2.4: Мінеральні основи

Тверда земля складається з гірських порід, які зроблені з мінералів. Щоб зрозуміти породи, потрібно ознайомитися з мінералами і тим, як вони ідентифікуються. Ця сторінка основ дає вам фон, необхідний для розуміння термінів, що використовуються в таблиці класифікації мінералів, яка містить інформацію для ідентифікації мінералів.

ЩО ТАКЕ МІНЕРАЛИ?

Всі породи, крім обсидіану і вугілля, зроблені з мінералів. (Обсидіан - це вулканічна порода зі скла, а вугілля - з органічного вуглецю.) Більшість порід містять кілька мінералів в суміші, характерної для конкретного типу гірських порід. При ідентифікації породи ви повинні спочатку визначити окремі мінерали, які складають цю породу. Мінерали - це природні, неорганічні тверді речовини з певним хімічним складом і кристалічною гратчастою структурою. Хоча тисячі мінералів у землі були ідентифіковані, лише десять мінералів складають більшу частину об'єму земної кори - плагіоклаз, кварц, ортоклаз, амфібола, піроксен, олівін, кальцит, біотит, гранат та глина.

Разом хімічна формула (типи і пропорції хімічних елементів) і кристалічна решітка (геометрія того, як атоми розташовані і пов'язані між собою) визначають фізичні властивості мінералів. Хімічну формулу і кристалічну решітку мінералу можна визначити тільки в лабораторії, але дослідивши мінерал і визначивши кілька його фізичних властивостей, можна виявити мінерал. Для початку необхідно ознайомитися з фізичними властивостями мінералів і способами їх розпізнавання.

ХІМІЯ МІНЕРАЛІВ

Навіщо вивчати хімію мінералів? Мінерали складаються з атомів. Щоб зрозуміти, пояснити та передбачити поведінку мінералів та гірських порід, які складаються з мінералів, ми повинні зрозуміти деякі основні факти про атоми та те, як вони поводяться. Це вимагає розуміння деякої хімії. Ми почнемо з побудови атомів у нашому мисленні з точки зору трьох субатомних частинок, з яких зроблені атоми.

Атоми

Атоми складаються з протонів, нейтронів і електронів. Протони мають позитивний (+) електричний заряд. Нейтрони електрично нейтральні. Електрони мають негативний (-) заряд, який точно дорівнює і протилежний електричному заряду протона. /

Велика частина маси атома упакована в його крихітне ядро. Атомне ядро складається з протонів і нейтронів. Розташовані в конкретних орбіталах навколо ядра атома є електрони. Незважаючи на те, що маса електрона є крихітною масою порівняно з масою протона або нейтрона, електрони займають більшу частину об'єму атома.

Іони

Нейтральний атом має таку ж кількість електронів, як і протони. Атом, який втратив або отримав будь-які електрони, більше не є електрично нейтральним атомом. Той тип атома, який не є електрично нейтральним і має пов'язаний з ним електричний заряд, називається іоном. Атоми, які отримали електрони, є негативно (-) зарядженими іонами, або аніонами. Атоми, які втратили електрони, є позитивно (+) зарядженими іонами, або катіонами. Також можливо мати іони, які насправді є невеликими групами атомів, пов'язаних між собою. Вони відомі як багатоатомні іони. Одним із прикладів багатоатомного іона є карбонатний іон (CO ₃) ^2-, який має два зайвих електрона, що дає йому чистий електричний заряд 2-.

Періодична таблиця

Природні атоми, знайдені в землі, варіюються від водню, з лише одним протоном в ядрі, до урану з 92 протонами в ядрі. Це природні хімічні елементи, до складу яких входять такі загальновідомі елементи, як вуглець, кисень, залізо і так далі. У таблиці Менделєєва перераховані всі хімічні елементи таким чином, що говорить нам, скільки протонів має кожен з них, як влаштовані його електрони і яка загальна хімічна поведінка кожного елемента.

Перейдіть за цим посиланням до великої версії Періодичної таблиці. Посилання відкриється в новому вікні, щоб ви могли легко звернутися до нього під час читання цієї сторінки Основи.

Кожен хімічний елемент відрізняється кількістю протонів в його ядрі. Атомний номер елемента говорить вам, скільки протонів він має. Наприклад, кожен атом елемента кисню має вісім протонів в своєму ядрі. Саме тому атомний номер кисню дорівнює 8. Якщо атом має більше або менше восьми протонів у своєму ядрі, це не кисень, це якийсь інший хімічний елемент. У таблиці Менделєєва атомний номер кожного елемента вказаний над хімічним символом елемента.

