Мінерали та мінералогія фізичні властивості мінералів що таке mineraly i mineralogija fizicheskie
Хоча головні характеристики мінералів (хімічний склад та внутрішня кристалічна структура) встановлюються на основі хімічних аналізів та рентгеноструктурного методу, побічно вони відображаються у властивостях, які легко спостерігаються чи вимірюються. Для діагностики більшості мінералів достатньо визначити їхній блиск, колір, спайність, твердість, щільність.
Блиск – якісна характеристика відбитого мінералом світла. Деякі непрозорі мінерали сильно відбивають світло і мають металевий блиск. Це характерно для рудних мінералів, наприклад, галеніту (мінерал свинцю), халькопіриту та борніту (мінерали міді), аргентиту та акантиту (мінерали срібла). Більшість мінералів поглинають або пропускають значну частину падаючого на них світла і мають неметалевий блиск. Деякі мінерали мають блиск, перехідний від металевого до неметалевого, який називається напівметалевим.
Мінерали з неметалевим блиском зазвичай світло-забарвлені, деякі з них прозорі. Часто бувають прозорими кварц, гіпс та світла слюда. Інші мінерали (наприклад, молочно-білий кварц), що пропускають світло, але крізь які не можна чітко розрізнити предмети, називають прозорими. Мінерали, що містять метали, відрізняються від інших світлопропускання. Якщо світло проходить крізь мінерал, хоча б у найтонших краях зерен, то воно, як правило, нерудне; якщо ж світло не минає, то воно - рудне. Бувають, втім, і винятки: наприклад, світлозабарвлений сфалерит (мінерал цинку) чи кіновар (мінерал ртуті) нерідко прозорі чи просвічують.
Мінерали розрізняються за якіснимхарактеристик неметалічного блиску. Глина має тьмяний землистий блиск. Кварц на гранях кристалів або на поверхнях зламу - скляний, тальк, що поділяється на тонкі листочки по площинах спайності - перламутровий. Яскравий, блискучий, як у алмазу, блиск називається алмазним.
Коли світло падає на мінерал з неметалевим блиском, він частково відбивається від поверхні мінералу, а частково заломлюється на цьому кордоні. Кожна речовина характеризується певним показником заломлення. Оскільки цей показник може бути виміряний з високою точністю, він є дуже корисною діагностичною ознакою мінералів.
Характер блиску залежить від показника заломлення, а обидва вони – від хімічного складу та кристалічної структури мінералу. У загальному випадку прозорі мінерали, що містять атоми важких металів, відрізняються сильним блиском та високим показником заломлення. До цієї групи належать такі поширені мінерали, як англезит (сульфат свинцю), каситерит (оксид олова) та титаніт, або сфен (силікат кальцію та титану). Мінерали, що складаються з відносно легких елементів, можуть мати сильний блиск і високий показник заломлення, якщо їх атоми щільно упаковані і утримуються сильними хімічними зв'язками. Яскравим прикладом є алмаз, що складається лише з одного легкого елемента вуглецю. У меншій мірі це справедливо і для мінералу корунду (Al2O3), прозорі кольорові різновиди якого – рубін та сапфіри – є дорогоцінним камінням. Хоча корунд складається з легких атомів алюмінію та кисню, вони так міцно пов'язані між собою, що мінерал має досить сильний блиск і відносно високий показник заломлення.
Деякі блиски (жирний, восковий, матовий, шовковистий та ін) залежать від стану поверхнімінералу або від будови мінерального агрегату; смоляний блиск характерний багатьом аморфних речовин (зокрема мінералів, містять радіоактивні елементи уран чи торий).
Колір - проста і зручна діагностична ознака. Як приклади можна навести латунно-жовтий пірит (FeS2), свинцево-сірий галеніт (PbS) і сріблясто-білий арсенопірит (FeAsS2). В інших рудних мінералів з металевим або напівметалевим блиском характерний колір може бути замаскований грою світла в тонкій поверхневій плівці (втеченістю). Це властиво більшості мінералів міді, особливо борніту, який називають "павлиною рудою" через його райдужну синьо-зелену втечу, що швидко виникає на свіжому зламі. Однак інші мідні мінерали пофарбовані в добре всім знайомі кольори: малахіт – у зелений, азурит – у синій.
Безбарвні мінерали можуть бути забарвлені механічними включеннями. Так, тонка розсіяна вкрапленість гематиту надає кварцу червоного кольору, хлориту - зеленого. Молочний кварц замутнений газово-рідкими включеннями. Хоча колір мінералів - одна з найвизначніших властивостей при діагностиці мінералів, його треба використовувати з обережністю, тому що він залежить від багатьох факторів.
Незважаючи на мінливість забарвлення багатьох мінералів, колір порошку мінералу дуже постійний, тому є важливою діагностичною ознакою. Зазвичай колір порошку мінералу встановлюють за межею (т.зв. "колір риси"), яку залишає мінерал, якщо їм провести по неглазурованій порцелянової пластинці (бісквіту). Наприклад, мінерал флюорит буває пофарбований у різні кольори, але риса в нього завжди біла.
