Естествени и изкуствени минерали. Първични и вторични минерали.

Минерал (от в.в. лат. minera - руда)- това е естествено тяло с определен химичен състав и кристална структура, образувано в резултат на естествени физико-химични процеси, протичащи на повърхността и в дълбините на Земята, Луната и други планети и притежаващи определени физически, механични и химични свойства; обикновено е компонент скали, руди и метеорити. Минералът обикновено е естествено химично съединение от елементи или естествен елемент, образуван при определени физически и химични условия на околната среда.

Минералогията е изследване на минералите. Минералогията изучава състава, химичните и физичните свойства на минералите, техния произход, процесите на промяна и трансформация в други минерали, както и връзките на някои минерали с други в минерални находища или скали.

Терминът "минерал" означава твърдо естествено неорганично кристално вещество. Но понякога се разглежда в по-широк контекст, класифицирайки някои органични, аморфни и други природни продукти като минерали.

Минералите също се считат за някои природни вещества, които са нормални условиятечности (например естествен живак, който преминава в кристално състояние при по-ниска температура). Водата, напротив, не се класифицира като минерал, разглеждайки я като течно състояние (стопилка) на минералния лед.

Някои органични вещества - нефт, асфалт, битум - често погрешно се класифицират като минерали или се класифицират в специален клас „органични минерали“, чиято осъществимост е силно противоречива.

Някои минерали са в аморфно състояние и нямат кристална структура. Минералите, които имат външна форма на кристали, но са в аморфно, стъклоподобно състояние, се наричат ​​метамикт. Например трапезната сол е ясно кристална, докато опалът е аморфен. В минералите с кристална структура елементарните частици (атоми, молекули) са разположени в определена посока и на определено разстояние една от друга, образувайки кристална решетка. В аморфно вещество тези частици са разположени хаотично. Основните му свойства зависят от вътрешната структура на минерала (кристална или аморфна). физически свойства(твърдост, цепителност, крехкост, кристалографска външна форма и др.). А те от своя страна са сред най-важните диагностични характеристики на минералите.

Съставът на минералите се изразява с химичната му формула – емпирична, полуемпирична, кристалохимична. Емпиричната формула отразява само връзката между отделните елементи в минералите. При него елементите се подреждат отляво надясно с нарастване на броя на групите им в периодичната система, а за елементите от една група - с намаляване на поредните им номера, т.е. тъй като техните якостни характеристики нарастват.

В момента в природата са открити и изследвани повече от 3 хиляди минерала, но те не са разпространени равномерно. Всяка година от тях се откриват около 30 вида, от които само няколко десетки са широко разпространени, останалите са редки. Най-разпространени са минералите, съдържащи кислород, силиций и алуминий, тъй като тези елементи преобладават в земната кора - 82,58%.

Минералите се наричат ​​по мястото на първото им откриване, в чест на големи минералози, геолози и учени от други специалности, известни колекционери на минерали, пътешественици, астронавти, обществени и политически фигури от миналото и настоящето, според някои характерни физични свойства или химичен състав. Последният химичен принцип е особено препоръчителен и повечето минерали, открити през последните десетилетия, носят информация за химичния си състав в самото име.

Опити за систематизиране на минералите на различна основа бяха направени още през древен свят. В съвременната минералогия има много различни варианти на минералогическа таксономия. Повечето от тях са изградени на структурно-химичен принцип. Най-широко използваната класификация се основава на химичния състав и кристалната структура. Веществата от един и същ химичен тип често имат подобна структура, така че минералите първо се разделят на класове въз основа на химичния състав, а след това на подкласове въз основа на структурни характеристики.

Минералите се класифицират в зависимост от техния произход. първичен и вторичен.

Първичните минерали включват тези, образувани за първи път в земната кора или на нейната повърхност по време на кристализацията на магмата. Основните най-често срещани минерали включват кварц, фелдшпат и слюда, които изграждат гранит или сяра във вулканичните кратери.

Вторичните минерали се образуват при нормални условия от продуктите на разрушаване на първичните минерали поради изветряне, по време на утаяване и кристализация на соли от водни разтвори или в резултат на жизнената дейност на живите организми. Това са кухненска сол, гипс, силвит, кафява желязна руда и др.

Колкото и богат и разнообразен да е светът на минералите, не винаги е такъв можете да ги получитев достатъчно количество и необходимото качество. Хората често се нуждаят не от всякакви полезни изкопаеми, а само от такива, които отговарят на непрекъснато нарастващите изисквания на металургичната, електро- и радиоинженерната, оптико-механичната, производството на прецизни инструменти и други индустрии. Изисквания национална икономикакъм минералите, често са много големи: висока степен на химическа чистота, прозрачност, перфектно рязане и т.н. И разбира се, природата не винаги е в състояние да задоволи тези искания. Следователно, без да се ограничава до извличането на естествени минерали, човекът непрекъснато търси начини и средства за получаване на изкуствени минерали, които не само не са по-ниски, но дори превъзхождат естествените по своите свойства. Развитието на науката и технологиите всяка година ни позволява да проникнем по-дълбоко в тайните на минералния свят. Човекът се е научил да създава уникално оборудване, което позволява получаването на минерали, които не само не са по-ниски по качество от родените в дълбините на Земята, но и да произвеждат нови, неизвестни досега минерали, често с много ценни и оригинални свойства.

Чрез изкуствени средства (метод на синтез) е възможно да се получат минерали, които се срещат в естествени условия (диамант, корунд, кварц и др.), И минерали, които не се срещат самостоятелно в естествени условия (алит, белит и др.), но се включват в различни технически продукти като цименти, огнеупори и др. Понастоящем за промишлени цели са получени редица минерали, които рядко се срещат в природата, но имат ценни свойства (флуорит, корунд и др.).

Методите за синтез на природни минерали могат да бъдат разделени на две групи:

1) синтез, извършен при условия на нормално налягане.

2) синтез, извършен при повишено налягане.

Понастоящем производството на изкуствени минерали се свежда до следните процеси:

1) кристализация на стопилка;

2) реакции, в които участват газови компоненти;

3) получаване на минерали в присъствието на водни разтвори;

4) получаване на минерали чрез реакция в твърда среда.

Практическото значение на минералния синтез се е увеличило драстично през последните години. Независимо от това значението на изкуствените минерали все още е сравнително малко. Основната роля принадлежи на природните минерали - основните доставчици на много метали за промишлеността

Минералите се срещат широко приложение V модерен свят. Около 15% от всички известни минерални видове се използват в технологиите и промишлеността. Минералите имат практическа стойност като източници на всички метали и др химически елементи(руди на черни и цветни метали, редки и микроелементи, агротехнически руди, суровини за химическа индустрия). Техническите приложения на много минерали се основават на техните физични свойства.

Като абразиви и антиабразиви се използват твърди минерали (диамант, корунд, гранат, ахат и др.); минерали с пиезоелектрични свойства (кварц и др.) - в радиоелектрониката; слюда (мусковит, флогопит) - в електротехниката и радиотехниката (поради електроизолационните им свойства);

азбест - като топлоизолатор;

талк - в медицината и в лубрикантите;

кварц, флуорит, исландски шпат - в оптиката;

кварц, каолинит, калиев фелдшпат, пирофилит - в керамиката;

магнезит, форстерит - като магнезиеви огнеупори и др.

Редица минерали са скъпоценни и декоративни камъни. В практиката на геоложките проучвания широко се използват минераложки проучвания и оценка на минерални находища.

Методите за обогатяване на руда и отделяне на минерали, както и геофизичните и геохимичните методи за търсене и проучване на минерални находища се основават на различията във физичните и химичните свойства на минералите (плътност, магнитни, електрически, повърхностни, радиоактивни, луминесцентни и други свойства ), както и върху цветовите контрасти.

Индустриалният синтез на монокристали от изкуствени аналози на редица минерали за радиоелектрониката, оптиката, абразивната и бижутерийната промишленост се извършва в голям мащаб.