Хімічні елементи в таблиці Менделєєва утворюють стовпці, які називаються групами. Всі елементи в групі мають схожу хімічну поведінку. Це тому, що всі елементи групи мають подібне розташування електронів у своїх атомах, і саме електронне розташування визначає хімічну поведінку елемента.

Ізотопи

Атом конкретного хімічного елемента повинен мати в своєму ядрі кількість протонів, задане його атомним номером. Однак існує цілий ряд можливих чисел нейтронів, які він може мати у своєму ядрі. Той факт, що атоми хімічного елемента можуть мати різну кількість нейтронів, призводить до того, що кожен хімічний елемент має кілька ізотопів. Ізотопи - це атоми даного хімічного елемента, які мають різну кількість нейтронів в своїх ядрах.

Наприклад, хоча всі атоми елемента кисню мають вісім протонів у своїх ядрах, ці атоми кисню можуть мати вісім, дев'ять або десять нейтронів. Різна кількість нейтронів в ядрі виділяє три ізотопи кисню. Кисень-16 - ізотоп кисню з 8 нейтронами в його ядрі. Число 16 називається номером атомної маси. Номер атомної маси - це загальна кількість протонів і нейтронів в ядрі ізотопу. З цього визначення, і знаючи, що всі атоми кисню мають 8 протонів в ядрі, можна зробити висновок, що кисень-17 - ізотоп кисню з 9 нейтронами, а кисень-18 - ізотоп кисню з 10 нейтронами. Скорочено в символи три ізотопи кисню записуються як ¹⁶ O, ¹⁷ O і ¹⁸ O.

Ізотопи не дуже важливі для розуміння мінералів, але важливі для розуміння того, як застосовувати хімію та ядерну фізику до геології, наприклад, як використовувати вимірювання радіоактивних ізотопів для вимірювання віку гірських порід та мінералів та як використовувати ізотопи кисню з шарів льодовикового льоду до визначити, яка температура землі була під час льодовикового періоду.

Хімічні реакції

Мінерали утворюються в результаті хімічних реакцій. Хімічні реакції керуються головним чином розташуванням і перерозташуванням електронів в атомах. У мінералі атоми утримуються разом хімічними зв'язками, які виходять з електронів.

Електрони можна розглядати як займають енергетичні рівні, або оболонки, в атомі. Найбільш низькоенергетична оболонка знаходиться найближче до ядра. Кожна оболонка може вмістити лише обмежену кількість електронів. Перша оболонка може утримувати два електрони, друга і третя оболонки можуть утримувати вісім електронів, а наступні дві оболонки вміщують вісімнадцять електронів. Якщо енергія не буде додана до атома, щоб порушити його з низькоенергетичного стану, електрони в атомі займатимуть низькоенергетичні оболонки, доступні їм.

Хімічні облігації

Якщо атоми взаємодіють з іншими атомами, вони можуть отримувати або втрачати електрони іншим атомам, або ділитися електронами з іншими атомами. В окремому атомі найбільш стійким розташуванням є повноцінна зовнішня оболонка електронів. Отже, відбуватимуться хімічні реакції, і утворюються хімічні зв'язки, які утримують атоми один до одного, коли атоми стикаються з іншими атомами і змінюють свої електронні конфігурації на більш стабільні, низькоенергетичні механізми, що, як правило, передбачає досягнення повних зовнішніх електронних оболонок в атомах.

Ця стабільна конфігурація - повна зовнішня оболонка електронів - є прикладом інертних газів. У таблиці Менделєєва інертними газами є елементи групи 18 або VIIIA, останній стовпець праворуч. Інертні гази не повинні піддаватися будь-яким хімічним реакціям або утворювати будь-які хімічні зв'язки з іншими атомами, щоб мати повну зовнішню оболонку електронів. Інертні гази вже мають повні зовнішні оболонки електронів. Саме тому вони хімічно інертні. Їх електрони настільки стабільні, наскільки можуть бути розташовані. З цієї причини інертні гази вкрай малоймовірно піддаються будь-яким хімічним реакціям і практично неможливо зв'язатися з будь-якими іншими атомами. Оскільки вони не зв'язуються з будь-якими іншими атомами, утворюючи рідину, тверду речовину, молекулу чи мінерал, інертні гази складаються з атомів, які залишаються окремо один від одного, у газовому стані.

