Naturlige og kunstige mineraler. Primære og sekundære mineraler.

Mineral (fra ca. århundrede lat. minera - malm)- dette er et naturligt legeme med en bestemt kemisk sammensætning og krystallinsk struktur, dannet som et resultat af naturlige fysiske og kemiske processer, der forekommer på overfladen og i dybden af ​​Jorden, Månen og andre planeter, og som har visse fysiske, mekaniske og kemiske egenskaber; er normalt en komponent klipper, malme og meteoritter. Et mineral er normalt en naturlig kemisk forbindelse af grundstoffer eller et naturligt grundstof dannet under visse fysiske og kemiske miljøforhold.

Mineralogi er studiet af mineraler. Mineralogi studerer mineralers sammensætning, kemiske og fysiske egenskaber, deres oprindelse, ændringsprocesser og omdannelse til andre mineraler, såvel som nogle mineralers forhold til andre i mineralforekomster eller klipper.

Udtrykket "mineral" betyder et fast naturligt uorganisk krystallinsk stof. Men nogle gange betragtes det i en bredere sammenhæng, idet nogle organiske, amorfe og andre naturlige produkter klassificeres som mineraler.

Mineraler anses også for at være nogle naturlige stoffer, der er normale forhold væsker (f.eks. naturligt kviksølv, som kommer til en krystallinsk tilstand ved en lavere temperatur). Vand er derimod ikke klassificeret som et mineral, idet man betragter det som en flydende tilstand (smeltning) af mineralisen.

Nogle organiske stoffer - olie, asfalt, bitumen - klassificeres ofte fejlagtigt som mineraler, eller de er klassificeret i en særlig klasse af "organiske mineraler", hvis gennemførlighed er meget kontroversiel.

Nogle mineraler er i en amorf tilstand og har ikke en krystallinsk struktur. Mineraler, der har den ydre form af krystaller, men er i en amorf, glaslignende tilstand, kaldes metamiske. For eksempel er bordsalt klart krystallinsk, mens opal er amorft. I mineraler med en krystallinsk struktur er elementarpartikler (atomer, molekyler) placeret i en bestemt retning og i en vis afstand fra hinanden og danner et krystalgitter. I et amorft stof er disse partikler placeret kaotisk. Dets grundlæggende egenskaber afhænger af mineralets indre struktur (krystallinsk eller amorf). fysiske egenskaber(hårdhed, spaltning, skrøbelighed, krystallografisk ydre form osv.). Og de er til gengæld blandt de vigtigste diagnostiske egenskaber ved mineraler.

Sammensætningen af ​​mineraler er udtrykt ved dens kemiske formel - empirisk, semi-empirisk, krystalkemisk. Den empiriske formel afspejler kun forholdet mellem individuelle grundstoffer i mineraler. I den er elementer arrangeret fra venstre mod højre, efterhånden som antallet af deres grupper i det periodiske system stiger, og for elementer i én gruppe - efterhånden som deres serienumre falder, dvs. efterhånden som deres styrkeegenskaber øges.

I øjeblikket er mere end 3 tusinde mineraler blevet fundet og undersøgt i naturen, men de er ikke ligeligt fordelt. Omkring 30 arter af dem opdages hvert år, hvoraf kun et par dusin er udbredt, resten er sjældne. De mest udbredte er mineraler, der indeholder oxygen, silicium og aluminium, da disse elementer dominerer i jordskorpen - 82,58%.

Mineraler er opkaldt efter stedet for deres første opdagelse, til ære for store mineraloger, geologer og videnskabsmænd fra andre specialiteter, berømte samlere af mineraler, rejsende, astronauter, offentlige og politiske personer fra fortiden og nutiden, ifølge nogle karakteristiske fysiske egenskaber eller kemisk sammensætning. Det sidste kemiske princip anbefales især, og de fleste mineraler, der er opdaget i de seneste årtier, bærer information om deres kemiske sammensætning i selve navnet.

Forsøg på at systematisere mineraler på et andet grundlag blev gjort allerede i antikke verden. I moderne mineralogi er der mange forskellige varianter af mineralogisk taksonomi. De fleste af dem er bygget på et strukturelt-kemisk princip. Den mest udbredte klassificering er baseret på kemisk sammensætning og krystalstruktur. Stoffer af samme kemiske type har ofte en lignende struktur, så mineraler inddeles først i klasser baseret på kemisk sammensætning, og derefter i underklasser baseret på strukturelle karakteristika.

Mineraler klassificeres afhængigt af deres oprindelse. primær og sekundær.

Primære mineraler omfatter dem, der dannes for første gang i jordskorpen eller på dens overflade under krystallisation af magma. De primære mest almindelige mineraler omfatter kvarts, feldspat og glimmer, som udgør granit eller svovl i vulkanske kratere.

Sekundære mineraler blev dannet under normale forhold fra produkter af ødelæggelse af primære mineraler på grund af vejrlig, under udfældning og krystallisation af salte fra vandige opløsninger eller som et resultat af den vitale aktivitet af levende organismer. Disse er køkkensalt, gips, sylvite, brun jernmalm og andre.

Uanset hvor rig og forskelligartet mineralverdenen er, er det ikke altid du kan få dem i tilstrækkelig mængde og påkrævet kvalitet. Folk har ofte ikke brug for hvilke som helst mineraler, men kun dem, der ville opfylde de stadigt voksende krav fra metallurgisk, elektrisk og radioteknik, optisk-mekanisk, præcisionsinstrumentfremstilling og andre industrier. Krav national økonomi til mineraler, er ofte meget store: en høj grad af kemisk renhed, gennemsigtighed, perfekt skæring osv. Og selvfølgelig er naturen ikke altid i stand til at opfylde disse ønsker. Derfor, uden at begrænse os til udvinding af naturlige mineraler, leder mennesket konstant efter måder og midler til at opnå kunstige mineraler, der ikke kun ikke er ringere, men endda overlegne i forhold til naturlige mineraler i deres egenskaber. Udviklingen af ​​videnskab og teknologi giver os hvert år mulighed for at trænge dybere ind i mineralverdenens hemmeligheder. Mennesket har lært at skabe unikt udstyr, der gør det muligt at opnå mineraler, der ikke blot ikke er ringere i kvalitet end dem, der er født i jordens dyb, men også at producere nye, hidtil ukendte mineraler, ofte med meget værdifulde og originale egenskaber.

Ved kunstige midler (syntesemetode) er det muligt at opnå mineraler, der findes under naturlige forhold (diamant, korund, kvarts osv.), og mineraler, der ikke optræder selvstændigt under naturlige forhold (alite, belite, etc.), men indgår i forskellige tekniske produkter såsom cementer, ildfaste materialer mv. I øjeblikket er en række mineraler, der sjældent findes i naturen, men som har værdifulde egenskaber (fluorit, korund, etc.) opnået til industrielle formål.

Metoder til syntese af naturlige mineraler kan opdeles i to grupper:

1) syntese udført under normale trykforhold.

2) syntese udført ved forhøjede tryk.

I øjeblikket kommer produktionen af ​​kunstige mineraler ned til følgende processer:

1) smeltekrystallisation;

2) reaktioner, hvori gaskomponenter deltager;

3) opnåelse af mineraler i nærvær af vandige opløsninger;

4) opnåelse af mineraler ved reaktion i et fast medium.

Den praktiske betydning af mineralsyntese er steget dramatisk i de senere år. Ikke desto mindre er betydningen af ​​kunstige mineraler stadig relativt lille. Hovedrollen tilhører naturlige mineraler - de vigtigste leverandører af mange metaller til industrien

Mineraler findes bredt Ansøgning V moderne verden. Omkring 15% af alle kendte mineralarter bruges i teknologi og industri. Mineraler er af praktisk værdi som kilder til alle metaller og andre kemiske elementer(malme af jernholdige og ikke-jernholdige metaller, sjældne og sporstoffer, agronomiske malme, råmaterialer til kemisk industri). De tekniske anvendelser af mange mineraler er baseret på deres fysiske egenskaber.

Hårde mineraler (diamant, korund, granat, agat osv.) bruges som slibemidler og anti-slibemidler; mineraler med piezoelektriske egenskaber (kvarts osv.) - i radioelektronik; glimmer (muskovit, phlogopit) - i elektro- og radioteknik (på grund af deres elektriske isolerende egenskaber);

asbest - som varmeisolator;

talkum - i medicin og i smøremidler;

kvarts, fluorit, islandsk spar - i optik;

kvarts, kaolinit, kaliumfeldspat, pyrofyllit - i keramik;

magnesit, forsterit - som ildfaste magnesiumoxider mv.

En række mineraler er ædelsten og prydsten. I praksis med geologisk udforskning er mineralogisk prospektering og evaluering af mineralforekomster meget brugt.