Към днешна дата са известни повече от 4 хиляди минерала. Всяка година се откриват няколко десетки нови вида минерали и няколко са „затворени“ - доказват, че такъв минерал не съществува.

Четири хиляди минерала не са много в сравнение с броя на известните неорганични съединения (повече от милион).

Всички процеси на образуване на минерали и скали могат да бъдат разделени на три групи:

А. Ендогенни (вътрешни) или, както често се наричат, хипогенни (дълбоки) процеси, възникващи поради вътрешната топлинна енергия на земното кълбо.

Б. Екзогенни (външни) или хипергенни (повърхностни) процеси, протичащи на повърхността на земята главно под въздействието на слънчевата енергия.

Б. Метаморфни (метаморфогенни) процеси, свързани с дегенерацията на предварително образувани минерални асоциации (както екзогенни, така и ендогенни) в резултат на промяна физични и химични условия, сред които основно място заемат промените в налягането и температурата.

Видове и групи минерали

Минерали: обща характеристика
"Минерал" е твърдо тяло, състоящо се от химични елементи и притежаващо редица индивидуални физикохимични свойства. Освен това трябва да се формира само естествено, под въздействието на определени природни процеси. Минералите могат да се образуват както от прости вещества (местни), така и от сложни.

Има такива процеси, които допринасят за тяхното образуване:
Магматичен
Хидротермален
Седиментни
Метаморфогенен
Биогенен
Големите агрегати от минерали, събрани в единични системи, се наричат ​​скали. Следователно тези две понятия не трябва да се бъркат. Скални минералисе добиват именно чрез раздробяване и обработка на цели скални късове. Химическият състав на въпросните съединения може да бъде различен и да съдържа голям бройразлични примеси. Винаги обаче има едно основно нещо, което доминира в състава. Следователно именно това е решаващо и примесите не се вземат предвид.
Структурата на минералите
Структурата на минералите е кристална. Има няколко опции за решетки, които могат да бъдат представени от:
Кубичен
Шестоъгълна
Ромбичен
Тетрагонален
Моноклинна
Тригонална
Триклиника

Тези съединения се класифицират според химичния състав на определящото вещество.

Видове минерали
Класификация, която отразява основната част от състава на минерала.

Роден или прости вещества. Това също са минерали. Например: злато, желязо, въглерод под формата на диамант, въглища, антрацит, сяра, сребро, селен, кобалт, мед, арсен, бисмут и много други.

Халогениди, които включват хлориди, флуориди, бромиди. Например: каменна сол (натриев хлорид) или халит, силвит, флуорит.

Оксиди и хидроксиди. Те се образуват от оксиди на метали и неметали, тоест чрез свързването им с кислород. Към тази група спадат минералите – халцедон, корунд (рубин, сапфир), магнетит, кварц, хематит, рутил, касематит и др.

Нитрати. Например: калиев и натриев нитрат.

Борати: оптичен калцит, еремиевит.

Карбонатите са соли на въглената киселина. Тази група включва следните минерали: малахит, арагонит, магнезит, варовик, креда, мрамор и др.

Сулфати: гипс, барит, селенит.

Волфрамати, молибдати, хромати, ванадати, арсенати, фосфати - всички те са соли на съответните киселини, които образуват минерали с различни структури. Имена - нефелин, апатит и др.

Силикати. Соли на силициева киселина, съдържащи групата SiO4. Например: берил, фелдшпат, топаз, гранати, каолинит, талк, турмалин, жадеит, лапис лазули и други.

Също така намерени органични съединения, образувайки цели природни находища. Например торф, въглища, уркит, калциеви и железни оксолати и др. Както и няколко карбиди, силициди, фосфиди и нитриди.

Родни елементи

Това са минерали, които се образуват от прости вещества.
Например:
Злато под формата на пясък и късчета, кюлчета
Диамант и графит - алотропни модификации кристална решеткавъглерод
Мед
Сребро
Желязо
Сяра
Група платинени метали

Често тези вещества се срещат под формата на големи агрегати с други минерали, скални късове и руди. Добивът и използването им в индустрията имат важно. Те са основата, суровината за получаване на материали, от които най различни предметибитови предмети, дизайни, декорации, уреди и много други.

Фосфати, арсенати, ванадати
Тази група включва скали и минерали, които са предимно от екзогенен произход, тоест открити във външните слоеве земната кора. Вътре се образуват само фосфати. Всъщност има доста соли на фосфорната, арсеновата и ванадовата киселина. Но като цяло процентът им в кората е малък.

Често срещани кристали, които принадлежат към тази група:

апатит
Вивианит
Линдакерит
Росенит
Карнотит
паскоит

Както вече беше отбелязано, тези минерали образуват скали с доста впечатляващи размери.

Оксиди и хидроксиди

Тази група минерали включва всички оксиди, прости и сложни, които са образувани от метали, неметали, интерметални съединения и преходни елементи. Общият процент на тези вещества в земната кора е 5%. Единственото изключение, който се отнася за силикатите, а не за разглежданата група, е силициевият оксид SiO2 с всичките му разновидности.

Най-често:
Гранит
Магнетит
Хематит
Илменит
Колумбит
Шпинел
Лайм
Гибсайт
Романешит
Холфертит
Корунд (рубин, сапфир)
Боксит

Карбонати
Този клас минерали включва доста голямо разнообразие от представители, които също имат важно значение практическо значениеза човек.
Подкласове или групи:
калцит
доломит
арагонит
малахит
сода минерали
bastnäsite

Всеки подклас включва от няколко единици до десетки представители. Общо има около сто различни минерални карбонати.

Най-често срещаните от тях:

мрамор
варовик
малахит
апатит
сидерит
смитсонит
магнезит
карбонатит и др

Някои се оценяват като много разпространен и важен строителен материал, други се използват за създаване на бижута, а трети се използват в технологиите. Всички обаче са важни.

Силикати

Най-разнообразната група минерали по външни форми и брой представители. Тази вариация се дължи на факта, че силициевите атоми, които са в основата на тяхната химическа структура, могат да се комбинират в различни видовеструктура, координираща няколко кислородни атома около себе си.

По този начин могат да се образуват следните видове структури:

остров
верига
лента
листен

Те включват:
топаз
нар
хризопраз
страз
опал
халцедон и др.
Те се използват в бижутата и се оценяват като издръжливи структури за използване в технологиите.

Важни минерали в промишлеността:
Датонит
Оливин
Мурманите
Хризокол
Евдиалит
Берил

Минерали- това са природни тела, приблизително еднородни по химичен състав и физични свойства, образувани в резултат на физични и химични процеси на повърхността или в дълбините на Земята (или други космически тела), главно като компонентскали, руди, метеорити, без човешка намеса в тези процеси.

Това е разликата между минералите и изкуствените продукти, получени в лаборатории, фабрики и фабрики.

В природата са открити и изследвани повече от 3 хиляди минерала. В момента се откриват около 30 вида от тях годишно, от които само няколко десетки са широко разпространени, останалите са редки.

Минералите се класифицират според агрегатното им състояниетвърди (кварц, фелдшпат, слюда), течни (вода, масло, самороден живак) и газообразни (водород, кислород, въглероден диоксид, сероводород и др.). Някои минерали, в зависимост от условията, могат да бъдат течни или твърди (например вода).

Минералите се делят според вътрешната им структурана кристални (кухненска сол) и аморфни (опал). В минералите с кристална структура елементарните частици (атоми, молекули) са разположени в определена посока и на определено разстояние една от друга, образувайки кристална решетка. В аморфно вещество тези частици са разположени хаотично.

Неговите основни физични свойства (твърдост, спайност, кристалографска външна форма и др.) зависят от вътрешната структура на минерала (кристална или аморфна).

В зависимост от техния произход се разграничават първични и вторични минерали.