Окремі атоми всіх інших хімічних елементів, коли вони є нейтральними атомами, не мають повних зовнішніх оболонок електронів, як це роблять інертні гази. Тому вони не мають найбільш стійкого розташування електронів, яке вони, можливо, можуть. Ось чому більшість хімічних елементів мають сильну тенденцію або набирати або втрачати електрони, або входити в інші розташування своїх валентних електронів, електронів у зовнішній оболонці. Хімічні реакції та хімічні зв'язки, як правило, є результатом перестановки електронів всередині атомів і між ними, щоб дати атомам повні зовнішні електронні оболонки.

Для того, щоб атом втратив або отримати один електрон займає менше енергії, ніж втратити або отримати два, що, в свою чергу, займає менше енергії, ніж втратити або отримати третій електрон. Для окремого атома, щоб отримати або втратити чотири електрони, відбуватиметься лише в надзвичайно високоенергетичних середовищах, таких як у зірці. При загальних хімічних реакціях на землі, і при утворенні хімічних зв'язків жоден елемент не буде повністю набирати або втрачати чотири електрони. Це обмежує заряди атомних катіонів +1, +2 або +3, а заряди атомних аніонів до —1, —2 або —3.

Читаючи це далеко, ви дізналися про одну групу елементів в таблиці Менделєєва, група 18, інертних газів. Ще однією групою хімічних елементів в таблиці Менделєєва є лужні елементи. Лужні елементи складають групу 1 або IA, ліву колонку, що включає елементи натрій (Na) і калій (К).

Водень зазвичай не розглядається як лужний елемент, тому що, хоча він показаний в групі 1 в таблиці Менделєєва. Водень настільки легкий і малий, з лише одним протоном в ядрі, що він має певну унікальну поведінку і розглядається в класі сам по собі.

Лужні елементи мають один електрон у своїй зовнішній електронній оболонці. Якщо лужний елемент втрачає єдиний електрон, він стає іоном з зарядом +1 і повною зовнішньою оболонкою. Якщо виникне можливість, лужні елементи легко перетворяться в +1 катіони.

Іонні облігації

Тепер розглянемо групу 17 або VIIA в таблиці Менделєєва, куди входять хімічні елементи фтор (F), хлор (Cl) і так далі. Це галогенні елементи. Якщо галогенний елемент отримує єдиний електрон, він стає іоном із зарядом -1 і повною зовнішньою електронною оболонкою. Якщо виникає можливість, галогенні елементи мають сильну тенденцію приймати зайвий електрон і ставати -1 аніонами, оскільки тим самим вони досягають повної зовнішньої оболонки електронів, що є найбільш стабільним розташуванням електронів.

Якщо атоми натрію і хлору зійдуться в потрібних умовах, наприклад, у випаровуваному розчині солоної води, кожен атом натрію віддасть електрон атому хлору. Це перетворює атоми натрію в іони натрію, Na ⁺, а атоми хлору в іони хлориду, Cl ^—. Протилежні електричні заряди притягуються, тому іони натрію та хлоридні іони, як правило, злипаються один з одним, з'єднані так званими іонними зв'язками.

Мало того, що іони натрію та хлориду матимуть дуже сильну тенденцію з'єднуватися один з одним за допомогою іонних зв'язків, у більшості ситуацій вони, природно, влаштуються в конфігурацію, де немає марнотратного простору і немає витраченої енергії. Це призводить їх до утворення кристалічної решітки мінералу галіт. Галіт - мінерал з хімічною формулою NaCl, хлорид натрію, в якому зв'язки між атомами є все іонні зв'язки.

Подивіться на діаграму галіту, що показує іони натрію і хлориду, розташовані в кристалічній решітці. Всі іонні зв'язки знаходяться під однаковим кутом і однаковою відстанню, тому всі вони однакової міцності. Це найбільш низькоенергетичне розташування іонів, найбільш стійке розташування. Якби будь-який з іонів розташовувався під різними кутами або на різній відстані, була б додаткова енергія. Ця додаткова енергія призведе іони до рівних кутів і відстаней один від одного, поки зайва енергія не буде витрачена і іони не будуть розташовані в їх найнижчому енергетичному стані. Ось чому мінерали утворюються, як природний спосіб для атомів влаштуватися в найнижчий енергетичний стан, доступний їм в даний час.