Metoder til malmberigelse og mineralseparation samt geofysiske og geokemiske metoder til prospektering og efterforskning af mineralforekomster er baseret på forskelle i mineralers fysiske og kemiske egenskaber (densitet, magnetiske, elektriske, overflade-, radioaktive, luminescerende og andre egenskaber). ), samt på farvekontraster.

Industriel syntese af enkeltkrystaller af kunstige analoger af en række mineraler til radioelektronik, optik, slibe- og smykkeindustrien udføres i stor skala.

Til dato er mere end 4 tusinde mineraler kendt. Hvert år bliver flere dusin nye mineralarter opdaget, og flere er "lukket" - de beviser, at et sådant mineral ikke eksisterer.

Fire tusinde mineraler er ikke meget sammenlignet med antallet af kendte uorganiske forbindelser (mere end en million).

Alle processer til dannelse af mineraler og sten kan opdeles i tre grupper:

A. Endogene (interne), eller, som de ofte kaldes, hypogene (dybe) processer, der opstår på grund af klodens indre termiske energi.

B. Eksogene (ydre) eller hypergene (overflade) processer, der forekommer på jordens overflade hovedsageligt under påvirkning af solenergi.

B. Metamorfe (metamorfogene) processer forbundet med degeneration af tidligere dannede mineralforeninger (både eksogene og endogene) som følge af ændring fysiske og kemiske forhold, blandt hvilke hovedpladsen er optaget af ændringer i tryk og temperatur.

Typer og grupper af mineraler

Mineraler: generelle egenskaber
"Mineral" er et fast legeme, der består af kemiske elementer og besidder en række individuelle fysisk-kemiske egenskaber. Derudover bør det kun dannes naturligt under påvirkning af visse naturlige processer. Mineraler kan dannes enten af ​​simple stoffer (native) eller fra komplekse.

Der er sådanne processer, der bidrager til deres dannelse:
Magmatisk
Hydrotermisk
Sedimentær
Metamorfogen
Biogen
Store aggregater af mineraler opsamlet i enkelte systemer kaldes sten. Derfor bør disse to begreber ikke forveksles. Stenmineraler udvindes præcist ved at knuse og bearbejde hele stenstykker. Den kemiske sammensætning af de pågældende forbindelser kan være forskellig og indeholde et stort antal af forskellige urenheder. Der er dog altid én hovedting, der dominerer opstillingen. Derfor er det dette, der er afgørende, og der tages ikke hensyn til urenheder.
Strukturen af ​​mineraler
Strukturen af ​​mineraler er krystallinsk. Der er flere muligheder for riste, som det kan repræsenteres med:
Kubik
Sekskantet
Rhombic
Tetragonal
Monoklinisk
Trigonal
Triclinic

Disse forbindelser er klassificeret efter den kemiske sammensætning af det bestemmende stof.

Typer af mineraler
En klassificering, der afspejler hoveddelen af ​​mineralets sammensætning.

Indfødt eller simple stoffer. Disse er også mineraler. For eksempel: guld, jern, kulstof i form af diamant, kul, antracit, svovl, sølv, selen, kobolt, kobber, arsen, vismut og mange andre.

Halogenider, som omfatter chlorider, fluorider, bromider. For eksempel: stensalt (natriumchlorid) eller halit, sylvit, fluorit.

Oxider og hydroxider. De er dannet af oxider af metaller og ikke-metaller, det vil sige ved at kombinere dem med ilt. Denne gruppe omfatter mineraler - chalcedon, korund (rubin, safir), magnetit, kvarts, hæmatit, rutil, kassematit og andre.

Nitrater. For eksempel: kalium og natriumnitrat.

Borater: optisk calcit, eremeyevit.

Carbonater er salte af kulsyre. Denne gruppe omfatter følgende mineraler: malakit, aragonit, magnesit, kalksten, kridt, marmor og andre.

Sulfater: gips, baryt, selenit.

Wolframater, molybdater, kromater, vanadater, arsenater, fosfater - alle disse er salte af de tilsvarende syrer, der danner mineraler af forskellige strukturer. Navne - nefelin, apatit og andre.

Silikater. Salte af kiselsyre indeholdende SiO4-gruppen. For eksempel: beryl, feldspat, topas, granater, kaolinit, talkum, turmalin, jadeit, lapis lazuli og andre.

Også fundet organiske forbindelser, der danner hele naturlige aflejringer. For eksempel tørv, kul, urkit, calcium og jernoxolater og andre. Samt adskillige karbider, silicider, phosphider og nitrider.

Indfødte elementer

Det er mineraler, der er dannet af simple stoffer.
For eksempel:
Guld i form af sand og nuggets, barer
Diamant og grafit - allotropiske modifikationer krystalgitter kulstof
Kobber
Sølv
Jern
Svovl
Gruppe af platinmetaller

Ofte forekommer disse stoffer i form af store tilslag med andre mineraler, klippestykker og malme. Udvinding og deres anvendelse i industrien har vigtig. De er grundlaget, råmaterialet for at opnå materialer, hvorfra de fleste forskellige varer husholdningsartikler, designs, dekorationer, apparater og meget mere.

Fosfater, arsenater, vanadater
Denne gruppe omfatter bjergarter og mineraler, der overvejende er af eksogen oprindelse, dvs. findes i de ydre lag jordskorpen. Der dannes kun fosfater indeni. Der er faktisk ret mange salte af fosfor-, arsen- og vanadinsyrer. Men generelt er deres procentdel i barken lille.

Almindelige krystaller, der tilhører denne gruppe:

Apatit
Vivianit
Lindakerit
Rosenit
Carnotite
Pascoite

Som allerede nævnt danner disse mineraler klipper af ganske imponerende størrelse.

Oxider og hydroxider

Denne gruppe af mineraler omfatter alle oxider, både simple og komplekse, som er dannet af metaller, ikke-metaller, intermetalliske forbindelser og overgangselementer. Den samlede procentdel af disse stoffer i jordskorpen er 5%. Den eneste undtagelse, som henviser til silikater og ikke til den pågældende gruppe, er siliciumoxid SiO2 med alle dets varianter.

Den mest almindelige:
Granit
Magnetit
Hæmatit
Ilmenit
Columbite
Spinel
Citron
Gibbsite
Romanshit
Holfertitis
Korund (rubin, safir)
Bauxit

Karbonater
Denne klasse af mineraler omfatter en temmelig bred vifte af repræsentanter, som også har vigtige praktisk betydning for en person.
Underklasser eller grupper:
calcit
dolomit
aragonit
malakit
sodavand mineraler
bastnäsit

Hver underklasse omfatter fra flere enheder til snesevis af repræsentanter. I alt er der omkring hundrede forskellige mineralcarbonater.

De mest almindelige af dem:

marmor
kalksten
malakit
apatit
siderit
smithsonite
magnesit
karbonatit og andre

Nogle er værdsat som et meget almindeligt og vigtigt byggemateriale, andre bruges til at skabe smykker, og andre bruges i teknologi. Men alle er vigtige.

Silikater

Den mest forskelligartede gruppe af mineraler med hensyn til ydre former og antal repræsentanter. Denne variation skyldes det faktum, at siliciumatomer, som ligger til grund for deres kemiske struktur, er i stand til at kombineres til forskellige typer struktur, der koordinerer flere oxygenatomer omkring sig selv.

Således kan følgende typer strukturer dannes:

ø
kæde
tape
grønt

Disse omfatter:
topas
granatæble
krysoprase
rhinsten
opal
kalcedon og andre.
De bruges i smykker og er værdsat som holdbare strukturer til brug i teknologi.

Vigtige mineraler i industrien:
Datonit
Olivin
Murmanit
Chrysocol
Eudialyt
Beryl

Mineraler- disse er naturlige legemer, omtrent homogene i kemisk sammensætning og fysiske egenskaber, dannet som følge af fysiske og kemiske processer på overfladen eller i jordens dybder (eller andre kosmiske legemer), hovedsageligt som komponent sten, malme, meteoritter, uden menneskelig indblanding i disse processer.

Dette er forskellen mellem mineraler og kunstige produkter opnået i laboratorier, fabrikker og fabrikker.

Mere end 3 tusinde mineraler er blevet fundet og undersøgt i naturen. I øjeblikket opdages omkring 30 arter af dem årligt, hvoraf kun et par dusin er udbredt, resten er sjældne.

Mineraler er klassificeret efter deres fysiske tilstand fast (kvarts, feldspat, glimmer), flydende (vand, olie, naturligt kviksølv) og gasformigt (brint, oxygen, kuldioxid, svovlbrinte osv.). Nogle mineraler kan, afhængigt af forholdene, være enten flydende eller faste (f.eks. vand).