Първичните минерали включват тези, образувани за първи път в земната кора или на нейната повърхност по време на кристализацията на магмата. Основните най-често срещани минерали включват кварц, фелдшпат и слюда, които изграждат гранит или сяра във вулканичните кратери.

Вторичните минерали се образуват при нормални условия от продуктите на разрушаване на първичните минерали поради изветряне, по време на утаяване и кристализация на соли от водни разтвори или в резултат на жизнената дейност на живите организми. Това са кухненска сол, гипс, силвит, кафява желязна руда и др.

В природата има много процеси, които водят до образуването на минерали.. Различават се следните процеси: магматични, супергенни или климатични и метаморфни.

Основният процес е магмен. Свързва се с охлаждането, диференциацията и кристализацията на разтопената магма по време на различно наляганеи температура. Магмата се състои основно от следните химични компоненти: Si02, Al203, FeO, CaO, MgO, K2O, съдържа и други химични съединения, но в по-малки количества.

Минералите се образуват главно при температура 1000-1500°C и налягане няколко хиляди атмосфери. Всички първични кристални скали са образувани от минерали с магматичен произход. Минерали, чийто произход се свързва с магмата и вътрешна топлинаЗемите се наричат ​​първични. Те включват фелдшпати - ортоклаз, албит, анортит, ортосиликати - оливин и др.

Минералите също се образуват от газове(газова фаза на магмата). Най-често срещаните от тях са пегматити, или жилкови минерали, ортоклаз с кварц, микроклин, апатит, мусковит, биотит и много други. Такива минерали се наричат ​​пневматогенни.

От горещата течност на магмата(течна фаза) се образуват хидротермални минерали – пирит, злато, сребро и много други.

Хипергенни процесивъзникват на повърхността на Земята при нормални условия под въздействието на вода, температура и други фактори. В резултат на това различни химични съединения се разтварят и преместват и се появяват нови (вторични) минерали, като силвит, кварц, калцит, кафява желязна руда и каолинит. Минералите от супергенния цикъл се образуват при налягания до 1 atm и температури под 100°C. Висококачествен съставразпределението на тези минерали по земната повърхност зависи до известна степен от географските ширини. Трябва да се отбележи, че трансформацията на един и същ минерал при различни условия може да не протича по същия начин. Например, хидрослюдите се образуват не само от слюди, но и изкуствено.

Основен материал за образуване на минерали от супергенен произход са изветрените първични скали или такива, които вече са претърпели процес на трансформация. В този процес участват и живи организми. Минералите от супергенния цикъл, образувани под въздействието на външни процеси, са част от седиментни и почвообразуващи скали.

Екзогенни процеси на минералообразуваневъзникват както на земната повърхност, така и в изветрителната кора. За образуването на минерали с екзогенен произход са важни процесите на физично, химично и биологично изветряне.

По време на метаморфния процес минералите се образуват на голяма дълбочина от земната повърхност при промяна на физичните и химичните условия (температура, налягане, концентрация на химически активни компоненти). При тези условия се извършва трансформацията на много предварително образувани първични и вторични минерали. Сред тях най-често срещаните са хематит, графит, кварц, рогова обманка, талк и много други.

Може също да се интересувате от:

