2.6: Мінеральні властивості

Last updated
Save as PDF

Page ID: 36152

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Мінерали універсальні. Кристал гематиту на Марсі матиме ті ж властивості, що і один на Землі, і такі ж, як і один на планеті, що обертається навколо іншої зірки. Це хороша новина для студентів-геологів, які планують міжпланетні подорожі, оскільки ми можемо використовувати ці властивості, щоб допомогти нам ідентифікувати корисні копалини в будь-якому місці. Це не означає, що це легко, однак; ідентифікація мінералів вимагає великої практики. Деякі мінеральні властивості, які корисні для ідентифікації, такі: колір, смуга, блиск, твердість, звичка кристалів, розщеплення/руйнування, щільність та деякі інші.

Колір

Для більшості з нас колір є одним з наших ключових способів ідентифікації об'єктів. Хоча деякі мінерали мають особливо характерні кольори, які роблять хороші діагностичні властивості, багато хто цього не робить, і для багатьох колір просто ненадійний. Мінеральна сірка (2.6.1 ліворуч) завжди відрізняється своєрідним і унікальним жовтим кольором. Гематит, з іншого боку, є прикладом мінералу, для якого колір не є діагностичним. У одних форм гематит глибокий тьмяно-червоний, а в інших - чорний і блискучий металік (рис.\(\PageIndex{2}\)). Багато інших мінералів можуть мати широкий спектр кольорів (наприклад, кварц, польовий шпат, амфібол, флюорит та кальцит). У більшості випадків варіації кольорів є результатом різної пропорції мікроелементів всередині мінералу. Наприклад, у випадку з кварцом жовтий кварц (цитрин) має слідові кількості заліза (Fe ^{3 +}), рожевий кварц має слідові кількості марганцю, фіолетовий кварц (аметист) має слідові кількості заліза, а молочний кварц, який дуже поширений, має мільйони рідинних включень (крихітні порожнини, кожна заповнена з водою).

Малюнок\(\PageIndex{1}\) Приклади кольорів мінералів сірки і гематиту.

Смуга

У контексті мінералів «колір» - це те, що ви бачите, коли світло відбивається від поверхні зразка. Однією з причин того, що колір може бути настільки змінним, є те, що тип поверхні є змінним. Це може бути кришталева грань або поверхня руйнування або площина сколу, а кристали можуть бути великими або дрібними в залежності від природи породи. Якщо ми подрібнюємо невелику кількість зразка до порошку, ми отримаємо набагато кращу вказівку на його фактичний колір. Це можна легко зробити, зішкребвши куточок зразка поперек пластинки смуги (шматок неглазурованого порцеляни), щоб зробити смугу. Результатом є те, що частина мінералу перетирається до порошку, і ми можемо отримати краще враження про його «справжньому» кольорі (рис.\(\PageIndex{2}\)).

Блиск

Блиск - це те, як світло відбивається від поверхні мінералу, і ступінь, до якої він проникає всередину. Ключовою відмінністю є металеві та неметалеві блиски. Світло не проходить крізь метали, і це основна причина, по якій вони виглядають «металевими». Навіть тонкий лист металу - такий як алюмінієва фольга - не дозволить світлу проходити крізь нього. Багато неметалічні мінерали можуть виглядати так, ніби світло не пройде крізь них, але якщо уважніше поглянути на тонкий край мінералу, ви можете побачити, що він робить. Якщо неметалічний мінерал має блискучу, що відбиває поверхню, то його називають «склоподібним». Якщо він тьмяний і не відображає, він «земляний». Інші типи неметалевих блиску - «шовковистий», «перламутровий» та «смолистий». Блиск є хорошим діагностичним властивістю, оскільки більшість мінералів завжди будуть виглядати або металевими, або неметалевими. З цього є кілька винятків (наприклад, гематит на малюнку\(\PageIndex{1}\)).

