Методика выполнения лабораторной работы

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 13Следующая ⇒

Внимательное изучение, горных пород, слагающих поверхность Земли показывает, что они состоят из различных, однородных по своему составу частиц вещества – минералов.

Минералы – это природные, физически и химически индивидуализированные тела, возникающие в земной коре в результате физико-химических процессов без какого-либо, специального вмешательства человека в эти процессы».

В настоящее время известно более 2000 минералов (учитывая разновидности, около 7000 названий). Подавляющая их часть – твердые, тела, часть – жидкие и газообразные. Среди них лишь несколько десятков минералов пользуются широким распространением, остальные встречаются редко. Общее число имеющихся в природных условиях минеральных видов вряд ли превысит 3000. Ограничение в числе видов обусловливается характером распределения химических элементов и медленностью течения процессов, ведущих к изменению внешних условий.

Минералогия, наука о минералах, рассматривает, химический состав минералов, особенности их структуры физические свойства, условия залегания, взаимосвязи и происхождение.

Различия во внешнем виде физических свойствах позволяют определять многие распространенные минералы макроскопически, то есть по их внешнему облику. Важнейшими признаками минералов в этом смысле являются удельный вес (плотность), твердость, цвет, цвет черты, блеск, спайность, излом и некоторые другие их свойства.

Удельный вес минералов обычно колеблется в пределах от 2 до 10, хотя встречаются минералы и с меньшей плотностью, чем 2 (асфальт), и с большей, чем 10 (серебро, золото). Удельный вес наиболее распространенных минералов и горных пород колеблется в пределах от 2,5 до 3,5.

Твердость. Под твердостью понимают сопротивление, которое оказывает данное вещество проникновению в него более прочного вещества. Для определения величины этого сопротивления или противодействия предложены различные способы – царапания, статического вдавливания, ударной пробы, шлифования, затухающих колебаний, сверления и др. В геологической практике широкое распространение получил метод, предложенный Ф. Моосом (1773—1839) и заключающийся в том, что испытываемый минерал сравнивается с некоторыми эталонными образцами путем царапания: минерал считается более твердым, чем другой, если этот последний царапается первым, т. е. если при проведении острым углом первого минерала по грани второго на втором остается царапина. Ф. Моос предложил список из распространенных минералов, которые расположены в порядке возрастания твердости и составляют шкалу твердости Мооса (таблица 2). Цифры, выражающие твердость в этой шкале, носят лишь относительный характер. Проф. Г.Б. Бокий в 1932 г. попытался определить твердость в сравнимых между собой единицах, применив метод Мартенса: под твердостью понималась нагрузка, в граммах, вызывающая царапину шириной в 0,01 мм. Еще ранее, в 1896 г., Ф. Ауэрбах определял значение твердости, вдавливая шар с радиусом в 1 см в грань кристалла, параллельную плоскости спайности; полученные абсолютные значения твердости выражались в кг/см².

В таблице 2 приведена шкала Мооса и соответствующие каждому минералу цифры, характеризующие значение твердости по Г. Б. Бокию и Ф. Ауэрбаху. Шкала Мооса практически очень удобна и помогает распознавать минералы при макроскопическом исследовании.

Таблица 3 Твердость минералов

Шкала твердости Ф.Мооса		Твердость по
Шкала твердости Ф.Мооса		Г. Б. Бокию (г)	Ф. Ауэрбаху (кг/см²)
Тальк	1	0,25	500
Гипс	2	0,50	1400
Кальцит	3	1,5	9200
Флюорит	4	8,0	1100
Апатит	5	8,0	23700
Ортоклаз	6	20,0	27400
Кварц	7	32,5	30800
Топаз	8	39,0	52500
Корунд	9	48,0	115000
Алмаз	10	?	?