Mineraler er opdelt efter deres indre struktur til krystallinsk (køkkensalt) og amorf (opal). I mineraler med en krystallinsk struktur er elementarpartikler (atomer, molekyler) placeret i en bestemt retning og i en vis afstand fra hinanden og danner et krystalgitter. I et amorft stof er disse partikler placeret kaotisk.

Dets grundlæggende fysiske egenskaber (hårdhed, spaltning, krystallografisk ydre form osv.) afhænger af mineralets indre struktur (krystallinsk eller amorf).

Afhængigt af deres oprindelse skelnes primære og sekundære mineraler.

Primære mineraler omfatter dem, der dannes for første gang i jordskorpen eller på dens overflade under krystallisation af magma. De primære mest almindelige mineraler omfatter kvarts, feldspat og glimmer, som udgør granit eller svovl i vulkanske kratere.

Sekundære mineraler blev dannet under normale forhold fra produkter af ødelæggelse af primære mineraler på grund af vejrlig, under udfældning og krystallisation af salte fra vandige opløsninger eller som et resultat af den vitale aktivitet af levende organismer. Disse er køkkensalt, gips, sylvite, brun jernmalm og andre.

Der er mange processer, der resulterer i dannelsen af ​​mineraler i naturen.. Der skelnes mellem følgende processer: magmatisk, supergen eller klimatisk og metamorfe.

Hovedprocessen er magmatisk. Det er forbundet med afkøling, differentiering og krystallisation af smeltet magma under forskellige tryk og temperatur. Magma består hovedsageligt af følgende kemiske komponenter: Si02, Al203, FeO, CaO, MgO, K2O, den indeholder også andre kemiske forbindelser, men i mindre mængder.

Mineraler dannes hovedsageligt ved en temperatur på 1000-1500°C og et tryk på flere tusinde atmosfærer. Alle primære krystallinske bjergarter er dannet af mineraler af magmatisk oprindelse. Mineraler, hvis oprindelse er forbundet med magma og indre varme Jorder kaldes primære. Disse omfatter feldspat - orthoklase, albit, anorthit, ortosilikater - olivin og andre.

Mineraler dannes også af gasser(gasfase af magma). De mest almindelige af dem er pegmatitter eller venemineraler, orthoklase med kvarts, mikroklin, apatit, muskovit, biotit og mange andre. Sådanne mineraler kaldes pneumatogene.

Fra den varme væske af magma(flydende fase) hydrotermiske mineraler dannes - pyrit, guld, sølv og mange andre.

Hypergene processer forekomme på Jordens overflade under normale forhold under påvirkning af vand, temperatur og andre faktorer. Som følge heraf opløses og flyttes forskellige kemiske forbindelser, og nye (sekundære) mineraler opstår, såsom sylvit, kvarts, calcit, brun jernmalm og kaolinit. Mineraler i supergencyklussen dannes ved tryk op til 1 atm og temperaturer under 100°C. Sammensætning af høj kvalitet fordelingen af ​​disse mineraler på Jordens overflade afhænger til en vis grad af geografiske breddegrader. Det skal bemærkes, at omdannelsen af ​​det samme mineral under forskellige forhold muligvis ikke forløber på samme måde. For eksempel dannes hydromicas ikke kun fra glimmer, men også kunstigt.

Hovedmaterialet til dannelsen af ​​mineraler af supergen oprindelse er forvitrede primære klipper eller dem, der allerede har gennemgået en transformationsproces. Levende organismer deltager også i denne proces. Mineraler i supergencyklussen, dannet under påvirkning af eksterne processer, er en del af sedimentære og jorddannende bjergarter.

Eksogene processer af mineraldannelse forekomme både på jordens overflade og i forvitringsskorpen. For dannelsen af ​​mineraler af eksogen oprindelse er processerne med fysisk, kemisk og biologisk forvitring vigtige.

Under den metamorfe proces dannes mineraler på store dybder fra Jordens overflade, når fysiske og kemiske forhold ændres (temperatur, tryk, koncentration af kemisk aktive komponenter). Under disse forhold sker omdannelsen af ​​mange tidligere dannede primære og sekundære mineraler. Blandt dem er de mest almindelige hæmatit, grafit, kvarts, hornblende, talkum og mange andre.

Du kan også være interesseret i:

