Изучение основных породообразующих минералов

Лабораторная работа

Целью работы является обучение студентов диагностике минералов по их внешнему виду и физическим свойствам.

Оборудование: раздаточные коллекции образцов минералов, фарфоровые и стеклянные пластинки, 10% раствор соляной кислоты (НСI), шкала Мооса.

Задание: описать физические свойства минералов раздаточной коллекции и с помощью определителя найти их название.

Общие сведения о минералах. Минералы – это природные тела, имеющие определенный химический состав, физическую форму, образующиеся в результате физико-химических процессов в земной коре. Всего в Земле находится около 7000 минералов, породообразующих – около 100 [1]. Минералы находятся в природе обычно в виде кристаллов различной формы и размеров, реже – в виде сплошных масс аморфного сложения. Под кристаллом понимают твердое тело, в котором элементарные частицы (атомы, ионы, молекулы) расположены закономерно и которые обладают способностью самоограняться.

Почти все кристаллические минералы при благоприятных условиях их роста образуются в виде более или менее четко оформленных многогранников с плоскими гранями, пересекающимися по прямым линиям – ребрам. Аморфность минералов обусловливается беспорядочным расположением молекул и атомов. Вследствие этого аморфные минералы не всегда обладают способностью самоограняться и, следовательно, в процессе своего образования не принимают правильных геометрических форм. В подавляющем большинстве случаев аморфные минералы представлены стекловатыми или землистыми массами.

Каждый минерал обладает более или менее постоянным химическим составом и определенным внутренним строением. Эти две важные особенности обусловливают довольно постоянные индивидуальные внешние, так называемые физические свойства минералов, по которым эти минералы различают.

Классификация минералов по химическому составу. По химическому составу все минералы подразделяются на 10 классов.

1) Силикаты. Класс минералов, включающий в себя до 800 разных минералов (полевые шпаты, ортоклаз, микроклин, слюды, тальк, каолинит и др.).

2) Карбонаты. Класс минералов, включающий в себя до 80 разных минералов (кальцит, доломит, магнезит и др.). Отличительная особенность – реакция с соляной кислотой с выделением СО . Карбонаты растворяются в воде и вызывают развитие опасных геологических процессов.

3) Оксиды. Самый распространённый минерал и устойчивый это класса - кварц (12,6% массы земной коры), который входит в состав почти всех горных пород.

4) Гидрооксиды - к ним относятся такие минералы, как лимонит, магнетит и др.

5) Сульфиды - это соли сероводородной кислоты. В природе их насчитывается около 200 видов минералов, например, пирит, который в зоне выветривания разрушается и таким образом отрицательно влияет на качество природных строительных материалов.

6) Сульфаты – это соли серной кислоты. В природе их насчитывается около 260 видов, например, гипс, ангидрит, мирабилит. Их особенность – растворимость в воде, что является причиной развития, как и в карбонатах, опасного геологического процесса – карста.

7) Галоиды – соли галоидно-водородных кислот. Этих минералов в природе насчитывается около 100 видов, например, галит, флюорит, сильвинит. Многие из них растворимы в воде.

8) Фосфаты – соли фосфорных кислот. Их около 350 видов, например, апатит, фосфорит, вивианит.

9) Вольфраматы – соли вольфрамовой кислоты (вольфрамовые руды, вольфрамит). Многие сплавы вольфраматов обладают высокой твердостью, например, победит, используемый при бурении скважин.

10) Самородные элементы – их около 50 видов минералов (алмаз, графит, сера, золото, серебро и др.).

Основные физические свойства породообразующих минералов. Для определения породообразующих минералов существует наиболее простой способ определения их по физическим свойствам. К ним относятся форма, цвет, прозрачность, блеск, твёрдость, спайность, излом, специфические свойства (плотность, запах, магнитность, радиоактивность, ирризация, цвет черты, вкус, реакция с соляной кислотой). Ниже приводится их краткая характеристика.

1) Внешняя форма кристаллов минералов определяется при осмотре образца минерала по боковым граням. Различают следующие формы кристаллов: куб (галит, пирит), ромбоэдр (кальцит, доломит), шестигранная призма (кварц), восьмигранная призма (оливин), столбик игольчатой формы (роговая обманка, кварц), призматическая пластинка и столбик (гипс), таблитчатая, листовая (хлорит, слюда) и др.

2) Цвет у некоторых минералов строго постоянный, например, глауконит, малахит зеленый, альбит – белый. Все минералы по цвету условно можно разделить на светлые и темные. Однако существует множество минералов цвет, которых меняется в зависимости от наличия примесей в них. Некоторые минералы изменяют свою окраску в зависимости от изменения угла попадания света на него. Такое свойство минералов называется ирризацией, например, оно присуще лабрадору.

