Какими свойствами обладают минералы?

Важнейшими характеристиками минералов, как уже было сказано, являются их кристаллическая структура и химический состав. Все остальные свойства минералов вытекают из них или с ними взаимосвязаны. Основные свойства минералов, являющиеся диагностическими признаками и позволяющие их определять, следующие:

Облик кристаллов и форма граней - обусловлены в первую очередь строением кристаллической решётки.
Твердость - определяется по шкале Мооса.
Блеск - световой эффект, вызываемый отражением части светового потока, падающего на минерал. Зависит от отражательной способности минерала.
Спайность - способность минерала раскалываться по определенным кристаллографическим направлениям с образованием ровных зеркальных поверзностей.
Излом - специфика поверхности минерала на свежем не спайном сколе.
Цвет - признак, с определённостью характеризующий одни минералы (зелёный малахит, синий лазурит, красная киноварь), и очень обманчивый у ряда других минералов, окраска которых может варьировать в широком диапазоне в зависимости от наличия примесей элементов-хромофоров либо специфических дефектов в кристаллической структуре (флюориты, кварцы, турмалины).
Цвет черты - цвет минерала в тонком порошке, обычно определяемый царапанием по шершавой поверхности фарфорового бисквита.
Магнитность - зависит от содержания, главным образом, двухвалентного железа, обнаруживается при помощи обычного магнита.
Побежалость - тонкая цветная или разноцветная плёнка, которая образуется на выветрелой поверхности некоторых минералов за счёт окисления.
Хрупкость - прочность минеральных зёрен (кристаллов), обнаруживающаяся при механическом раскалывании. Хрупкость иногда увязывают или путают с твёрдостью, что неверно. Иные очень твёрдые минералы могут с лёгкостью раскалываться, т.е. быть хрупкими (например, алмаз).

Далее рассмотрим некоторые свойства более подробно:

Симметрия кристаллов – наиболее общая закономерность, связанная со строением и свойствами кристаллического вещества. Она является одним из обобщающих фундаментальных понятий физики и естествознания в целом. Симметричным является такой объект, который может быть совмещён сам с собой определёнными преобразованиями: поворотами вокруг осей симметрии или отражениями в плоскостях симметрии. Внутренняя атомная структура кристаллов — трёхмерно-периодическая, т. е. она описывается как кристаллическая решетка. Симметрия внешней формы (огранки) кристалла определяется симметрией его внутреннего атомного строения, которая обусловливает также и симметрию (или анизотропию) физических свойств кристалла.

Схематичное изображение элементарной ячейки:
А - гексагональной, B - кубической.
Симметрии кристаллов: 1 - кубическая,
2 - тетрагональная и тригональная, 3 - гексагональная,
4 - триклинная, 5 - моноклинная, 6 - ромбическая.

Сингония. В кристаллографии кристаллы объединяются в 7 систем (сингоний). Последние называются также кристаллографическими классами. Сингония минерала определяется исходя из симметрии формы элементарной ячейки минерального вещества, и поэтому этот термин может применяться не только для хорошо оформленных кристаллов, но и для аморфных агрегатов и сплошных кристаллических масс, так как кристаллическая структура всё равно сохраняется на микроуровне. Различают сингонии: кубическую, тетрагональную, гексагональную, тригональную, ромбическую, моноклинную и триклинную. Принадлежность кристалла к той или иной группе симметрии и сингонии определяется измерениями углов между гранями (как раньше) или (и) методом рентгеноструктурного анализа.
Элементарную ячейку кристаллического вещества можно представить себе как составной элемент - "кирпичик", из которого строится практически любое минеральное вещество, путём бесконечного воспроизведения в трёхмерном пространстве. Как через трёхмерный объект, через ячейку можно провести три оси координат.
Кубическая сингония. Наиболее высокая симметрия. Все оси имеют одинаковую длину и располагаются перпендикулярно. Типичные формы кристаллов изометричные - куб, октаэдр, более сложные комбинации форм. Минералы - алмаз, пирит, гранат, галенит, шпинель, флюорит, самородные медь, серебро и золото.
Тетрагональная сингония. Три оси ячейки расположены перпендикулярно друг к другу, две имеют одинаковую длину и лежат в одной плоскости, третья - длиннее или короче. Типичные формы кристаллов - четырёхгранные призмы, пирамиды, двенадцатигранные призмы и двойные пирамиды. Кристаллы часто вытянуты вдоль одной оси. Минералы: халькопирит, рутил, циркон, касситерит, шеелит.
Гексагональная и тригональная. В последнее время их часто объединяют в один класс симметрии, так как считается, что тригональная является частным, более упрощённым случаем гексагональной. Такие фигуры разбивают по 4ём осям, три из которых расположены в одной плоскости, имеют равную длину и пересекаются под углом 120° четвёртая ось расположена перпендикулярно. Типичные формы кристаллов - шестигранные призмы и пирамиды, трёхгранные призмы и пирамиды, ромбоэдры. Минералы: аквамарин, берилл, рубин, сапфир, турмалин, сердолик, кварц, корунд, гематит, кальцит, доломит.
Ромбическая сингония. Три оси разной длины расположены перпендикулярно друг другу. Типичные формы кристаллов: ромбические призмы и пирамиды, двойные пирамиды. Минералы: александрит, ангидрит, топаз, арагонит, сера, ставролит, силлиманит.
Моноклинная. Из трёх осей различной длины две пересекаются под прямым углом, третья расположена наклонно по отношению к ним. Типичные формы кристаллов: пинакоид и призмы с наклонными торцевыми поверхностями. Минералы: роговые обманки, слюды, эпидот, тальк, многие цеолиты, азурит, диопсид, малахит, гипс, эпидот.
Триклинная сингония. Самая несимметричная группа. Все три оси имеют различную длину и наклонены друг к другу под углами, отличными от прямого. Типичные формы - призмы. Минералы: плагиоклазы, бирюза, микроклин, кианит, родонит.