MINERALER OG MINERALOGI
Mineraler er faste naturlige formationer, der er en del af klipperne på Jorden, Månen og nogle andre planeter, samt meteoritter og asteroider. Mineraler er som regel ret homogene krystallinske stoffer med en ordnet indre struktur og en vis sammensætning, som kan udtrykkes med en passende kemisk formel. Mineraler er ikke en blanding af bittesmå mineralpartikler, såsom smergel (bestående hovedsagelig af korund og magnetit) eller limonit (et aggregat af goethit og andre jernhydroxider), men også forbindelser af grundstoffer med en uordnet struktur, såsom vulkanske glas (obsidian, etc.) .). Mineraler betragtes som kemiske grundstoffer eller deres forbindelser dannet som et resultat af naturlige processer. De vigtigste typer mineralske råvarer af organisk oprindelse, såsom kul og olie, er udelukket fra listen over mineraler. Mineralogi er videnskaben om mineraler, deres klassificering, kemiske sammensætning, træk og mønstre af struktur (struktur), oprindelse, betingelser i naturen og praktisk anvendelse. For en dybere forklaring af mineralers indre struktur og deres forbindelse med Jordens historie, involverer mineralogi matematik, fysik og kemi. Den bruger kvantitative data i højere grad end andre geologiske videnskaber, da fine kemiske analyser og præcise fysiske målinger er nødvendige for at beskrive mineraler tilstrækkeligt.
MINERALOGIENS HISTORIE
Flintflager med skarpe kanter blev brugt af primitive mennesker som redskaber allerede i palæolitikum. Flint (en finkornet variant af kvarts) i lang tid forblev den vigtigste mineralressource. I oldtiden var andre mineraler også kendt af mennesket. Nogle af dem, såsom kirsebærhæmatit, gulbrun goethit og sorte oxider af mangan, blev brugt som maling til klippe- og kropsmaling, mens andre, såsom rav, jade og naturligt guld, blev brugt til at lave rituelle genstande , smykker og amuletter. I Egypten i den prædynastiske periode (5000-3000 f.Kr.) var mange mineraler allerede kendt. Indfødt kobber, guld og sølv blev brugt til dekoration. Noget senere begyndte man at fremstille værktøj og våben af ​​kobber og dets legering, bronze. Mange mineraler blev brugt som farvestoffer, andre til smykker og signeter (turkis, jade, krystal, kalcedon, malakit, granat, lapis lazuli og hæmatit). I øjeblikket tjener mineraler som en kilde til fremstilling af metaller, byggematerialer (cement, gips, glas osv.), råmaterialer til den kemiske industri osv. I den første kendte afhandling om mineralogi om sten, Aristoteles' elev den græske Theophrastus (ca. 372-287 f.Kr.) f.Kr.) blev mineraler opdelt i metaller, jord og sten. Omkring 400 år senere, Plinius den Ældre (23-79 e.Kr.) i fem seneste bøger Naturhistorie opsummerede alle oplysninger om mineralogi, der var til rådighed på det tidspunkt. I den tidlige middelalder i lande arabiske øst der adopterede viden om det antikke Grækenland og oldtidens Indien, videnskaben blomstrede. Den centralasiatiske videnskabsmand-encyklopædist Biruni (973 - ca. 1050) kompilerede beskrivelser af ædelsten (mineralogi) og opfandt en metode til nøjagtig måling af dem specifik vægt. En anden fremragende videnskabsmand Ibn Sina (Avicenna) (ca. 980-1037) gav i sin afhandling On Stones en klassificering af alle kendte mineraler, og inddelte dem i fire klasser: sten og jord, fossile brændstoffer, salte, metaller. I middelalderen i Europa blev der akkumuleret praktisk information om mineraler. Minearbejderen og prospektøren blev af nødvendighed praktiserende mineraloger og videregav deres erfaring og viden til elever og lærlinge. Det første sæt faktuelle oplysninger om praktisk mineralogi, minedrift og metallurgi var arbejdet af G. Agricola On metals (De re metallica), udgivet i 1556. Takket være denne afhandling og et tidligere arbejde On the nature of fossils (De natura fossilium, 1546), som indeholder klassificering af mineraler baseret på deres fysiske egenskaber, var Agricola kendt som mineralogiens fader. I 300 år efter udgivelsen af ​​Agricolas værker var forskning inden for mineralogi helliget studiet af naturlige krystaller. I 1669 etablerede den danske naturforsker N. Stenon, som opsummerede sine observationer af hundredvis af kvartskrystaller, loven om konstans af vinkler mellem krystalflader. Et århundrede senere (1772) bekræftede Romé de Lisle Stenons konklusioner. I 1784 lagde abbed R. Gayuy grundlaget moderne ideer om krystalstruktur. I 1809 opfandt Wollaston et reflekterende goniometer, som gjorde det muligt at udføre mere nøjagtige målinger af vinkler mellem krystallers overflader, og i 1812 fremsatte han konceptet om et rumligt gitter som en lov for krystallers indre struktur. I 1815 foreslog P. Cordier at studere optiske egenskaber fragmenter af knuste mineraler under et mikroskop. Videre udvikling mikroskopiske undersøgelser er forbundet med opfindelsen i 1828 af W. Nicol af en anordning til frembringelse af polariseret lys (Nicol-prisme). Det polariserende mikroskop blev forbedret i 1849 af G. Sorby, som anvendte det til undersøgelse af gennemsigtige tynde klippestykker. Der var behov for at klassificere mineraler. I 1735 udgav C. Linnaeus værket System of Nature (Systema naturae), hvori mineraler blev klassificeret efter ydre karakteristika, dvs. ligesom planter og dyr. Så foreslog svenske videnskabsmænd - A. Kronstedt i 1757 og J. Berzelius i 1815 og 1824 - flere muligheder kemiske klassificeringer mineraler. Den anden Berzelius-klassifikation, modificeret af K. Rammelsberg i 1841-1847, blev solidt etableret, efter at den amerikanske mineralog J. Dana brugte den som grundlag for den tredje udgave af Dana's System of Mineralogy, 1850. Stort bidrag til udviklingen af ​​mineralogien i den 18. - første halvdel af det 19. århundrede blev introduceret af de tyske videnskabsmænd A.G. Werner og I.A. Breithaupt og russere - M.V. Lomonosov og V.M. Severgin. I anden halvdel af det 19. århundrede gjorde forbedrede polarisationsmikroskoper, optiske goniometre og analytiske metoder det muligt for at få mere præcise data om individuelle mineralarter.Da man begyndte at studere krystaller ved hjælp af røntgenanalyse, kom der en dybere forståelse af mineralernes struktur.I 1912 etablerede den tyske fysiker M. Laue eksperimentelt, at information om den indre struktur af krystaller kan opnås ved at sende røntgenstråler gennem dem. Denne metode revolutionerede mineralogien: den overvejende beskrivende videnskab blev mere præcis, og mineralogerne var i stand til at forbinde fysiske og Kemiske egenskaber mineraler med deres krystalstrukturer. I slutningen af ​​det 19. - begyndelsen af ​​det 20. århundrede. Udviklingen af ​​mineralogi blev i høj grad lettet af arbejdet fra fremragende russiske videnskabsmænd N.I. Koksharov, V.I. Vernadsky, E.S. Fedorov, A.E. Fersman, A.K. Boldyrev og andre. I anden halvdel af det 20. århundrede. mineralogi vedtaget nyt forskningsmetoder faststoffysik, især infrarød spektroskopi, en hel række af resonansmetoder (elektronparamagnetisk resonans, nuklear gammaresonans osv.), luminescensspektroskopi osv., samt de nyeste analytiske metoder, herunder elektronmikroprobeanalyse, elektronmikroskopi i kombination med elektrondiffraktion mv. Brugen af ​​disse metoder gør det muligt at bestemme den kemiske sammensætning af mineraler "på et punkt", dvs. på individuelle korn af mineraler, studere de subtile træk ved deres krystalstruktur, indholdet og fordelingen af ​​urenhedselementer, arten af ​​farve og luminescens. Implementering af nøjagtige fysiske metoder forskning skabte en ægte revolution inden for mineralogien. Navnene på sådanne russiske videnskabsmænd som N.V. Belov, D.S. Korzhinsky, D.P. Grigoriev, I.I. Shafranovsky og andre er forbundet med dette stadium i udviklingen af ​​mineralogi.
MINERALERS VIGTIGSTE EGENSKABER
I lang tid var de vigtigste egenskaber ved mineraler den ydre form af deres krystaller og andre bundfald samt fysiske egenskaber (farve, glans, spaltning, hårdhed, tæthed osv.), som de stadig har i dag. stor betydning i deres beskrivelse og visuelle (især felt) diagnostik. Disse egenskaber, såvel som optiske, kemiske, elektriske, magnetiske og andre egenskaber, afhænger af mineralernes kemiske sammensætning og indre struktur (krystallinske struktur). Kemiens primære rolle i mineralogien blev anerkendt i midten af ​​det 19. århundrede, men vigtigheden af ​​struktur blev først tydelig med indførelsen af ​​radiografi. Den første afkodning af krystalstrukturer blev udført allerede i 1913 af de engelske fysikere W. G. Bragg og W. L. Bragg. Mineraler er kemiske forbindelser (med undtagelse af native elementer). Men selv farveløse, optisk gennemsigtige prøver af disse mineraler indeholder næsten altid små mængder urenheder. Naturlige opløsninger eller smelter, hvorfra mineraler krystalliserer, består normalt af mange grundstoffer. Under dannelsen af ​​forbindelser kan nogle få atomer af mindre almindelige grundstoffer erstatte atomer af hovedelementerne. En sådan substitution er så almindelig, at den kemiske sammensætning af mange mineraler kun meget sjældent nærmer sig den rene forbindelse. Eksempelvis varierer sammensætningen af ​​det almindelige stendannende mineral olivin inden for sammensætningen af ​​to såkaldte. Slutmedlemmer af serien: fra forsterit, magnesiumsilikat Mg2SiO4, til fayalit, jernsilikat Fe2SiO4. Forholdet mellem Mg:Si:O i det første mineral og Fe:Si:O i det andet er 2:1:4. I oliviner med mellemsammensætning er forholdene de samme, dvs. (Mg + Fe):Si:O er lig med 2:1:4, og formlen er skrevet som (Mg,Fe)2SiO4. Hvis relative mængder magnesium og jern er kendt, dette kan afspejles i formlen (Mg0.80Fe0.20)2SiO4, hvoraf det kan ses, at 80% af metalatomerne er repræsenteret af magnesium, og 20% ​​af jern.
Struktur. Alle mineraler, med undtagelse af vand (som - i modsætning til is - normalt ikke klassificeres som mineraler) og kviksølv, er til stede ved almindelige temperaturer faste stoffer. Men hvis vand og kviksølv afkøles kraftigt, størkner de: vand ved 0 ° C og kviksølv ved -39 ° C. Ved disse temperaturer danner vandmolekyler og kviksølvatomer en karakteristisk regulær tredimensionel krystallinsk struktur (udtrykkene "krystallinsk" " og "solid") " V I dette tilfælde næsten tilsvarende). Således er mineraler krystallinske stoffer, hvis egenskaber bestemmes af det geometriske arrangement af deres bestanddele og typen af ​​kemisk binding mellem dem. Enhedscellen (den mindste enhed af en krystal) består af regelmæssigt arrangerede atomer, der holdes sammen af elektronisk kommunikation. Disse små celler, der uendeligt gentager sig tredimensionelt rum, danner en krystal. Størrelsen af ​​enhedsceller i forskellige mineraler er forskellige og afhænger af størrelsen, antallet og det relative arrangement af atomer i cellen. Celleparametre er udtrykt i ångstrøm () eller nanometer (1 = 10-8 cm = 0,1 nm). De elementære celler i en krystal sat tæt sammen uden huller, fylder volumen og danner et krystalgitter. Krystaller er opdelt baseret på symmetrien af ​​enhedscellen, som er karakteriseret ved forholdet mellem dens kanter og hjørner. Normalt er der 7 systemer (i rækkefølge af stigende symmetri): triklinisk, monoklinisk, rombisk, tetragonal, trigonal, sekskantet og kubisk (isometrisk). Nogle gange er trigonale og sekskantede systemer ikke adskilt og beskrives sammen under navnet sekskantet system. Syngonier er opdelt i 32 krystalklasser (typer af symmetri), herunder 230 rumgrupper. Disse grupper blev først identificeret i 1890 af den russiske videnskabsmand E.S. Fedorov. Ved hjælp af røntgendiffraktionsanalyse bestemmes dimensionerne af enhedscellen i et mineral, dets syngoni, symmetriklasse og rumgruppe, og krystalstrukturen dechifreres, dvs. gensidig ordning i det tredimensionelle rum af de atomer, der udgør enhedscellen.
GEOMETRISK (MORFOLOGISK) KRYSTALLOGRAFI
Krystaller med deres flade, glatte, skinnende kanter har længe tiltrukket sig menneskelig opmærksomhed. Siden mineralogiens fremkomst som videnskab er krystallografi blevet grundlaget for studiet af mineralers morfologi og struktur. Det blev fundet, at krystalfladerne har et symmetrisk arrangement, som gør det muligt at tildele krystallen til et bestemt system og nogle gange til en af ​​klasserne (symmetri) (se ovenfor). Røntgenundersøgelser har vist, at den ydre symmetri af krystaller svarer til det interne regelmæssige arrangement af atomer. Størrelserne af mineralske krystaller varierer over et meget bredt område – fra kæmper, der vejer 5 tons (massen af ​​en velformet kvartskrystal fra Brasilien) til så små, at deres ansigter kun kan skelnes under et elektronmikroskop. Krystalformen af ​​selv det samme mineral kan variere lidt i forskellige prøver; for eksempel er kvartskrystaller næsten isometriske, nåleformede eller fladtrykte. Imidlertid er alle kvartskrystaller, store og små, spidse og flade, dannet ved gentagelse af identiske enhedsceller. Hvis disse celler er orienteret i en bestemt retning, har krystallen en langstrakt form; hvis den er i to retninger til skade for den tredje, så er krystallens form tavleformet. Da vinklerne mellem tilsvarende flader af den samme krystal har konstant værdi og er specifikke for hver mineralart, er denne funktion nødvendigvis inkluderet i mineralets egenskaber. Mineraler repræsenteret af individuelle velskårne krystaller er sjældne. Meget oftere forekommer de i form af uregelmæssige korn eller krystallinske aggregater. Ofte er et mineral karakteriseret ved en bestemt type aggregat, som kan tjene som et diagnostisk træk. Der er flere typer enheder. Dendritiske forgreningsaggregater ligner bregneblade eller mos og er karakteristiske for f.eks. pyrolusit. Fibrøse aggregater bestående af tætpakkede parallelle fibre er typiske for chrysotil- og amfibolasbest. Kollomorfe aggregater, som har en glat, afrundet overflade, er konstrueret af fibre, der strækker sig radialt fra et fælles center. Store runde masser er mastoid (malakit), mens mindre er nyreformede (hæmatit) eller drueformede (psilomelane).
Skællede aggregater bestående af små pladelignende krystaller er karakteristiske for glimmer og baryt. Drypsten er dryp-dryp-formationer, der hænger i form af istapper, rør, kogler eller "gardiner" i karsthuler. De opstår som et resultat af fordampning af mineraliseret vand, der siver gennem kalkstensrevner, og er ofte sammensat af calcit (calciumcarbonat) eller aragonit. Ooliter, aggregater bestående af små kugler og ligner fiskeæg, findes i nogle calcit (oolitisk kalksten), goethit (oolitisk jernmalm) og andre lignende formationer.
KRYSTALKEMI
Efter at have akkumuleret radiografiske data og sammenlignet dem med resultaterne kemiske analyser Det blev indlysende, at egenskaberne ved et minerals krystalstruktur afhænger af dets kemiske sammensætning. Dermed var fundamentet lagt ny videnskab- krystal kemi. Mange tilsyneladende ikke-relaterede egenskaber ved mineraler kan forklares ved at tage hensyn til deres krystalstruktur og kemiske sammensætning. Nogle kemiske grundstoffer (guld, sølv, kobber) findes i native, dvs. ren, form. De er bygget af elektrisk neutrale atomer (i modsætning til de fleste mineraler, hvis atomer bærer elektrisk ladning og kaldes ioner). Et atom med mangel på elektroner er positivt ladet og kaldes en kation; et atom med et overskud af elektroner har negativ ladning og kaldes en anion. Tiltrækningen mellem modsat ladede ioner kaldes ionbinding og tjener som den vigtigste bindende kraft i mineraler. Med en anden type binding roterer ydre elektroner rundt om kernerne i fælles baner og forbinder atomerne med hinanden. Kovalent binding er den stærkeste type binding. Mineraler med kovalente bindinger har normalt høj hårdhed og smeltepunkter (for eksempel diamant). En meget mindre rolle i mineraler spilles af den svage van der Waals-binding, der opstår mellem elektrisk neutrale strukturelle enheder. Bindingsenergien af ​​sådanne strukturelle enheder (lag eller grupper af atomer) er ujævnt fordelt. Van der Waals-bindingen giver tiltrækning mellem modsat ladede områder i større strukturelle enheder. Denne type binding observeres mellem lag af grafit (en af ​​de naturlige former for kulstof), dannet på grund af den stærke kovalente binding af kulstofatomer. På grund af de svage bindinger mellem lagene har grafit lav hårdhed og meget perfekt spaltning, parallelt med lagene. Derfor bruges grafit som smøremiddel. Modsat ladede ioner nærmer sig hinanden til en afstand, hvor frastødende kraft balancerer tiltrækningskraften. For ethvert bestemt kation-anion-par er denne kritiske afstand lig med summen af ​​"radierne" af de to ioner. Ved at bestemme de kritiske afstande mellem forskellige ioner var det muligt at bestemme størrelsen af ​​radierne for de fleste ioner (i nanometer, nm). Da de fleste mineraler er karakteriseret ved ionbindinger, kan deres strukturer visualiseres i form af rørende kugler. Strukturerne af ioniske krystaller afhænger hovedsageligt af størrelsen og fortegn af ladningen og de relative størrelser af ionerne. Da krystallen som helhed er elektrisk neutral, skal summen af ​​ionernes positive ladninger være lig med summen af ​​de negative. I natriumchlorid (NaCl, mineralet halit) har hver natriumion en ladning på +1, og hver chloridion -1 (fig. 1), dvs. Hver natriumion svarer til en chloridion. Men i fluorit (calciumfluorid, CaF2) har hver calciumion en ladning på +2, og hver fluoridion har en ladning på -1. For at opretholde den overordnede elektriske neutralitet af fluorioner skal det derfor være dobbelt så meget som calciumioner (fig. 2).

