Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Задание 2. ОСНОВЫ МИНЕРАЛОГИИ
2.1 Теоретическая часть.
Генезис минералов. Генезис минералов (происхождение) отражает способ и место образования минерального вещества:
а) природные минералы формируются в земной коре в результате физико-химических процессов:
эндогéнные (глубинные) образуются в недрах Земли. Они, обычно, обладают высокой твѐрдостью и плотностью, стойкостью к растворению водой, щелоча-ми и кислотами (кварц);
экзогéнные (поверхностные) формируются на суше или в водной среде за счѐт выветривания каких-либо минералов (глинистые), в процессе выпадения осад-ка из водных растворов (галит) или за счѐт жизнедеятельности организмов (опал). Они разнообразны по свойствам, но большинство имеет малую твѐр-дость, активно взаимодействует с водой;
метаморфúческие (преобразόванные) – изменившие первоначальное состоя-ние за счѐт действия изменившихся температур, давления и притока химиче-ских веществ. Исходные минералы перекристаллизовываются без переплавле-ния, приобретают новые свойства (серпентин);
б) искусственные минералы созданы в результате производственной деятельности человека. Они выгодно отличаются от природных отсутствием примесей, но требуют применения специальной аппаратуры. Процесс их создания длительный и трудоѐм-кий:
анáлоги – повторяют природные минералы, ресурсы которых ограничены или добыча которых сложнее и дороже, чем синтез (алмаз, горный хрусталь);
техногенные – вновь созданные минералы с заранее заданными свойствами. Самостоятельно не встречаются (алит, муллит, периклаз, карборунд).
Генезис минералов находит отражение в их свойствах и внешнем виде. Информация о генезисе позволяет спрогнозировать поведение минерального вещества в природных и городских условиях.
Классификация минералов, их химические свойства. Химический состав минералов выражается химическими формулами, индивидуальными для каждого минерального вида и позволяет классифицировать минералы:
I. САМОРОДНЫЕ минералы являются простыми веществами и состоят из одного химического элемента (сера S, графит C). Этот класс насчитывает около 50 минералов и составляет 0,1% объема земной коры. Представители этого класса являются ценными ископаемыми.
II. СУЛЬФИДЫ (сернистые соединения) - около 20 природных минералов (пирит FeS2 , галенит PbS), составляющих 0,15% объема земной коры. Они не являются породообразующими и снижают качество строительных материалов.
III. ГАЛОИДЫ (соли галоидноводородных кислот) - около 100 природных минералов (галит NaCl, флюорит CaF2). Галоиды - вредные примеси в грунтах и строительных материалах.
IV. ОКИСЛЫ и ГИДРООКИСЛЫ – соединения элементов с кислородом и гидроксилом. Этот класс насчитывает около 200 природных минералов, широко распространенных, особенно в поверхностных условиях (кварц SiO2 , магнетит Fe2O3). Они составляют 17% от объема земной коры.
V. КАРБОНАТЫ (соли угольной кислоты) составляют 2% от объема земной коры. Этот класс включает около 80 природных минералов (кальцит CaCO3 , доломит CaMg[CO3]2), которые имеют большое значение для народного хозяйства как естественные строительные материалы и как сырьѐ для производства искусственных строительных материалов.
VI. ФОСФАТЫ (соли фосфорных кислот) – это более 300 минералов (апатит Ca5(F, Cl, OH) [PO4]3), большинство из которых – редкие.
VII. СУЛЬФАТЫ (соли серной кислоты) составляют 0,1% от объема земной коры. В этот класс входят около 260 минералов (гипс Ca[CO4]2H2O, ангидрит CaSO4). Большинство из них имеют малый удельный вес, небольшую твѐрдость, светлоокрашены, некоторые содержат воду. Сульфаты – ценное сырьѐ для производства стройматериалов.
VIII. СИЛИКАТЫ (соли кремниевых кислот) – сложные химические соединения, составляющие 90% всего объема земной коры. Класс насчитывает около 800 минералов (лабрaдор (Na,Ca)[AlSi3O8], роговая обманка (Ca, Na)2(Fe2+, Fe3+, Mg, Al, Mn, Ti)3 [Si3Al4O2]2Fe[OH, F]2), многие из них применяются в строительстве.