Цвет. Окраска минералов чрезвычайно разнообразна; встречаются все, различаемые глазом цвета и их оттенки. Известны белые минералы (молочный кварц, каолинит), желтые (сера, янтарь), зеленые (малахит), синие (лазурит), красные (рубин, киноварь), фиолетовые (флюорит, аметист), золотистые (пирит), черные (графит, антрацит) и т. д. с множеством оттенков и сочетаний. Причина окраски минералов в тот или иной цвет еще далеко не всегда выяснена.

Нередко минералы в мелкораздробленном состоянии имеют иной цвет, чем в куске. Так, например, пирит в куске – золотисто-желтый, в порошке – черный. Для распознавания минералов имеет иногда значение различие в цвете самого минерала и черты, которые он оставляет на белой фарфоровой шероховатой пластинке, для чего достаточно провести по пластинке острым концом минерала. Так, золотисто-желтый пирит оставляет черную черту, бурый лимонит – желтую, черный гематит – красную черту.

Блеск. Различают следующие разновидности блеска: металлический, стеклянный, алмазный, жирный, шелковистый, перламутровый, матовый и др.

Спайность. Многие минералы обладают способностью легко раскалываться по некоторым, строго ориентированным направлениям, зависящим от особенностей кристаллической решетки. Так, галит (каменная соль) раскалывается вдоль граней куба, слюда расслаивается на тончайшие листочки по направлению, перпендикулярному к единственной двойной оси симметрии ее пластинчатых кристаллов, и т. д. Это свойство минералов именуется спайностью. Обычно различается пять степеней совершенства спайности (А. К. Болдырев, 1934).

1. Весьма совершенная спайность. Кристалл может делиться на тончайшие листочки (слюда, гипс, графит).

2. Совершенная спайность. При ударе молотком по кристаллу очень трудно получить неровный излом (кальцит).

3. Средняя спайность. На кусках минералов отчетливо наблюдаются как плоскости спайности, так и неровные изломы (полевой шпат, авгит, роговая обманка).

4. Несовершенная спайность. Плоскостей спайности почти не видно, излом кусков неровный (апатит).

5. Весьма несовершенная спайность. Спайность практически не наблюдается, излом обычно раковистый (кварц).

Наличие или отсутствие спайности всецело зависит от строения кристаллической решетки данного минерала и взаимосвязей между частицами, слагающими эту решетку.

Излом. Если минерал раскалывается не по плоскостям спайности, а по случайным направлениям, то поверхность раскола приобретает в каждом данном случае свой, особый характер, так называемый излом. Излом может быть раковистым, занозистым, крючковатым, землистым и др.

Другие свойства. Минералы можно различать также по степени прозрачности, магнитным свойствам, температуре плавления, явлениям флуоресценции, оптическим свойствам, ковкости, хрупкости, электрическим свойствам и т. п.

Форма проявления минералов. Минералы встречаются в природе в самых различных формах: в виде хорошо выраженных более или менее крупных кристаллов или сплошного скопления многочисленных мелких кристалликов, в форме сплошных масс сферокристаллического или аморфного сложения, в виде почковидных натеков, желваков, конкреций, стяжений с радиально-лучистой или скорлуповатой структурой, в виде корочек и налетов, в виде землистых масс, в виде щеток и друз, выполняющих пустоты – жеоды, секреции, в форме сталактитов и сталагмитов, в форме мелких, рассеянных в породе зерен, в роли вещества, заполняющего полости раковин или замещающего вещество раковины или других минералов и т. д.

Химическая классификация минералов. Огромное множество минералов естественно распадается на ряд групп. Можно предложить классификацию минералов по признакам единства происхождения (генетическая классификация), географического размещения (географическая классификация), пространственного распределения (геохимическая классификация), структурных особенностей, практического использования и т. п. В дальнейшем изложении будем пользоваться химической классификацией, которая в деталях разработана В. И. Вернадским (1906, 1910), Дж. Д. Дана (1920), А. Г. Бетехтиным (1950) и многими другими.