Ковалентні облігації

Деякі елементи, такі як вуглець (С) і кремній (Si), мають наполовину повну валентну оболонку. (Валентна оболонка - це інша назва зовнішньої оболонки, де найбільш реактивні електрони.) Якби такий елемент, як вуглець, повинен був отримати 4 електрони або втратити 4 електрони, він мав би повну валентну оболонку. Однак атому дуже важко отримати або втратити чотири електрони — енергетичний бар'єр стає занадто сильним. Тому вуглець і кремній, поряд з кількома іншими елементами, мають тенденцію утворювати інший тип зв'язку, в якому вони діляться своїми зовнішніми електронами з іншими атомами, які, в свою чергу, діляться своїми зовнішніми електронами з атомом вуглецю (або кремнію). Всі атоми закінчуються повною зовнішньою оболонкою електронів, хоча деякі або всі ці електрони поділяються з сусідніми атомами. Цей обмін електронами зберігає атоми, пов'язані між собою. Цей тип хімічного зв'язку називається ковалентним зв'язком.

Нерідкі випадки, коли ковалентні зв'язки є відносно міцними. Крайній приклад може бути в діаманті. Алмаз - це мінерал, що складається з нічого, крім атомів вуглецю, тому його хімічна формула просто C. Кожен атом вуглецю в кристалічній решітці алмазу ковалентно пов'язаний з - ділиться своїми валентними електронами з - чотирма сусідніми атомами вуглецю. Алмазний кристал утримується нічим, крім надзвичайно міцних ковалентних зв'язків у всіх напрямках, що робить алмаз дуже твердим мінералом, найважчим відомим.

Металеві облігації

Золото утворює природний мінерал більш-менш чистого золота, Au, утримується разом іншим типом зв'язку, металевим зв'язком. Металеві елементи, такі як золото і мідь, коли вони зв'язуються з іншими металевими елементами, діляться деякими своїми електронами не тільки з сусідніми атомами, але і по всій речовині. Ось чому металеві речовини, такі як мідь, золото та алюміній, роблять такі хороші електричні провідники, тому що так легко отримати «сипучі» електрони реагувати через всю протяжність металу.

водневі зв'язки

Інший тип хімічного зв'язку, який виникає в деяких мінералах, - це водневий зв'язок. Водневі зв'язки обумовлені позитивними і негативними кінцями полярних молекул, що притягують один одного досить сильно, щоб утримувати один одного у фіксованих положеннях. Наприклад, молекули води можуть з'єднуватися через водневі зв'язки, утворюючи мінерал, відомий як лід. У молекулі води H ₂ O кожен з атомів водню утворює ковалентний зв'язок з атомом кисню. Для утворення ковалентних зв'язків кожен атом водню поділяє пару електронів з атомом кисню. (Це дає всім атомам в молекулі повну зовнішню електронну оболонку.) У молекулі два атоми водню пов'язані з атомом кисню до однієї сторони атома кисню, а не на протилежних кінцях. Оскільки атом кисню настільки електронегативний, пари електронів, які він ділить з атомами водню, перекошені до ядра кисню. Це залишає чистий позитивний заряд на водневій стороні молекули і чистий негативний заряд на кисневому кінці молекули, в результаті чого молекула води є полярною молекулою, молекулою з позитивним кінцем і негативним кінцем. Такі молекули можуть утворювати водневі зв'язки.

Якщо температура буде досить низькою, молекули води будуть рухатися досить повільно, щоб осідати у фіксовані положення відносно один одного, утримуючись водневими зв'язками, утворюючи лід. У кристалі льоду молекули води утворили водневі зв'язки, розташувавши себе таким чином, негативні кінці молекул води звернені до позитивних кінців інших молекул води. Лід - мінерал з шестигранною симетрією в своїй кристалічній решітці. Водневі зв'язки між молекулами води в льоду відносно слабкі. Ось чому лід тане при температурі, яка не дуже висока в порівнянні з температурами плавлення мінералів, утримуваних разом іонними або ковалентними зв'язками.