Существуют минералы, у которых не наблюдается упорядоченного строения кристаллической решётки. Такие минералы не образуют кристаллов и называются аморфными. Это опал, стекло, янтарь.

Кристаллографические оси, по которым определяется симметрия кристалла.
Формы кристаллов, характерные для минералов различных сингоний.

Твёрдость. Это свойство поверхности минерала оказывать сопротивление механическому царапанию. Твёрдость является анизотропным свойством. Это значит, что различные грани кристалла не равны по твёрдости, так как соответствуют разным по строению плоскостям кристаллической решётки, грани некоторых кристаллов по-разному царапаются в разных направлениях. Обычно эти различия в твёрдости не очень заметны, зачастую они имеют значение только для шлифовальщиков. Однако для некоторых минералов анизотропность твёрдости имеет диагностическое значение - например кристалл кианита можно легко поцарапать ногтем в продольном направлении, а в поперечном он едва ли поцарапается стальным иглой. Различают шкалы твёрдости относительные и абсолютные. Если построить схематический график относительной шкалы твёрдости (шкалы Мооса), расположив минералы по оси Х от талька до алмаза, график будет выглядеть в виде прямой линии (твёрдость возрастает линейно от 1 до 10). Построив шкалу абсолютной твёрдости (твёрдость по методу шлифования), увидим, что график выглядит как ветвь параболы, минимальное значение которой соответствует тальку, а на алмазе твёрдость будет стремиться к бесконечности. Поэтому относительная шкала является наименее точной, хотя её используют повсеместно до сих пор - она удобна и практична в применении. Относительную твёрдость минерала по шкале Мооса можно определять и в полевых условиях простейшими средствами.

По-другому твердость по шкале Мооса называется склерометрической твёрдостью. Она определяется методом царапания, и была введена более 150 лет назад венским минералогом Моосом. Он разработал сравнительную шкалу (шкалу твёрдости Мооса), расположив 10 минералов в порядке возрастания их твёрдости. Минералы с большим номером твёрдости могут поцарапать любой минерал с меньшим номером. Минералы с одинаковой степенью твёрдости не оставляют друг на друге следов. Все известные в настоящее время минералы соотнесены со шкалой Мооса. Не стоит забывать о том, что при определении твердости всегда следует испытывать свежую поверхность минерала. Важно помнить, что скрытокристаллические, тонкопористые и порошковатые разности минералов обладают ложными малыми твёрдостями. Например, гематит в кристаллах имеет твердость 6, а в виде красной охры меньше 4, что говорит о, практически, отсутствии сцепления в порошковатой массе гематита. В целом главная масса природных соединений обладает твердостью от 2 до 6. Более твердые минералы, как правило, принадлежат к окислам и некоторым (чаще всего островным) силикатам.

Драгоценные камни со склерометрической твёрдостью 1-2 считаются мягкими, камни с твёрдостью 3-5 считаются среднетвёрдыми, минералы с твёрдостью от 6 считаются твёрдыми. Камни с твёрдостью ниже 7 подвержены утрате блеска полировки из-за присутствия в воздухе пыли, неизбежно содержащей частички кварца (твёрдость 7), которые царапают поверхность. Поэтому камни с твёрдостью ниже 7 со временем становятся матовыми. Они нуждаются в особом уходе и осторожности при носке и хранении. Обычно склерометрическая твёрдость определяется при помощи стальной иглы, кусочка стекла и набора эталонных минералов. Например, если минерал царапается иглой так же легко, как и кальцит, ему присваивается твёрдость 3. Если труднее, чем кальцит, но легче, чем флюорит, твёрдость будет присвоена 3,5. Если минерал не царапается иглой, следует с усилием провести им по стеклу. Если он царапает стекло легче кварца, надо сравнить с топазом и т.д. Определяя твердость минерала лучше всего начинать со стекла, так как его значение твердости приходится примерно на середину шкалы.