Важнейшие физические и оптические характеристики минералов и их свойства, химическая классификация

Содержание:

Нахождение минералов в природе

По распространённости минералы можно разделить на:

породообразующие — составляющие основу большинства горных пород;
акцессорные — часто присутствующие в горных породах, но редко слагающие больше 5 % породы;
редкие минералы — находки которых единичны или немногочисленны;
рудные — содержащие в своём составе промышленно ценные компоненты и образующие значительные скопления в рудных месторождениях.

По форме нахождения минералов различают

Минеральные индивиды — составные части минеральных агрегатов. Это отдельные кристаллы, зерна и сферические или близкие к сферическим выделения минералов, отделенные друг от друга физическими поверхностями раздела и представляющие собой форму нахождения минеральных видов в природе. Минеральный индивид — исходное понятие минералогии, означающее зерна и идиоморфные кристаллы, в виде которых в природе представлены минеральные виды; индивиды могут быть зернами — «монокристаллами» или сферокристаллами, из которых строятся простые минеральные агрегаты (Ю. М. Дымков, 1966)
Минеральные агрегаты — срастания минеральных индивидов одного и того же или разных минералов. Они могут быть одно- и многоэтапными. Минеральный агрегат — исходное понятие минералогии. На уровне организации вещества, следующем за понятием «индивид», агрегат — это скопление индивидов, не обладающее при идеальном развитии чёткими признаками симметричных фигур (это принципиальное отличие от индивидов — по Ю. М. Дымкову, 1966).
Минеральные тела — скопления минеральных агрегатов, обладающие естественными границами. Размеры их варьируют от микроскопических до очень крупных, соизмеримых с масштабом геологических объектов.

Минералы: общая характеристика

В общепринятом в минералогии смысле под термином «минерал» понимается твердое тело, состоящее из химических элементов и обладающее рядом индивидуальных физико-химических свойств. Кроме того, образовано оно должно быть только естественным путем, под влиянием тех или иных природных процессов.

Минералы могут быть образованы как простыми веществами (самородные), так и сложными. Пути их формирования также различны. Существуют такие процессы, способствующие их образованию:

магматические;
гидротермальные;
осадочные;
метаморфогенные;
биогенные.

Крупные агрегаты минералов, собранные в единые системы, называются горными породами. Поэтому путать эти два понятия не следует. Горные минералы добываются именно путем дробления и обработки целых кусков пород.

Химический состав рассматриваемых соединений может быть разным и содержать большое количество разных веществ-примесей. Однако всегда есть одно главное, которое доминирует в составе. Поэтому именно оно и является определяющим, а примеси не учитываются.

Дефитцит и избыток потребления

Железодефицитная анемия является наиболее распространенным недостатком питания в мире, часто поражающим женщин и детей младшего возраста. Дефицит йода также распространен во всем мире. Дефицит других минералов в организме встречается редко.

С другой стороны, чрезмерное потребление минералов также иногда вызывает беспокойство (например, натрий – это один из нескольких факторов риска, связанных с высоким кровяным давлением). В целом избыточное потребление ряда минералов оказывает различное влияние, начиная от отсутствия эффекта (например, не сообщалось о побочных эффектах при избыточном потреблении йода до 2 мг йода / день) до тяжелого (например, избыток фтора может вызвать флюороз). Пока еще недостаточно информации о последствиях чрезмерного потребления многих важных минералов и микроэлементов.

Возраст

Ученые и геологи определяют возраст горных минералов по двум шкалам.

Относительный

Возраст горных пород определяется относительно друг друга: какая моложе, какая старше.

Это выясняют стратиграфическим или палеонтологическим методами:

Стратиграфический метод предусматривает изучение взаимного расположения слоев. Но только если за миллионы лет движения из-за тектонических процессов не наблюдалось. То есть разрушения слоев не было, их последовательность сохранилась. В этом случае чем выше слой, тем моложе порода. В самых верхних слоях она самая молодая.
Маркер палеонтологического метода – ископаемые органические остатки. Установлено, что слои-ровесники содержат остатки одних и тех же видов растений или животных.