Muligheden for deres inklusion i en given krystalstruktur afhænger også af ionernes størrelse. Hvis ionerne har samme størrelse og er pakket på en sådan måde, at hver ion rører 12 andre, så er de i passende koordination. Der er to måder at pakke kugler af samme størrelse på (fig. 3): kubisk tæt pakning, i almindelig sag fører til dannelsen af ​​isometriske krystaller og sekskantet tæt pakning, der danner sekskantede krystaller. Som regel er kationer mindre i størrelse end anioner, og deres størrelser er udtrykt i brøkdele af anionradius taget som én. Typisk anvendes det forhold, der opnås ved at dividere kationens radius med anionens radius. Hvis en kation kun er lidt mindre end de anioner, den kombinerer med, kan den være i kontakt med de otte anioner, der omgiver den, eller, som det almindeligvis siges, i otte gange koordination i forhold til anionerne, som er placeret, som f.eks. det var i spidserne af en terning omkring den. Denne koordination (også kaldet kubisk) er stabil ved ionradiusforhold fra 1 til 0,732 (fig. 4a). Ved et mindre ionradiusforhold kan otte anioner ikke stables for at røre kationen. I sådanne tilfælde tillader pakningsgeometrien seks gange koordinering af kationer med anioner placeret ved seks toppunkter af oktaederet (fig. 4b), som vil være stabile ved forhold mellem deres radier fra 0,732 til 0,416. Med et yderligere fald i kationens relative størrelse sker der en overgang til firdobbelt eller tetraedrisk koordination, stabil ved radiusforhold fra 0,414 til 0,225 (fig. 4c), derefter til tredobbelt koordination inden for radiusforhold fra 0,225 til 0,155 (fig. 4c) d) og dobbelt - med radiusforhold mindre end 0,155 (fig. 4,e). Selvom andre faktorer også bestemmer typen af ​​koordinationspolyhedron, er ionradiusforholdsprincippet for de fleste mineraler et af effektive midler forudsigelse af krystalstruktur.