МИНЕРАЛИ И МИНЕРАЛОГИЯ
Минералите са твърди природни образувания, които са част от скалите на Земята, Луната и някои други планети, както и метеорити и астероиди. Минералите, като правило, са доста хомогенни кристални вещества с подредена вътрешна структура и определен състав, който може да бъде изразен с подходяща химична формула. Минералите не са смес от малки минерални частици, като шмиргел (състоящ се главно от корунд и магнетит) или лимонит (агрегат от гьотит и други железни хидроксиди), но също и съединения на елементи с неподредена структура, като вулканични стъкла (обсидиан, и т.н.). Минералите се считат за химични елементи или техни съединения, образувани в резултат на природни процеси. Най-важните видове минерални суровини от органичен произход, като въглища и нефт, са изключени от списъка на минералите. Минералогията е наука за минералите, тяхната класификация, химичен състав, особености и закономерности на строежа (строеж), произход, условия в природата и практическо приложение. За по-задълбочено обяснение на вътрешната структура на минералите и тяхната връзка с историята на Земята, минералогията включва математика, физика и химия. Тя използва количествени данни в по-голяма степен от другите геологични науки, тъй като са необходими фин химичен анализ и прецизни физически измервания, за да се опишат адекватно минералите.
ИСТОРИЯ НА МИНЕРАЛОГИЯТА
Кремъчните люспи с остри ръбове са били използвани от първобитния човек като инструменти още през палеолита. Кремък (финозърнеста разновидност на кварца) за дълго времеостава основният минерален ресурс. В древни времена на човека са били известни и други минерали. Някои от тях, като черешов хематит, жълто-кафяв гьотит и черни манганови оксиди, са били използвани като бои за скална живопис и рисунки по тялото, докато други, като кехлибар, нефрит и самородно злато, са били използвани за направата на ритуални предмети , бижута и амулети. В Египет от додинастичния период (5000-3000 г. пр. н. е.) вече са били известни много минерали. За украса са използвани самородна мед, злато и сребро. Малко по-късно инструментите и оръжията започват да се правят от мед и нейната сплав - бронз. Много минерали са използвани като багрила, други за бижута и печати (тюркоаз, нефрит, кристал, халцедон, малахит, гранат, лапис лазули и хематит). Понастоящем минералите служат като източник за производството на метали, строителни материали (цимент, гипс, стъкло и др.), суровини за химическата промишленост и др. В първия известен трактат по минералогия, За камъните, от ученик на Аристотел, гръцкият Теофраст (ок. 372-287 г. пр. н. е.) минералите са разделени на метали, пръст и камъни. Около 400 години по-късно Плиний Стари (23-79 г. сл. Хр.) в пет най-новите книги Природознаниеобобщава цялата информация за минералогията, налична по това време. През ранното средновековие в страните арабски изтоккоито са възприели знанията на древна Гърция и древна индия, науката процъфтява. Средноазиатският учен-енциклопедист Бируни (973 - ок. 1050) съставя описания на скъпоценни камъни (минералогия) и изобретява метод за точното им измерване специфично тегло. Друг изключителен учен Ибн Сина (Авицена) (ок. 980-1037) в своя трактат За камъните дава класификация на всички известни минерали, разделяйки ги на четири класа: камъни и земя, изкопаеми горива, соли, метали. През Средновековието в Европа се натрупва практическа информация за минералите. Миньорът и златотърсачът по необходимост стават практикуващи минералози и предават своя опит и знания на ученици и чираци. Първият набор от фактическа информация за практическата минералогия, минното дело и металургията е работата на Г. Агрикола върху металите (De re metallica), публикувана през 1556 г. Благодарение на този трактат и по-ранна работа За природата на вкаменелостите (De natura fossilium, 1546), който съдържа класификация на минералите въз основа на техните физически свойства, Агрикола е известен като бащата на минералогията. В продължение на 300 години след публикуването на трудовете на Агрикола изследванията в областта на минералогията бяха посветени на изучаването на естествените кристали. През 1669 г. датският натуралист Н. Стенон, обобщавайки наблюденията си върху стотици кварцови кристали, установява закона за постоянството на ъглите между кристалните повърхности. Век по-късно (1772 г.) Роме дьо Лил потвърждава заключенията на Стенон. През 1784 г. абат Р. Гаюи полага основите модерни идеиотносно кристалната структура. През 1809 г. Уоластън изобретява отразяващ гониометър, който прави възможно извършването на по-точни измервания на ъглите между повърхностите на кристалите, а през 1812 г. той излага концепцията за пространствена решетка като закон на вътрешната структура на кристалите. През 1815 г. П. Кордие предлага изучаване оптични свойствафрагменти от натрошени минерали под микроскоп. По-нататъчно развитиемикроскопските изследвания са свързани с изобретението през 1828 г. от W. Nicol на устройство за производство на поляризирана светлина (призма на Никол). Поляризационният микроскоп е подобрен през 1849 г. от Г. Сорби, който го прилага за изследване на прозрачни тънки участъци от скали. Имаше нужда от класифициране на минералите. През 1735 г. К. Линей публикува работата Система на природата (Systema naturae), в която минералите са класифицирани според външни характеристики, т.е. също като растенията и животните. Тогава шведски учени - А. Кронстед през 1757 г. и Й. Берцелиус през 1815 и 1824 г. - предлагат няколко варианта химически класификацииминерали. Втората класификация на Берцелиус, модифицирана от К. Рамелсберг през 1841-1847 г., е твърдо установена, след като американският минералог Дж. Дана я използва като основа за третото издание на системата на Дана по минералогия, 1850 г. Голям принос за развитието на минералогията в 18 - през първата половина на 19 век немските учени А.Г.Брайтхаупт и руснаците - М.В.Ломоносов и В.М.Севергин въвеждат усъвършенствани поляризационни микроскопи, оптични гониометри и аналитични методи за получаване на по-точни данни Когато кристалите започнаха да се изучават с помощта на рентгенов анализ, дойде по-дълбоко разбиране на структурата на минералите. През 1912 г. немският физик М. Лауе експериментално установи, че информация за вътрешната структура на кристалите може да бъде получена чрез преминаване на рентгенови лъчи. чрез тях. Този метод революционизира минералогията: предимно описателната наука стана по-точна и минералозите успяха да свържат физическите и Химични свойстваминерали с техните кристални структури. В края на 19 - началото на 20 век. Развитието на минералогията беше значително улеснено от работата на Н.И. Вернадски, Е.Е.Ферсман и др. минералогия прие нов изследователски методифизика на твърдото тяло, по-специално инфрачервена спектроскопия, цяла поредица от резонансни методи (електронен парамагнитен резонанс, ядрен гама-резонанс и др.), луминесцентна спектроскопия и др., както и най-новите аналитични методи, включително електронен микросондов анализ, електронна микроскопияв комбинация с електронна дифракция и др. Използването на тези методи дава възможност да се определи химичният състав на минералите „в точка“, т.е. върху отделни зърна от минерали, изучавайте фините характеристики на тяхната кристална структура, съдържанието и разпределението на примесните елементи, естеството на цвета и луминесценцията. Изпълнение на точни физични методиизследванията доведоха до истинска революция в минералогията. С този етап в развитието на минералогията се свързват имената на такива руски учени като Н. В. Белов, Д. С. Коржински, Д. П. Григориев, И. И. Шафрановски и др.
ОСНОВНИ СВОЙСТВА НА МИНЕРАЛИТЕ
Дълго време основните характеристики на минералите бяха външната форма на техните кристали и други утайки, както и физичните свойства (цвят, блясък, цепителност, твърдост, плътност и др.), които те имат и днес. голямо значениев тяхното описание и визуална (по-специално теренна) диагностика. Тези характеристики, както и оптичните, химичните, електрическите, магнитните и други свойства, зависят от химичния състав и вътрешната структура (кристална структура) на минералите. Основната роля на химията в минералогията е призната от средата на 19 век, но значението на структурата става очевидно едва с въвеждането на радиографията. Първото декодиране на кристални структури е извършено още през 1913 г. от английските физици W. G. Bragg и W. L. Bragg. Минералите са химични съединения (с изключение на местните елементи). Въпреки това, дори безцветни, оптически прозрачни проби от тези минерали почти винаги съдържат малки количества примеси. Естествените разтвори или стопилки, от които кристализират минералите, обикновено се състоят от много елементи. По време на образуването на съединения няколко атома от по-рядко срещани елементи могат да заместят атомите на основните елементи. Такова заместване е толкова често срещано, че химическият състав на много минерали много рядко се доближава до този на чистото съединение. Например съставът на обикновения скалообразуващ минерал оливин варира в рамките на съставите на два т.нар. крайни членове на серията: от форстерит, магнезиев силикат Mg2SiO4, до фаялит, железен силикат Fe2SiO4. Съотношението на Mg:Si:O в първия минерал и Fe:Si:O във втория е 2:1:4. В оливините с междинен състав съотношенията са същите, т.е. (Mg + Fe):Si:O е равно на 2:1:4 и формулата е написана като (Mg,Fe)2SiO4. Ако относителни количествамагнезий и желязо са известни, това може да бъде отразено във формулата (Mg0.80Fe0.20)2SiO4, от която може да се види, че 80% от металните атоми са представени от магнезий и 20% от желязо.
Структура.Всички минерали, с изключение на водата (която - за разлика от леда - обикновено не се класифицира като минерали) и живака, присъстват при обикновени температури твърди вещества. Въпреки това, ако водата и живакът са силно охладени, те се втвърдяват: водата при 0 ° C, а живакът при -39 ° C. При тези температури водните молекули и живачните атоми образуват характерна правилна триизмерна кристална структура (термините „кристален " и "твърдо") " V в такъв случайпочти еквивалентен). По този начин минералите са кристални вещества, чиито свойства се определят от геометричното разположение на съставните им атоми и вида на химичната връзка между тях. Единичната клетка (най-малката единица на кристал) се състои от правилно подредени атоми, държани заедно от електронни комуникации. Тези малки клетки, безкрайно повтарящи се в триизмерно пространство, образуват кристал. Размерите на елементарните клетки в различните минерали са различни и зависят от размера, броя и относителното разположение на атомите в клетката. Параметрите на клетката се изразяват в ангстрьоми () или нанометри (1 = 10-8 cm = 0,1 nm). Елементарните клетки на кристала, събрани плътно, без празнини, запълват обема и образуват кристална решетка. Кристалите се разделят въз основа на симетрията на единичната клетка, която се характеризира с връзката между нейните краища и ъгли. Обикновено има 7 системи (в ред на нарастване на симетрията): триклинна, моноклинна, ромбична, тетрагонална, тригонална, хексагонална и кубична (изометрична). Понякога тригоналните и шестоъгълните системи не са разделени и се описват заедно под името хексагонална система. Сингониите са разделени на 32 кристални класа (типове симетрия), включително 230 пространствени групи. Тези групи са идентифицирани за първи път през 1890 г. от руския учен Е.С. С помощта на рентгенов дифракционен анализ се определят размерите на единичната клетка на минерала, неговата сингония, клас на симетрия и пространствена група и се дешифрира кристалната структура, т.е. взаимно споразумениев триизмерното пространство на атомите, които изграждат единичната клетка.
ГЕОМЕТРИЧНА (МОРФОЛОГИЧНА) КРИСТАЛОГРАФИЯ
Кристалите с техните плоски, гладки, блестящи ръбове отдавна привличат вниманието на хората. От появата на минералогията като наука, кристалографията се превърна в основа за изучаване на морфологията и структурата на минералите. Установено е, че кристалните лица имат симетрично разположение, което позволява кристалът да бъде причислен към определена система, а понякога и към един от класовете (симетрия) (виж по-горе). Рентгеновите изследвания показват, че външната симетрия на кристалите съответства на вътрешното правилно разположение на атомите. Размерите на минералните кристали варират в много широк диапазон - от гиганти с тегло 5 тона (масата на добре оформен кварцов кристал от Бразилия) до толкова малки, че лицата им могат да бъдат различими само под електронен микроскоп. Кристалната форма дори на един и същ минерал може леко да се различава в различните проби; например кварцовите кристали са почти изометрични, игловидни или сплескани. Въпреки това, всички кварцови кристали, големи и малки, заострени и плоски, се образуват от повторението на идентични единични клетки. Ако тези клетки са ориентирани в определена посока, кристалът има удължена форма; ако в две посоки в ущърб на третата, тогава формата на кристала е таблична. Тъй като ъглите между съответните лица на един и същ кристал имат постоянна стойности са специфични за всеки минерален вид, този признак задължително се включва в характеристиката на минерала. Минералите, представени от отделни добре изрязани кристали, са редки. Много по-често се срещат под формата на неправилни зърна или кристални агрегати. Често минералът се характеризира с определен вид агрегат, който може да служи като диагностичен признак. Има няколко вида единици. Дендритните разклонени агрегати приличат на папратови листа или мъх и са характерни, например, за пиролузит. Влакнестите агрегати, състоящи се от плътно опаковани успоредни влакна, са типични за хризотиловия и амфиболовия азбест. Коломорфните агрегати, които имат гладка, заоблена повърхност, са изградени от влакна, които се простират радиално от общ център. Големите кръгли образувания са мастоидни (малахит), докато по-малките са бъбрековидни (хематит) или гроздовидни (псиломелан).
Люспестите агрегати, състоящи се от малки кристали, подобни на пластини, са характерни за слюдата и барита. Сталактитите са капково-капкови образувания, висящи под формата на ледени висулки, тръби, конуси или „завеси“ в карстовите пещери. Те възникват в резултат на изпарението на минерализирана вода, просмукваща се през варовикови пукнатини, и често са съставени от калцит (калциев карбонат) или арагонит. Оолитите, агрегати, състоящи се от малки топчета и наподобяващи рибени яйца, се намират в някои калцити (оолитен варовик), гьотит (оолитна желязна руда) и други подобни образувания.
КРИСТАЛОХИМИЯ
След натрупване на радиографски данни и сравняването им с резултатите химични анализиСтана очевидно, че характеристиките на кристалната структура на минерала зависят от неговия химичен състав. Така бяха положени основите нова наука- кристалохимия. Много на пръв поглед несвързани свойства на минералите могат да бъдат обяснени, като се вземе предвид тяхната кристална структура и химичен състав. Някои химични елементи (злато, сребро, мед) се намират в самороден, т.е. чиста, форма. Те са изградени от електрически неутрални атоми (за разлика от повечето минерали, чиито атоми носят електрически заряди се наричат ​​йони). Атом с липса на електрони е положително зареден и се нарича катион; атом с излишък от електрони има отрицателен заряди се нарича анион. Привличането между противоположно заредените йони се нарича йонно свързване и служи като основна свързваща сила в минералите. При друг вид връзка външните електрони се въртят около ядрата в общи орбити, свързвайки атомите един с друг. Ковалентната връзка е най-силният тип връзка. Минералите с ковалентни връзки обикновено имат висока твърдост и точки на топене (например диамант). Много по-малка роля в минералите играе слабата връзка на Ван дер Ваалс, която възниква между електрически неутрални структурни единици. Енергията на свързване на такива структурни единици (слоеве или групи от атоми) се разпределя неравномерно. Връзката на Ван дер Ваалс осигурява привличане между противоположно заредени региони в по-големи структурни звена. Този тип връзка се наблюдава между слоевете графит (една от естествените форми на въглерод), образувани поради силната ковалентна връзка на въглеродните атоми. Благодарение на слабите връзки между слоевете, графитът има ниска твърдост и много перфектно разцепване, успоредно на слоевете. Поради това графитът се използва като смазка. Противоположно заредените йони се приближават един към друг на разстояние, при което силата на отблъскване балансира силата на привличане. За всяка конкретна двойка катион-анион това критично разстояние е равно на сумата от „радиусите“ на двата йона. Чрез определяне на критичните разстояния между различните йони беше възможно да се определи размерът на радиусите на повечето йони (в нанометри, nm). Тъй като повечето минерали се характеризират с йонни връзки, техните структури могат да бъдат визуализирани под формата на докосващи се топки. Структурите на йонните кристали зависят главно от големината и знака на заряда и относителните размери на йоните. Тъй като кристалът като цяло е електрически неутрален, сумата от положителните заряди на йоните трябва да бъде равна на сумата от отрицателните. В натриевия хлорид (NaCl, минералът халит) всеки натриев йон има заряд +1, а всеки хлориден йон -1 (фиг. 1), т.е. Всеки натриев йон съответства на един хлорен йон. Във флуорита (калциев флуорид, CaF2) обаче всеки калциев йон има заряд +2, а флуоридният йон има заряд -1. Следователно, за да се поддържа общата електрическа неутралност на флуорните йони, тя трябва да бъде два пъти повече от калциевите йони (фиг. 2).

