Классифакция минералов

Ученые издавна классифицируют известные им минералы. Первоначально их подразделяли только по внешним признакам. Затем стали использовать химический состав и кристаллическую структуру минералов. Выделяются несколько к л а с с о в минералов.

Класс с а м о р д н ы х э л е м е н т о в включает минералы, состоящие из одного химического элемента и существующие в природе в свободном виде. Это, например, самородное золото, серебро, медь, платина, графит, алмаз, сера и др. Они играют незначительную роль в строении верхней оболочки Земли.

Класс с у л ь ф и д о в (лат. "сулфур" - сера) объединяет соединения различных элементов с серой. На сульфиды и их аналоги в земной коре приходится около 13% всех минералов. Среди них имеются важные минералы. Так, галенит (свинцовый блеск) PbS - свинцовая руда, сфалерит (цинковая обманка) ZnS₂ - руда цинка; пирит (серный колчедан) FeS₂ применяется для производства серной кислоты; халькопирит (медный колчедан) CuFeS₂ является одним из главных источников получения меди.

Чем выше природный кларк химического элемента, тем больше минералов, в состав которых входит этот элемент. Так, кислород встречается почти в половине всех известных минералов.

Около 12% минералов включает класс о к с и д о в и г и д р о к и с и д о в. Это - соединения различных элементов с кислородом. К их числу относится, например, кварц, являющийся окислом кремния (SiO₂) и входящий в состав очень многих горных пород. В виде оксидов в недрах находится ряд важнейших рудных минералов. Например, касситерит (оловянный камень) SnO₂ - руда олова, гематит (железный блеск) Fe₂O₃ - важнейшая руда железа и др.

К классу г а л о г е н и д о в (греч. " галс" - соль, "генезис" - происхождение) принадлежат соли хлористо-, фтористо-, бромисто-, йодистоводородных кислот. Минералы этого класса имеют большое практическое значение. Галит (каменная соль) NaCl применяется для получения соляной кислоты, хлора, едкого натра и др.; сильвин KCl - для производства удобрений; флюорит (плавиковый шпат) CaF используется для получения плавиковой кислоты, эмали и глазури, а также в металлургии, оптике и ювелирном деле.

После кислорода второй по распространенности в земной коре химический элемент - кремний. Он содержится более чем в 430 минералах.

Один из важных минеральных классов - с и л и к а т ы (лат. "силициум" - кремний) - кремний-кислородные соединения. Их главным структурным элементом является ионный четырёхвалентный кремнекислородный радикал-тетраэдр [ SiO ₄]^4-. В центре его расположен ион кремния Si ⁴⁺, а в вершинах - четыре иона кислорода O^2- (рис. 4). Тетраэдры соединяются друг с другом по определенным законам: 1) каждый ион кислорода является общим для двух тетраэдров; 2) через ионы кислорода тетраэдры связываются с катионами металлов (образуя "островные" силикаты). Могут быть и комбинации этих двух способов соединения кремнекислородных тетраэдров. Иногда в силикатном тетраэдре четырехвалентные ионы кремния замещаются трехвалентными ионами алюминия Al³⁺. Так образуются алюмосиликаты.

По некоторым подсчетам, силикаты и алюмосиликаты составляют около 25% общего числа минеральных видов в земной коре.

Большое значение имеют такие группы силикатных минералов, как оливины, гранаты, пироксены, амфиболы, слюды, полевые шпаты и др.

Оливин - это магниево-железистый силикат (MgFe)₂[ SiO₄ ], один из главных минералов мантии Земли. Он используется для изготовления огнеупорных кирпичей, в ювелирном деле и других областях.

Гранаты получили свое название по сходству с цветом мякоти плодов граната. Среди них выделяются: магнезиально-железистый глинозёмистый пироп-альмандин, железисто-марганцевый глинозёмистый альмандин-спессартин, известковый гроссуляр-андрадит, а также титанистый и хромовый гранаты. Они применяются в абразивной и строительной промышленности, в приборостроении, электронике, как полудрагоценные камни и т.д.

Пироксены - важные породообразующие минералы - подразделяются на две подгруппы. Ромбические пироксены - это силикаты магния и железа. А к моноклинным пироксенам относится большая группа силикатов кальция, магния, железа и алюминия.

Амфиболы представлены зелеными, бурыми, черными игольчатыми и волокнистыми кристаллами, входящими в состав магматических и метаморфических горных пород.