Mineraler med helt forskellige kemiske sammensætninger kan have lignende strukturer, der kan beskrives ved hjælp af de samme koordinationspolyedre. For eksempel er forholdet mellem natriumionens radius og chlorionens radius i natriumchlorid-NaCl 0,535, hvilket indikerer oktaedrisk eller seksdobbelt koordination. Hvis seks anioner grupperer sig omkring hver kation, så skal der være seks kationer omkring hver anion for at opretholde et 1:1 kation til anion-forhold. Dette producerer en kubisk struktur kendt som natriumchlorid-typen. Selvom de ioniske radius af bly og svovl adskiller sig skarpt fra de ioniske radier af natrium og chlor, bestemmer deres forhold også den seksdobbelte koordination, derfor har PbS galena en natriumchlorid-type struktur, dvs. halit og galena er isostrukturelle. Urenheder i mineraler er normalt til stede i form af ioner, der erstatter værtsmineralets ioner. Sådanne substitutioner påvirker i høj grad størrelsen af ​​ioner. Hvis radierne af to ioner er ens eller afviger med mindre end 15%, erstattes de let gensidigt. Hvis denne forskel er 15-30%, er en sådan substitution begrænset; med en forskel på mere end 30 % er substitution praktisk talt umulig. Der er mange eksempler på par af isostrukturelle mineraler med lignende kemiske sammensætninger, mellem hvilke der sker ionsubstitution. Karbonaterne siderit (FeCO3) og rhodochrosit (MnCO3) har således lignende strukturer, og jern og mangan kan erstatte hinanden i ethvert forhold, der danner den såkaldte. faste løsninger. Der er en kontinuerlig række af faste opløsninger mellem disse to mineraler. I andre par af mineraler har ioner begrænsede muligheder for gensidig substitution. Da mineraler er elektrisk neutrale, påvirker ladningen af ​​ionerne også deres gensidige substitution. Hvis substitution forekommer med en modsat ladet ion, skal en anden substitution finde sted i en del af denne struktur, hvor ladningen af ​​den substituerende ion kompenserer for krænkelsen af ​​den elektriske neutralitet forårsaget af den første. En sådan konjugatsubstitution observeres i feldspat - plagioklaser, når calcium (Ca2+) erstatter natrium (Na+) med dannelsen af ​​en kontinuerlig serie af faste opløsninger. Den overskydende positive ladning som følge af erstatningen af ​​Na+-ionen med Ca2+-ionen kompenseres ved samtidig udskiftning af silicium (Si4+) med aluminium (Al3+) i tilstødende områder af strukturen.
MINERALERNES FYSISKE EGENSKABER
Selvom mineralernes hovedkarakteristika (kemisk sammensætning og indre krystalstruktur) er fastlagt på basis af kemiske analyser og røntgendiffraktion, afspejles de indirekte i egenskaber, der let kan observeres eller måles. For at diagnosticere de fleste mineraler er det nok at bestemme deres glans, farve, spaltning, hårdhed og tæthed. Glans er en kvalitativ karakteristik af lys, der reflekteres af et mineral. Nogle uigennemsigtige mineraler reflekterer lyset kraftigt og har en metallisk glans. Dette er almindeligt i malmmineraler som galena (blymineral), chalcopyrit og bornit (kobbermineraler), argentit og acanthit (sølvmineraler). De fleste mineraler absorberer eller transmitterer en betydelig del af det lys, der falder på dem, og har en ikke-metallisk glans. Nogle mineraler har en glans, der går fra metallisk til ikke-metallisk, hvilket kaldes semi-metallisk. Mineraler med en ikke-metallisk glans er normalt lysfarvede, nogle af dem er gennemsigtige. Kvarts, gips og lys glimmer er ofte gennemsigtige. Andre mineraler (for eksempel mælkehvid kvarts), der transmitterer lys, men hvorigennem genstande ikke kan skelnes tydeligt, kaldes gennemskinnelige. Mineraler, der indeholder metaller, adskiller sig fra andre i lystransmission. Hvis lys passerer gennem et mineral, i det mindste i de tyndeste kanter af kornene, så er det som regel ikke-metallisk; hvis lyset ikke går igennem, så er det malm. Der er dog undtagelser: for eksempel lysfarvet sphalerit (zinkmineral) eller cinnober (kviksølvmineral) er ofte gennemsigtige eller gennemskinnelige. Mineraler adskiller sig i de kvalitative egenskaber af deres ikke-metalliske glans. Leret har en mat, jordagtig glans. Kvarts på kanterne af krystaller eller på brudflader er glasagtig, talkum, som er opdelt i tynde blade langs spaltningsplanerne, er perlemor. Lys, funklende, som en diamant, glans kaldes diamant. Når lys falder på et mineral med en ikke-metallisk glans, reflekteres det delvist fra mineralets overflade og brydes delvist ved denne grænse. Hvert stof er karakteriseret ved et vist brydningsindeks. Da denne indikator kan måles med høj nøjagtighed, det er et meget nyttigt diagnostisk træk ved mineraler. Glansens natur afhænger af brydningsindekset, og begge afhænger af mineralets kemiske sammensætning og krystalstruktur. Generelt gennemsigtige mineraler indeholdende atomer tungmetaller, er karakteriseret ved høj glans og højt brydningsindeks. Denne gruppe omfatter sådanne almindelige mineraler som anglesite (blysulfat), cassiterit (tinoxid) og titanit eller sphen (calciumtitansilikat). Mineraler sammensat af relativt lette grundstoffer kan også have høj glans og et højt brydningsindeks, hvis deres atomer er tæt pakket og holdt sammen af ​​stærke kemiske bindinger. Et slående eksempel er diamant, som kun består af ét let element, kulstof. I mindre grad gælder dette for mineralet korund (Al2O3), hvis gennemsigtige farvede varianter - rubin og safirer - er ædelstene. Selvom korund er sammensat af lette atomer af aluminium og oxygen, er de så tæt bundet sammen, at mineralet har en ret kraftig glans og et relativt højt brydningsindeks. Nogle glosser (olieagtige, voksagtige, matte, silkeagtige osv.) afhænger af tilstanden af ​​mineralets overflade eller af mineraltilslagets struktur; en harpiksagtig glans er karakteristisk for mange amorfe stoffer (herunder mineraler indeholdende de radioaktive grundstoffer uran eller thorium). Farve - enkel og praktisk diagnostisk tegn. Eksempler omfatter messinggul pyrit (FeS2), blygrå galena (PbS) og sølvhvid arsenopyrit (FeAsS2). I andre malmmineraler med metallisk eller semi-metallisk glans kan den karakteristiske farve være maskeret af lysets spil i en tynd overfladefilm (anløbning). Dette er fælles for de fleste kobbermineraler, især bornit, som kaldes "påfuglemalm" på grund af dens iriserende blågrønne anløbning, der hurtigt udvikler sig, når den er nybrudt. Men andre kobbermineraler er malet i velkendte farver: malakit - grøn, azurit - blå. Nogle ikke-metalliske mineraler er umiskendeligt genkendelige af farven bestemt af det vigtigste kemiske element (gul - svovl og sort - mørkegrå - grafit osv.). Mange ikke-metalliske mineraler består af grundstoffer, der ikke giver dem en bestemt farve, men de har farvede varianter, hvis farve skyldes tilstedeværelsen af ​​urenheder af kemiske grundstoffer i små mængder, der ikke er sammenlignelige med intensiteten af farve de forårsager. Sådanne grundstoffer kaldes kromoforer; deres ioner er karakteriseret ved selektiv absorption af lys. For eksempel skylder en dyb lilla ametyst sin farve til en ubetydelig blanding af jern i kvarts og en tyk grøn farve smaragd er forbundet med det lille chromindhold i beryl. Farven på normalt farveløse mineraler kan forekomme på grund af defekter i krystalstrukturen (forårsaget af ufyldte atompositioner i gitteret eller forekomsten af fremmede ioner), hvilket kan forårsage selektiv absorption af visse bølgelængder i det hvide lysspektrum. Derefter males mineralerne i yderligere farver. Rubiner, safirer og alexandriter skylder deres farve netop disse lyseffekter. Farveløse mineraler kan farves af mekaniske indeslutninger. Således giver tynd spredt spredning af hæmatit kvarts en rød farve, chlorit - grøn. Mælkekvarts er uklar med gas-væske indeslutninger. Selvom mineralfarve er en af ​​de mest letbestemte egenskaber i mineraldiagnostik, skal den bruges med forsigtighed, da den afhænger af mange faktorer. På trods af variationen i farven på mange mineraler, er farven på mineralpulveret meget konstant, og er derfor et vigtigt diagnostisk træk. Typisk er farven på et mineralpulver bestemt af den linje (den såkaldte "linjefarve"), som mineralet forlader, når det føres hen over en uglaseret porcelænsplade (kiks). For eksempel kommer mineralet fluorit i forskellige farver, men dets streg er altid hvidt.
Spaltning. Karakteristisk egenskab mineraler er deres adfærd ved spaltning. For eksempel har kvarts og turmalin, hvis brudflade ligner en glaschip, et konchoidalt brud. I andre mineraler kan bruddet beskrives som ru, takket eller splintret. For mange mineraler er karakteristikken ikke brud, men spaltning. Det betyder, at de spalter langs glatte planer, der er direkte relateret til deres krystalstruktur. Bindingskræfterne mellem krystalgitterets planer kan variere afhængigt af den krystallografiske retning. Hvis de i nogle retninger er meget større end i andre, vil mineralet dele sig på tværs af selve svag forbindelse. Da spaltningen altid er parallel med atomplanerne, kan den udpeges ved at angive krystallografiske retninger. For eksempel har halit (NaCl) kubespaltning, dvs. tre indbyrdes vinkelrette retninger af mulig spaltning. Spaltning er også kendetegnet ved letheden af ​​manifestation og kvaliteten af ​​den resulterende spaltningsoverflade. Glimmer har meget perfekt spaltning i én retning, dvs. flækker let i meget tynde blade med en glat skinnende overflade. Topaz har perfekt spaltning i én retning. Mineraler kan have to, tre, fire eller seks spaltningsretninger, langs hvilke de deler sig lige så let, eller flere spaltningsretninger varierende grader. Nogle mineraler har ingen spaltning overhovedet. Da spaltning, som en manifestation af den indre struktur af mineraler, er deres konstante egenskab, tjener den som en vigtig diagnostisk funktion. Hårdhed er den modstand, som et mineral udviser, når det ridses. Hårdhed afhænger af krystalstrukturen: Jo tættere atomerne i et minerals struktur er forbundet med hinanden, jo sværere er det at ridse. Talkum og grafit er bløde pladelignende mineraler, bygget af lag af atomer bundet sammen af ​​meget svage kræfter. De er fedtede at røre ved: Når de gnides mod huden på hånden, glider individuelle tynde lag af. Det hårdeste mineral er diamant, hvor kulstofatomerne er så tæt bundet, at den kun kan ridses af en anden diamant. I begyndelsen af ​​det 19. århundrede. Den østrigske mineralog F. Moos arrangerede 10 mineraler i stigende rækkefølge efter deres hårdhed. Siden da er de blevet brugt som standarder for den relative hårdhed af mineraler, de såkaldte. Mohs skala (tabel 1). Tabel 1.
MOH HÅRDHEDSKALA