3) Прозрачность – это способность минералов пропускать сквозь себя свет. Все минералы разделяют на прозрачные (кварц, мусковит), непрозрачные (магнетит, пирит), полупрозрачные (гипс, халцедон).

4) Блеск – это способность минералов отражать или преломлять свет своей поверхностью. Все минералы разделяют на минералы с металлическим блеском (магнетит, пирит), полуметаллическим блеском (лимонит), неметаллическим блеском. Минералы с неметаллическим блеском подразделяют на виды блеска: стеклянный (гипс, кальцит), жирный (тальк), перламутровый (слюда), алмазный (алмаз), матовый, шелковистый (роговая обманка).

5) Спайность – это способность кристаллических минералов раскалываться или расщепляться по строго определённым направлениям, образуя при этом гладкие часто зеркальные поверхности. Различают весьма совершенную спайность, совершенную, несовершенную, весьма несовершенную.

6) Излом– это вид поверхности, образующейся при раскалывании минерала перпендикулярно поверхностям спайности. Различают излом ровный, неровный, землистый, зернистый, игольчатый, занозистый, раковистый, пластинчатый, таблитчатый и др.

7) Плотность минералов находится в пределах 0,6…21 г/см3.

По плотности минералы можно разделить на минералы с малой плотностью - до 2,5 (гипс), средней - 2,5…4 (кварц, слюда), высокой - больше 4 (барит, рудные минералы).

8) Твёрдость – это способность минералов сопротивляться внешним физическим воздействиям в геологии, в частности - царапанью. Относительную твердость минералов определяют по шкале твердости Мооса. В этой шкале за эталон приняты десять минералов с постоянной твердостью. Каждый последующий минерал этой шкалы царапает предыдущий. Черта, полученная при этом, не стирается и остается в виде царапины. Более мягкие минералы оставляют на твердых минералах черту в виде порошка, которая легко стирается. Шкала Мооса представлена в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Шкала Мооса

Относительную твердость минералов можно определить используя бытовую шкалу твердости. Минералы твердости 1 пишут на бумаге, не царапая ее, твердость ногтя – 2,5; медной монеты – 3…3,5; оконного стекла – 5; стального ножа – 6; напильника 7.

9) Цвет черты. Иногда цвет минерала в куске отличается от цвета порошка этого же минерала. Например, гематит (железная руда) темно-серого или черного цвета дает кроваво-красную черту – благодаря именно этой особенности он и получил название.

10) Реакция с соленой кислотой под действием ее 10% раствора. «Вскипание» свидетельствует о наличии карбонатных солей. Кальцит «вскипает» бурно, доломит и магнезит реагирует интенсивно, будучи размельченными в порошок.

11) Вкус – вкусовые свойства: соленость, горьковатость – характерны для минералов, хорошо растворимых в воде (галит NaCl, сильвин КСІ);

12) Запах – запахом обладают фосфаты и сульфиды при трении минералов друг о друга.

Минералы могут обладать и рядом других физических свойств: хрупкостью, плавкостью, магнитностью и др.

Порядок выполнения работы. Рекомендуется следующий порядок выполнения работы:

1) Устанавливается облик кристалла, характер его граней.

2) По визуально выраженным признакам в данных образцах отмечаются цвет, цвет черты, излом, спайность и блеск.

3) Определяется твердость минералов с использованием, первоначально, бытовой шкалы твердости. Дальнейшие определения твердости ведутся с помощью эталонных минералов. Минералы средней твердости проверяются на реакцию с 10% раствором соляной кислоты НСl, капая на минерал не более одной – двух капель реактива.

4) Другие признаки минерала определяются по следующей форме: определяется принадлежность минерала к классу или группе, определяется его название, записывается химическая формула, его происхождение, отмечается степень устойчивости к выветриванию и растворимости, приводятся диагностические признаки, перечисляются породы, в состав которых данный минерал входит как обязательный.

5) Полученные данные вносятся в таблицу 1.1.

6) Проверяется правильность определений у преподавателя.

7) Формируется отчет по лабораторной работе.

Таблица 1.1 – Характеристика породообразующих минералов

Контрольные вопросы

1) Что называет минералом?

2) Чем отличается кварц от ортоклаза?

3) Назовите минералы; мягкие: средней твердости и твердые.

4) Как отличить кальцит от доломита?

5) К какому классу относится большинство минералов магматического происхождения?

6) Как отличить гипс от ангидрита?

7) Чем отличается лабрадор от роговой обманки?

8) Назовите минералы с весьма совершенной спайностью.