Оба метода берут за основу расположение слоев породы в земной коре.

Абсолютный

Точный возраст залежей выясняют по состоянию радиоактивных элементов в составе.

Обычно используются уран-235 или 238, торий-232, углерод-14.

Выбор изотопа зависит от предполагаемого возраста породы:

Для материала моложе 50 тыс. лет (например, торфа) это изотоп углерода.
Изотопы урана, свинца, тория, калия, самария годятся для пород старше 3,5 млрд. лет.
Рубидий-стронциевый, уран-свинцовый материал применим к образцам возраста от ста млн. до пяти млрд. лет.

Для определения возраста рассчитывают отношение массы вновь образованного элемента к массе используемого радиоактивного изотопа.

Литература

Земятченский П. А. Минерал // Энциклопедический словарь Брокгауза и Ефрона : в 86 т. (82 т. и 4 доп.). — СПб., 1890—1907.
Минерал // : / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
// Энциклопедия Кольера. — 2000.
Р.А. Виноградова. Минерал // Химическая энциклопедия / ред.Кнунянц И.Л.. — Большая российская энциклопедия, 1992. — Т. 3. — С. 86—88.
Бетехтин А. Г. Курс минералогии. — 3-е, исправленное и дополненное. — М.: Кн. дом Университет, 2014.
Busbey, A.B.; Coenraads, R.E.; Roots, D.; Willis, P. Rocks and Fossils. — San Francisco: Fog City Press, 2007. — ISBN 978-1-74089-632-0.
Chesterman, C.W.; Lowe, K.E. Field guide to North American rocks and minerals (англ.). — Toronto: Random House of Canada (англ.)русск., 2008. — ISBN 0-394-50269-8.
Dyar, M.D.; Gunter, M.E. Mineralogy and Optical Mineralogy. — Chantilly, Virginia: Mineralogical Society of America (англ.)русск., 2008. — ISBN 978-0-939950-81-2.

Какие бывают минералы?

Согласно структурно-химической классификации выделяют такие минералы:

Силикаты. Это самые распространенные породообразующие минералы. К ним относят полевой шпат, роговые обманки, плагиоклазы и другие.
Карбонаты. В их основе соли угольной кислоты. К ним относят доломит, кальцит, магнезит.
Оксиды и гидроксиды. В их основе кислород и элементы гидроксильной группы. К ним относят лимонит, гематит, кварц и другие.
Сульфиды. Это соединения с серой: борнит, киноварь, пирит.
Сульфаты. Это соединения с солями серной кислоты: барит, гипс, ангидрит.
Галоиды. Представлены сильвином, галитом, флюоритом и другими.
Вольфрамы. Представлены шеелитом, вольфамитом.
Фосфаты. Представлены солями фосфорной кислоты, фосфоритами и апатитами.
Самородные элементы, которые состоят из одного элемента: алмаз, золото, сера.

По распространенности они подразделяют на 4 типа:

Рудные минералы. Образуются в местах значительного скопления рудных месторождений. Содержат ценные компоненты для промышленности.
Акцессорные. Составляют до 5% горных пород.
Породообразующие. Это минералы, которые составляют большую часть горных пород.
Редкие минералы. Единичные или немногочисленные.

Также выделяют вторичные минералы, то есть те, которые образовались после выветривания других горных пород и минералов: цоизит, змеевик, эпидот, мусковит, тальк, кальцит, турмалин.

Камни по цвету

Наименования камней, употребляемые ювелирами, давались преимущественно по их оттенку. Большое значение имеет и твердость камня. В целях обозначения одного из видов корунда (минерал близок по твердости к алмазу) применили термин «восточный». По твердости этот камень схож с алмазом. «Бразильскими» именовали те образцы настоящих топазов, которые завозились из Бразилии.

