Методика выполнения лабораторной работы



 

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

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: 38; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