Слюды - слоистые алюмосиликаты, расщепляющиеся на чрезвычайно тонкие листочки. Обладают высокими диэлектрическими свойствами и термостойкостью. Различают калиевые (мусковит - бесцветная слюда), литиевые (лепидолит) и мегнезиально-железистые (флогопит, биотит) слюды. Они применяются для производства изоляторов и огнестойких строительных материалов.

Наиболее распространены среди силикатов полевые шпаты. Они представляют собой алюмокремниевые соли калия, натрия и кальция. И по химическому составу подразделяются на две подгруппы. К п е р в о й подгруппе относятся калиево-натровые (щелочные) полевые шпаты. Ко в т о р о й - известково (кальциево)-натровые полевые шпаты, или плагиоклазы. Среди калиево-натровых полевых шпатов наиболее распространены минералы ортоклаз и микроклин. Они имеют одну химическую формулу K[AlSi₃O₈ ], но отличаются различным строением кристаллов. Ортоклаз (греч. " ортос" - прямой, "клязис" - разлом) при ударе раскалывается по параллельным плоскостям под углом 90°. У микроклина (греч. " микрос" - малый, "клино" - наклоняю) угол между плоскостями раскола (спайности) меньше прямого.

Плагиоклазы (греч. " плягиос" - косой, "клясис" - разлом) представляют собой двойной ряд химических изоморфных смесей (100) Na[AlSi₂O₃]+Ca[Al₂Si₂O₈ ]. Крайними членами этого ряда являются минералы альбит Na[AlSi₃O₈ ] и анортит Ca[Al₂Si₂O₈ ]. Угол между плоскостями спайности у плагиоклазов составляют 86-87°.

Полевые шпаты имеют большое практическое значение. Так, ортоклаз и микроклин - ценное керамическое сырье. Плагиоклазы используются в качестве облицовочного камня (лабрадориты) и в ювелирном деле (лунный и солнечный камни), в стекольной, абразивной и электротехнической промышленности.

Важную роль играют такие классы минералов, как фосфаты, карбонаты, сульфаты и др.

Ф о с ф а т ы - это соли фосфорной кислоты. Наиболее распространен среди них минерал апатит Ca₅[PO₄]₃(F,Cl). Он применяется для производства фосфора, фосфорной кислоты, искусственных удобрений.

К а р б о н а т ы являются солями угольной кислоты. Главные их минералы кальцит CaCO₃, доломит CaMg[CO₃]₂, сидерит FeCO ₃, магнезит МgCO₃ и др. Кальцит (известковый шпат) применяется в оптической и химической промышленности, строительстве и других областях. Доломит используется в качестве строительного камня, огнеупорного материала, в химической промышленности. Сидерит (железный шпат) является рудой железа. Магнезит (магнезиальный шпат) применяется для изготовления огнеупорных кирпичей, в абразивной промышленности, строительстве, электротехнике.

К с у л ь ф а т а м - солям серной кислоты - относятся гипс CaSO₄·2Н₂O, ангидрит CaSO ₄, мирабилит (глауберова соль) Na₂SO₄ ·10H₂O, барит BaSO₄. Гипс используется в медицине, строительстве, цементной и бумажной промышленности. Ангидрит (безводный сульфат кальция) является сырьем цементной промышленности. Мирабилит применяется для изготовления соды, вмедицине, стекольной и красочной промышленности. Барит (тяжелый шпат) используется в качестве утяжелителя глинистого раствора при бурении глубоких скважин, в медицине, химической, резиновой и бумажной промышленности.

Горные породы

Минералы вступают в различные сочетания друг с другом, образуя г о р н ы е п о р о д ы. Последние по своему происхождению подразделяются на три группы: магматические, осадочные и метаморфические породы.

М а г м а т и ч е с к и е горные породы образуются в процессе остывания расплавленных магм, поднимающихся из глубинных недр Земли к ее поверхности. Породы называются глубинными, или интрузивными (лат. " интрузио" - внедрение), если магма застыла на глубине. А если на земной поверхности, - то излившимися, или эффузивными (лат. " эффузио" - излияние).

Магматические породы состоят преимущественно из силикатов и алюмосиликатов. Наиболее важными их компонентами являются оксиды кремния SiO₂ (кремнезем) и алюминия Al₂O₃ (глинозем). По содержанию кремнезема магматические породы подразделяются на у л ь т р а о с н о в н ы е, о с н о в н ы е, с р е д н и е и к и с л ы е (табл. 2).

Таблица 2