От размера на йоните зависи и възможността за включването им в дадена кристална структура. Ако йоните са с еднакъв размер и са опаковани по такъв начин, че всеки йон да докосва 12 други, тогава те са в подходяща координация. Има два начина за опаковане на топки с еднакъв размер (фиг. 3): кубично плътно опаковане, в общ случайкоето води до образуването на изометрични кристали и хексагонално плътно опаковане, образуващо шестоъгълни кристали. Като правило катионите са по-малки по размер от анионите и техните размери се изразяват във фракции от анионния радиус, взет за единица. Обикновено се използва съотношението, получено чрез разделяне на радиуса на катиона на радиуса на аниона. Ако един катион е само малко по-малък от анионите, с които се комбинира, той може да бъде в контакт с осемте аниона около него или, както обикновено се казва, е в осемкратна координация по отношение на анионите, които се намират, така да се каже, във върховете на куб около него. Тази координация (наричана още кубична) е стабилна при съотношения на йонни радиуси от 1 до 0,732 (фиг. 4а). При по-малко съотношение на йонния радиус, осем аниона не могат да бъдат подредени, за да докоснат катиона. В такива случаи геометрията на опаковката позволява шесткратна координация на катиони с аниони, разположени в шест върха на октаедъра (фиг. 4b), които ще бъдат стабилни при съотношения на техните радиуси от 0.732 до 0.416. С по-нататъшно намаляване на относителния размер на катиона настъпва преход към четворна или тетраедрична координация, стабилна при радиусни съотношения от 0,414 до 0,225 (фиг. 4в), след това към тройна координация в радиусни съотношения от 0,225 до 0,155 (фиг. 4c) и двойно - с радиусни съотношения по-малки от 0,155 (фиг. 4,e). Въпреки че други фактори също определят вида на координационния полиедър, за повечето минерали принципът на съотношението на йонния радиус е един от ефективни средствапрогнозиране на кристалната структура.