В соответствия с принципиальными основами этой классификации разделим минералы на следующие группы:

1. Самородные элементы;

2. Сульфиды (сернистые соединения);

Галоидные соединения;

4. Карбонаты (соли угольной кислоты);

5. Сульфаты (соли серной кислоты);

6. Фосфаты (соли фосфорных кислот);

Оксиды;

8. Силикаты (соли кремневых кислот);

Органические соединения.

Рассматриваются следующие минералы:

Самородные элементы

Золото Аu

Платина Pt

Алмаз С

Графит С

Сера S

Сульфиды

Галенит PbS

Пирит FeS₂

Сфалерит ZnS

Киноварь HgS

Галоидные соединения

Галит NaCl

Сильвин КСI

Флюорит CaF₂

Карбонаты

Кальцит СаСO₃

Доломит CaMg(CO₃)₂

Сидерит FeCO₃

Сульфаты

Ангидрит CaSO₄

Барит BaSO₄

Гипс CaSO₄·2H₂O

Мирабилит Na₂SO₄·10H2O

Фосфаты

Апатит Ca₆(F, СI) · (РO₄)₃

Фосфорит Ca₅F(PO₄)₃

Оксиды

Кварц SiO₂

Опал SiO₂·nH₂O

Корунд АI₂O₃

Боксит АI₂O₃·2Н₂O

Гематит Fe₂O₃

Магнетит FeO·Fe₂O₃

Лимонит 2 Fe₂O₃·nH₂O

Пиролюзит МnO₂

Силикаты

Оливин (Mg, Fe)₂·SiO₄

Авгит Са (Mg, Fe, AI) [(Si, AI)₂O₆]

Роговая обманка (Са, Na)₂ (Mg, Fe, AI, Fe)₅ [(Si, AI)₄O₁₁]₂(OH)₂

Мусковит KAI₂(OH)₂ ·[AISi₃O₁₀]

Биотит K(Mg, Fe)₃· [OH, F]₂· [AISi₃O₁₀]

Тальк Mg₃(OH₂[Si₄O₁₀]

Каолинит AI₄(OH)₈·Si₄O₁₀]

Серпентин Mg₆(OH)₈ [Si₄O₁₀]

Хлорит (Fe, Mg)₅AI[OH]₈[AISi₃O₁₀]

Глауконит K(Fe, AI, Mg)₃·(OH)₂[AISi₃O₁₀] ·nH₂O.

Плагиоклазы Na[AISi₃O₈] Ca[AI₂Si₃O₈]

Ортоклаз K[AISi₃O₈]

Микроклин K·[AISi₃O₈]

Лейцит K[AISi₂O₆]

Нефелин Na[AISiO₄]

Органические соединения

Асфальт

Озокерит

Янтарь С₁₀Н₁₆О

О происхождении минералов. Минералы формируются под воздействием самых разнообразных процессов, протекающих в толще земной коры и на ее поверхности. По источнику энергии, за счет которой они происходили, их можно разделить на две главные генетические группы:

1) Эндогенные («изнутри рожденные»), образующиеся внутри земной коры, при высоких давлениях и высокой температуре, из магмы или при ее воздействии на окружающие породы.

Магма представляет собой сложный природный высокотемпературный, насыщенный газами силикатный расплав, возникающий в виде отдельных очагов в глубоких зонах Земли при изменении физико-химической обстановки (давления, температуры и т. п.). Магма, излившаяся на поверхность, называется лавой.

2) Экзогенные («извне рожденные»), образующиеся при процессах, протекающих на поверхности Земли за счет внешних факторов, при низких температурах и давлениях, в условиях взаимодействия физических и химических агентов – атмосферы, гидросферы и биосферы.

Минеральные массы как эндогенного, так и экзогенного происхождения при изменившихся внешних условиях претерпевают разнообразные изменения.