Ван дер Ваальс облігації

Існує ще один тип хімічного зв'язку розглянути, слабкий тип зв'язку, який зустрічається в деяких мінералах. Він називається зв'язком ван дер Ваальса після його першовідкривача. зв'язку ван дер Ваальса утворюються між паралельними аркушами або паралельними лініями атомів, і викликаються електричними зарядами в аркушах або лініях атомів, коливаються і реагують на потік - наприклад, електричний заряд частини аркуша атомів може коливаються і стають більш негативними. У відповідь це може призвести до коливання сусіднього аркуша в бік позитивного. Між цими позитивними та негативними областями буде тяжіння, які мають тенденцію утримувати аркуші атомів разом. Електричні атракціони зміщуються і коливаються, коли електричні заряди зміщуються і коливаються між атомами, але навіть незважаючи на те, що електричні атракціони не залишаються в одному місці дуже довго, вони постійно відбуваються в деяких частинок паралельної структури. Результатом є слабкий ефект склеювання, зв'язок ван дер Ваальса.

Графіт - мінерал, частково утримуваний зв'язками ван дер Ваальса. Графіт складається з листів ковалентно зв'язаних атомів вуглецю. Кожен лист атомів вуглецю міцно пов'язаний у двох вимірах по всьому аркушу. Але в третьому вимірі лише слабкі зв'язки ван дер Ваальса утримують аркуші атомів вуглецю разом. Дуже легко отримати листи графіту, щоб відшаровуватися один від одного, так само просто, як написати на аркуші паперу олівцем. Під мікроскопом можна побачити, що сліди олівцем зроблені з безлічі крихітних пластівців графіту.

Силікатні мінерали та силікатний тетраедр

Більшість мінералів в землі - силікатні мінерали. Будівельним блоком силікатних мінералів - найважливішим компонентом, що робить їх силікатними мінералами - є силікатний тетраедр. Силікатний тетраедр складається з чотирьох атомів кисню, розташованих настільки близько, наскільки вони можуть обійти центральний атом кремнію. Результатом є пірамідальна форма, відома як тетраедр, з атомом кисню на кожній з чотирьох верхівок. (Верхівки - це точки на тетраедрі, де три кути збираються разом.)

Сам по собі атом кремнію має чотири електрони у зовнішній оболонці. У силікатному тетраедрі кожен з цих чотирьох електронів ділиться з одним із чотирьох приєднаних атомів кисню. У свою чергу, кожен атом кисню розділяє один з 6 електронів, які він має у своїй зовнішній оболонці.

Результатом є те, що кремній в центрі тетраедра має, по суті, повну зовнішню оболонку з вісьмома електронами в ній. Ці вісім електронів поділяються парами з чотирма атомами кисню тетраедра. Кожен атом кисню в тетраедрі, в свою чергу, матиме сім електронів у своїй зовнішній оболонці - якщо в системі немає нічого іншого, ніж один атом кремнію, пов'язаний з чотирма атомами кисню. Це залишило б кожен атом кисню на один електрон, не маючи повної зовнішньої оболонки електронів.

Однак кисень є сильно електронегативним елементом, а значить, він має силу притягувати електрони від інших елементів до свого ядра в більшості ситуацій. У мінералі кожен атом кисню в силікатному тетраедрі насправді матиме вісім електронів: шість електронів, які кожен атом кисню мав у своїй зовнішній електронній оболонці для початку, електрон, який він отримав, поділившись парою електронів у ковалентному зв'язку з атомом кремнію в тетраедрі, і ще один електрон з іншого атома (або іншої малої групи атомів) в мінерал, поза тетраедра.

Силікатні тетраедри здатні зв'язуватися з багатьма загальними елементами в багатьох різних композиціях кристалічної решітки. Крім того, силікатні тетраедри здатні зв'язуватися з іншими силікатними тетраедрами в самих різних геометричних розташуваннях, включаючи кільця, листи, ланцюги та тривимірні мережі.

НАВІЩО ВИВЧАТИ МІНЕРАЛИ?

Навіщо вивчати мінерали? Оскільки тверда земля складається майже повністю з мінералів, щоб зрозуміти землю, ми повинні розуміти природу мінералів, як вони утворюються, і як їх можна проаналізувати як джерела інформації про землю та її історію. Більшість порід виготовлені повністю з мінералів, тому для розуміння гірських порід та кругообігу гірських порід потрібно вміти аналізувати, ідентифікувати та інтерпретувати мінерали.