Mineralsk relativ hårdhed
Talkum ______1 Gips ____2 Calcit ____3 Fluorit ____4 Apatit _____5 Orthoclase ___6 ​​​​kvarts ______7 Topaz ______8 Korund _____9 Diamant _____10

For at bestemme hårdheden af ​​et mineral er det nødvendigt at identificere det hårdeste mineral, som det kan ridse. Hårdheden af ​​det mineral, der undersøges, vil være større end hårdheden af ​​det mineral, det ridsede, men mindre end hårdheden af ​​det næste mineral på Mohs-skalaen. Bindingskræfter kan variere afhængigt af den krystallografiske retning, og da hårdhed er et groft estimat af disse kræfter, kan den variere i forskellige retninger. Denne forskel er normalt lille, med undtagelse af kyanit, som har en hårdhed på 5 i retningen parallelt med krystallens længde og 7 i den tværgående retning. I mineralogisk praksis anvendes også måling af absolutte hårdhedsværdier (den såkaldte mikrohårdhed) ved hjælp af en sklerometeranordning, som er udtrykt i kg/mm2.
Massefylde. Massen af ​​atomer af kemiske grundstoffer varierer fra brint (det letteste) til uran (det tungeste). Alt andet lige er massen af ​​et stof, der består af tunge atomer, større end for et stof, der består af lette atomer. For eksempel har to carbonater - aragonit og cerussit - en lignende indre struktur, men aragonit indeholder lette calciumatomer, og cerussit indeholder tunge blyatomer. Som et resultat overstiger massen af ​​cerussit massen af ​​aragonit af samme volumen. Massen pr volumenhed af et mineral afhænger også af atomare pakningstæthed. Calcit er ligesom aragonit calciumcarbonat, men i calcit er atomerne mindre tæt pakket, så det har mindre masse pr. volumenenhed end aragonit. Relativ masse, eller densitet, afhænger af den kemiske sammensætning og indre struktur. Massefylde er forholdet mellem massen af ​​et stof og massen af ​​det samme volumen vand ved 4° C. Så hvis massen af ​​et mineral er 4 g, og massen af ​​det samme volumen vand er 1 g, så mineralets massefylde er 4. I mineralogien er det sædvanligt at udtrykke massefylde i g/cm3. Massefylde er et vigtigt diagnostisk træk ved mineraler og er ikke svært at måle. Først vejes prøven ind luftmiljø og så i vandet. Da en prøve nedsænket i vand er udsat for en opadgående flydekraft, er dens vægt der mindre end i luft. Vægttabet er lig med vægten af ​​fortrængt vand. Densiteten bestemmes således af forholdet mellem massen af ​​en prøve i luft og dens vægttab i vand.
KLASSIFIKATION AF MINERALER
Selvom den kemiske sammensætning har tjent som grundlag for klassificeringen af ​​mineraler siden midten af ​​det 19. århundrede, har mineralogerne ikke altid holdt sig til konsensus om, hvad der skal være rækkefølgen af ​​arrangement af mineraler i det. Ifølge en metode til at konstruere en klassifikation blev mineraler grupperet efter det samme hovedmetal eller kation. I dette tilfælde faldt jernmineraler i én gruppe, blymineraler i en anden, zinkmineraler i en tredje osv. Men efterhånden som videnskaben udviklede sig, blev det klart, at mineraler indeholdende det samme ikke-metal (anion eller aniongruppe) har lignende egenskaber og minder meget mere om hinanden end mineraler med et almindeligt metal. Derudover forekommer mineraler med en fælles anion i samme geologiske omgivelser og er af lignende oprindelse. Som et resultat, i moderne taksonomi (se tabel 2), er mineraler grupperet i klasser baseret på en fælles anion eller anionisk gruppe. Den eneste undtagelse er native elementer, som forekommer i naturen af ​​sig selv, uden at danne forbindelser med andre elementer.

Tabel 2.
KLASSIFIKATION AF MINERALER

Kemiske klasser er opdelt i underklasser (efter kemi og strukturelt motiv), som igen er opdelt i familier og grupper (efter strukturel type). Individuelle mineralarter inden for en gruppe kan danne rækker, og en mineralart kan have flere varianter. Nu har ca. 4000 mineraler er anerkendt som uafhængige mineralske arter. Nye mineraler føjes til denne liste, efterhånden som de er opdaget og længe kendt, men miskrediteret, da metoder til mineralogisk forskning forbedres, udelukkes de.
OPRINDELSE OG BETINGELSER FOR AT FINDE MINERALER
Mineralogi er ikke begrænset til at bestemme mineralers egenskaber; den studerer også mineralernes oprindelse, betingelser for forekomst og naturlige sammenslutninger af mineraler. Siden jordens oprindelse for cirka 4,6 milliarder år siden er mange mineraler blevet ødelagt ved mekanisk knusning, kemisk omdannelse eller smeltning. Men de grundstoffer, der udgjorde disse mineraler, blev bevaret, omgrupperet og dannede nye mineraler. De mineraler, der findes i dag, er således produkter af processer, der har udviklet sig i løbet af geologisk historie Jorden. Mest af Jordskorpen er sammensat af magmatiske bjergarter, som nogle steder er dækket af et relativt tyndt dække af sedimentære og metamorfe bjergarter. Derfor svarer sammensætningen af ​​jordskorpen i princippet til den gennemsnitlige sammensætning af den magmatiske bjergart. Otte grundstoffer (se tabel 3) udgør 99% af massen af ​​jordskorpen og følgelig 99% af massen af ​​de mineraler, der udgør den.