Спайність. Характерною властивістю мінералів є їхня поведінка при розколюванні. Наприклад, кварц і турмалін, поверхня зламу яких нагадує скол скла, маютьраковистий злам. В інших мінералів злам може бути описаний як шорсткий, нерівний або занозистий. Для багатьох мінералів характеристикою є не злам, а спайність. Це означає, що вони розколюються по гладких площинах, безпосередньо пов'язаних з їхньою кристалічною структурою. Сили зв'язку між площинами кристалічних ґрат можуть бути різними залежно від кристалографічного напрямку. Якщо в якихось напрямках вони набагато більше, ніж в інших, то мінерал розколюватиметься поперек найслабшого зв'язку. Оскільки спайність завжди паралельна атомним площинам, може бути позначена із зазначенням кристалографічних напрямів. Наприклад, галіт (NaCl) має спайність кубом, тобто. три взаємоперпендикулярні напрямки можливого розколу. Спайність характеризується також легкістю прояви і якістю спайної поверхні, що виникає. Слюда має дуже досконалу спайність щодо одного напрямі, тобто. легко розщеплюється на дуже тонкі листочки з гладкою блискучою поверхнею. У топаза спайність вчинена в одному напрямку. Мінерали можуть мати два, три, чотири або шість напрямків спайності, за якими вони однаково легко розколюються, або кілька напрямів спайності різного ступеня. У деяких мінералів спайність взагалі відсутня. Оскільки спайність як прояв внутрішньої структури мінералів є їхньою незмінною властивістю, вона є важливою діагностичною ознакою.
Твердість – опір, який мінерал чинить при дряпанні. Твердість залежить від кристалічної структури: чим міцніше пов'язані між собою атоми у структурі мінералу, тим складніше його подряпати. Тальк та графіт - м'які пластинчасті мінерали, побудовані з шарів атомів, пов'язаних між собою дуже слабкими силами. Вони жирні на дотик: притертя про шкіру руки відбувається зісковзування окремих найтонших шарів. Найтвердіший мінерал – алмаз, у якому атоми вуглецю так міцно пов'язані, що його можна подряпати лише іншим алмазом. На початку 19 ст. австрійський мінералог Ф.Моос розташував 10 мінералів у порядку зростання їхньої твердості. З того часу вони застосовуються як зразки відносної твердості мінералів, т.зв. шкала Моосу (табл. 1).
Щоб визначити твердість мінералу, необхідно виявити найтвердіший мінерал, який він може подряпати. Твердість досліджуваного мінералу буде більша за твердість подряпаного ним мінералу, але менша за твердість наступного за шкалою Моосу мінералу. Сили зв'язку можуть змінюватися в залежності від кристалографічного напрямку, а оскільки твердість є грубою оцінкою цих сил, вона може різнитися у різних напрямках. Ця різниця зазвичай невелика, виняток становить кіаніт, у якого твердість 5 в напрямку, паралельному довжині кристала, і 7 - у поперечному напрямку.
У мінералогічній практиці використовується також вимірювання абсолютних значень твердості (т.зв. мікротвердості) за допомогою склерометра приладу, яка виражається в кг/мм2.
Густина. Маса атомів хімічних елементів змінюється від водню (найлегший) до урану (найважчий). За інших рівних умов маса речовини, що складається з важких атомів, більша, ніж у речовини, що складається з легких атомів. Наприклад, два карбонати - арагоніт і цеукраїнсит - мають подібну внутрішню структуру, але до складу арагоніту входять легкі атоми кальцію, а до складу цеукраїнситу - важкі атоми свинцю. В результаті маса цеукраїнситу перевищує масу арагоніту того ж обсягу. Маса одиниці об'єму мінералу залежить також від густини упаковки атомів. Кальцит, як і арагоніт, є карбонатом.кальцію, але в кальциті атоми упаковані менш щільно, тому він має меншу масу одиниці об'єму, ніж арагоніт. Відносна маса, або щільність, залежить від хімічного складу та внутрішньої структури. Щільність - це відношення маси речовини до маси того ж об'єму води при 4. С. Так, якщо маса мінералу становить 4 г, а маса того ж об'єму води - 1 г, то густина мінералу дорівнює 4. У мінералогії прийнято виражати густину в г/ см3.
Щільність - важлива діагностична ознака мінералів і її неважко виміряти. Спочатку зразок зважується у повітряному середовищі, а потім – у воді. Оскільки на зразок, занурений у воду, діє виштовхувальна сила, спрямована вгору, його вага там менша, ніж у повітрі. Втрата ваги дорівнює вазі витісненої води. Таким чином, густина визначається ставленням маси зразка на повітрі до втрати його ваги у воді.