Минералите с напълно различен химичен състав могат да имат подобни структури, които могат да бъдат описани с помощта на същите координационни полиедри. Например, в натриев хлорид NaCl съотношението на радиуса на натриевия йон към радиуса на хлорния йон е 0,535, което показва октаедрична или шесткратна координация. Ако шест аниона се групират около всеки катион, тогава за да се поддържа съотношение катион към анион 1:1, трябва да има шест катиона около всеки анион. Това произвежда кубична структура, известна като структура от типа на натриев хлорид. Въпреки че йонните радиуси на оловото и сярата се различават рязко от йонните радиуси на натрия и хлора, тяхното съотношение също определя шесткратната координация, следователно PbS галенитът има структура от типа на натриев хлорид, т.е. халитът и галенитът са изоструктурни. Примесите в минералите обикновено присъстват под формата на йони, които заместват тези на минерала гостоприемник. Такива замествания значително влияят върху размерите на йоните. Ако радиусите на два йона са равни или се различават с по-малко от 15%, те лесно се заместват. Ако тази разлика е 15-30%, такова заместване е ограничено; при разлика над 30% заместването е практически невъзможно. Има много примери за двойки изоструктурни минерали с подобен химичен състав, между които се извършва йонно заместване. Така карбонатите сидерит (FeCO3) и родохрозит (MnCO3) имат сходни структури, а желязото и манганът могат да се заменят във всякакви съотношения, образувайки т.нар. твърди разтвори. Между тези два минерала има непрекъсната поредица от твърди разтвори. В други двойки минерали йоните имат ограничени възможности за взаимно заместване. Тъй като минералите са електрически неутрални, зарядът на йоните също влияе върху тяхното взаимно заместване. Ако възникне заместване с противоположно зареден йон, тогава трябва да се извърши второ заместване в някаква част от тази структура, при което зарядът на заместващия йон компенсира нарушението на електрическата неутралност, причинено от първия. Такова конюгатно заместване се наблюдава при фелдшпати - плагиоклази, когато калций (Ca2+) замества натрий (Na+) с образуването на непрекъсната серия от твърди разтвори. Излишният положителен заряд в резултат на заместването на Na+ йона с Ca2+ йона се компенсира от едновременното заместване на силиций (Si4+) с алуминий (Al3+) в съседни области на структурата.
ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА НА МИНЕРАЛИТЕ
Въпреки че основните характеристики на минералите (химичен състав и вътрешна кристална структура) са установени на базата на химически анализи и рентгенова дифракция, те косвено се отразяват в свойства, които лесно се наблюдават или измерват. За диагностициране на повечето минерали е достатъчно да се определи техният блясък, цвят, цепителност, твърдост и плътност. Блясъкът е качествена характеристика на светлината, отразена от минерал. Някои непрозрачни минерали отразяват силно светлината и имат метален блясък. Това е често срещано при рудни минерали като галенит (оловни минерали), халкопирит и борнит (медни минерали), аргентит и акантит (сребърни минерали). Повечето минерали поглъщат или пропускат значителна част от падащата върху тях светлина и имат неметален блясък. Някои минерали имат блясък, който преминава от метален към неметален, който се нарича полуметален. Минералите с неметален блясък обикновено са светли, някои от тях са прозрачни. Кварцът, гипсът и леката слюда често са прозрачни. Други минерали (например млечнобял кварц), които пропускат светлина, но през които обектите не могат да бъдат ясно разграничени, се наричат ​​полупрозрачни. Минералите, съдържащи метали, се различават от другите по пропускливост на светлина. Ако светлината преминава през минерал, поне в най-тънките ръбове на зърната, тогава той по правило е неметален; ако светлината не преминава, значи е руда. Има обаче изключения: например светло оцветеният сфалерит (цинков минерал) или цинобър (живачен минерал) често са прозрачни или полупрозрачни. Минералите се различават по качествените характеристики на техния неметален блясък. Глината има матов, землист блясък. Кварцът по ръбовете на кристалите или върху повърхностите на счупване е стъклен, талкът, който е разделен на тънки листа по равнините на разцепване, е седеф. Ярък, искрящ, като диамант, блясък се нарича диамант. Когато светлината падне върху минерал с неметален блясък, тя частично се отразява от повърхността на минерала и частично се пречупва на тази граница. Всяко вещество се характеризира с определен показател на пречупване. Тъй като този показател може да се измери с висока точност, това е много полезна диагностична характеристика на минералите. Естеството на блясъка зависи от индекса на пречупване, а и двете зависят от химичния състав и кристалната структура на минерала. Като цяло прозрачни минерали, съдържащи атоми тежки метали, се характеризират със силен блясък и висок индекс на пречупване. Тази група включва такива общи минерали като англезит (оловен сулфат), каситерит (калаен оксид) и титанит или сфен (калциев титанов силикат). Минералите, съставени от относително леки елементи, също могат да имат силен блясък и висок индекс на пречупване, ако техните атоми са плътно опаковани и държани заедно чрез силни химически връзки. Ярък пример е диамантът, който се състои само от един лек елемент, въглерод. В по-малка степен това важи за минерала корунд (Al2O3), чиито прозрачни цветни разновидности - рубин и сапфир - са скъпоценни камъни. Въпреки че корундът се състои от леки атоми на алуминий и кислород, те са толкова здраво свързани, че минералът има доста силен блясък и относително висок индекс на пречупване. Някои гланцове (маслен, восъчен, матов, копринен и др.) зависят от състоянието на повърхността на минерала или от структурата на минералния агрегат; смолистият блясък е характерен за много аморфни вещества (включително минерали, съдържащи радиоактивните елементи уран или торий). Цвят - семпъл и удобен диагностичен знак. Примерите включват месингово-жълт пирит (FeS2), оловно-сив галенит (PbS) и сребристо-бял арсенопирит (FeAsS2). При други рудни минерали с метален или полуметален блясък, характерният цвят може да бъде маскиран от играта на светлина в тънък повърхностен филм (потъмняване). Това е обичайно за повечето медни минерали, особено за борнита, който се нарича "паунова руда" поради преливащия си синьо-зелен цвят, който бързо се развива, когато е прясно счупен. Въпреки това, други медни минерали са боядисани в познати цветове: малахит - зелен, азурит - син. Някои неметални минерали се разпознават безпогрешно по цвета, определен от основния химичен елемент (жълто - сяра и черно - тъмно сиво - графит и др.). Много неметални минерали се състоят от елементи, които не им осигуряват специфичен цвят, но имат цветни разновидности, чийто цвят се дължи на наличието на примеси от химични елементи в малки количества, които не са сравними с интензивността на цвят, който причиняват. Такива елементи се наричат ​​хромофори; техните йони се характеризират със селективно поглъщане на светлина. Например тъмно лилавият аметист дължи цвета си на незначителна добавка на желязо в кварца и дебел зелен цвятизумрудът се свързва с малкото съдържание на хром в берила. Цветът на обикновено безцветни минерали може да се появи поради дефекти в кристалната структура (причинени от незапълнени атомни позиции в решетката или появата на чужди йони), което може да причини селективно поглъщане на определени дължини на вълните в спектъра на бялата светлина. След това минералите се боядисват в допълнителни цветове. Рубините, сапфирите и александритите дължат цвета си именно на тези светлинни ефекти. Безцветните минерали могат да бъдат оцветени от механични включвания. Така тънкото разпръснато разпръскване на хематит дава на кварца червен цвят, а на хлорита - зелен. Млечният кварц е замъглен с газово-течни включвания. Въпреки че минералният цвят е едно от най-лесно определяемите свойства в минералната диагностика, той трябва да се използва с повишено внимание, тъй като зависи от много фактори. Въпреки променливостта на цвета на много минерали, цветът на минералния прах е много постоянен и следователно е важен диагностичен признак. Обикновено цветът на минералния прах се определя от линията (т.нар. „цвят на линията“), която минералът оставя, когато премине върху неглазирана порцеланова чиния (бисквита). Например минералът флуорит се предлага в различни цветове, но жилката му винаги е бяла.
Деколте. Характерно свойствоминералите е тяхното поведение при разцепване. Например, кварцът и турмалинът, чиято повърхност на счупване прилича на стъклен чип, имат раковина. При други минерали фрактурата може да бъде описана като грапава, назъбена или раздробена. За много минерали характеристиката не е счупване, а разцепване. Това означава, че те се разцепват по гладки равнини, пряко свързани с тяхната кристална структура. Силите на свързване между равнините на кристалната решетка могат да варират в зависимост от кристалографската посока. Ако в някои посоки те са много по-големи, отколкото в други, тогава минералът ще се разцепи напречно слаба връзка. Тъй като разцепването винаги е успоредно на атомните равнини, то може да бъде обозначено чрез посочване на кристалографски посоки. Например халитът (NaCl) има разцепване на куб, т.е. три взаимно перпендикулярни посоки на възможно разцепване. Цепителността се характеризира и с лекотата на проявление и качеството на получената повърхност на цепителността. Слюдата има много перфектно разцепване в една посока, т.е. лесно се разделя на много тънки листа с гладка лъскава повърхност. Топазът има идеално разцепване в една посока. Минералите могат да имат две, три, четири или шест посоки на разцепване, по които се разцепват еднакво лесно, или няколко посоки на разцепване в различна степен. Някои минерали изобщо нямат разцепване. Тъй като разцепването, като проява на вътрешната структура на минералите, е тяхно постоянно свойство, то служи като важен диагностичен признак. Твърдостта е устойчивостта, която даден минерал проявява при надраскване. Твърдостта зависи от кристалната структура: колкото по-здраво са свързани помежду си атомите в структурата на един минерал, толкова по-трудно е да се надраска. Талкът и графитът са подобни на мека плоча минерали, изградени от слоеве атоми, свързани заедно с много слаби сили. На допир са мазни: при триене върху кожата на ръката отделни тънки слоеве се изплъзват. Най-твърдият минерал е диамантът, в който въглеродните атоми са толкова здраво свързани, че може да бъде надраскан само от друг диамант. В началото на 19в. Австрийският минералог Ф. Моос подрежда 10 минерала в нарастващ ред според тяхната твърдост. Оттогава те се използват като стандарти за относителната твърдост на минералите, т.нар. Скала на Моос (Таблица 1). Маса 1.
СКАЛА ЗА ТВЪРДОСТ по MOH