Tabel 3.
HOVEDELEMENTER INKLUDERET I JORDENS SKORPE

Med hensyn til grundstofsammensætning er jordskorpen en rammestruktur bestående af oxygenioner forbundet med mindre ioner af silicium og aluminium. Hovedmineralerne er således silikater, som udgør ca. 35 % af alle kendte mineraler og ca. 40% - den mest almindelige. De vigtigste af dem er feldspat (en familie af aluminosilicater, der indeholder kalium, natrium og calcium og mindre almindeligt barium). Andre almindelige stendannende silikater er kvarts (det er dog oftere klassificeret som oxider), glimmer, amfiboler, pyroxener og olivin.
Magmatiske bjergarter. Magmatiske eller magmatiske bjergarter dannes, når smeltet magma afkøles og krystalliserer. Procent forskellige mineraler og derfor typen af ​​bjergart, der dannes, afhænger af forholdet mellem grundstoffer indeholdt i magmaet på tidspunktet for dets størkning. Hver type magmatisk bjergart består normalt af et begrænset sæt mineraler kaldet store bjergarter. Ud over dem kan mindre og accessoriske mineraler være til stede i mindre mængder. For eksempel kan de vigtigste mineraler i granit være kaliumfeldspat (30%), natriumcalciumfeldspat (30%), kvarts (30%), glimmer og hornblende (10%). Zirkon, sphen, apatit, magnetit og ilmenit kan være til stede som hjælpemineraler. Magmatiske bjergarter klassificeres normalt baseret på typen og mængden af ​​hver feldspat, de indeholder. Nogle sten mangler dog feldspat. Magmatiske bjergarter klassificeres yderligere efter deres struktur, som afspejler de forhold, hvorunder klippen størknede. Magma, der langsomt krystalliserer dybt inde i Jorden, giver anledning til påtrængende plutoniske klipper med en grov- til mellemkornet struktur. Hvis magma bryder ud til overfladen som lava, afkøles det hurtigt og producerer finkornede vulkanske (effusive eller ekstrusive) sten. Nogle gange afkøles nogle vulkanske bjergarter (for eksempel obsidian) så hurtigt, at de ikke når at krystallisere; lignende sten har et glasagtigt udseende (vulkaniske glas).
Sedimentære bjergarter. Når grundfjeldet er forvitret eller eroderet, bliver klastisk eller opløst materiale inkorporeret i sedimentet. Som følge af kemisk forvitring af mineraler, som sker på grænsen mellem litosfæren og atmosfæren, dannes nye mineraler, for eksempel lermineraler fra feldspat. Nogle grundstoffer frigives, når mineraler (såsom calcit) opløses i overfladevand. Men andre mineraler, såsom kvarts, selv mekanisk knust, forbliver resistente over for kemisk forvitring. Mekanisk og kemisk stabile mineraler med en tilstrækkelig høj densitet frigivet under forvitring dannes på jordens overflade placer aflejringer. Fra placers udvindes oftest alluvial (flod), guld, platin, diamanter, andre ædelsten, tinsten (cassiterit) og mineraler af andre metaller. Under visse klimatiske forhold dannes der tykke forvitringsskorper, ofte beriget med malmmineraler. Forvitringsskorper er forbundet med industrielle aflejringer af bauxit (aluminiummalm), ophobninger af hæmatit (jernmalm), vandholdige nikkelsilicater, niobiummineraler og andre. sjældne metaller. Hovedparten af ​​forvitringsprodukter føres gennem et system af vandløb ud i søer og have, på bunden af ​​hvilke det danner et lagdelt sedimentært lag. Skifer består primært af lermineraler, mens sandsten primært består af cementerede kvartskorn. Opløst materiale kan fjernes fra vandet af levende organismer eller udfældes gennem kemiske reaktioner og fordampning. Calciumcarbonat optages fra havvand bløddyr, der bygger deres hårde skaller af det. De fleste kalksten dannes ved akkumulering af skaller og skeletter af marine organismer, selvom der udfældes noget calciumcarbonat kemisk. Fordampningsaflejringer dannes som følge af fordampning af havvand. Evaporitter er en stor gruppe af mineraler, som omfatter halit (bordsalt), gips og anhydrit (calciumsulfater), sylvite (kaliumchlorid); de har alle vigtige praktisk brug. Disse mineraler aflejres også under fordampning fra overfladen af ​​saltsøer, men i dette tilfælde kan en stigning i koncentrationen af ​​sjældne grundstoffer føre til yderligere udfældning af nogle andre mineraler. Det er i dette miljø, at borater dannes.
Metamorfe bjergarter. Regional metamorfose. Magmatisk og sedimentære bjergarter, begravet i store dybder, under påvirkning af temperatur og tryk, gennemgår transformationer kaldet metamorfe, hvorunder de oprindelige egenskaber af bjergarter ændres, og de oprindelige mineraler omkrystalliseres eller omdannes fuldstændigt. Som et resultat er mineraler normalt arrangeret langs parallelle planer, hvilket giver klipperne et skistøst udseende. Tynde skistose metamorfe bjergarter kaldes skifer. De er ofte beriget med pladesilikatmineraler (glimmer, chlorit eller talkum). Grovere skistose metamorfe bjergarter er gnejser; de indeholder vekslende bånd af kvarts, feldspat og mørkfarvede mineraler. Når skifer og gnejser indeholder nogle typiske metamorfe mineraler, afspejles dette i bjergartens navn, for eksempel sillimanit- eller staurolitskifer, kyanit eller granatgnejs.
Kontaktmetamorfose. Når magma stiger til de øverste lag af jordskorpen, sker der som regel ændringer i de bjergarter, som det er trængt ind i, de såkaldte. kontaktmetamorfose. Disse ændringer manifesteres i omkrystallisation af originalen eller dannelsen af ​​nye mineraler. Omfanget af metamorfose afhænger af både typen af ​​magma og typen af ​​sten, den gennemtrænger. Lerholdige bjergarter og klipper med lignende kemisk sammensætning omdannes til kontakthornfels (biotit, cordierit, granat osv.). De mest intense ændringer opstår, når granitisk magma trænger ind i kalksten: termiske effekter forårsager deres omkrystallisering og dannelsen af ​​marmor; som resultat kemisk interaktion med kalksten dannes opløsninger adskilt fra magmaen stor gruppe mineraler (calcium- og magnesiumsilikater: wollastonit, grov- og andraditgranater, vesuvianit eller idokrase, epidot, tremolit og diopsid). I nogle tilfælde introducerer kontaktmetamorfose malmmineraler, hvilket gør klipperne til værdifulde kilder til kobber, bly, zink og wolfram.
Metasomatose. Som et resultat af regional- og kontaktmetamorfose er der ingen væsentlig ændring i den kemiske sammensætning af de oprindelige bjergarter, men kun deres mineralsammensætning og udseende. Når opløsninger introducerer nogle grundstoffer og fjerner andre, sker der en væsentlig ændring i klippernes kemiske sammensætning. Sådanne nydannede bjergarter kaldes metosomatiske. For eksempel fører vekselvirkningen af ​​kalksten med opløsninger frigivet af granitisk magma under krystallisation til dannelsen omkring granitmassiver af zoner af kontaktmetasomatiske malme - scarps, som ofte er vært for mineralisering.
MALMLÆGNINGER OG PEGMATIT
Den kemiske sammensætning af grovkornet granit kan afvige væsentligt fra sammensætningen af ​​den oprindelige magma. Undersøgelsen af ​​bjergarter viste, at mineraler frigives fra magma i en bestemt rækkefølge. Jern- og magnesiumrige mineraler som olivin og pyroxener samt hjælpemineraler krystalliserer først. På grund af deres højere tæthed end den omgivende smelte, sætter de sig nedad som et resultat af processen med magmatisk segregation. Det menes, at dunitter dannes på denne måde - klipper, der næsten udelukkende består af olivin. Lignende oprindelse tilskrives nogle store ophobninger af magnetit, ilmenit og chromit, som er henholdsvis jern-, titanium- og chrom-serien. Sammensætningen af ​​den smelte, der er tilbage, efter at mineraler er fjernet ved magmatisk adskillelse, er dog ikke helt identisk med sammensætningen af ​​den bjergart, der er dannet af den. Under krystallisationen af ​​smelten stiger koncentrationen af ​​vand og andre flygtige komponenter (for eksempel fluor og borforbindelser) i den, og sammen med dem mange andre grundstoffer, hvis atomer er for store eller for små til at komme ind i de krystallinske strukturer af sten - danner mineraler. Vandige væsker frigivet fra krystalliserende magma kan stige gennem revner til jordens overflade, ind i et område med lavere temperaturer og tryk. Dette forårsager aflejring af mineraler i revner og dannelse af veneaflejringer. Nogle årer består hovedsageligt af ikke-metalliske mineraler (kvarts, calcit, baryt og fluorit). Andre årer indeholder mineraler af metaller som guld, sølv, kobber, bly, zink, tin og kviksølv; derfor kan de repræsentere værdifulde malmforekomster. Da sådanne aflejringer dannes med deltagelse af opvarmede vandige opløsninger, kaldes de hydrotermiske. Det skal siges, at de største hydrotermiske aflejringer ikke er vene, men metasomatiske; de er pladelignende eller andre formede aflejringer dannet ved at erstatte sten (oftest kalksten) med malmholdige opløsninger. De mineraler, der udgør sådanne aflejringer, siges at være af hydrotermisk-metasomatisk oprindelse. Pegmatitter er genetisk beslægtet med krystalliserende granitisk magma. En masse meget mobil væske, der stadig er rig på de grundstoffer, der udgør de klippedannende mineraler, kan udstødes fra magmakammeret ind i værtsbjergarten, hvor den krystalliserer og danner legemer af en grovkornet struktur, der hovedsageligt består af sten -dannende mineraler - kvarts, feldspat og glimmer. Sådanne stenlegemer, kaldet pegmatitter, er meget varierende i størrelse. Den maksimale længde af de fleste pegmatitlegemer er flere hundrede meter, men de største af dem når en længde på 3 km, og for små måles den i de første meter. Pegmatitter indeholder store krystaller af individuelle mineraler, herunder verdens største flere meter lange feldspat, glimmer - op til 3 m i diameter, kvarts - med en vægt på op til 5 tons Sjældne grundstoffer er koncentreret i nogle pegmatitdannende væsker (ofte i form af bl.a. store krystaller), for eksempel beryllium - i beryl og chrysoberyl, lithium - i spodumen, petalitit, amblygonit og lepidolite, cæsium - i polucite, bor - i turmalin, fluor - i apatit og topas. De fleste af disse mineraler er af smykkevarianter. Pegmatitternes industrielle betydning skyldes dels, at de er en kilde til ædelstene, men hovedsageligt - højkvalitets kaliumfeldspat og glimmer samt malme af lithium, cæsium og tantal, og dels beryllium.