в результаті хімічної реакції утворюється плівка райдужного або синього кольору. Побіжалість спостерігається тільки у мінералів з металевим блиском.

Горючість і плавкість мінералів. М'які і середньої твердості мінерали, які мають неметалевий блиск, надалі поділяються на дві групи: на мінерали, які легко плавляться або горять, і на тугоплавкі і негорючі мінерали.

До горючих та легкоплавких мінералів можна віднести сірку самородну. Одні мінерали плавляться і спалахують від сірника, інші - від свічки. При горінні мінералів виділяються гази різного складу, які мають різний запах. Так, наприклад, сірку самородну іноді буває важко відрізнити від бурштину по зовнішнім ознакам. Обидва мінерали характеризуються легкоплавкістю і здатністю горіти. Відрізняються вони за запахом газів, що утворюються при горінні: самородна сірка виділяє запах різкий, задушливий; янтар - приємний, ароматичний.

Якщо з'явиться необхідність досліджувати мінерал на горіння або плавкість, слід відколоти від нього маленький шматочок, затиснути його кінчиком пінцета і ввести в полум'я свічки, спиртівки або газового пальника.

Розчинність мінералів у воді. Мінерали відрізняються різним ступенем розчинності. Деякі з них досить легко розчиняються у воді, такі як кам'яна сіль, сильвін, карналіт, мірабіліт. Більшість мінералів, легко розчиняються у воді, мають смак і за цією ознакою легко відрізняються від інших мінералів. Дещо гірше розчиняються у воді гіпс, ангідрит, кальцит, доломіт, магнезит. Вони не мають смакових якостей. Інші фундаментальні мінерали розчиняються у воді погано або практично не розчиняються у воді. У групі м'яких і середньої твердості мінералів, що володіють неметалевим блиском і мають білу риску, можна виділити мінерали, що відрізняються смаковими якостями (наприклад, кухонна сіль).

Розчинність мінералів в кислотах. Деякі мінерали, що мають у своєму складі вуглекислі солі, під дією соляної кислоти (10 % розчин) виділяють у вигляді бульбашок вуглекислий газ (таку ж дію надає оцтова кислота).

Особливо добре розчиняються в кислотах вуглекислі з'єднання - карбонати: кальцит, доломіт, магнезит, сидерит, малахіт, азурит. За цими ознаками вони легко відрізняються від схожих з ними за зовнішнім виглядом сірчанокислих сполук - сульфатів, які в кислотах розчиняються дуже складно. Деякі мінерали, наприклад кварц, не розчиняються в соляній, азотній, сірчаній кислотах, але розчиняються в плавиковій кислоті. Є мінерали, які взагалі не розчиняються в кислотах. До них відносяться золото, платина та ін.

Після того як проведено поділ на групи по блиску, твердості, по рисці, за кольором і т. д., всередині групи звертається увага на спайність, злам, щільність.

Спайність. Спайність виражається в тому, що в певних напрямках мінерали мають меншу здатність опиратися зовнішньому фізичному впливу – в цьому напрямку вони легше розколюються і дають рівні, гладкі, блискучі поверхні спайності.

Спайність – одна з найцікавіших особливостей кристалічних мінералів: вона обумовлена закономірним розташуванням атомів і іонів всередині кристалів і пояснюється тим, що в просторовій решітці існують плоскі сітки, тяжіння між якими найменше, внаслідок, наприклад, більшої відстані між системами атомів або іонів.

Спайність у різних мінералів виражена в різній степені. Вона може бути:

1) досить досконалою, коли мінерали легко розщеплюються в одному напрямку на рівні пластинки, наприклад, слюда, мар'їно скло;

2) досконалою, коли мінерали розколюються за певними напрямами і дають рівні, блискучі поверхні спайності. Досконала спайність у одних мінералів може бути виражена в одному напрямку, наприклад у топазу, вольфраміту; у інших - у двох напрямках, польові шпати або в трьох напрямках - кам'яна сіль, свинцевий блиск, кальцит. Кут між площинами спайності може бути різний. Всі так звані «шпати» володіють досконалою спайність;

3) спайність відсутня. При ударі мінерал розколюється за невизначеними напрямами і дає нерівні поверхні зламу. Приклади: кварц, пірит.

Необхідно відрізняти від спайності гладку поверхню кристалів. Спайність рекомендується спостерігати на свіжому зламі мінералу. У щільних, землистих, порошковатих і волокнистих мінералів спайність не виявляється. У мінералів зернистої будови спайність спостерігається у кожного зерна окремо.

Злам. При розколі у мінералів виникають поверхні, які визначають так званий злам. Мінерали, які мають спайність, дають рівний злам, наприклад кальцит. Мінерали, позбавлені спайності, мають нерівний злам, наприклад кварц. Злам, схожий на поверхню раковини, отримав назву раковистого. Раковистий злам буває у халцедону. Зернистий злам характерний для піриту та інших мінералів, які мають зернисту будову. У деяких мінералів злам землистий.