Минерална относителна твърдост
Талк ______1 Гипс _______2 Калцит ____3 Флуорит ____4 Апатит _____5 Ортоклаз ___6 ​​​​Кварц ______7 Топаз ______8 Корунд _____9 Диамант _____10

За да се определи твърдостта на един минерал, е необходимо да се идентифицира най-твърдият минерал, който той може да надраска. Твърдостта на изследвания минерал ще бъде по-голяма от твърдостта на минерала, който е надраскал, но по-малка от твърдостта на следващия минерал по скалата на Моос. Силите на свързване могат да варират в зависимост от кристалографската посока и тъй като твърдостта е груба оценка на тези сили, тя може да варира в различни посоки. Тази разлика обикновено е малка, с изключение на кианита, който има твърдост 5 в посока, успоредна на дължината на кристала, и 7 в напречна посока. В минералогическата практика се използва и измерването на абсолютни стойности на твърдост (така наречената микротвърдост) с помощта на склерометър, който се изразява в kg/mm2.
Плътност.Масата на атомите на химичните елементи варира от водород (най-лекият) до уран (най-тежкият). При равни други условия масата на вещество, състоящо се от тежки атоми, е по-голяма от тази на вещество, състоящо се от леки атоми. Например два карбоната - арагонит и церусит - имат подобна вътрешна структура, но арагонитът съдържа леки калциеви атоми, а церуситът съдържа тежки оловни атоми. В резултат на това масата на церусит надвишава масата на арагонит със същия обем. Масата на единица обем на минерал също зависи от атомната плътност на опаковката. Калцитът, подобно на арагонита, е калциев карбонат, но в калцита атомите са по-малко плътно опаковани, така че той има по-малка маса на единица обем от арагонита. Относителна маса, или плътност, зависи от химичния състав и вътрешната структура. Плътността е съотношението на масата на веществото към масата на същия обем вода при 4 ° C. Така че, ако масата на минерал е 4 g, а масата на същия обем вода е 1 g, тогава плътността на минерала е 4. В минералогията е прието плътността да се изразява в g/ cm3. Плътността е важна диагностична характеристика на минералите и не е трудна за измерване. Първо, пробата се претегля въздушна средаи след това във водата. Тъй като проба, потопена във вода, е подложена на възходяща плаваща сила, нейното тегло там е по-малко, отколкото във въздуха. Загубата на тегло е равна на теглото на изместената вода. По този начин плътността се определя от съотношението на масата на пробата във въздуха към нейната загуба на тегло във вода.
КЛАСИФИКАЦИЯ НА МИНЕРАЛИ
Въпреки че химическият състав служи като основа за класификацията на минералите от средата на 19-ти век, минералозите не винаги са се придържали към консенсусза това какъв трябва да бъде редът на подреждане на минералите в него. Според един метод за конструиране на класификация, минералите са групирани според един и същ основен метал или катион. В този случай железните минерали попадат в една група, оловните минерали в друга, цинковите минерали в трета и т.н. С развитието на науката обаче стана ясно, че минералите, съдържащи същия неметал (анион или анионна група), имат подобни имотии са много по-сходни един с друг, отколкото минералите с общ метал. В допълнение, минерали с общ анион се срещат в една и съща геоложка обстановка и имат подобен произход. В резултат на това в съвременната таксономия (вижте таблица 2) минералите са групирани в класове въз основа на общ анион или анионна група. Единственото изключение са местните елементи, които се срещат в природата сами, без да образуват съединения с други елементи.

Таблица 2.
КЛАСИФИКАЦИЯ НА МИНЕРАЛИ

Химическите класове са разделени на подкласове (според химията и структурния мотив), които от своя страна са разделени на семейства и групи (според структурен тип). Индивидуалните минерални видове в рамките на една група могат да образуват редици, а един минерален вид може да има няколко разновидности. До сега прибл. 4000 минерала са признати за независими минерални видове. Нови минерали се добавят към този списък, тъй като са открити и отдавна известни, но дискредитирани, тъй като методите за минералогични изследвания се подобряват, те се изключват.
ПРОИЗХОД И УСЛОВИЯ ЗА НАМИРАНЕ НА МИНЕРАЛИ
Минералогията не се ограничава до определяне на свойствата на минералите; тя също така изучава произхода, условията на възникване и естествените асоциации на минералите. От възникването на Земята преди приблизително 4,6 милиарда години много минерали са били унищожени чрез механично раздробяване, химическа трансформация или топене. Но елементите, съставляващи тези минерали, са били запазени, прегрупирани и образували нови минерали. По този начин минералите, които съществуват днес, са продукти на процеси, които са се развили в хода на геоложка историяЗемята. Повечето отЗемната кора е изградена от магмени скали, които на места са покрити от относително тънка покривка от седиментни и метаморфни скали. Следователно съставът на земната кора по принцип съответства на средния състав на магматичната скала. Осем елемента (виж таблица 3) съставляват 99% от масата на земната кора и съответно 99% от масата на минералите, които я съставят.