Кожен мінерал містить інформацію про хімію, тиск і температуру, яка була присутня, в або на землі, в місці і час утворився мінерал. Наприклад, алмаз - це мінерал, виготовлений з чистого вуглецю, який утворюється лише під високим тиском, що відбуваються глибше в землі, ніж дно кори, в місцях, де в земній мантії присутні незвично високі концентрації вуглецю. Ми можемо проаналізувати алмази та інші мінерали, з якими вони співіснували, щоб отримати при температурах, тиску та хімії цих спеціальних ділянок у земній мантії. Алмази таким чином діють як зонди землі, приносячи нам геологічну інформацію з набагато більших глибин землі, ніж ми могли коли-небудь копати або бурити.

Мінерали зазвичай ростуть шарами, які накопичуються на поверхні раніше сформованих частин мінералу. Якщо мінерал має змінний хімічний склад, який змінюється в міру зміни хімії, тиску та температури навколишнього середовища, шари росту мінералів можна проаналізувати, щоб відстежувати зміни умов, в яких мінерал ріс. Наприклад, аналіз шарів у кристалі польового шпату у вулканічній породі може виявити, що мінерал виріс, коли магма охолоджувалася, а потім знову нагрівалася, коли він змішувався з вторгненою партією гарячої магми з різним хімічним складом, що, можливо, сталося безпосередньо перед тим, як магма вибухнула на землю поверхневі і швидко охолоджуються і тверднуть у вигляді лавового потоку.

Мінерал може включати радіоактивний елемент у свою атомну структуру, коли він кристалізується, і розпад елемента в його стабільний дочірній продукт, який може залишатися в пастці всередині кристала, поряд зі швидкістю розпаду радіоактивного елемента, дозволяє аналізувати елементи в мінерал бути використовується для вимірювання віку мінералу. Саме так вимірюється кількість віків геологічних матеріалів.

Мінерали, звичайно, забезпечують ресурси для будівництва, промисловості та технологій: від кварцу до виготовлення кремнієвих чіпів для комп'ютерів (або для виготовлення скла для вікон), кальциту для виготовлення цементу для бетонної суміші, до глини для виготовлення кераміки - насправді є сотні корисних копалин, необхідних для виробництво виробництв і будівництво будинків, доріг, будівель. Тому деякі геологи, відомі як економічні геологи, спеціалізуються на певних корисних копалин, які є цінними як ресурси, і досліджують землю, щоб знайти місця, де мінерал зосереджений і доступний.

Дорогоцінні камені та напівдорогоцінні камені, такі як смарагди, діаманти та рубіни (які є дорогоцінними каменями) або гранати (які є напівдорогоцінними), є мінералами, як і золото. Краса і довговічність таких мінералів поряд з обмеженнями їх достатку робить їх цінними для людей. Навіть поширені мінерали, такі як кварц, збираються деякими людьми і виставлені на показ, якщо вони знайдені у вигляді красивих або надзвичайно барвистих кристалів.

Які фізичні властивості мінералів?

Фізичні властивості мінералу контролюються його хімічним складом (з яких типів атомів він складається і в яких пропорціях) та його кристалічною решіткою (тривимірним геометричним малюнком, в якому ці атоми розташовані і пов'язані між собою).

Не випадково кристали кварцу (SiO ₂) шестигранні, в той час як кристали галіту (NaCl) - кубічні. Це пов'язано з геометрією їх кристалічних решіток. Також не випадково кварц досить твердий, щоб подряпати скло і не розчиняється у воді в будь-якій видимій мірі, тоді як галіт не подряпає скло і легко розчиняється у воді. Ці відмінності обумовлені різним хімічним складом мінералів. Натрій (Na) і хлор (Cl) за своєю хімічною природою легко розривають свої зв'язки і стають розчиненими іонами у воді. Кремній (Si) і кисень (O) в кварці пов'язані міцними зв'язками, які не піддаються легко розчиняючій силі води.

Кожен мінерал проявляє унікальний набір фізичних властивостей. Тому основним завданням при виявленні мінералу є визначення його фізичних властивостей. Фізичні властивості, які ми розглянемо, - це колір, блиск, смуга, розщеплення, руйнування, твердість, форма кристала та вибрані спеціальні властивості.

Колір

Колір часто корисний, але на нього не варто покладатися. Деякі мінерали бувають різних кольорів. Кварц, наприклад, може бути прозорим, білим, сірим, коричневим, жовтим, рожевим, червоним або помаранчевим. Так колір може допомогти, але не варто покладатися на колір як визначальну властивість.