Морфологические признаки минералов. Морфологические признаки определяются структýрой (строением) минерального вещества. Минералы встречаются в природе во всех агрегатных состояниях: жидкие (вода), газообразные (природные газы), но большинство минералов – твѐрдые тела. Иногда минеральное вещество представляет собой скопление молекул, атомов или ионов, расположенных беспорядочно. Такие минералы амóрфны и внешне напоминают стекло или пластмассу (опал, аморфный магнезит). В каждой точке образца они проявляют одинаковые свойства. В большинстве случаев частицы располагаются в строгом порядке и образуют кристаллические решѐтки. Такие вещества более устойчивы на поверхности Земли, их свойства однородны только по параллельным направлениям (кварц). Внешняя форма минеральных проявлений:
а) кристаллы выглядят как более или менее симметричные замкнутые многогранники, которые растут и самоограняются – принимают какую-либо форму. Каждому минеральному веществу присущи несколько конкретных форм кристаллов. Каждый такой многогранник имеет определѐнное число элементов симметрии (центр симметрии, оси симметрии, плоскости симметрии). Кристаллы растут с разной скоростью по разным направлениям, поэтому по внешнему виду (гáбитусу) они могут быть
изометричные – равномерно развитые по трѐм направлениям – длине, ширине и высоте (пирит, галит);
удлинѐнные – преобладает одно направление, - стóлбчатые, игóльчатые, во-локнистые (гипс-селенит, асбест);
уплощѐнные – хорошо развиты длина и ширина кристалла, а третье направление развито значительно слабее, - таблúтчатые, пластинчатые, листовáтые, чешýйчатые (слюды, полевые шпаты).
Все возможные комбинации кристаллических форм – 32 гáбитуса, - сгруппированы по степени симметричности в 7 сингόний. Их изучает кристаллогрáфия.
б) для формы кристалла важны условия его развития: температура, давление, поступление химических веществ. Идеальными считаются условия, когда параметры окружающей среды неизменны в течение длительного времени. В этом случае все грани растут пропорционально. Но в природе чаще получаются неправильные иска-жѐнные формы – зѐрна. По аналогии с кристаллами среди них выделяют изометричные, удлинѐнные и уплощѐнные;
в) кристаллы и зѐрна минералов редко бывают одиночными, чаще они образуют закономерные или случайные срόстки – агрегáты (зернистые, землистые, волокнистые, натѐчные, друзы, щѐтки, дендриты, оолиты, псевдоморфозы и т.д.).
Оптические свойства минералов, методы их оценки.
Окраска минерала зависит от цвета химических элементов, входящих в его состав, от примесей, и может быть случайной.
Цвет черты – цвет тонкого порошка минерала, полученного при царапании краем образца по керамической плитке. Этот признак минерального вещества является более надѐжным, т.к. более постоянный, чем окраска самого минерала. Цвет черты может совпадать с окраской (магнетит чѐрный и черта у него чѐрная), а может не совпадать (пирит латунно-жѐлтый, а черта у него зеленовато-чѐрная).
Блеск – способность поверхности минерала отражать свет. Блески определяют на свежем сколе и делят на две большие группы, которые имеют подразделения:
металлические:
собственно металлический – поверхность минерала блестит, как полированное металлическое изделие (пирит на свежем сколе);
полуметаллический – напоминает потускневшую поверхность металлического изделия (графит);
неметаллические:
стеклянный (кальцит);
алмазный (галенит на свежем сколе);
жирный (кварц молочный);
перламутровый (слюды);
шелковистый (хризотил-асбест).
Поверхность, не отражающая свет, характеризуется как матовая (глинистые) и др.
Прозрачность определяется наблюдением какого-либо предмета через тонкую пластинку минерала:
- сквозь прозрачный минерал предмет виден во всех деталях (пластинчатый гипс – «марьино стекло»);
- полупрозрачный минерал позволяет увидеть лишь его контур (флюорит);
- просвечивают в тонких сколах минералы, пропускающие свет, но не позволяющие наблюдать предметы (халцедон);
- непрозрачные минералы не пропускают свет даже в очень тонких пластинках (роговая обманка).
Твёрдость минералов, способы её определения.