Почти все минералы красного цвета именовались «рубинами». Однако данный термин применим исключительно в отношении дорогостоящих разновидностей корунда, исполненных в красном цвете. На рудниках Бирмы можно найти балас-рубин. После проведения определенных процедур такой минерал начинает походить на истинный рубин.

Когда произносят слово «сапфир», то непременно имеют в виду камень синего цвета. Раньше данный термин применяли ко всем видам драгоценных корундов, в том числе и к рубину. Сегодня ювелиры, произнося слово «сапфир», имеют в виду камень приятного зеленого, желтого, белого и розового оттенков. Голубой камень турмалин получил второе имя бразильского сапфира. Кордиерит и топаз называют ещё водяным сапфиром. «Топазами» именовали все камни желтого цвета. Причем это были и желтые топазы, и цитрин. Однако если имели в виду именно топаз, то еще произносили слово «бразильский».

Камни, исполненные в зеленом оттенке, именовались «изумрудами». Изначально так называлась хризоколла. Эта камень зеленого оттенка и непрозрачного типа. Немного позже такое же название получила дорогостоящая разновидность берилла. Такая порода имеет особенный зеленоватый оттенок.

Восточным изумрудом называют кордун зеленого цвета . В XVIII веке бразильским изумрудом именовали турмалин зеленого цвета, который только появился в Европе и практически сразу же завоевал популярность. «Уральским изумрудом» пытались называть зеленый гранат, который находили в районе Уральских гор. Данную породу также именовали хризолитом. Африканским или бразильским изумрудом называют минералы, добываемые в Африке и Бразилии.

Фиолетовый кварц, который отличается высокими эстетическими характеристиками, именуют аметистом. Но когда произносят слово «восточный фиолетовый кварц», то имеют в виду уже фиолетовый корунд.

Все камни, которые не имели никакого цвета и издавали приятный блеск, именовали «алмазами». Бесцветный топаз относится к саксонской породе, а бесцветный циркон — к цейлонскому минералу. Горный хрусталь — это бристольский алмаз и иные подобные виды минералов. Сиамский аквамарин — это шпинель зеленого оттенка, а восточный аквамарин — корунд зеленого тона. Многие из этих названий широко используются и сегодня.

Циркон, имеющий красновато-коричневый оттенок, именуется «гиацинтом». Однако нередко так называют гранаты аналогичного оттенка. Корунд, который обладает красновато-коричневым цветом, называется восточным гиацинтом.

Непонятность имеется и с «хризолитом». Данное слово является синонимом «оливина». Однако очень многие употребляют это наименование в тех случаях, когда имеют в виду такую породу, как хризоберилл. Корунд, исполненный в зелено-желтоватом оттенке, — это хризолит с Востока. Однако так же именуют хризоберилл, который имеет аналогичный цвет. Топаз называют саксонским хризолитом, берилл — аквамарин-хризолитом, хризоберилл — хризолитом из Бразилии. Нефрит, а также жадеит именовали «жадом». А еще так называют другие породы — идокраз и гранат.

Учитывая все изложенные выше факты, становится ясно, что популярные названия очень многих камней вносят в официальную классификацию путаницу

Поэтому важно принимать к сведению только ту информацию, которая представлена в официальных документах о камне

Свойства и характеристики

Каждая горная порода наделена характеристиками и свойствами, которые создают ее уникальное описание. Среди основных – структура и текстура.

Структура создается зернистостью (форма и габариты зерен), кристалличностью, соотношением компонентов:

У магматических учитывается степень кристалличности.
Для осадочного материала актуальна форма кристаллов.
Метаморфические агломераты классифицируют по размеру зерен.
Метасоматические образования наделены гранобластовой структурой.

Текстура – это взаимное расположение и распределение компонентов в объеме:

У магматических бывает однородной либо неоднородной.
У осадочных различают характер поверхности и межслоевой.
Метаморфические горные образования представлены пятнистой, полосчатой, сланцевой, плойчатой, другими текстурами.
У метасоматических горных пород она наследуется от исходных компонентов или создается в виде ритмичных слоев.

Текстура отражает слоистость, пористость, массивность, цвета, оттенки породы.