Блиск

Блиск - це те, як поверхня мінералу відбиває світло. Це не те ж саме, що колір, тому важливо відрізняти блиск від кольору. Наприклад, мінерал, описаний як «блискучий жовтий», описується з точки зору блиску («блискучого») та кольору («жовтий»), які є двома різними фізичними властивостями. Стандартні назви блиску включають металевий, склоподібний, перламутровий, шовковистий, жирний і тьмяний. Часто корисно спочатку визначити, чи має мінерал металевий блиск. Металевий блиск означає блискучий, як полірований метал. Наприклад, очищені поліровані шматки хрому, сталі, титану, міді та латуні демонструють металевий блиск, як і багато інших мінералів. З неметалевих блиску склоподібний є найпоширенішим і означає, що поверхня мінералу відбиває світло, як скло. Перламутровий блиск важливий при виявленні польових шпатів, які є найпоширенішим видом мінералу. Перламутровий блиск відноситься до тонкого зрошення або кольорової гри у відбитому світлі, так само, як перли відбивають світло. Шовковистий означає віддзеркалення світла шовковим блиском. Жирний блиск схожий на блиск застиглого сала бекону. Мінерали з тьмяним блиском відбивають дуже мало світла. Виявлення блиску вимагає невеликої практики. Не забудьте відрізнити блиск від кольору.

Смуга

Смуга - це колір мінералу у вигляді порошку. Визначається, дряпаючи мінерал до смугової пластини і перевіряючи колір смуги, що залишилася позаду. Смуга, колір мінералу у вигляді порошку, може відрізнятися від усього мінерального кольору.

Розщеплення

Мінерал, який природним чином розбивається на ідеально рівні поверхні, проявляє розщеплення. Не всі мінерали мають розщеплення. Розщеплення являє собою напрямок слабкості в кристалічній решітці. Відрізнити поверхні сколів можна по тому, як вони послідовно відбивають світло, як би поліровані, гладкі і рівні. Розщеплювальні властивості мінералу описуються з точки зору кількості сколів і, якщо більше одного сколу, кутів між сколами. Число відколів - це число або напрямки, в яких мінерал розколюється. Мінерал може мати 100 поверхонь відколу паралельно один одному. Вони являють собою одне розщеплення, оскільки поверхні орієнтовані в одному напрямку. Можлива кількість сколів, які може мати мінерал, становить 1,2,3,4 або 6. Якщо присутній більше 1 сколу, а пристрій для вимірювання кутів недоступний, просто вкажіть, перетинаються сколи під 90° чи ні 90°.

Щоб побачити розщеплення мінералу, тримайте мінерал під сильним світлом і перемістіть його, перемістіть його ще трохи, щоб побачити, як різні сторони відбивають світло. Напрямок розщеплення буде проявлятися у вигляді гладкого, блискучого, рівномірно яскравого блиску світла, відбитого одним набором паралельних поверхонь на мінералці.

Перелом

Всі мінерали мають руйнування. Перелом - це поломка, яка відбувається в напрямках, які не є напрямками розщеплення. Деякі мінерали, такі як кварц, взагалі не мають розщеплення. Коли мінерал без відколу розбивається молотком, він руйнується на всі боки. Кажуть, що кварц демонструє конхоїдальний перелом. Конхоїдальний перелом - це спосіб, яким товстий шматок скла розбивається концентричними, згинаються гребенями на розбитих поверхнях. Однак деякі кварцові кристали мають стільки вад, що замість того, щоб виявляти конхоїдальний руйнування, вони просто виявляють нерегулярний руйнування. Нерегулярний перелом є стандартним терміном для переломів, які не проявляють жодних якостей інших типів переломів. У вступній геології ключові типи руйнувань, які слід пам'ятати, є нерегулярними, які демонструють більшість мінералів, і конхоїдальні, що спостерігаються в кварці.