Различают следующие типы генезиса минералов:

1. Магматический. Минералы образуются из магмы при медленном ее остывании и кристаллизации па больших глубинах в земной коре или при излиянии и застывании ее на поверхности. Таким путем образуются главнейшие породообразующие минералы – силикаты, кварц, а также многие рудные минералы.

2. Метаморфический. Минералы образуются в результате воздействия на твердые горные породы таких факторов, как высокая температура, высокое давление, газы и пары воды. Различают минералы контактного метаморфизма, т. е. минералы, образующиеся при изменении горных пород в зоне непосредственного контакта с магмой; в первой сталии процесса эти минералы оказываются результатом исключительно теплового воздействия. По мере застывания магмы из нее начинают выделяться газообразные компоненты – соединения различных металлов, которые в свою очередь образуют в контактных зонах ряд минералов; часто они имеют большое практическое значение. Примером могут служить ценнейшие месторождения железных руд, преимущественно магнитного железняка, на Урале.

При взаимодействии газовых компонентов с горными породами наблюдается явлением метасоматоза – т. е. процесс замещения одних минералов и горных пород другими.

3. Гидротермальный. Минералы образуются из восходящих горячих водных растворов, которые возникают в результате сжижения паров воды и газов, выделяющихся из магмы при ее остывании и кристаллизации в глубине. Горячие водные растворы при проникновении в трещины
земной коры оказываются в условиях более пониженной температуры и давления, вследствие чего из них выпадают минералы. Так образовались в земной коре многие гидротермальные жилы, сложенные обычно кварцем, кальцитом, флюоритом.

4. Пневматолитовый (дуновение). Минералы образуются на глубине при последних стадиях кристаллизации магмы, когда из нее выделяются пары воды, частью диссоциированные на ионы Н' и ОН', и газы HF, НО, H₂S и летучие соединения В, Р, S и С, поднимающиеся по трещинам в земной коре. В этом случае при участии газообразных компонентов образуются некоторые типичные минералы (оловянный камень).

К явлениям пневматолитового минералообразования можно также отнести образование минералов из летучих соединений некоторых вулканов – самородная сера, минералы бора и др., являющиеся не чем иным, как продуктами возгона (сублимации).

5. Гипергенный. Минералы образуются вблизи или на поверхности Земли в результате сложных процессов, обусловленных взаимодействием гидросферы, атмосферы, биосферы и литосферы. Здесь можно выделить несколько типов минералообразования:

а) образование минералов при процессах выветривания, когда под влиянием колебаний температуры, воды, воздействия углекислоты, кислорода прежде созданные минералы и горные породы разрушаются и за счет их образуются новые. Примером является образование каолина за счет полевых шпатов и лимонита в зонах окисления других железистых соединений (сульфидов, карбонатов, окислов).

б) образование минералов в морях, озерах и болотах. В морские, озерные водоемы и болота привносится поверхностными водотоками большое количество разнообразных веществ, которые при благоприятных условиях откладываются на дне их. Часто этот процесс протекает при содействии особых бактерий, способных усваивать те или иные вещества и концентрировать их в своем теле. Примером подобного минералообразования являются некоторые месторождения озерных и болотных железных руд (лимонита), а также месторождения бурого железняков приустьевых частях моря, где происходит коагуляция железистых взвесей при соприкосновении пресной речной воды с соленой морской.

В морских водоемах образуются, кроме того, марганцевые руды, кальцит, фосфорит и другие минералы.

в) образование минералов в лагунах (отчлененных от моря заливах) и соленых озерах. Здесь путем химического осаждения образуются гипс, поваренная соль, калийные соли, глауберова соль. Примерами являются залив Каспийского моря – Кара-Богаз-Гол, где происходит образование глауберовой соли, и озер Эльтон и Баскунчак, в которых осаждается каменная соль.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое минерал?

2. Назовите основные свойства минералов?

3. Химическая классификация минералов.

4. Происхождение минералов.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 275; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!