Это интересно: Экологические проблемы начинаются с нас

Месторождения

Ильменит из Миасса

Крупные месторождения ильменита находятся в России на Южном Урале, где этот минерал был впервые открыт в Ильменских горах.

Ильменит встречается во многих месторождениях Норвегии, Швеции, Финляндии, Казахстана, в рудах Бушвельдского комплекса в ЮАР и рудного района Садбери в Канаде

Является важной статьей экспорта Мадагаскара. Кроме того, ильменитом богата лунная почва

Был также открыт ряд месторождений на Украине (поселок Иршанск).

C 2005 года АО ТГОК «Ильменит» ведет добычу и обогащение ильменит-цирконовых песков Туганского месторождения в Томской области.

Осадочные горные породы: список

Минералы этой группы расположены преимущественно на поверхности планеты. Для формирования должны соблюдаться следующие условия:

низкие температуры;
осадки.

Выделяют три генетических подвида:

обломочные, представляющие собой грубые камни, сформированные при разрушении породы;
глинистые, происхождение которых связывают с преобразованием минералов групп «силикатные» и «алюмосиликатные»;
биохемо-, хемо-, органогенные. Такие формируются в процессах осаждения при наличии соответствующих растворов. В этом принимают активное участие также микроскопические и не только организмы, вещества органического происхождения. Немаловажна роль продуктов жизнедеятельности.

Из хемогенных выделяют:

галоидные;
сульфатные.

Список горных пород этой подгруппы:

гипс;
ангидриты;
сильвинит;
каменная соль;
карналлит.

Самые важные осадочные горные породы:

Доломит, подобный плотному известняку.
Известняк, состоящий из углекислого калия с примесью такого же магния и ряда включений. Параметры минерала варьируются, определяются составом и структурой, а также текстурой минерала. Ключевая особенность – повышенные показатели прочности на сжатие.
Песчаник, сформированный минеральными зернами, связанными между собой веществами природного происхождения. Прочность камня зависит от примесей и того, какое именно вещество стало связующим.

Горные породы

Горные породы – это природные соединения, состоящие из одного или нескольких минералов. Большинство пород называются так же, как и слагающие их минералы: нефть, слюда, гипс, глина. Минералы, образующие горные породы, а также их соединения, могут быть самыми различными.

По своему происхождению все породы делят на 3 класса:

Магматические

Формируются в результате застывания магмы, вышедшей на поверхность земной коры. Под воздействием различных внешних факторов и сильных температурных колебаний образуются соединения с различным строением и свойствами. Магматические породы, в свою очередь, бывают излившимися и глубинными. Для последних характерна плотная кристаллическая решетка и высокая прочность (гранит, базальт).

Рис. 3. Гранит

Осадочные

Формируются под влиянием солнечного света, атмосферных газов и осадков, температуры, растительных и животных остатков. Осадочные породы могут быть обломочными (гравий, галька, песок, камни), химическими (гипс, каменная соль), органическими (известняк, мел).

Метаморфические

Образуются под действием тектонических колебаний, давления, химически активных компонентов и высокой температуры. Метаморфиты появляются при сдвигах земной коры. При этом происходит смешивание различных пород и слоев.

К первичным горным породам относятся только магматические, в то время как оставшиеся 2 класса образуются за счет их видоизменения и разрушения.

Главным отличием любой горной породы от минерала является неоднородность, поскольку в ее составе уже содержится один или несколько минералов. И если в основе строения минерала лежит кристаллическая решетка, то горная порода состоит из минеральных микрочастиц, соединенных между собой в хаотическом беспорядке, без единой структуры.

Что мы узнали?

Поверхность земного шара состоит из минералов и горных пород. Мы узнали, какие по происхождению бывают породы и чем отличаются горные породы от минералов, каковы особенности их строения и свойства.

/10

Вопрос 1 из 10

Поделочные камни

Поделочный камень — собирательный термин, объединяющий все виды горных пород и минералов, используемых в качестве украшений для ювелирных изделий и производства камнерезных сувениров.