Твердість

Твердість - це міцність, з якою мінерал чинить опір його поверхні, яка зішкрібана або проколюється. При роботі з ручними зразками без спеціалізованих інструментів твердість мінералів визначається шкалою твердості Мооса. Шкала твердості Мооса заснована на 10 еталонних мінералів, від тальку найм'якшого (твердість по Моосу 1), до алмазу найтвердішого (твердість по Моосу 10). Вона являє собою відносну, або нелінійну, масштаб. Твердість 2,5 просто означає, що мінерал твердіше гіпсу (твердість по Моосу 2) і м'якше, ніж кальцит (твердість по Моосу 3). Для порівняння твердості двох мінералів подивіться, який мінерал дряпає поверхню іншого.

Кришталева форма

Всі мінерали кристалічні, але лише деякі мають можливість виставляти форми своїх кристалів, їх кристалічні форми. Багато мінералів у вступній геологічній лабораторії не демонструють свою кристалічну форму. Якщо мінерал має простір під час зростання, він може утворювати природні кристали з кристалічною формою, що відображає геометрію внутрішньої кристалічної решітки мінералу. Форма кристала повторює симетрію його кристалічної решітки. Кварц, наприклад, утворює шестигранні кристали, демонструючи гексагональну симетрію його кристалічної решітки. Тут слід пам'ятати два ускладнюючі фактори: (1) мінерали не завжди утворюють приємні кристали, коли вони ростуть, і (2) кришталева грань відрізняється від поверхні розщеплення. Кришталева грань утворюється під час росту мінералу. Поверхня сколу утворюється при порушенні мінералу.

Спеціальні властивості

Є деякі властивості, які тільки допомагають відрізнити невелику кількість мінералів, а то і просто один мінерал. Прикладом такого особливого властивості є шипуча реакція кальциту на слабкий розчин соляної кислоти (5% HCl). Кальцит шипує або шипучий, оскільки розчин HCl розчиняє його і створює газ CO ₂. Кальцит легко ідентифікувати навіть без тестування реакції на HCl, по його твердості, блиску і розщепленню.

Ще одна особлива властивість - магнетизм. Це можна перевірити, побачивши, чи реагує невеликий магніт на мінерал. Найпоширенішим мінералом, який сильно магнітний, є мінеральний магнетит. Особливою властивістю, яка проявляється в деякому зразку плагіоклазу польового шпату, є його схильність проявляти смугасті на поверхнях розщеплення. Смугасті - це ідеально прямі, дрібні, паралельні лінії. Збільшення може знадобитися, щоб побачити смужки на поверхнях розщеплення плагіоклазу. Інші особливі властивості можуть зустрічатися на мінеральній основі.

Як визначити мінерали

По-перше, потрібно гарне світло і ручна лінза або лупа. Ручний об'єктив - це невелике збільшувальне скло з подвійними лінзами, яке має потужність збільшення щонайменше 8X і його можна придбати в деяких книгарнях та магазинах природи.

Мінерали ідентифікуються на основі їх фізичних властивостей, які були описані в попередньому розділі. Щоб визначити мінерал, ви уважно придивляєтеся до нього. З першого погляду кальцит і кварц виглядають схожими. Обидва зазвичай безбарвні, зі склоподібним блиском. Однак інші свої властивості у них зовсім інші. Кварц набагато твердіше, досить тверде, щоб подряпати скло. Кальцит м'який, і не подряпає скло. Кварц не має мінерального розщеплення і руйнується таким же нерегулярним способом розбивання скла. Кальцит має три напрямки розщеплення, які зустрічаються під кутами, відмінними від 90°, тому він розбивається на тверді шматки з ідеально рівними, гладкими, блискучими сторонами.

При виявленні мінералу необхідно:

1. Подивіться на нього уважно з усіх видимих сторін, щоб побачити, як він відбиває світло.
2. Перевірте його твердість
3. Визначте його розщеплення або перелом
4. Назвіть його блиск
5. Оцініть будь-які інші фізичні властивості, необхідні для визначення ідентичності мінералу

У таблицях мінералів, які супроводжують цей розділ, мінерали групуються відповідно до їх блиску та кольору. Вони також класифікуються на підставі їх твердості і їх розщеплення або перелому. Якщо вдається виділити кілька з цих фізичних властивостей, можна виділити мінерал.

РЕФЛЕКСІЯ ПИТАННЯ

• Яку майстерність допомагає вам розвивати цей вміст?
• Які ключові теми висвітлюються в цьому контенті?
• Як зміст цього розділу може допомогти вам продемонструвати майстерність певної майстерності?
• Які питання у вас щодо цього вмісту?

Дописувачі та атрибуція

• Template:ContribCandelaGeo