Таблица 3.
ОСНОВНИ ЕЛЕМЕНТИ, ВКЛЮЧЕНИ В ЗЕМНАТА КОРА

По отношение на елементарния състав, земната кора е рамкова структура, състояща се от кислородни йони, свързани с по-малки йони на силиций и алуминий. По този начин основните минерали са силикати, които представляват прибл. 35% от всички известни минерали и ок. 40% - най-често срещаните. Най-важните от тях са фелдшпатите (семейство алумосиликати, съдържащи калий, натрий и калций и по-рядко барий). Други обичайни скалообразуващи силикати са кварцът (но по-често се класифицира като оксиди), слюдите, амфиболите, пироксените и оливинът.
Магматични скали.Магматични или магмени скали се образуват, когато разтопената магма се охлади и кристализира. Процентразличните минерали и следователно видът на образуваната скала зависят от съотношението на елементите, съдържащи се в магмата по време на нейното втвърдяване. Всеки тип магматична скала обикновено се състои от ограничен набор от минерали, наречени големи скали. В допълнение към тях в по-малки количества могат да присъстват второстепенни и спомагателни минерали. Например основните минерали в гранита могат да бъдат калиев фелдшпат (30%), натриево-калциев фелдшпат (30%), кварц (30%), слюда и рогова обманка (10%). Като спомагателни минерали могат да присъстват циркон, сфен, апатит, магнетит и илменит. Магматичните скали обикновено се класифицират въз основа на вида и количеството на всеки фелдшпат, който съдържат. В някои скали обаче липсва фелдшпат. Магматичните скали се класифицират допълнително по тяхната структура, която отразява условията, при които скалата се е втвърдила. Бавно кристализирайки дълбоко в Земята, магмата поражда интрузивни плутонични скали с груба до среднозърнеста структура. Ако магмата изригне на повърхността като лава, тя се охлажда бързо и произвежда финозърнести вулканични (ефузивни или екструзивни) скали. Понякога някои вулканични скали (например обсидиан) се охлаждат толкова бързо, че нямат време да кристализират; подобни скали имат стъклен вид (вулканични стъкла).
Седиментни скали.Когато основната скала е изветрена или ерозирана, кластичният или разтворен материал се включва в седимента. В резултат на химическо изветряне на минерали, което се случва на границата на литосферата и атмосферата, се образуват нови минерали, например глинести минерали от фелдшпат. Някои елементи се освобождават, когато минералите (като калцит) се разтварят в повърхностните води. Въпреки това, други минерали, като кварц, дори механично натрошени, остават устойчиви на химическо изветряне. Механично и химически стабилни минерали с достатъчно висока плътност, отделени при изветряне, се образуват върху земната повърхностразсипни находища. От разсипи, най-често алувиални (речни), се добиват злато, платина, диаманти, други скъпоценни камъни, калаен камък (каситерит) и минерали от други метали. При определени климатични условия се образуват дебели кори на изветряне, често обогатени с рудни минерали. Корите на изветряне са свързани с промишлени находища на боксит (алуминиеви руди), натрупвания на хематит (железни руди), водни никелови силикати, ниобиеви минерали и др. редки метали. По-голямата част от продуктите на изветряне се пренасят чрез система от водни течения в езера и морета, на дъното на които образуват слоест седиментен слой. Шистите са съставени предимно от глинести минерали, докато пясъчникът е съставен предимно от циментирани кварцови зърна. Разтвореният материал може да бъде отстранен от водата от живи организми или да се утаи чрез химически реакции и изпарение. Калциевият карбонат се абсорбира от морска водамекотели, които изграждат твърдите си черупки от него. Повечето варовици се образуват от натрупването на черупки и скелети на морски организми, въпреки че известно количество калциев карбонат се утаява химически. Евапоритните отлагания се образуват в резултат на изпарението на морската вода. Евапоритите са голяма група минерали, които включват халит (трапезна сол), гипс и анхидрит (калциеви сулфати), силвит (калиев хлорид); всички те имат важно значение практическа употреба. Тези минерали също се отлагат по време на изпаряване от повърхността на солените езера, но в този случай увеличаването на концентрацията на редки елементи може да доведе до допълнително утаяване на някои други минерали. Именно в тази среда се образуват борати.
Метаморфни скали.Регионален метаморфизъм. Огнени и седиментни скали, заровени на големи дълбочини, под въздействието на температура и налягане, претърпяват трансформации, наречени метаморфни, по време на които първоначалните свойства на скалите се променят и първоначалните минерали рекристализират или се трансформират напълно. В резултат на това минералите обикновено се подреждат по дължина успоредни равнини, придавайки на скалите шистозен вид. Тънките шистозни метаморфни скали се наричат ​​шисти. Те често са обогатени с пластинчати силикатни минерали (слюда, хлорит или талк). По-грубите шистозни метаморфни скали са гнайси; те съдържат редуващи се ивици от кварц, фелдшпат и тъмно оцветени минерали. Когато шистите и гнайсовете съдържат някакъв типично метаморфен минерал, това се отразява в името на скалата, например силиманит или ставролит шист, кианит или гранат гнайс.
Контактен метаморфизъм.Когато магмата се издигне до горните слоеве на земната кора, обикновено настъпват изменения в скалите, в които е навлязла, т.нар. контактен метаморфизъм. Тези промени се проявяват в прекристализацията на оригинала или образуването на нови минерали. Степента на метаморфизъм зависи както от вида на магмата, така и от вида на скалата, която прониква. Глинестите скали и подобни по химичен състав скали се превръщат в контактни роговици (биотит, кордиерит, гранат и др.). Най-интензивни промени настъпват при навлизането на гранитна магма във варовиците: термичните въздействия предизвикват прекристализацията им и образуването на мрамор; като резултат химично взаимодействиес варовиците се образуват разтвори, отделени от магмата голяма групаминерали (калциеви и магнезиеви силикати: воластонит, гросулар и андрадит гранати, везувианит или идокрас, епидот, тремолит и диопсид). В някои случаи контактният метаморфизъм въвежда рудни минерали, което прави скалите ценни източници на мед, олово, цинк и волфрам.
Метазоматоза.В резултат на регионален и контактен метаморфизъм няма съществена промяна в химичния състав на изходните скали, а само техните минерален състави външен вид. Когато разтворите въвеждат едни елементи и премахват други, настъпва значителна промяна в химичния състав на скалите. Такива новообразувани скали се наричат ​​метосоматични. Например, взаимодействието на варовици с разтвори, отделяни от гранитна магма по време на кристализация, води до образуването около гранитни масиви на зони от контактно-метасоматични руди - скали, които често са домакини на минерализация.
РУДНИ НАХОДИЩА И ПЕГМАТИТ
Химическият състав на едрозърнестия гранит може да се различава значително от състава на оригиналната магма. Изследването на скалите показа, че минералите се отделят от магмата в определена последователност. Богатите на желязо и магнезий минерали като оливин и пироксени, както и допълнителни минерали кристализират първи. Поради по-високата им плътност от околната стопилка, те се утаяват надолу в резултат на процеса на магматична сегрегация. Смята се, че по този начин се образуват дунитите – скали, състоящи се почти изцяло от оливин. Подобен произход се приписва на някои големи натрупвания на магнетит, илменит и хромит, които са съответно серията желязо, титан и хром. Въпреки това съставът на стопилката, останала след отстраняването на минералите чрез магматична сегрегация, не е напълно идентичен със състава на скалата, образувана от нея. По време на кристализацията на стопилката в нея се увеличава концентрацията на вода и други летливи компоненти (например съединения на флуор и бор), а заедно с тях и много други елементи, чиито атоми са твърде големи или твърде малки, за да влязат в кристалните структури на скалата - образуване на минерали. Водните течности, освободени от кристализиращата магма, могат да се издигнат през пукнатини до повърхността на Земята, в зона с по-ниски температури и налягания. Това причинява отлагане на минерали в пукнатини и образуване на жилкови отлагания. Някои вени са съставени главно от неметални минерали (кварц, калцит, барит и флуорит). Други вени съдържат минерали от метали като злато, сребро, мед, олово, цинк, калай и живак; съответно те могат да представляват ценни рудни находища. Тъй като такива находища се образуват с участието на нагрети водни разтвори, те се наричат ​​хидротермални. Трябва да се каже, че най-големите хидротермални находища не са вени, а метасоматични; те са листовидни или други оформени находища, образувани от замяната на скали (най-често варовик) с рудосъдържащи разтвори. Твърди се, че минералите, които изграждат такива находища, имат хидротермално-метасоматичен произход. Пегматитите са генетично свързани с кристализиращата гранитна магма. Маса от силно подвижна течност, все още богата на елементите, които изграждат скалообразуващите минерали, може да бъде изхвърлена от магмената камера в приемащата скала, където кристализира, за да образува тела с едрозърнеста структура, съставени главно от скала -образуващи минерали - кварц, фелдшпат и слюда. Такива скални тела, наречени пегматити, са силно променливи по размер. Максималната дължина на повечето пегматитни тела е няколкостотин метра, но най-големите от тях достигат дължина до 3 км, а при малките тя се измерва в първите метри. Пегматитите съдържат големи кристали от отделни минерали, включително най-големите в света фелдшпати с дължина няколко метра, слюда - с диаметър до 3 m, кварц - с тегло до 5 тона Редки елементи са концентрирани в някои пегматитообразуващи течности (често под формата на големи кристали), например берилий - в берил и хризоберил, литий - в сподумен, петалитит, амблигонит и лепидолит, цезий - в полуцит, бор - в турмалин, флуор - в апатит и топаз. Повечето от тези минерали са от бижутерски разновидности. Промишленото значение на пегматитите се дължи отчасти на факта, че те са източник на скъпоценни камъни, но главно - висококачествен калиев фелдшпат и слюда, както и руди от литий, цезий и тантал, и отчасти берилий.