Малахит

Ярко-зеленый узорчатый камень является предметом гордости среди самоцветов Урала. Часто из него вырезают шкатулки и вазы.

Цветовая гамма: зеленый в переливах от светлого к темному.

Свойства: облегчает приступы астмы и благоприятно влияет на нервную систему.

Зодиакальная совместимость: телец и весы.

Янтарь

В древние времена янтарь ценили как средство от болезней. Солнечный камень еще называют слезами смолы или минеральным золотом.

Цветовая гамма: желтый, коричневый, оранжевый, красный.

Свойства: для лечения гепатита, профилактики простудных заболеваний.

Зодиакальная совместимость: лев.

Бирюза

Этот гидратированный фосфат меди и алюминия называют небесным минералом.

Цветовая гамма: оттенки от голубого до синего, зеленый цвет.

Свойства: помогает при ангине и проблемах щитовидной железы.

Зодиакальная совместимость: стрелец и телец.

Яшма

Поделочный самоцвет, который с древних времен служил материалом для создания ювелирных украшений и прочих поделок.

Цветовая гамма: красный, белый, зеленый с многоцветным узором.

Свойства: лечит лихорадку, уменьшает боль.

Зодиакальная совместимость: дева и рыбы.

Агат

Красивый поделочный камень приписывают магические свойства благодаря его необычному рисунку.

Цветовая гамма: цветовая палитра состоит и из нескольких оттенок, например, бело-коричневый, сине-голубой, фиолетово-розовый.

Свойства: уменьшает зубную боль, помогает при бессоннице.

Зодиакальная совместимость: рак и близнецы.

Розовый кварц

Кварц – это базовый минерал, входящий в состав других поделочных камней. Самоцвет из мира эмоций и чувств.

Цветовая гамма: розовый.

Свойства: полезен при заболеваниях нервной и лимфатической систем.

Зодиакальная совместимость: весы и телец.

Турмалин

Этот минерал используется не только в ювелирных украшениях, но и в медицине. Камень содержит небольшой заряд электричества и способен ионизировать воздух вокруг.

Цветовая гамма: зеленый, красный, синий, черный, бесцветный.

Свойства: применяется для ионизации воздуха и инфракрасного прогревания.

Зодиакальная совместимость: скорпион и рак.

Лунный камень

Это полупрозрачный минерал с загадочным названием относится к калиевым полевым шпатам. Переливы и мерцание камня сравнивают с сиянием Луны.

Цветовая гамма: белый, молочный, светло-серый, бесцветный.

Свойства: успокаивает гиперактивных детей, благотворно влияет на работу мозга.

Зодиакальная совместимость: скорпион, рыбы и рак.

Как классифицируются камни по структуре?

Классификация минералов включает множество пунктов, в числе которых структура. Ювелирные разновидности имеют кристаллическую структуру. Стоимость природного минерала зависит от преломления, прозрачности, твердости и цвета

Мастера обращают внимание на блеск минерала и игру оттенков, плотность и возможность огранки

Не любые минералы можно считать кристаллами. К последним по определению относятся только минералы, атомы которых образовывают трехмерно-периодическую пространственную укладку, или кристаллическую решетку.

Кроме того, существуют минералы аморфные и метаминктные – переходящие из кристаллического состояния в аморфное.

Важность макроэлементов для нормальной жизнедеятельности

Потребность человека в этих минеральных веществах достигает 100 мг в сутки и выше. Ученые и диетологи относят к макронутриентам 7 элементов. Они подробно описаны в таблице. К микроэлементам принято относить компоненты, которых организму требуется меньше 100 мг/сутки.