Щільність. Щільність у мінералів буває різна і залежить від їх хімічного складу. Мінерали, до складу яких входять такі важкі елементи, як свинець, вольфрам, барій тощо, мають велику щільність (важкі), а мінерали, до складу яких входять легкі елементи, наприклад, алюміній, калій, натрій і т. п., мають невелику щільність (легкі). Найбільш важкими є самородні метали.

При визначенні мінералів за зовнішніми ознаками щільність з великою точністю не визначається. При цьому досить розподілу мінералів на дві групи: легкі і важкі, причому необхідно розрізняти легкі і важкі серед мінералів, які мають металевий блиск і в групі з неметалічним блиском.

Ковкість і крихкість. Ковкі мінерали при ударі молотком сплющуються і закруглюються по краях, в той час як крихкі при ударі розсипаються на дрібні шматки. При дряпанні ножем крихких мінералів утворюється порошок, при дряпанні ковких - порошку не утворюється і на поверхні залишається блискучий слід. Серед мінералів з неметалічним блиском можна виділити крихкі, які легко розсипаються, і в'язкі.

Магнітність. Магнітність мають мінерали, що містять залізо (магнітний залізняк та ін.) Для визначення магнітних мінералів користуються магнітною стрілкою, а в польових умовах роботи - стрілкою компаса. Мінерали, що мають магнітні властивості, при наближені їх до магнітної стрілки притягують останню або відштовхують.

Агрегати. Агрегатами називаються природні скупчення мінералів. Найбільш часто зустрічаються наступні агрегати.

1. Зернисті – зрощені зерна мінералів. Приклади: апатит, пірит.

2. Щільні, коли не можна розрізнити контури окремих зерен навіть у лупу. Приклад: халцедон.

3. Землисті – нагадують зовнішнім виглядом пухкий грунт, легко розтираються між пальцями. Приклад: каолініт.

4. Голчасті, призматичні – кристали мають видовжену форму. Приклади: антимоніт, рогова обманка.

5. Листуваті, пластинчасті, кінчиком ножа легко відокремлюються пластинки. Приклад: слюди.

6. Лускаті – складаються з лусочок, легко відокремлюваних кінчиком ножа. Приклад: слюди.

7. Натічні форми утворюються в результаті виділення мінералів в твердому вигляді з розчину при випаровуванні останнього в порожнинах, печерах. Мають вигляд бурульок (сталактити), бруньок і т. д. Сталактити утворюють часто лимоніт; у вигляді бруньок зустрічаються малахіт, гематит. У деяких натічних форм поверхня блискуча, такі утворення називаються скляними головами.

8. Конкреції характеризуються кулястою, брунькоподібною, лапчастою, витягнутою та іншою формами і мають радіально-променисту будову. Конкреції утворюються в осадових породах. Кристали наростають у вигляді радіально розташованих променів від центру до периферії, що і призводить до утворення конкреції. Конкреції бувають різних розмірів – від кількох міліметрів до 10 м і більше завдовжки, від найдрібнішої до величезних мас – більше 10 кг. У мілководних морських відкладеннях зустрічаються конкреції бокситу, лімоніту, піролюзиту, фосфориту, в озерних відкладеннях - вапняку, у вугленосних товщах - марказиту (за іншими ознаками подібного до піриту).

9. Секреції утворюються в результаті заповнення пустот мінеральною речовиною в гірських породах. Відкладення речовини в цьому випадку йде від периферії до центру. Секреції більших розмірів (більше 10 мм в поперечнику) називаються жеодами. Вони бувають заповненими кристалами гірського кришталю, аметисту, кальциту, халцедону і інших мінералів. Жеоди зазвичай спостерігаються у вивержених магматичних породах, особливо в базальтах, а також в осадових породах.

10. Друзи – великі кристали, прикріплені одним кінцем до загальної основи. Приклад: гірський кришталь. Часто друзи утворюються на стінках пустот гірських порід.

11. Щітка – дрібні кристали, щільно сидять поруч на якій-небудь основі.

12. Ооліти – невеликих розмірів кульки, що мають концентрично–шкаралупувату будову. Вони бувають зцементовані щільною масою або знаходяться в – пухкому стані. Ооліти мають розміри від просяного зерна до горошини. Приклади: бурий залізняк і піролюзит оолітової будови. Ооліти утворюються при осадженні мінералів з розчинів, коли піщинки, скелетні залишки дрібних тварин і т.п. поступово обволікаються мінералами, що виділяються. Оолітові вапняки і доломіти утворюються у прибережній зоні морів. Найчастіше зустрічаються вапнякові та доломітові ооліти, рідше - гіпсові, ангідридні, лімонітові, халцедонові.

13. Дендрити – форми, що виникають при швидкій кристалізації в тонких щілинах або в’язкій речовині (наприклад в глині), нагадують гілочки дерева, внаслідок наростання окремих кристалів один на одного.

Завдання 2. Проаналізуйте форми знаходження мінералів в природі та замалюйте їх зовнішній вигляд.

Завдання 3. Проаналізуйте структуру визначника мінералів та ознайомтеся із методикою визначення мінералів.

ВИЗНАЧНИК МІНЕРАЛІВ

Блиск металевий