Твѐрдость – это степень сопротивления минерального вещества внешнему механическому воздействию:
- абсолютная твѐрдость может быть измерена в лабораторных условиях с помощью прибора склерометра путѐм вдавливания в образец алмазной пирамидки. Полученную величину выражают в кг/см2;
- в полевых условиях проще и удобнее определять относительную твѐрдость, используя шкалу Моóса (названа в честь автора - Карла Фридриха Кристиана Мооса, 1773-1839 гг.). Она состоит из 10 минералов-эталонов, твѐрдость которых известна и постоянна. Эти минералы широко распространены и хорошо изучены. Эталоны расположены в шкале так, что каждый последующий оставляет царапину на всех предыдущих, а его царапают все последующие. Ещѐ более удобным дополнением к шкале Мооса является шкала Разумовского, где минералы заменены распространѐнными предметами со сходной твѐрдостью (таблица 1):
Таблица 1 – Шкала Мооса-Разумовского
|
Относительная твѐрдость, балл |
Минерал-эталон |
Абсолютная твѐрдость, кг/мм2 |
Предметы-заменители |
|
1 |
ТАЛЬК |
2,4 |
Мягкий карандаш |
|
2 |
ГИПС |
36,0 |
Ноготь, алюминиевая проволока |
|
3 |
КАЛЬЦИТ |
109,0 |
Медная проволока |
|
4 |
ФЛЮОРИТ |
189,0 |
Гвоздь |
|
5 |
АПАТИТ |
536,0 |
Стекло оконное |
|
6 |
ОРТОКЛАЗ |
795,0 |
Нож стальной |
|
7 |
КВАРЦ |
1120,0 |
Напильник |
|
8 |
ТОПАЗ |
1427,0 |
Нет заменителя |
|
9 |
КОРУНД |
2060,0 |
Сплав победитовый |
|
10 |
АЛМАЗ |
10160,0 |
Нет заменителя |
Механические свойства минералов, методы их оценки.
Хрупкость и кóвкость - два взаимно исключающихся свойства:
хрупкий минерал при ударе молотком рассыпается, а при царапании ножом крошится (гипс, галит);
ковкий минерал при ударе получает вмятину, а от ножа на поверхности остаѐт-ся гладкая блестящая черта (руды, самородные металлы);
Спáйность – способность минерала раскалываться по определѐнным направлениям с образованием зеркальных граней. Степень ее проявления зависит от внутреннего строения минерала:
весьма совершенная – образец легко расщепляется на тонкие блестящие пластинки (слюды);
совершенная – при ударе молотком образец легко раскалывается по параллельным плоскостям (гипс);
средняя – при ударе минерал одинаково часто раскалывается как по плоскостям спайности, так и по другим направлениям (полевые шпаты);
несовершенная – проявляется только в виде редких небольших площадок на неровном фоне (апатит);
весьма несовершенная (отсутствует) – образцы всегда раскалываются по неоп-ределѐнным направлениям (кварц, пирит).
Спайность может проявляться по одному (слюды), двум (полевые шпаты), трѐм (галит), четырѐм (флюорит) и шести (цинковая обманка) направлениям;
Излóм характеризует поверхность разрыва при разрушении минерала не по направлению спайности:
ровный (кальцит);
неровный (авгит);
зернистый (апатит);
землúстый (глинистые минералы);
занóзистый (гипс-селенит, актинолит);
раковúстый (халцедон, аморфные минералы – магнезит, опал);
ступéнчатый (полевые шпаты, исландский шпат).
Особые свойства минералов. Особые свойства характерны только для одного или нескольких минералов, поэтому являются важнейшими диагностическими признаками:
- гибкость (волокна хризотил-асбеста);
- упругость (листочки слюд);
- магнитность (магнетит);
- электропроводность (самородные минералы);
- пьезоэлектрический эффект (горный хрусталь);
- радиоактивность (уранинит);
- люминесценция (кальцит);
- двулучепреломление (кальцит - исландский шпат);
- вкус (галит, рудные);
- запах (глинистые) и другие.
Применение минерального сырья в народном хозяйстве. Человек использует камень более 2 млн. лет. И с течением времени, даже после изобретения разнообразных искусственных материалов, роль камня в жизни человека не только не уменьшилась, а многократно возросла. Всѐ бόльшее количество минералов, ранее считавшихся «бесполезными» находят применение, благодаря новым технологиям и развитию транспорта. Нет ни одной отрасли народного хозяйства, где в том или ином виде не использовались бы минералы
а) строительство:
штучный камень (лабрадор, серпентин);
производство кирпича (глинистые минералы);
стекольная промышленность (кварц, полевые шпаты);
фарфор, фаянс (полевые шпаты, глинистые минералы);
производство цемента (опал, гипс);
изоляция (слюды);
производство огнеупоров (асбест); и другие;
б) другие отрасли:
энергетика (урановые руды);
металлургия (магнетит, гематит, лимонит, галенит; кальцит, графит);
сельское хозяйство (апатит, монтмориллонит);
химическая промышленность (пирит, флюорит);
различные виды техники (кварц, флюорит);
оптика (кальцит, флюорит);
пищевая промышленность (галит, монтмориллонит);
бумажная и резиновая промышленность (сера, каолинит); и т.д.