Макроэлементы

Название	Значение для организма	Последствия избыточного содержания и дефицита
Калий	Поддержание электролитного баланса (соотношения положительных и отрицательных ионов), функциональной способности сердечной мышцы, надпочечников. Участие в передаче нервных импульсов.	Избыток калия проявляется нарушениями сердечного ритма, депрессией, путанице сознания, покалыванием в конечностях. Дефицит калия негативно отражается на работе почек, ЖКТ, нервной системы. Проявляется сухостью кожи, запором или поносом, отеками, бессонницей, депрессией, понижением АД.
Кальций	Входит в состав костей и зубов, нормализует проницаемость клеточных мембран, свертываемость крови, передачу нервных импульсов, баланс электролитов, артериальное давление.	Избыток проявляется образованием желчных камней, песка и камней в почках, разрушением сосудистых стенок. Дефицит вызывает у ребенка рахит, у взрослых — остеопороз, повреждение волос и ногтей, мышечные спазмы и судороги. Для поглощения из пищи необходимы витамин D, белки и кислая среда.
Натрий	Польза заключается в поддержании баланса электролитов (вместе с калием), рН крови, передаче нервных импульсов, сокращении мышц. Важен баланс ионов натрия и калия.	Избыточное потребление вызывает повышение давления крови, повреждение кровеносных сосудов, нарушение кислотно-щелочного баланса. Признаки дефицита: мышечные спазмы, головные боли, диарея.
Фосфор	Является участником энергетического обмена, важен для метаболизма кальция, для формирования костей и зубов. Влияет на активность гормона роста.	Дефицит приводит к болям в костях, тревожности, нервозности, бессоннице, затрудненному дыханию, онемению кожи. При дисбалансе между фосфором и кальцием происходит разрушение костей.
Сера	Антиоксидант, противовоспалительное вещество.	Нехватка вызывает акне, артрит, повреждения ногтей и волос, судороги.
Хлор	Образование соляной кислоты в желудке, поддержание кислотно-щелочного баланса.	Дефицит провоцирует мышечную слабость, нарушение пищеварения, обезвоживание.
Магний	Активация ферментов, необходимых для энергетического и минерального обменов. Поддержание работы нервной системы, мышечных сокращений.	Избыток вызывает сонливость. Дефицит ведет к мышечным судорогам, повышению АД, утомляемости, раздражительности, тревожности, депрессии, потливости.

При дефиците, как и передозировке, минеральные компоненты и витамины могут быть опасными.

Показатели суточной потребности существенно отличаются в различных источниках. На Западе дневные нормы потребления неорганических питательных веществ более высокие, чем в России. В витаминно-минеральных комплексах импортного производства процентное содержание компонентов обычно выше, чем в отечественных препаратах.

Области применения натуральных поделочных камней

Поделочные камни популярны во многих сферах жизни человека — промышленности, ювелирной отрасли, строительстве и отделке, камнерезном ремесле. Плиты и крошка использовались, к примеру, в украшении дворцов, залов метрополитена. Некоторые самородки необходимы при конструировании медицинских приборов.

Красивый экстерьер и податливость самородков обусловили их популярность у мастеров по обработке. Из них выполняют подсвечники, торшеры, фигурки, канцелярские наборы, украшения, фурнитуру для мебели. Для придания нужного оттенка камни могут подвергать облучению, воздействовать на них с помощью высокой температуры. Наряду с драгоценными и поделочными самородками используются их искусственные заменители и дублеты, в которых слой минерала соединен с кварцем или стеклом.

У специалистов востребованы родонит, яшма, янтарь, малахит, коралл, халцедон, некоторые сорта прозрачного стекловидного опала, цитрин. В таинственных вкраплениях и прожилках настоящих самородков можно увидеть переливы радуги и сказочные узоры. В отличие от холодного сияния алмазов, они обладают теплыми оттенками и загадочным мерцанием.

Некоторые ценные минералы используют в измельченном виде при изготовлении минеральной косметики. Они стимулируют кровообращение и выравнивают тон кожи, ускоряют процессы регенерации. Драгоценные и поделочные камни вызывают интерес и у модельеров. Их оттенки и сочетания вдохновляют специалистов фешн-индустрии на создание модных коллекций. Камни также могут применяться в отделке элитных нарядов, обуви и аксессуаров.