Твердість

Одним з найважливіших діагностичних властивостей мінералу є його твердість. У 1812 році німецький мінералог Фрідріх Мохс придумав список з 10 досить поширених мінералів, які мали широкий діапазон твердості. Ці мінерали показані на малюнку\(\PageIndex{3}\), зі шкалою твердості Мооса вздовж нижньої осі. Насправді, хоча кожен мінерал у списку важче, ніж той, що перед ним, відносні виміряні твердість (вертикальна вісь) не є лінійними. Наприклад, апатит приблизно в три рази твердіше флюориту, а алмаз в три рази твердіше корунду. Деякі загальнодоступні довідкові матеріали також показані на цій схемі, включаючи типовий ніготь (2,5), шматок мідного дроту (3,5), лезо ножа або шматок віконного скла (5,5), напилок із загартованої сталі (6,5) та порцелянову пластину (7). Це інструменти, які геолог може використовувати для вимірювання твердості невідомих мінералів. Наприклад, якщо у вас є мінерал, який ви не можете подряпати нігтем, але ви можете подряпати мідним дротом, то його твердість становить від 2,5 до 3,5. І звичайно самі мінерали можна використовувати для тестування інших мінералів.

Малюнок\(\PageIndex{3}\) Мінерали та довідкові матеріали в шкалі твердості Мооса. Значення «виміряної твердості» - це цифри твердості Віккерса.

Кришталева звичка

Коли мінерали утворюються всередині гірських порід, існує ймовірність того, що вони утворюються в характерних кристалічних формах, якщо вони утворюються повільно і якщо вони не переповнені іншими раніше існуючими мінералами. Кожен мінерал має одну або кілька характерних кришталевих звичок, але це не так часто, у звичайних порід, щоб форми були очевидними. Кварц, наприклад, утворює шестигранні призми із загостреними кінцями (рис.\(\PageIndex{4}\) А), але це, як правило, відбувається лише тоді, коли він кристалізується з розчину гарячої води всередині порожнини в існуючій породі. Пірит може утворювати кубічні кристали (рис.\(\PageIndex{4}\) Б), але також може утворювати кристали з 12 гранями, відомі як додекаедра («додека» означає 12). Мінеральний гранат також утворює додекаедричні кристали (рис\(\PageIndex{4}\). В).

Кристали кварцу тикають в декількох напрямках. Вони схожі на скло

Малюнок\(\PageIndex{4}\) a Шестикутні призми кварцу.

Малюнок\(\PageIndex{4}\) b Кубічні кристали піриту.

Малюнок\(\PageIndex{4}\) c Додекаедричний кристал граната.

Оскільки добре сформовані кристали рідкісні у звичайних породах, звичка не настільки корисна діагностична функція, як можна подумати. Однак є кілька мінералів, для яких це важливо. Одним з них є гранат, який є поширеним у деяких метаморфічних породах і, як правило, відображає додекаедричну форму. Інша - амфібола, яка утворює довгі тонкі кристали, і поширена в магматичних породах, таких як граніт (рис.\(\PageIndex{2}\)).

Мінеральна звичка часто пов'язана з регулярним розташуванням молекул, що входять до складу мінералу. Деякі терміни, які використовуються для опису звички, включають лопатевий, ботріоїдальний (схожий на виноград), дендритний (розгалужений), друси (інкрустація мінералів), еквантний (подібний у всіх розмірах), волокнистий, пластиковий, призматичний (довгий і тонкий) та стійкий.

Розщеплення і перелом

Кристалічна звичка є відображенням того, як мінерал росте, в той час як розщеплення і перелом описують, як він ламається. Розщеплення і перелом є найважливішими діагностичними ознаками багатьох мінералів, і часто найскладніші для розуміння і виявлення. Розщеплення - це те, що ми бачимо, коли мінерал розривається вздовж певної площини або площин, тоді як руйнування - це нерегулярний розрив. Деякі мінерали мають властивість розколюватися по площинам при різних фіксованих орієнтаціях, деякі взагалі не розколюються (тільки руйнуються). Мінерали, які мають розщеплення, також можуть руйнуватися по поверхнях, які не паралельні їх площинам відколу.

