Хімічний склад та формули мінералів
Для з'ясування хімічного складу мінералу виробляють його хімічний аналіз та визначають хімічну формулу мінералу. Формули можуть бути емпіричними, що показують тільки хімічний склад, і структурними, що дають уявлення про просторове розташування атомів у мінералі та їх зв'язок між собою. Для деяких мінералів структурні формули ще встановлено. Але завдяки рентгенівським методам дослідження у багатьох випадках вдалося визначити взаємовідносини атомів у кристалічних структурах мінералів. Цими питаннями зв'язку хімізму з будовою речовини та її властивостями займається кристалохімія.
У мінералах важливо виявити катіони та аніонні комплекси, що характеризують типи кристалічних структур. При написанні формул мінералів аніонні комплекси відокремлюють від катіонів квадратними дужками, наприклад, сидер Fe[CO3]. Слід пам'ятати, що емпіричні формули мінералів не відображають особливостей їх внутрішньої будови й у мінералогії нині замінені структурними формулами. Так, емпірична формула мінералу мусковита H2KAl3Si3O12, а структурна KAl2[AlSi3O10](OH,F)2. Остання показує, що в структурі мусковита є складний аніонний комплекс і що вода в мусковит знаходиться не у вигляді H2O, а у вигляді гідроксилу (OH) - , причому цей гідроксил може бути в свою чергу заміщений F - .
У мінералогії нерідко розрізняють безводні та водні мінерали (сульфати, фосфати, карбонати та ін.). До водних відносяться ті мінерали, які мають у своєму складі електрично нейтральні молекули води. Вода у складі мінералів може бути пов'язаною та вільною. Пов'язана, або кристалізаційна, вода входить у кристалічну решітку мінералів, займаючи у ній певні місця. Прикладами можуть бути деякі карбонати та сульфати, наприклад, гіпс.Вільна вода не бере участі в будові кристалічних ґрат мінералів, кількість її може бути різною залежно, наприклад, від температури. Прикладами вільної води є цеолітів. І, звичайно, вся гігроскопічна вода, що утримується в мікроскопічних тріщинах мінералів та порід силами поверхневого натягу, також є вільною. Вона видаляється при нагріванні до 110°. Гідроксимісні мінерали в строгому сенсі не можуть бути названі водними. Між електрично нейтральною молекулою води H2O і негативно зарядженим іоном гідроксилу (HO) існує принципова різниця. Гідроксил (HO) - може заміщати в мінералах такі іони як Cl - і Fe - , він міцно утримується в кристалічних ґратах, а молекули води цими властивостями не мають.
Завдання 3. Вивчення форм природних виділень мінералів.
Морфологія мінералів та агрегатів. Двійникові
Сростки кристалів
Для деяких мінералів (польові шпати, рутил, каситерит, арагоніт, кіновар та багато інших) характерне утворення не тільки одиночних кристалів, а й їхніх двійникових зростків – двійників. У справжніх, не випадкових, зростках, індивіди зростаються по однакових плоских сітках їх просторових ґрат. Геометрично індивіди в двійнику можна подумки поєднати друг з одним чи відбитком у площині симетрії чи поворотом навколо осіL2. Двійники можуть складатися з пари кристалів (прості) або з індивідів, що багато разів повторюються. Характерною особливістю огранювання двійників є вхідні кути між гранями; на одиночних ідеально розвинених кристалах таких кутів немає. Слід розрізняти двійники зрощення та двійники проростання. У перших індивіди розмежовані площиною, вони хіба що стикаються друг з одним. Удругих кристали хіба що обростають одне одного чи наскрізь проникають одне одного, стикаючись по складної звивистої (ступінчастої) поверхні. Двійники утворюються з різних причин. У розчині, коли кристали перебувають у зародковому стані і під впливом тих чи інших сил розгортаються щодо одне одного. При переході однієї поліморфної модифікації до іншої. При механічних впливах на кристали, що ростуть.
Помилкові кристали –псевдоморфози
Псевдоморфоза – це кристал чи зерно мінералу, заміщеного без зміни його форми іншим мінералом чи сумішшю мінералів, звідси і назва фальшива (псевдо) форма (морфа). У цих утворень зберігаються часто навіть найдрібніші деталі поверхні первісних кристалів та зерен (рис. 27).
Мал. 27. Кварц за прожилками азбесту:
т.зв. "Тигрове око" – жовте та "Соколине око" – синє
За псевдоморфозами можна судити про хімічні реакції мінералоутворення, оскільки видно одночасно і вихідний мінерал (зерно) і кінцевий продукт перетворення. Кристали піриту в поверхневих умовах заміщаються лимонітом - щільною коричневою порошку масою, сумішшю різних гідроксидів Fe 3+ (рис. 28).
Мал. 28. Псевдоморфоза лимонита за конкрецією піриту, 4см,
"Біла Пустиня", Єгипет
Ще один спосіб утворення псевдоморфоз - поліморфні перетворення речовин при зміні температури та тиску, вони називаються параморфози. Наприклад, параморфози альфа-кварцу за бета-кварцем (tперетворення 575 0 С при 100 кПа). Бувають також пустотілі псевдоморфози відбитки в гірській масі кристалів мінералів, що розчинилися, місце яких залишилося незайнятим (рис. 29).
Мал. 29. Кварц за Флюорітом
Частковепсевдоморфне заміщення поверхні з наступним обростанням заміщених ділянок кристалами кварцу. Сам флюорит згодом розчинили, залишивши після себе центральні порожнини у формі негативного куба. Зразок 9см, Кадамджай, Киргизстан.
У природі відносно рідко зустрічаються окремі добре ограновані кристали, частіше мінерали утворюють різні скупчення - агрегати. У мінералогії їх прийнято поділяти за морфологією: землісті, зернисті, щільні, агрегати; друзи, щітки, секреції, конкреції, ооліти, сфероліти, натічні агрегати, дендрити, нальоти та примазки.
Землясті агрегати – борошнисті агрегати дуже тонких мінеральних зерен. Цей тип агрегатів представлений у земній корі найширше. Зернисті агрегати це пухкі або суцільні маси зерен, що довільно зрослися одного (мономінеральні) або декількох (полімінеральні) мінералів. Кожне зерно - кристал, що не огранився, не оформився, що виріс у скрутних умовах. Залежно від розміру зерен вони поділяються на крупнозернисті (5 мм), середньозернисті (1-5 мм), дрібнозернисті (5 мм).