Як ми вже обговорювали, спосіб руйнування мінералів визначається їх атомним розташуванням і конкретно орієнтацією слабких місць всередині решітки. Графіт і слюда, наприклад, мають площини сколювання паралельні їх листам (рис. 2.2.5 і 2.4.5), а галіт має три площини сколювання, паралельні напрямкам решітки (рис.\(\PageIndex{6}\)).

Кварц не має розщеплення, оскільки має однаково міцні зв'язки Si—O у всіх напрямках, а польовий шпат має два розщеплення під 90° один до одного (рис.\(\PageIndex{5}\)).

Малюнок\(\PageIndex{5}\) Розщеплення та перелом калієвого польового шпату

Однією з головних труднощів з розпізнаванням і описом розщеплення є те, що вона видно тільки в окремих кристалах. Більшість порід мають дрібні кристали, і дуже важко побачити розщеплення всередині цих кристалів. Студентам геології доводиться наполегливо працювати, щоб зрозуміти і розпізнати розщеплення, але це варте зусиль, оскільки це надійне діагностичне властивість для більшості корисних копалин.

І останнє: важливо розпізнати різницю між площинами сколу і кристалічними поверхнями. Як уже зазначалося, поверхні кристалів пов'язані з тим, як мінерал росте, а площини розщеплення пов'язані з тим, як він руйнується. У більшості мінералів площини розщеплення і поверхні кристалів не вирівнюються одна з одною. Виняток становить галіт, який росте в кубічних кристалах і має розщеплення по тих же площинам (рис\(\PageIndex{1}\). Але це не стосується більшості мінералів. Кварц має кришталеві поверхні, але зовсім не розщеплення. Флюорит утворює кубічні кристали, подібні до галіту, але розщеплюється вздовж площин, що відрізняються за орієнтацією від кристалічних поверхонь. Це проілюстровано на рис\(\PageIndex{6}\).

Малюнок\(\PageIndex{6}\) кристал граней і розщеплення площин в мінеральному флюориті. У верхньому лівому куті зображений природний кристал флюориту. Він має кришталеві поверхні, але ви можете побачити деякі майбутні площини розщеплення всередині кристала. На фото вгорі праворуч показано, що можна створити, якщо взяти кристал, подібний до того, що зліва, і акуратно розбити його по площинам розколу.

Щільність

Щільність - це міра маси мінералу на одиницю об'єму, і в деяких випадках вона є корисним діагностичним інструментом. Більшість поширених мінералів, таких як кварц, польовий шпат, кальцит, амфібола та слюда, мають те, що ми називаємо «середньою щільністю» (2,6 - 3,0 грама на кубічний сантиметр (г/см ³)), і їх важко було б розрізнити на основі їх щільності. З іншого боку, багато металевих мінералів, таких як пірит, гематит та магнетит, мають щільність понад 5 г/см ³. Їх легко відрізнити від більш легких мінералів за щільністю, але необов'язково один від одного. Обмеження використання щільності як діагностичного інструменту полягає в тому, що її неможливо оцінити в мінералах, які є невеликою частиною гірської породи, яка в основному складається з інших мінералів.

Інші властивості

Кілька інших властивостей також корисні для ідентифікації деяких мінералів. Наприклад, кальцит розчинний в розведеній кислоті і буде виділяти бульбашки вуглекислого газу. Магнетит магнітний, тому вплине на магніт. Кілька інших мінералів слабо магнітні.

Описи зображень

Опис\(\PageIndex{3}\) зображення малюнка
	Тальк	Гіпс	Кальцит	Фтор	Апатит	польовий шпат	Кварц	Топаз	Корунд	Діамант
виміряна твердість	50	60	105	200	659	700	1100	1648	2085	7000
Твердість по Моосу	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10

[Повернутися до малюнка\(\PageIndex{3}\)]

Атрибуції ЗМІ

Малюнок\(\PageIndex{4}\) c: Гранат Альмандин © Евріко Зімбрес (FGEL/UERJ) та Том Епамінондас (колектор мінералів). КУБ.СМ ПО-СА.